বেঞ্চটপ ফার্মেন্টার এবং বায়োরিঅ্যাক্টর কী? ল্যাব-স্কেল ডিজাইন, নিয়ন্ত্রণ ও স্কেল-আপ

বেঞ্চটপ ফার্মেন্টার এবং বায়োরিঅ্যাক্টর কী?

বেঞ্চটপ ফার্মেন্টার বা বায়োরিঅ্যাক্টর কী এবং এটি কীসের জন্য ব্যবহৃত হয়?একটি বেঞ্চটপ ফার্মেন্টার বা বায়োরিঅ্যাক্টর হল একটি পরীক্ষাগার-স্কেল চাষের পাত্র যার কার্যক্ষম আয়তন প্রায় ০.৫-২০ লিটার যা একটি উৎপাদন ফার্মেন্টারের নিয়ন্ত্রিত পরিবেশকে একটি পরীক্ষাগার বেঞ্চে প্রতিলিপি করে। এটি চারটি চলক অবিচ্ছিন্নভাবে নিয়ন্ত্রণ করে: তাপমাত্রা ৪ থেকে ৮০°C এর মধ্যে ±০.১°C এর মধ্যে, পিএইচ ২.০ থেকে ১২.০ এর মধ্যে ±০.০১ এর মধ্যে স্বয়ংক্রিয় অ্যাসিড এবং ক্ষার যোগ করার মাধ্যমে, দ্রবীভূত অক্সিজেন ০ থেকে ১০০% এয়ার স্যাচুরেশনের মধ্যে ±১% এর মধ্যে ক্যাসকেডেড আলোড়ন, বায়ুচলাচল এবং অক্সিজেন সমৃদ্ধকরণের মাধ্যমে, এবং ফোম অ্যান্টিফোম ডোজিং বা যান্ত্রিক ব্রেকার দ্বারা। আলোড়ন ৫০-১,২০০ আরপিএম এবং স্পার্জড এয়ার ০.১-২.০ ভিভিএম পর্যন্ত বিস্তৃত, যা ২০-২৫০ এইচ-১ এর একটি কেএলএ প্রদান করে।

১. ডিজাইন বৈশিষ্ট্য যা ডেটার গুণমান নির্ধারণ করে

একটি বেঞ্চটপ ইউনিট একটি চুল্লির মতোই একটি পরিমাপ যন্ত্র। তিনটি ডিজাইন পছন্দ একটি সিস্টেমকে আলাদা করে যা স্থানান্তরযোগ্য স্কেল-আপ ডেটা তৈরি করে যা কেবল কোষ বৃদ্ধি করে:

• পাত্রের জ্যামিতি এবং ইম্পেলার ট্রেন:প্রতিলিপিযোগ্য কাজের জন্য উৎপাদন পাত্রের সাথে জ্যামিতিক সাদৃশ্য প্রয়োজন: ২:১ থেকে ৩:১ এর উচ্চতা-ব্যাস অনুপাত, ০.৩৩-০.৫০ এর ইম্পেলার-টু-ট্যাঙ্ক ব্যাস অনুপাত, এবং টি/১০ এ চারটি বাফেল। বেশিরভাগ বেঞ্চটপ ইউনিটে দুটি ইম্পেলার থাকে, গ্যাস বিস্তারের জন্য একটি নিম্ন রেডিয়াল রাস্টন টারবাইন এবং বাল্ক মিশ্রণের জন্য একটি উপরের অ্যাক্সিয়াল হাইড্রোফয়েল। ড্রাইভ মোটর থেকে শ্যাফটে চৌম্বকীয় কাপলিং যান্ত্রিক সিল এড়িয়ে যায়, যা এই স্কেলে সবচেয়ে সাধারণ ফুটো এবং দূষণের পথ, এবং পুরো পাত্রটিকে ১২১°C এ ২০-৩০ মিনিটের জন্য অটোক্লেভ করার অনুমতি দেয়।
• সেন্সর প্যাকেজ এবং নিয়ন্ত্রণ লুপ:স্ট্যান্ডার্ড যন্ত্রপাতির মধ্যে একটি পোলারোগ্রাফিক বা অপটিক্যাল ডিও প্রোব, একটি স্টিম-স্টেরিলাইজেবল জেল-ভরা পিএইচ ইলেক্ট্রোড, একটি পিটি১০০ রেজিস্ট্যান্স থার্মোমিটার এবং অক্সিজেন এবং কার্বন ডাই অক্সাইডের জন্য একটি অফ-গ্যাস বিশ্লেষক অন্তর্ভুক্ত। অফ-গ্যাস পরিমাপ পাত্রটিকে একটি ক্যালোরিমিটারে পরিণত করে: ইনলেট এবং আউটলেট গ্যাস ব্যালেন্স থেকে প্রাপ্ত ওইউআর এবং সিটিআর ব্রোথে উপস্থিত হওয়ার কয়েক ঘন্টা আগে বিপাকীয় পরিবর্তনগুলি প্রকাশ করে। উন্নত ইউনিটগুলিতে ভায়াবল সেল ভলিউমের জন্য ক্যাপাসিট্যান্স প্রোব, গ্লুকোজ, ল্যাকটেট এবং টাইটারের জন্য রমন বা এনআইআর স্পেকট্রোস্কোপি, এবং সঠিক গ্যাস ব্যালেন্সিংয়ের জন্য এক্সহস্ট মাস-ফ্লো কন্ট্রোল যুক্ত করা হয়।
• সমান্তরাল অপারেশন এবং অটোমেশন:আধুনিক প্রক্রিয়া উন্নয়ন বিরলভাবে একবারে একটি পাত্র চালায়। সমান্তরাল বায়োরিঅ্যাক্টর সিস্টেমগুলি একটি একক এসসিএডিএ হোস্টের অধীনে ০.২৫-২ লিটারের ৪, ৮, ১৬, বা ২৪ টি পাত্রকে একীভূত করে, যেখানে স্বতন্ত্র গ্যাস মিশ্রণ, প্রতি-পাত্র ফিডিং এবং স্বয়ংক্রিয় স্যাম্পলিং থাকে। এটি পরিসংখ্যানগত পরীক্ষা নকশা (DoE) ব্যবহারিক করে তোলে: পিএইচ, তাপমাত্রা এবং ফিড হারের উপর একটি সম্পূর্ণ ফ্যাক্টোরিয়াল যা একটি একক ৫ লিটার পাত্রে ১৮ মাস সময় নিত তা তিন সপ্তাহে সম্পন্ন হয়। সফ্টওয়্যারকে অবশ্যই ২১ সিএফআর পার্ট ১১ ইলেকট্রনিক রেকর্ড সমর্থন করতে হবে, যেখানে ব্যবহারকারী-স্তরের অ্যাক্সেস নিয়ন্ত্রণ এবং একটি অপরিবর্তনীয় অডিট ট্রেল থাকবে।

২. বেঞ্চটপ থেকে প্ল্যান্ট পর্যন্ত: স্কেল-আপ নিয়ম

স্কেল-আপ ব্যর্থ হয় যখন নিয়ন্ত্রণ প্রক্রিয়া স্কেলগুলির মধ্যে পরিবর্তিত হয়। কর্মক্ষমতা সংরক্ষণের জন্য তিনটি মানদণ্ড ব্যবহার করা হয়, এবং সঠিকটি নির্ভর করে কোন প্রক্রিয়াটি প্রক্রিয়াটিকে সীমাবদ্ধ করে তার উপর:

• ধ্রুবক কেএলএ বা ধ্রুবক ওটিআর:অক্সিজেন সরবরাহ দ্বারা সীমাবদ্ধ অ্যারোবিক মাইক্রোবিয়াল প্রক্রিয়াগুলির জন্য, ভলিউমেট্রিক মাস ট্রান্সফার সহগ ধ্রুবক রাখুন, সাধারণত ৫০-২০০ এইচ-১। যেহেতু কেএলএ প্রায় (পি/ভি)^০.৪·(ভিএস)^০.৫ এর সাথে স্কেল করে, ভলিউম ১,০০০ গুণ বৃদ্ধি করার সময় কেএলএ ধ্রুবক রাখলে প্রতি ভলিউম শক্তি হ্রাস পায় এবং সুপারফিশিয়াল গ্যাস বেগ বৃদ্ধি পায়, তাই বড় পাত্রটি কম আলোড়ক গতিতে কিন্তু উচ্চ বায়ুচলাচল সহ চলে। ডায়নামিক গ্যাস আউট পদ্ধতি ব্যবহার করে উভয় স্কেলে কেএলএ পরিমাপ করে নিশ্চিত করুন, কোনও সম্পর্ককে বিশ্বাস করার পরিবর্তে।
• প্রতি ভলিউম (পি/ভি) বা টিপ গতিতে ধ্রুবক শক্তি:শিয়ার-সংবেদনশীল স্তন্যপায়ী এবং উদ্ভিদ কোষগুলির জন্য, টিপ গতি প্রায় ১.৫ মি/সেকেন্ডের নিচে এবং পি/ভি ০.০১ এবং ০.১০ কিলোওয়াট/মি³ এর মধ্যে রাখুন, কারণ কোষের ক্ষতি ইম্পেলারের কাছাকাছি স্থানীয় শক্তি অপচয় হারের সাথে সম্পর্কিত, পাত্রের গড় নয়। যে প্রক্রিয়াগুলিতে মাইক্রোমিক্সিং নির্বাচন নিয়ন্ত্রণ করে, যেমন দ্রুত সমান্তরাল বা সিরিজ বিক্রিয়া, সেখানে মিশ্রণের সময় বা টার্বুলেন্ট ডিসিপেশন রেট ধ্রুবক রাখুন, যার জন্য সাধারণত প্ল্যান্ট পাত্রে অনেক বেশি পি/ভি গ্রহণ করতে হয়।
• ধ্রুবক মিশ্রণ সময় এবং জ্যামিতিক সাদৃশ্য:একটি টার্বুলেন্ট আলোড়িত পাত্রে মিশ্রণের সময় প্রায় আলোড়ক গতির বিপরীত (ডি/টি)² এর সাথে স্কেল করে, তাই একটি পরীক্ষাগার পাত্র যা ৫ সেকেন্ডে মিশ্রিত হয় তার ২০,০০০ লিটারে ৩০-৬০ সেকেন্ড সময় লাগতে পারে। যেখানে একটি ফেড-ব্যাচ ফিড প্লুম স্থানীয় পিএইচ বা সাবস্ট্রেট গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে, সেই পার্থক্যটি গুরুত্বপূর্ণ: ফিড পয়েন্টে ১০০ গুণ ঘনত্বের স্পাইক ওভারফ্লো মেটাবলিজম ট্রিগার করতে পারে যদিও পাত্রের গড় সঠিক দেখায়। বেঞ্চটপ দুই-কম্পার্টমেন্ট সিস্টেমে বড় পাত্রের গ্রেডিয়েন্ট প্রতিলিপি করে এমন স্কেল-ডাউন মডেলগুলি প্রথম প্ল্যান্ট ব্যাচের আগে এটি ডি-রিস্ক করার আদর্শ উপায়।

বেঞ্চটপ ফার্মেন্টার এবং বায়োরিঅ্যাক্টর ক্লাস তুলনা ম্যাট্রিক্স

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী (FAQ)

প্রশ্ন: একটি বেঞ্চটপ ফার্মেন্টার এবং একটি বেঞ্চটপ বায়োরিঅ্যাক্টরের মধ্যে পার্থক্য কী?

উত্তর: পরীক্ষাগার সরঞ্জাম ক্যাটালগে দুটি নাম একই যন্ত্র বর্ণনা করে, এবং বিক্রেতারা লক্ষ্য বাজারের উপর ভিত্তি করে লেবেলটি বেছে নেয়। ফার্মেন্টার ব্যবহার করা হয় যখন উদ্দিষ্ট জীব অণুজীব হয় এবং পণ্যটি একটি মেটাবোলাইট, বায়োমাস, বা অ্যালকোহল হয়। বায়োরিঅ্যাক্টর ব্যবহার করা হয় যখন সিস্টেমকে উচ্চতর জীবাণুমুক্ততা নিশ্চিতকরণ, স্তন্যপায়ী বা পোকামাকড় কোষের সংস্কৃতি, বা পারফিউশন হার, রেডক্স, বা ভায়াবল সেল ডেনসিটির মতো নিয়ন্ত্রিত চলকের একটি বিস্তৃত পরিসর সমর্থন করতে হয়। বাস্তবে, একটি ০.২ মাইক্রোমিটার এক্সহস্ট ফিল্টার, ক্যাসকেডেড দ্রবীভূত অক্সিজেন নিয়ন্ত্রণ, এবং স্টিম-স্টেরিলাইজেবল পিএইচ এবং ডিও প্রোব সহ একটি ভাল-নির্দিষ্ট ৫ লিটার ইউনিট কোনও পরিবর্তন ছাড়াই উভয় ভূমিকা পালন করে।

প্রশ্ন: আমি কীভাবে একটি গ্লাস ভেসেল এবং একটি স্টেইনলেস স্টিল বেঞ্চটপ ভেসেলের মধ্যে নির্বাচন করব?

উত্তর: স্ক্রিনিং কাজের জন্য অটোক্লেভেবল গ্লাস নির্বাচন করুন যেখানে আপনাকে ব্রথ দেখতে হবে, জ্যামিতি ঘন ঘন পরিবর্তন করতে হবে এবং মূলধন ব্যয় কম রাখতে হবে, সাধারণত ০.১৫ এমপিএ পর্যন্ত চাপে ০.৫-১০ লিটার। ইন-প্লেস জীবাণুমুক্তকরণ, ০.৩৫ এমপিএ পর্যন্ত উচ্চ চাপ, সিআইপি ইন্টিগ্রেশন, বা উৎপাদন পাত্রের সাথে জ্যামিতিকভাবে অভিন্ন জ্যামিতি প্রয়োজন হলে স্টেইনলেস স্টিল নির্বাচন করুন, যা ডেটা স্কেল-আপ চালিত করলে অপরিহার্য। স্টেইনলেস ক্ষয়কারী দ্রাবক, উচ্চ লবণাক্ততা, এবং বারবার কস্টিক পরিষ্কারের ঝুঁকি ছাড়াই কাঁচের এচিংয়ের ঝুঁকি ছাড়াই পরিচালনা করে যা ধীরে ধীরে ভেজা এবং তাপ স্থানান্তর পরিবর্তন করে।

প্রশ্ন: কেন আমার স্কেল-আপ ব্যর্থ হয় এমনকি যখন কেএলএ মিলে যায়?

উত্তর: কারণ কেএলএ একটি পাত্র-গড় সংখ্যা এবং কোষ একটি স্থানীয় পরিবেশের সম্মুখীন হয়। ২০,০০০ লিটারে, মিশ্রণের সময় কয়েকগুণ বৃদ্ধি পায়, তাই ঘন গ্লুকোজ বা ক্ষারের ফিড প্লুমগুলি উচ্চ পিএইচ বা উচ্চ অসমোলিটির ক্ষণস্থায়ী অঞ্চল তৈরি করে যা ওভারফ্লো মেটাবলিজম, অ্যাসিটেট বা ল্যাকটেট জমা, এবং হ্রাসকৃত কার্যকারিতা ট্রিগার করে। একটি লম্বা পাত্রের নীচে হাইড্রোস্ট্যাটিক হেডের সাথে অক্সিজেনের আংশিক চাপও বৃদ্ধি পায়, যখন কার্বন ডাই অক্সাইড স্ট্রিপিং কঠিন হয়ে পড়ে, তাই দ্রবীভূত CO2 বৃদ্ধিকে বাধা দিতে পারে ১০০-১৫০ mmHg এর বেশি হতে পারে। স্কেল-ডাউন মডেলে সেই গ্রেডিয়েন্টগুলি প্রতিলিপি করা, তারপর ফিড পয়েন্টের অবস্থান, ফিড ঘনত্ব, বা ইম্পেলার কনফিগারেশন পরিবর্তন করা, এই ব্যর্থতাগুলির বেশিরভাগই সমাধান করে।

প্রশ্ন: একটি বেঞ্চটপ সিস্টেমের জন্য কী কী ইউটিলিটি প্রয়োজন?

উত্তর: একটি সাধারণ ৫ লিটার গ্লাস বা স্টেইনলেস ইউনিটের জন্য ১-২ কিলোওয়াট এর ২২০ ভি একক-ফেজ সরবরাহ, ০.৩-০.৬ এমপিএ এবং ৫-২০ লি/মিনিট এ সংকুচিত বায়ু, গ্যাস মিশ্রণের জন্য অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেন যদি সমৃদ্ধকরণ বা ডিও ক্যাসকেড ব্যবহার করা হয়, পিএইচ নিয়ন্ত্রণের জন্য কার্বন ডাই অক্সাইড বা অ্যামোনিয়া-মুক্ত ক্ষার এবং অ্যাসিড, কনডেন্সার এবং জ্যাকেট কুলিংয়ের জন্য ৫-১৫°C এবং ২-৫ লি/মিনিট এ শীতল জল, এবং জীবাণুমুক্তকরণের জন্য একটি স্টিম উৎস বা অটোক্লেভ প্রয়োজন। ইন-প্লেস এসআইপি সহ স্টেইনলেস ইউনিটগুলির জন্য অতিরিক্ত ০.২৫-০.৩৫ এমপিএ এ পরিষ্কার স্টিম প্রয়োজন। ড্রেন ক্ষমতা এবং একটি ফিউম বা বায়োসেফটি ক্যাবিনেট সাধারণত উপেক্ষা করা হয় এবং ইনস্টলেশনের আগে নিশ্চিত করা উচিত।

ট্যাগ:স্টেইনলেস স্টিল রিঅ্যাক্টর, কেমিক্যাল রিঅ্যাক্টর সিস্টেম, শিল্প রাসায়নিক চুল্লি