大規(guī)模細胞培養(yǎng)中的深層培養(yǎng)可分為分批式、流加式、半連續(xù)式、連續(xù)式和灌注式、細胞工廠5種技術形式。

（一）分批式培養(yǎng)

分批式培養(yǎng)是細胞規(guī)模培養(yǎng)發(fā)展進程中較早期采用的方式，也是其他操作方式的基礎。該方式采用機械攪拌式生物反應器，將細胞擴大培養(yǎng)后，一次性轉(zhuǎn)人生物反應器內(nèi)進行培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中其體積不變，不添加其他成分，待細胞增長和產(chǎn)物形成積累到適當?shù)臅r間，一次性收獲細胞、產(chǎn)物、培養(yǎng)基的操作方式（圖11-2a)。

分批式培養(yǎng)操作簡單，培養(yǎng)周期短，染菌和細胞突變的風險小。反應器系統(tǒng)屬于封閉式，培養(yǎng)過程中與外部環(huán)境沒有物料交換，除了控制溫度、pH值和通氣外，不進行其他任何控制，因此操作簡單，容易掌握。

因培養(yǎng)期間細胞生長代謝是在一個相對固定的營養(yǎng)環(huán)境，不添加任何營養(yǎng)成分，直觀反映細胞生長代謝的過程，是動物細胞工藝基礎條件或小試研究常用的手段。

由于培養(yǎng)過程工藝簡單，對設備和控制的要求較低，設備的通用性強，反應器參數(shù)的放大原理和過程控制，比較其他培養(yǎng)系統(tǒng)較易理解和掌握，在工業(yè)化生產(chǎn)中分批式培養(yǎng)操作是傳統(tǒng)的、常用的方法，其工業(yè)反應器規(guī)模可達12000L。

分批培養(yǎng)過程中，細胞的生長分為五個階段：延滯期、對數(shù)生長期、減速期、平穩(wěn)期和衰退期。分批培養(yǎng)的周期時間多在3-5d，細胞生長動力學表現(xiàn)為細胞先經(jīng)歷對數(shù)生長期（48-72h)細胞密度達到-高值后，由于營養(yǎng)物質(zhì)耗竭或代謝毒副產(chǎn)物的累積，細胞生長進入衰退期進而死亡，表現(xiàn)出典型的生長周期。收獲產(chǎn)物通常是在細胞快要死亡前或已經(jīng)死亡后進行。

（二）流加式培養(yǎng)

流加式培養(yǎng)是在分批式培養(yǎng)的基礎上，采用機械攪拌式生物反應器系統(tǒng)，懸浮培養(yǎng)細胞或以懸浮微載體培養(yǎng)貼壁細胞，細胞初始接種的培養(yǎng)基體積一般為終體積的1/2-1/3，在培養(yǎng)過程中根據(jù)細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的不斷消耗和需求，流加濃縮的營養(yǎng)物或培養(yǎng)基，從而使細胞持續(xù)生長至較高的密度，目標產(chǎn)品達到較高的水平，整個培養(yǎng)過程沒有流出或回收，通常在細胞進入衰亡期或衰亡期后進行終止，回收整個反應體系，分離細胞和細胞碎片，濃縮、純化目標蛋白（圖11-2b)。

流加培養(yǎng)-根據(jù)細胞生長速率、營養(yǎng)物消耗和代謝產(chǎn)物抑制情況，濃縮的營養(yǎng)培養(yǎng)基的流加速率與消耗的速率相同，按底物濃度控制相應的流加過程，保證合理的培養(yǎng)環(huán)境與較低的代謝產(chǎn)物抑制水平。

培養(yǎng)過程以低稀釋率流加，細胞在培養(yǎng)系統(tǒng)中停留時間較長，總細胞密度較高，產(chǎn)物濃度較高。流加培養(yǎng)過程須掌握細胞生長動力學，能量代謝動力學，研究細胞環(huán)境變化時的瞬間行為。流加培養(yǎng)細胞培養(yǎng)基的設計和培養(yǎng)條件與環(huán)境優(yōu)化，是整個培養(yǎng)工藝中的主要內(nèi)容。在工業(yè)化生產(chǎn)，懸浮流加培養(yǎng)工藝參數(shù)的放大原理和過程控制，比較其他培養(yǎng)系統(tǒng)較易理解和掌握，可采用工藝參數(shù)的直接放大。

流加培養(yǎng)是當前動物細胞培養(yǎng)中占有主流優(yōu)勢的培養(yǎng)工藝，也是近年來動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)研究的熱點。流加培養(yǎng)中的關鍵技術是基礎培養(yǎng)基和流加濃縮的營養(yǎng)培養(yǎng)基。通常進行流加的時間多在指數(shù)生長后期，細胞在進入衰退期之前，添加高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)。可以添加1次，也可添加多次，直至細胞密度不再提高。

（三）半連續(xù)式培養(yǎng)

半連續(xù)式培養(yǎng)又稱為重復分批式培養(yǎng)或換液培養(yǎng)。采用機械攪拌式生物反應器系統(tǒng)，懸浮培養(yǎng)形式。在細胞增長和產(chǎn)物形成過程中，每間隔一段時間，從中取出部分培養(yǎng)物，再用新的培養(yǎng)液補足到原有體積，使反應器內(nèi)的總體積不變。

這種類型的操作是將細胞接種一定體積的培養(yǎng)基，讓其生長至一定的密度，在細胞生長至大密度之前，用新鮮的培養(yǎng)基稀釋培養(yǎng)物，每次稀釋反應器培養(yǎng)體積的1/2-3/4，以維持細胞的指數(shù)生長狀態(tài)，隨著稀釋率的增加培養(yǎng)體積逐步增加。或者在細胞增長和產(chǎn)物形成過程中，每隔一定時間，定期取出部分培養(yǎng)物，或是條件培養(yǎng)基，或是連同細胞、載體一起取出，然后補加細胞或載體，或是新鮮的培養(yǎng)基繼續(xù)進行培養(yǎng)的一種操作模式。剩余的培養(yǎng)物可作為種子，繼續(xù)培養(yǎng)，從而可維持反復培養(yǎng)，而無需反應器的清洗、消毒等一系列復雜的操作。在半連續(xù)式操作中由于細胞適應了生物反應器的培養(yǎng)環(huán)境和相當高的接種量，經(jīng)過幾次的稀釋、換液培養(yǎng)過程，細胞密度常常會提高。

（四）連續(xù)式和灌注式培養(yǎng)

連續(xù)式培養(yǎng)是一種常見的懸浮培養(yǎng)模式，采用機械攪拌式生物反應器系統(tǒng)。該模式是將細胞接種于一定體積的培養(yǎng)基后，為了防止衰退期的出現(xiàn)，在細胞達到大密度之前，以一定速度向生物反應器連續(xù)添加新鮮培養(yǎng)基；同時，含有細胞的培養(yǎng)物以相同的速度連續(xù)從反應器流出，以保持培養(yǎng)體積的恒定。理論上講，該過程可無限延續(xù)下去。

（五）細胞工廠培養(yǎng)

細胞工廠是一種設計精巧的細胞培養(yǎng)裝置。它在有限的空間內(nèi)利用了大限度的培養(yǎng)表面，從而節(jié)省了大量的廠房空間，并可節(jié)省貴重的培養(yǎng)液。更重要的是，它可有效地保證操作的無菌性，從而避免因污染而帶來的原料、勞務和時間損失。它是對傳統(tǒng)轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)的革命。

丹麥NUNC公司生產(chǎn)的NUNC細胞工廠是目前應用較多的細胞工廠系統(tǒng)。可用于如疫苗、單克隆抗體或生物制藥等工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，特別適合于貼壁細胞，也可用于懸浮培養(yǎng)，在從實驗室規(guī)模進行放大時不會改變細胞生長的動力學條件，可提供1、2、10和40盤的培養(yǎng)體系，使放大變得簡單易行，低污染風險，節(jié)省空間，培養(yǎng)表面經(jīng)測試保證-有利于細胞貼附和生長。同時，與NUNC的細胞工廠操作儀結合使用，可全面實現(xiàn)細胞培養(yǎng)的自動化，從而大大地減低勞動強度和密集度。這套系統(tǒng)使用很方便，可產(chǎn)生類似塑料培養(yǎng)瓶的效果。由組織培養(yǎng)級聚苯乙烯制成，使用后可隨意處理。屬大缺點是：經(jīng)胰酶消化后，很難將細胞*洗出。