在進行大規模細胞/組織培養時，能否為細胞生長提供足夠的氧氣是細胞/組織培養成功的關鍵因素，但也是常常被忽略或難以滿足的因素之一。

哺乳類動物的細胞生長需要氧氣。大多數的實驗室在進行細胞培養時都依靠氧氣在細胞培養液表面的溶解和擴散向細胞提供氧氣。 因此氧氣必須擴散并穿過細胞培養液的厚度才能夠達到細胞培養板底部的細胞培養層。培養液的深度可從幾個毫米到超過1厘米。這段距離已經超出了氧氣在體內的擴散距離。 事實上，在一般的哺乳類動物體內，組織細胞距毛細血管的最大距離很少有超過200um，大多數情況下都小于100um，氧氣從毛細血管到組織的擴散距離一般都在10—30 微米。

William McLimans 博士在1968年的一個研究表明，在細胞培養皿底部培養的細胞對氧氣的消耗率很容易就會超過氧氣在細胞培養液中的擴散速率，因此McLimans 博士建議在進行細胞培養時，細胞培養的密度和細胞培養液的液面不能太高。但這就帶來了一些問題，例如，細胞培養時，為了擴增更多的細胞，就必須頻繁進行換液、胰酶消化和傳代。這些措施大大增加了人工、培養液和耗材的成本。

近年來，干細胞和組織工程的研究突飛猛進，已經使得體外組織和器官培養成為可能。在進行體外組織和器官培養時，氧氣的擴散問題就顯得更為突出了。

生物反應器就是為了克服氧氣擴散距離限制而出現的。采用生物反應器可向組織和器官中的細胞更好地提供氧氣和進行養分/代謝產物交換，從而使得細胞，特別是培養的組織和器官內部的細胞，更好的生長。大多數的生物反應器都采用了對細胞培養液進行擾動的方式，如攪拌和晃動，來促進氧氣和養分向細胞的擴散。這在一定程度上解決了氧氣擴散距離的限制，但是這又產生了一個氧氣在培養液中溶解速度跟不上的問題，結果仍然會導致細胞供氧不足而影響細胞生長。這個問題在大規模細胞培養、組織和器官培養時更為突出。

南京瑞康健的工程師們自2008年起就在國內外進行3D細胞培養技術和3D灌流生物反應器的研發。他們研發的3D細胞培養支架和第一代3D灌流生物反應器已通過Sigma Aldrich在全球銷售。其中3D灌流生物反應器已在全球銷售超過200臺。在此基礎上，瑞康健公司經過潛心研發，近期又推出了創新的新一代一體化3D灌流式生物反應器。
 
這一創新的一體化3D灌流式生物反應器具有如下特點：

• 采用了瑞康健的“氣體加速溶解（Enhanced Gas Dissolving，EGD)”專利技術, 使得培養箱中的O₂與CO₂能夠更快地溶解在細胞培養液中。下圖顯示，采用pH為10.39的溶液進行模擬培養循環，在帶有EGD裝置的培養系統中，溶液的pH值下降更快，證明EGD能夠大大加快CO₂的溶解。

 

• 采用了3D細胞培養支架進行3D細胞培養，培養的細胞數量多，還能大大減少換液和胰酶消化的次數。3D細胞培養技術能夠更好地模擬生物體內細胞生長的環境，能夠保持細胞間的3D相互作用和保持更逼真的生化和生理反應。在3D環境中，細胞對內源性和外源性刺激（如溫度、pH、營養吸收、轉運和分化等方面的改變）的應答更接近于它們在體內的反應。因此培養出的細胞質量更好。

 

• 采用了一體化的設計，使得蠕動泵和細胞培養箱整合在一起。 采用觸摸式液晶屏幕來控制培養箱溫度、CO₂濃度和培養液流動速度。整個系統易于操作和維護。
• 使用靈活，所帶的動態細胞培養箱Dycubator^TM可與研究者自建的生物反應器配合使用，以滿足不同研究者的需求。研究者無需再額外配置蠕動泵。

瑞康健的3D灌流式生物反應器是目前國內外創新的采用3D打印細胞培養支架進行動態細胞培養的一體化生物反應器。其操作簡單，節省人工，培養的細胞質量好。其獨有的EGD專利技術解決了大規模快速擴增細胞和組織/器官培養時遇到的O₂擴散關鍵問題。是廣大干細胞與組織工程研究者進行科學研究與成果轉化的必不可少的先進設備。