बेंचटॉप फर्मेंटर और बायोरिएक्टर क्या हैं? लैब-स्केल डिज़ाइन, नियंत्रण और स्केल-अप

बेंचटॉप किण्वक और बायोरिएक्टर क्या हैं? प्रयोगशाला पैमाने पर डिजाइन, नियंत्रण और स्केल-अप

बेंचटॉप किण्वक या बायोरिएक्टर क्या है और इसका उपयोग किस लिए किया जाता है?एक बेंचटॉप किण्वक या बायोरिएक्टर एक प्रयोगशाला पैमाने पर खेती के पात्र है जिसकी कार्य मात्रा लगभग 0.5-20 लीटर जो प्रयोगशाला बेंच पर एक उत्पादन किण्वक के नियंत्रित वातावरण को पुनः प्रस्तुत करता हैयह चार चरों को लगातार विनियमित करता हैः 4 से 80°C के बीच का तापमान ±0.1°C के भीतर, 2.0 से 12.0 के बीच का पीएच ±0.01 के भीतर स्वचालित एसिड और बेस जोड़कर,0 और 100% के बीच विघटित ऑक्सीजन हवा संतृप्ति के भीतर ± 1% के भीतर के माध्यम से कैस्केड हलचल, वायुकरण, और ऑक्सीजन संवर्धन, और विरोधी फोम खुराक या यांत्रिक ब्रेकर द्वारा फोम। हलचल 50-1,200 आरपीएम और स्पार्क हवा 0.1-2.0 वीवीएम तक फैली हुई है, जिससे 20-250 एच -1 का केएलए मिलता है।

1. डेटा की गुणवत्ता निर्धारित करने वाली डिजाइन विशेषताएं

एक बेंचटॉप इकाई एक रिएक्टर के समान एक माप उपकरण है। तीन डिजाइन विकल्प एक प्रणाली को अलग करते हैं जो स्थानांतरित करने योग्य स्केल-अप डेटा का उत्पादन करती है, एक से जो केवल कोशिकाओं को बढ़ाती हैः

• पोत ज्यामिति और इम्पेलर ट्रेनःपुनरुत्पादित कार्य के लिए उत्पादन पात्र के साथ ज्यामितीय समानता की आवश्यकता होती हैः ऊंचाई-व्यास अनुपात 2:1 से 3:1, 0.33-0 का इम्पेलर-टैंक व्यास अनुपात।50अधिकांश बेंचटॉप इकाइयों में दो इम्पेलर होते हैं, गैस फैलाव के लिए एक निचला रेडियल रश्टन टर्बाइन और बल्क मिश्रण के लिए एक ऊपरी अक्षीय हाइड्रोफ्लाइल।ड्राइव मोटर से शाफ्ट के लिए चुंबकीय युग्मन यांत्रिक सील से बचता है, जो इस पैमाने पर सबसे आम रिसाव और संदूषण मार्ग है, और पूरे पात्र को 20-30 मिनट के लिए 121°C पर ऑटोक्लेव करने की अनुमति देता है।
• सेंसर पैकेज और नियंत्रण लूप:मानक उपकरणों में एक पोलारोग्राफिक या ऑप्टिकल डीओ जांच, एक भाप-नसबंदी योग्य जेल से भरा पीएच इलेक्ट्रोड, एक पीटी100 प्रतिरोध थर्मामीटर शामिल है,और ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के लिए एक ऑफ-गैस विश्लेषकगैसों के बाहर निकलने के माप से पोत को कैलोरीमीटर में बदल दिया जाता है। इनपुट और आउटपुट गैस संतुलन से प्राप्त OUR और CTR से पता चलता है कि शोरबा में आने से घंटों पहले ही चयापचय में बदलाव होता है।उन्नत इकाइयों ने व्यवहार्य सेल वॉल्यूम के लिए कैपेसिटेंस जांच जोड़ दीग्लूकोज, लैक्टेट और टाइटर के लिए रामन या एनआईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी और सटीक गैस संतुलन के लिए निकास द्रव्यमान प्रवाह नियंत्रण।
• समानांतर संचालन और स्वचालन:आधुनिक प्रक्रिया विकास शायद ही कभी एक समय में एक कंटेनर चलाता है। समानांतर बायोरिएक्टर सिस्टम एकल एससीएडीए मेजबान के तहत 0,25-2 लीटर के 4, 8, 16 या 24 कंटेनरों को एकीकृत करते हैं, जिसमें व्यक्तिगत गैस मिश्रण होता है,प्रति पोत भोजनयह प्रयोगों के सांख्यिकीय डिजाइन को व्यावहारिक बनाता हैः पीएच, तापमान,और फ़ीड दर जो एक एकल 5 लीटर कंटेनर पर 18 महीने लगेंगे तीन सप्ताह में पूरा हो जाता हैसॉफ्टवेयर को 21 सीएफआर भाग 11 इलेक्ट्रॉनिक रिकॉर्ड का समर्थन करना चाहिए, जिसमें उपयोगकर्ता स्तर का एक्सेस नियंत्रण और एक अपरिवर्तनीय ऑडिट ट्रेल होना चाहिए।

2बेंचटॉप से प्लांट तक: स्केल-अप नियम

स्केल-अप विफल हो जाता है जब नियंत्रण तंत्र स्केल के बीच बदल जाता है। प्रदर्शन को संरक्षित करने के लिए तीन मानदंडों का उपयोग किया जाता है, और सही एक इस बात पर निर्भर करता है कि प्रक्रिया को किस तंत्र से सीमित किया जाता हैः

• निरंतर kLa या निरंतर OTR:ऑक्सीजन की आपूर्ति से सीमित एरोबिक माइक्रोबियल प्रक्रियाओं के लिए, वॉल्यूमेट्रिक द्रव्यमान हस्तांतरण गुणांक को स्थिर रखें, आमतौर पर 50-200 h-1। क्योंकि kLa लगभग (P/V) ^ 0.4 · ((vs) ^ 0 के साथ स्केल करता है।5, kLa को स्थिर रखते हुए जबकि वॉल्यूम 1,000 गुना बढ़ता है इसका मतलब है कि प्रति वॉल्यूम शक्ति गिर जाती है और सतह गैस गति बढ़ जाती है, इसलिए बड़ा पोत कम हलचल गति पर चलता है लेकिन उच्च वायुकरण।एक सहसंबंध पर भरोसा करने के बजाय गतिशील गैस-आउट विधि के साथ दोनों पैमाने पर केएलए को मापकर पुष्टि करें.
• निरंतर शक्ति प्रति आयतन (पी/वी) या टॉप गतिःकतरनी के प्रति संवेदनशील स्तनधारियों और पौधों की कोशिकाओं के लिए, लगभग 1.5 मीटर/सेकंड और पी/वी के बीच 0.01 और 0.10 किलोवाट/एम 3 के बीच टॉप स्पीड को कम रखें।क्योंकि सेल क्षति कंटेनर औसत के बजाय impeller के पास स्थानीय ऊर्जा अपव्यय दर के साथ correlatesऐसी प्रक्रियाओं के लिए जहां माइक्रोमिशिंग सेलेक्टिविटी को नियंत्रित करता है, जैसे तेज समानांतर या श्रृंखला प्रतिक्रियाएं, मिश्रण समय या अशांत फैलाव दर को स्थिर रखें,जिसका अर्थ होता है कि प्लांट कंटेनर में बहुत अधिक पी/वी स्वीकार करना.
• निरंतर मिश्रण समय और ज्यामितीय समानता:एक अशांत हलचल वाले पात्र में मिश्रण समय लगभग रोलर गति समय (डी/टी) ^ 2 के व्युत्क्रम के साथ स्केल करता है, इसलिए एक प्रयोगशाला पात्र जिसे 5 सेकंड में मिश्रण किया जाता है उसे 20,000 लीटर पर 30-60 सेकंड की आवश्यकता हो सकती है।जब एक फ़ीड-बैच फ़ीड प्लम स्थानीय पीएच या सब्सट्रेट ग्रेडिएंट बनाता है, कि अंतर मायने रखता हैः फ़ीड पॉइंट पर 100 गुना एकाग्रता स्पाइक ओवरफ्लो चयापचय को ट्रिगर कर सकता है भले ही कंटेनर का औसत सही दिखाई दे।स्केल-डाउन मॉडल जो एक बेंचटॉप दो-कंपार्टमेंट प्रणाली में बड़े पोत ढाल को पुनः पेश करते हैं, पहले संयंत्र बैच से पहले इस जोखिम को कम करने का मानक तरीका है.

बेंचटॉप किण्वक और बायोरिएक्टर वर्ग तुलना मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

प्रश्न: बेंचटॉप किण्वक और बेंचटॉप बायोरिएक्टर में क्या अंतर है?

उत्तर: प्रयोगशाला उपकरणों की सूची में दोनों नाम एक ही उपकरण का वर्णन करते हैं, और विक्रेता लक्ष्य बाजार के आधार पर लेबल चुनते हैं।किण्वक का प्रयोग तब किया जाता है जब इच्छित जीव सूक्ष्मजीव होता है और उत्पाद एक चयापचय होता हैबायोरिएक्टर का उपयोग तब किया जाता है जब सिस्टम को उच्च बाँझपन आश्वासन, स्तनधारियों या कीटों की कोशिका संस्कृति, या नियंत्रण चरों की एक विस्तृत श्रृंखला जैसे कि परफ्यूजन दर का समर्थन करना चाहिए,रेडॉक्स, या व्यवहार्य सेल घनत्व। व्यवहार में, एक अच्छी तरह से निर्दिष्ट 5 एल इकाई एक 0.2 μm निकास फिल्टर के साथ, कैस्केड भंग ऑक्सीजन नियंत्रण,और वाष्प-नसबंदी पीएच और डीओ जांच बिना संशोधन के दोनों भूमिकाओं को पूरा करता है.

प्रश्न: मैं एक ग्लास कंटेनर और एक स्टेनलेस स्टील बेंचटॉप कंटेनर के बीच कैसे चुनूं?

उत्तरः स्क्रीनिंग कार्य के लिए ऑटोक्लेवेबल ग्लास चुनें जहां आपको शोरबा देखने की आवश्यकता है, ज्यामिति को अक्सर बदलें, और पूंजी लागत को कम रखें, आमतौर पर 0.5-10 लीटर 0.15 एमपीए तक के दबाव पर।स्टेनलेस स्टील का चयन करें जब आप स्थान पर नसबंदी की जरूरत है, उच्च दबाव 0.35 एमपीए, सीआईपी एकीकरण, या ज्यामिति है कि आयामी उत्पादन कंटेनर के समान है, जो डेटा स्केल अप ड्राइव करने के लिए आवश्यक है।स्टेनलेस भी आक्रामक विलायक संभालता है, उच्च लवणता, और ग्लास उत्कीर्णन के जोखिम के बिना बार-बार कास्टिक सफाई जो धीरे-धीरे गीलापन और गर्मी हस्तांतरण को बदलती है।

प्रश्न: मेरा स्केल-अप तब भी विफल क्यों होता है जब केएलए मेल खाता है?

उत्तरः क्योंकि kLa एक पोत-औसत संख्या है और कोशिका एक स्थानीय वातावरण का अनुभव करती है। 20,000 लीटर पर, मिश्रण का समय कई गुना बढ़ जाता है,इसलिए केंद्रित ग्लूकोज या आधार के फ़ीड प्लम उच्च पीएच या उच्च ऑस्मोलालिटी के अस्थायी क्षेत्र बनाते हैं जो ओवरफ्लो चयापचय को ट्रिगर करते हैंऑक्सीजन का आंशिक दबाव भी एक ऊंची पोत के नीचे हाइड्रोस्टैटिक सिर के साथ बढ़ता है, जबकि कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने में मुश्किल होती है,तो भंग CO2 100-150 mmHg से अधिक हो सकता है और वृद्धि को बाधितइन ढाँचाओं को एक स्केल डाउन मॉडल में पुनः प्रस्तुत करना, फिर फ़ीड पॉइंट स्थान, फ़ीड एकाग्रता या इम्पेलर कॉन्फ़िगरेशन को बदलना, इन विफलताओं में से अधिकांश को हल करता है।

प्रश्न: बेंचटॉप प्रणाली के लिए किन-किन उपयोगिताओं की आवश्यकता होती है?

उत्तरः एक सामान्य 5 लीटर कांच या स्टेनलेस यूनिट को 1-2 किलोवाट की 220 वी एकल-चरण आपूर्ति, 0.3-0.6 एमपीए और 5-20 एल/मिनट पर संपीड़ित हवा की आवश्यकता होती है,गैसों के मिश्रण के लिए ऑक्सीजन और नाइट्रोजन यदि संवर्धन या डीओ कैस्केड का उपयोग किया जाता हैपीएच नियंत्रण के लिए कार्बन डाइऑक्साइड या अमोनिया मुक्त आधार और एसिड, कंडेनसर और जैकेट शीतलन के लिए 5-15°C और 2-5 L/min पर ठंडा पानी और नसबंदी के लिए एक भाप स्रोत या ऑटोक्लेव।स्थान पर एसआईपी के साथ स्टेनलेस इकाइयों के अतिरिक्त 0 पर साफ भाप की आवश्यकता होती है.25-0.35 एमपीए. नाली क्षमता और धुआं या जैव सुरक्षा कैबिनेट को आमतौर पर अनदेखा किया जाता है और स्थापना से पहले इसकी पुष्टि की जानी चाहिए।

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