生物技术、新材料和先进工程方法相关的基础理论的最新技术持续被转化、应用于生物工艺之中，以比其他大多数行业更快的速度将新产品推向市场。工业规模生物技术和新的制造方法一直是专业内的主要研究领域，并使得医药，环境监测和修复，消费品、食品生产，农业和林业等产业发生了革命性进步。为了满足最终产品的需求，上游工艺由完整活细胞或最终产物合成所需生物分子。通过逆向工作，细胞或酶被设计为可以产生精确的、具有生物学活性或临床疗效的产品。

目 录
第一卷 表达系统与工艺开发
第一部分 介 绍
介绍 1
第二部分 工业细胞生长和基因表达系统
第1章 动物细胞，悬浮培养 7
1.1 介绍 7
1.2 悬浮培养大规模生产所用类型 7
1.3 悬浮培养反应器 8
1.4 反应器的操作模式 9
1.5 工艺监测与控制 10
1.6 悬浮培养用培养基 12
1.7 结论 12
第2章 杆状病毒表达载体系统 15
2.1 引言 15
2.2 杆状病毒的结构和复制 15
2.3 重组杆状病毒的制备 16
2.4 杆状病毒转移载体 17
2.5 修饰杆状病毒基因组以提高蛋白质产量 21
2.6 昆虫细胞培养 21
2.7 杆状病毒在哺乳动物细胞中表达外源基因 22
2.8 结论 23
第3章 杆状病毒动力学，昆虫细胞培养 25
3.1 历史与挑战 25
3.2 杆状病毒 26
3.3 细胞产量概念 26
3.4 病毒感染动力学模型：同步感染 27
3.5 病毒感染动力学模型：异步感染 32
第4章 细胞培养，无菌操作技术 37
4.1 简介 37
4.2 无菌技术：一般注意事项 38
4.3 无菌技术：基本规程 39
4.4 高效空气（HEPA）过滤器 41
4.5 采用高效过滤的通风橱和安全柜 43
4.6 单向气流柜和微生物安全柜的使用 45
4.7 Ⅰ级和Ⅱ级微生物安全柜的测试 47
4.8 细胞培养用洁净室 49
第5章 细胞周期在生物工艺中的应用 53
5.1 引言 53
5.2 细胞周期 53
5.3 细胞周期参数的描述方法 57
5.4 细胞周期在生物技术中的重要性 59
第6章 细胞生长及蛋白质表达动力学 64
6.1 简介 64
6.2 分批培养动力学 64
6.3 连续培养动力学 66
6.4 补料分批培养及灌流培养 69
6.5 结论 69
第7章 细胞活力测定 72
7.1 简介 72
7.2 通透性分析 72
7.3 功能分析 73
7.4 流式细胞术 74
7.5 物理方法 75
第8章 动物细胞培养过程中的污染物检测 79
8.1 简介 79
8.2 历史回顾 79
8.3 监管问题 80
8.4 制造和安全检测标准 81
8.5 病毒污染物举例 81
8.6 细胞系中病毒污染物的检测 82
8.7 测试原材料 88
8.8 支原体检测 90
8.9 细菌和真菌 92
8.10 氧摄取率 92
8.11 内毒素检测 92
8.12 统计分析 92
8.13 朊病毒检测 94
8.14 结论 95
第9章 培养物保存和生物资源中心 98
9.1 简介 98
9.2 培养物保藏资金 100
9.3 运营 100
9.4 质量管理 105
9.5 服务 106
9.6 小结 111
第10章 菌种保存 114
10.1 引言 114
10.2 细菌菌株的培养和保存 114
10.3 真菌与酵母菌株的培养与保存 118
10.4 细胞培养物的培养和保存 119
第11章 芽孢杆菌及其他革兰氏阳性菌异源蛋白的表达与分泌 122
11.1 引言 122
11.2 主要工业用菌株 123
11.3 巨大芽孢杆菌 124
11.4 巨大芽孢杆菌实验方案 132
第12章 基因在人细胞的表达 137
12.1 背景 137
12.2 用人细胞系表达基因的安全和监管方面 139
12.3 基因在人细胞系中的表达 140
12.4 人细胞系培养的放大 144
12.5 结束语 144
第13章 基因在毕赤酵母和其他甲醇酵母中的表达 147
13.1 引言 147
13.2 背景 147
13.3 蛋白质表达和优化的策略 148
13.4 发酵工艺 152
13.5 结论和未来展望 155
13.6 培养基组成 156
13.7 毕赤酵母菌株术语 157
第14章 重组动物细胞和转基因动物中的基因表达 161
14.1 引言 161
14.2 综述 161
14.3 动物细胞的质粒表达载体 163
14.4 其他直接转移载体 165
14.5 直接DNA转移 168
14.6 转染方法 174
14.7 病毒表达载体 177
14.8 表达参数和优化：载体和插入序列 189
14.9 表达参数优化——转基因整合的结果 195
14.10 基于重组的方法学及基因抑制策略 201
14.11 转基因哺乳动物细胞产品 208
14.12 转基因动物应用 210
14.13 核移植技术 212
第15章 动物细胞系接种物扩培方法 221
15.1 引言 221
15.2 接种物扩培的过程 221
15.3 细胞库对接种物扩培的影响 225
15.4 接种物扩培的发展趋势 226
15.5 技术转移 228
15.6 结论 228
15.7 产品网站 229
第16章 昆虫细胞培养 231
16.1 引言 231
16.2 昆虫细胞系 231
16.3 病毒 232
16.4 杆状病毒基因表达 233
16.5 重组杆状病毒构建 234
16.6 翻译后加工 235
16.7 应用 237
16.8 大规模工艺：细胞培养或者幼虫生产 237
16.9 结论 244
第17章 微生物生长动力学 247
17.1 引言 247
17.2 生长化学计量学 247
17.3 化学和酶促反应动力学 253
17.4 微生物和细胞生长的简单模型 259
17.5 结构化模型 264
17.6 种群动力学（突变、自选择、质粒转移） 270
17.7 在各种培养系统中微生物的生长 271
第18章 微藻类大规模培养方法 277
18.1 引言 277
18.2 微藻类大规模培养生物反应器 277
18.3 微藻类产量决定因素 282
18.4 管式光生物反应器设计 289
18.5 微藻类大规模培养中的光合效率 292
18.6 操作注意事项 293
18.7 结束语 293
第19章 微生物生长测量 297
19.1 简介 297
19.2 微粒直接计数 299
19.3 菌落计数等同于活菌计数 301
19.4 生物量直接测量法 302
19.5 光散射检测生物量 303
19.6 取样 305
第20章 微生物培养基的组成 307
20.1 引言 307
20.2 基本的营养需求 307
20.3 物理参数 314
20.4 培养基设计与组成 315
20.5 培养基灭菌 321
20.6 培养基保存 322
第21章 细胞的显微鉴定 325
21.1 引言与展望 325
21.2 显微镜的发展与里程碑 325
21.3 光学显微术 326
21.4 激光镊子和剪刀 338
21.5 扫描探针近场显微镜 338
21.6 视频显微术和图像处理 339
21.7 电子显微镜 341
21.8 结论 344
21.9 网站 344
第22章 细胞培养中的支原体污染 348
22.1 支原体的生物学地位及系统命名法 348
22.2 细胞培养中的支原体污染 350
22.3 支原体污染检测 353
22.4 支原体污染的消除 358
22.5 检测、去除及防止支原体污染的工作方案 361
第23章 蛋白质糖基化：分析、鉴定和工程 365
23.1 引言 365
23.2 蛋白质糖基化概述 365
23.3 蛋白质糖基化的作用 368
23.4 分析糖蛋白、糖肽及其附属的糖的技术 369
23.5 重组蛋白药物的糖基化作用 378
23.6 结论 394
第24章 革兰氏阳性菌异源蛋白表达 409
24.1 革兰氏阳性菌通过一般输出途径的蛋白表达 409
24.2 乳酸乳球菌异源蛋白的分泌 410
24.3 表达体系 411
24.4 乳酸乳球菌蛋白分泌 413
24.5 结论 415
第25章 细菌中可溶性蛋白的表达 419
25.1 引言 419
25.2 改变生长条件增加可溶性表达 420
25.3 改变宿主菌株和载体指导可溶性表达 422
25.4 改变蛋白质序列增加可溶性 425
25.5 影响可溶性蛋白得率的生长条件和可变因素 427
25.6 结论和展望 429
第三部分 培养基、细胞系和过程开发
第26章 动物细胞培养基 439
26.1 引言 439
26.2 细胞培养基中的营养物质 440
26.3 基础培养基的发展 441
26.4 补料培养基的开发 444
26.5 产品质量 445
26.6 适当小规模模型和高通量系统的应用 446
26.7 基础培养基和补料培养基优化及实施的工业化考虑 447
26.8 结束语 448
第27章 动物细胞培养，渗透压与温度的效应 452
27.1 细胞微环境渗透压的影响 452
27.2 生物工程系统中温度扰动对细胞生理机能与性能的影响 456
27.3 结论 460
第28章 动物细胞的稳定性 466
28.1 影响内源性基因遗传稳定性的因素 466
28.2 重组细胞系的基因型和表型稳定性 469
28.3 遗传不稳定性对重组蛋白质量的影响 471
28.4 基因型鉴定和遗传稳定性验证 474
第29章 动物细胞分型，杂交瘤 479
29.1 引言 479
29.2 利用体外动物细胞生产单克隆抗体 480
29.3 人抗体生产新方法（体外免疫，人工淋巴结系统） 483
29.4 人用抗体的替代品 483
29.5 展望 484
第30章 重组人抗体的生产 486
30.1 简介 486
30.2 为什么会选择重组抗体并进行生产 487
30.3 使杂交瘤衍生的抗体更人源化 488
30.4 重组人抗体的获得 489
30.5 重组抗体的生产 493
30.6 重组抗体变体 493
30.7 重组抗体的应用 496
30.8 展望 497
第31章 消泡剂与普郎尼克多元醇，细胞保护 498
31.1 引言 498
31.2 普郎尼克多元醇的性能 498
31.3 普郎尼克多元醇的保护作用 499
31.4 应用 500
第32章 生物反应器的小型化 502
32.1 引言 502
32.2 生物反应器的监控工具 502
32.3 生物反应器静态系统 503
32.4 微加工生物反应器 503
32.5 生物反应器震荡系统 504
32.6 生物反应器搅拌系统 512
32.7 生物反应器 515
32.8 对流混合的其他方法 521
32.9 结论 521
第33章 接种物的制备 524
33.1 简介 524
33.2 培养基储备 524
33.3 菌种保藏 525
33.4 菌种评估 526
33.5 接种物扩大培养 527
33.6 接种/种子转移标准 529
33.7 接种物制备方法的研究 529
33.8 接种发展概要 530
第34章 微载体培养 532
34.1 历史和发展 532
34.2 细胞培养 533
34.3 微载体在疫苗生产上的应用 541
34.4 微载体在重组蛋白生产上的应用 542
34.5 微载体培养的发展前景 545
34.6 结论 545
第35章 单克隆抗体生产，细胞系 548
35.1 引言 548
35.2 细胞系的作用 548
35.3 大部分常用哺乳动物细胞系和载体系统的特征 551
35.4 其他宿主平台 554
35.5 结束语 556
第36章 植物细胞培养及实验技术 559
36.1 引言 559
36.2 实验设备 559
36.3 植物细胞培养基 560
36.4 细胞培养体系 564
36.5 小结 566
第37章 生物技术工艺的放大 568
37.1 引言 568
37.2 量纲分析 568
37.3 PI定理 570
37.4 矩阵算法证明PI 数列 570
37.5 模拟和放大理论的基本原理 572
37.6 建立相关列表的进一步程序 572
37.7 量纲分析和放大要素的小结 577
37.8 通过量纲分析处理可变物理性质 578
37.9 热传递过程的量纲分析 582
37.10 传质过程的量纲分析 584
第二卷 设备、工艺设计、传感、控制与cGMP实施
第四部分 生物反应器设计、工程、传感和控制过程
第38章 动物细胞生物反应器的通气、混合与流体动力学 589
38.1 引言 589
38.2 通气 589
38.3 混合 595
38.4 动物细胞与水动力的关系 599
38.5 概述 607
第39章 生物催化膜反应器 613
39.1 引言 613
39.2 基本原理 614
39.3 膜反应器结构 616
39.4 应用 620
39.5 其他膜生物反应器的应用 627
39.6 结论 628
第40章 生物反应器按比例缩小 630
40.1 按比例缩小的方法 631
40.2 模式分析 632
40.3 模拟 633
40.4 优化和建模 633
40.5 应用 634
40.6 微生物发酵中的按比例缩小研究 635
40.7 按比例缩小研究的试验装置 636
40.8 底物或pH梯度模拟 638
40.9 同步环境梯度模拟 638
第41章 生物反应器线性放大* 641
41.1 引言 641
41.2 高径比、均质性和梯度 642
41.3 加热和冷却 649
第42章 生物反应器：气升式反应器 659
42.1 引言 659
42.2 流体动力学 661
42.3 传质 678
42.4 传热 682
42.5 多相气升式反应器 683
42.6 选择和设计 685
42.7 模型 696
42.8 生物工艺 699
42.9 总结 702
第43章 生物反应器，连续培养，植物细胞 713
43.1 引言 713
43.2 连续培养理论的假设和缺陷 714
43.3 连续培养的实际方案 714
43.4 连续培养的数学描述 715
43.5 连续培养在植物细胞中的应用 716
第44章 生物反应器，流化床 719
44.1 历史介绍 719
44.2 工厂设计和运行 721
44.3 放大的考量 727
44.4 建模与模拟 727
44.5 实例 728
第45章 生物反应器，气体处理 731
45.1 引言 731
45.2 微生物与应用 731
45.3 生物反应器的类型 732
45.4 生物反应器的设计 734
第46章 生物反应器，灌流 743
46.1 引言 743
46.2 基于过滤法的细胞截留 744
46.3 基于沉淀法的细胞截留 748
46.4 结论 753
第47章 旋转式生物反应器 755
47.1 引言 755
47.2 背景 755
47.3 结论和展望 766
第48章 植物细胞培养生物反应器，搅拌罐 768
48.1 悬浮植物细胞培养的产物 768
48.2 悬浮植物细胞培养的性质：生物反应器工程的含义 768
48.3 搅拌式悬浮植物细胞培养生物反应器的适用性 769
48.4 搅拌罐的设备和操作特点 770
48.5 生物反应器中的植物细胞培养：实验结果 784
48.6 搅拌型生物反应器中的植物细胞培养：理论分析 791
48.7 结论 792
第49章 细胞固定化，工程展望 797
49.1 引言 797
49.2 内部传质 797
49.3 外部传质 810
49.4 反应和扩散 811
第50章 发酵罐/生物反应器设计 823
50.1 引言 823
50.2 安全性和法规适用性 823
50.3 设计基础和其他一般注意事项 825
50.4 工艺要求：基础 826
50.5 机械设计 836
50.6 结论 846
第51章 生物反应罐持气率 848
51.1 基本定义 848
51.2 生物技术相关性 848
51.3 决定持气率的因素 850
51.4 物理化学影响 851
51.5 测量技术 852
第52章 蛋白质与酶的固定化，介孔载体 854
52.1 引言 854
52.2 介孔硅和碳上的蛋白质固定化 854
52.3 结论及展望 872
第53章 固定化细胞 877
53.1 引言 877
53.2 细胞固定化：载体和技术 877
53.3 细胞微胶囊 879
53.4 细胞固定化要求 880
53.5 用于细胞固定化的生物材料 881
53.6 细胞固定化技术 883
53.7 固定化对细胞的影响 886
53.8 反应器的设计 887
53.9 结论 888
第54章 固定化酶 892
54.1 引言 892
54.2 固定化酶作为工业化学过程的催化剂 892
54.3 目前固定化酶的工业化应用 893
54.4 固定化方案 894
54.5 工业酶吸附于离子交换介质上 894
54.6 脂肪酶在疏水性基质上的选择性吸附 894
54.7 生物亲和固定化 895
54.8 共价固定 896
54.9 无载体固定化酶 898
54.10 通过固定化技术进行酶性质的改良 899
54.11 通过不同的固定化方法进行脂肪酶的选择性调节 901
54.12 展望：固定化酶作用于不溶性底物 901
54.13 结论 902
第55章 叶轮选择，动物细胞培养 905
55.1 引言 905
55.2 影响叶轮选择的最重要因素 905
55.3 氧传递因素 906
55.4 “剪切敏感性”对叶轮产生的流体动力学压力 906
55.5 其他取决于搅拌和生物反应器结构的参数：对叶轮选择的启示 910
55.6 与叶轮选择无关的重要参数 912
55.7 叶轮选择/几何、规模放大和操作策略 912
第56章 哺乳动物细胞生物反应器 915
56.1 引言 915
56.2 反应器基本操作和动力学 916
56.3 搅拌罐的细胞载体 917
56.4 细胞培养反应器 918
56.5 结束语 922
第57章 哺乳动物细胞生物反应器，放大 923
57.1 引言 923
57.2 背景 924
57.3 贴壁依赖性细胞生物反应器 926
57.4 悬浮细胞生物反应器 928
57.5 高细胞密度生物反应器 930
57.6 对比、总结及展望 931
第58章 传质 935
58.1 引言 935
58.2 扩散系数或扩散率 935
58.3 气-液传质 936
58.4 液-液传质 939
58.5 固-液传质 940
58.6 传质行为 940
第59章 传氧速率的测定方法 966
59.1 引言 966
59.2 kLa的实验测定 968
59.3 由不同方法获得的kLa值的比较 974
59.4 kLa 值之间的相关性 975
59.5 预测OTR的一般方法 978
59.6 微型生物反应器（小型和微型设备）中的OTR 979
59.7 结论 980
第60章 光生物反应器 984
60.1 引言 984
60.2 光生物反应器类别 986
60.3 大型商业化光生物反应器 993
60.4 结语与展望 995
60.5 结论 996
第61章 发酵液的流变学行为 1000
61.1 引言 1000
61.2 流变学模型 1000
61.3 流变仪 1000
61.4 胞外生物聚合物发酵 1002
61.5 菌丝体发酵 1003
61.6 混合 1007
61.7 结论 1007
第62章 丝状微生物流变学，深层培养 1009
62.1 引言 1009
62.2 丝状微生物发酵液的流变测量 1010
62.3 流变学模型 1011
62.4 黏度作为丝状微生物发酵的一个工程问题 1012
62.5 黏度系数作为悬浮特征的函数 1014
62.6 丝状微生物发酵流变性的控制 1017
62.7 非牛顿流体发酵液流变性测量设备 1019
62.8 总结 1019
第63章 过程控制中的取样和样品处理 1023
63.1 取样 1023
63.2 化学法 1024
63.3 物理法 1024
63.4 化学法 1025
63.5 从气相中取样 1025
63.6 代表性样品 1025
63.7 取样的重现性 1025
63.8 样品处理 1026
63.9 无损检测方法 1027
63.10 集成过程 1028
63.11 商业系统 1028
63.12 总结 1029
第64章 固态发酵，动力学 1030
64.1 引言 1030
64.2 本章目标 1030
64.3 研究内容和研究范围 1031
64.4 固态发酵关键特性描述 1031
64.5 微生物现象的建模 1034
64.6 局部传递现象的建模 1037
64.7 大规模传递现象的建模 1038
64.8 参数估计 1045
64.9 总结与展望 1046
第65章 自动化固态发酵 1049
65.1 引言 1049
65.2 关键操作变量的测量和控制 1049
65.3 商业规模的SSF 生物反应器的自动控制策略 1052
65.4 案例研究：试验型定期混合的填充层生物反应器的自动化 1053
第66章 不锈钢 1059
66.1 不锈钢的本质 1059
66.2 不锈钢的类型 1059
66.3 腐蚀机制 1059
66.4 不锈钢的腐蚀敏感性 1060
66.5 局部腐蚀的形式 1060
66.6 造成局部腐蚀的因素 1062
66.7 预防局部腐蚀 1062
66.8 补救措施 1063
66.9 标准操作程序 1064
第67章 静态混合，发酵工艺 1065
67.1 引言 1065
67.2 结构类型和构造 1065
67.3 对动量传递的影响 1067
67.4 存在于静态混合器中的传质 1072
67.5 静态混合器与传热 1074
67.6 放大设计 1075
67.7 结束语 1075
第68章 多相系统中的传递现象 1077
68.1 引言 1077
68.2 改进的Rushton涡轮搅拌器的描述 1077
68.3 多相系统流体力学 1078
68.4 物质传递 1085
68.5 抗生素生物合成中的改良搅拌器性能 1087
第五部分 过程分析技术（PAT）
第69章 生物过程和发酵监测 1093
69.1 引言 1093
69.2 传感器和监测的各个方面 1093
69.3 监控方法 1095
69.4 传感器、装置和技术 1095
69.5 结论 1107
第70章 流动注射分析在工业生物技术中的应用 1109
70.1 引言 1109
70.2 流动注射分析基本原理 1110
70.3 利用FI进行选择性生物分析应用 1111
70.4 FI在分析或检测过程中的用途 1113
70.5 顺序注射分析基础 1113
70.6 微流体装置：阀上实验室 1114
70.7 所选的生物分析应用开发SI-LOV 1115
70.8 结论和前景 1118
第71章 用于生物过程监测的荧光技术 1121
71.1 引言 1121
71.2 用于生物过程监测的在线荧光传感器的原理 1121
71.3 在线二维荧光光谱的应用 1128
71.4 总结 1129
第72章 动物细胞培养过程中的离线分析 1130
72.1 引言 1130
72.2 细胞密度的分析 1131
72.3 培养基成分的分析 1132
72.4 代谢终产物的分析 1138
72.5 其他物质和参数的分析 1140
72.6 蛋白质的分析 1141
72.7 临床分析器的分析 1141
72.8 服务信息 1142
第73章 过程分析技术：对于生物药剂学的策略 1144
73.1 引言 1144
73.2 PAT应用于上游操作 1147
73.3 PAT应用于收获操作 1149
73.4 PAT应用于下游操作 1150
73.5 PAT应用于药品生产操作 1152
73.6 PAT和快速的微生物学方法 1154
73.7 PAT在化学计量学中的应用 1154
73.8 关于PAT实现的案例研究 1155
73.9 结论和展望 1156
第74章 废气分析 1160
74.1 概述 1160
74.2 废气分析的方法 1160
74.3 安装与操作 1165
74.4 参数计算 1168
第六部分 上游cGMP实施
第75章 抗体制备，一次性系统 1175
75.1 引言 1175
75.2 抗体产业中一次性设备的应用：综述 1175
75.3 单抗生产过程中一次性反应器的应用 1177
75.4 讨论及显而易见的趋势 1179
第76章 生物反应器操作 1182
76.1 准备 1182
76.2 灭菌 1197
76.3 装料 1202
76.4 培养初始阶段 1207
76.5 收获 1208
第77章 生物反应器，细胞培养，商品化产品 1211
77.1 引言 1211
77.2 生物反应器的设计 1217
77.3 程序操作 1220
77.4 产品生产规模扩大化 1227
77.5 结论 1228
第78章 生物转化，工艺优化 1234
78.1 引言 1234
78.2 全细胞还是纯化酶？ 1234
78.3 反应器分类 1235
78.4 逐步工艺开发步骤 1236
78.5 例子 1237
第79章 生物反应器中的泡沫生成与控制 1244
79.1 泡沫产生原理概述 1244
79.2 微观水平下描述泡沫：界面的分子机制 1244
79.3 宏观水平上对泡沫的描述：反应器中气-液分散 1245
79.4 溶液发泡性能的评价方法 1246
79.5 生物过程中泡沫的检测与控制 1247
79.6 用于预防泡沫的化学方法 1247
79.7 物理法预防或减少反应器中泡沫生成 1249
79.8 泡沫的生成与预防的影响 1251
79.9 生物反应过程中的泡沫：现有回顾与未来展望 1252
第80章 中试车间的设计和运营 1254
80.1 引言 1254
80.2 运营理念和工艺需求 1254
80.3 设计 1255
80.4 运营 1264
第81章 剪切敏感性 1272
81.1 引言 1272
81.2 生物反应器中的剪切力 1272
81.3 剪切效应 1278
81.4 结束语 1297
第82章 生物加工过程中设备的灭菌和消毒 1303
82.1 引言 1303
82.2 加热灭菌 1303
82.3 过滤除菌 1306
82.4 熏蒸 1308
82.5 γ辐射 1309
82.6 紫外线 1309
82.7 液体消毒剂 1309
82.8 病毒检测与生物制品的消毒 1310
82.9 朊病毒 1313
82.10 监管和安全问题 1314
索引 1317