เครื่องหมักและเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบตั้งโต๊ะคืออะไร? การออกแบบ การควบคุม และการขยายขนาดระดับห้องปฏิบัติการ

เครื่องหมักและเครื่องปฏิกิริยาชีวภาพบนเบนชท์ท็อปคืออะไร? การออกแบบขนาดห้องทดลอง การควบคุมและการปรับขนาด

เครื่องหมักหรือไบโอเรคเตอร์บนเบนจ์คืออะไร และใช้มันเพื่ออะไร?เครื่องหมักหรือเครื่องปฏิกิริยาชีวภาพบนเบนจ็อป เป็นภาชนะปลูกขนาดห้องปฏิบัติการที่มีปริมาณการทํางานประมาณ 0.5-20 ลิตร ที่นําสภาพแวดล้อมที่ควบคุมของเครื่องแปรรูปการผลิตไปแสดงบนเตียงทดลองมันควบคุมตัวแปรสี่อย่างต่อเนื่อง: อุณหภูมิระหว่าง 4 และ 80 °C ภายใน ± 0.1 °C, pH ระหว่าง 2.0 และ 12.0 ภายใน ± 0.01 โดยการเพิ่มกรดและฐานอัตโนมัติออกซิเจนละลายระหว่าง 0 และ 100% ของความอิ่มอากาศ ภายใน ± 1% ผ่านการกระตุ้นแบบแคสเกดการปรับปรุงอากาศด้วยการปรับระดับความเร็วของอากาศ

1ลักษณะการออกแบบที่กําหนดคุณภาพของข้อมูล

หน่วยเบนจ์ท็อปเป็นอุปกรณ์วัดมากเท่าตัวปฏิกิริยา มีการเลือกออกแบบสามอย่างแยกระบบที่ผลิตข้อมูลขนาดใหญ่ที่สามารถโอนได้จากระบบที่ปลูกเซลล์เท่านั้น:

• กณิตศาสตร์ของเรือและรถเข็นหมุน:ผลงานที่สามารถนํามาผลิตได้ ต้องมีความคล้ายคลึงทางกณิตศาสตร์กับภาชนะการผลิต: อัตราส่วนความสูงต่อกว้างของ 2: 1 ถึง 3:1, อัตราการสัมพันธ์วงกว้างหมุนกับถัง 0.33-0.50, และ 4 แบฟเฟลที่ T / 10 ส่วนใหญ่ของหน่วยบนเบนจ์มีเครื่องหมุนสองตัว, เครื่องวิ่ง Rushton radial ด้านล่างสําหรับการกระจายก๊าซและ hydrofoil axial ด้านบนสําหรับการผสมผสาน.การเชื่อมต่อแม่เหล็กจากมอเตอร์ขับเคลื่อนไปยังแกนป้องกันการปิดกลไก, ซึ่งเป็นเส้นทางการรั่วไหลและการปนเปื้อนที่ทั่วไปที่สุดในขนาดนี้ และอนุญาตให้กระปุกทั้งตัวถูกทําอัตโนมัติที่ 121 °C เป็นเวลา 20-30 นาที
• แพ็คเกจเซ็นเซอร์และวงจรควบคุม:อุปกรณ์มาตรฐานครอบคลุม sonda DO polarographic หรือ optical อิเล็กทรอร์โด้ pH ที่เต็มไปด้วยเจลที่ระบายน้ําร้อน, เทอร์โมเมตรความต้านทาน Pt100และเครื่องวิเคราะห์ก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์การวัดก๊าซออกเปลี่ยนภาชนะเป็นแคลอริเมตร: OUR และ CTR ที่มาจากการสมดุลก๊าซเข้าและออกแสดงการเปลี่ยนแปลงทางเผาผลาญชั่วโมงก่อนที่พวกเขาจะปรากฏในน้ําผสมหน่วยที่ทันสมัยเพิ่มซอนด์ความจุสําหรับปริมาณเซลล์ที่ใช้ได้, รามานหรือ NIR สเปคตรอสโครปี้สําหรับกลูโคส ลาคเตต และไทเตอร์ และควบคุมการไหลของปริมาณปริมาณปริมาณปริมาณก๊าซ
• การทํางานปานกลางและอัตโนมัติการพัฒนากระบวนการที่ทันสมัยหายากที่จะใช้กระบวนการกระบวนการกระบวนการหนึ่งครั้ง ระบบไบโอเรคเตอร์คู่รวม 4, 8, 16 หรือ 24 กระบวนการของ 0.25-2 ลิตรภายใต้เจ้าภาพ SCADA เดียวการให้อาหารต่อเรือ, และการเก็บตัวอย่างอัตโนมัติ ทําให้การออกแบบสถิติของการทดลองเป็นจริง:และอัตราการให้อาหารที่ใช้เวลา 18 เดือนบนภาชนะ 5 ลิตรเดียวเสร็จในสามสัปดาห์ซอฟต์แวร์ต้องรองรับ 21 CFR ตอนที่ 11 บันทึกอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยการควบคุมการเข้าถึงระดับผู้ใช้งานและร่องรอยการตรวจสอบที่ไม่เปลี่ยนแปลง

2จากเบนจ์ท็อปไปยังโรงงาน: กฎการปรับขนาด

การปรับขนาดจะล้มเหลวเมื่อกลไกควบคุมเปลี่ยนระหว่างขนาด มีเกณฑ์สามประการที่ใช้ในการรักษาผลงาน และเกณฑ์ที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับกลไกที่จํากัดกระบวนการ:

• คล้าคงที่หรือ OTRคงที่:สําหรับกระบวนการไมโครบอิกส์แบบแอโรบิคที่จํากัดด้วยการให้ออกซิเจน ให้คงค่าสัมประสานการถ่ายทอดมวลขนาดประมาณ โดยทั่วไป 50-200 h-1.5, การเก็บ kLa อยู่เสมอไป ขณะที่ปริมาตรเพิ่มขึ้น 1,000 เท่า หมายถึงพลังงานต่อปริมาตรลดลงและความเร็วของก๊าซบนพื้นผิวเพิ่มขึ้น ดังนั้นภาชนะขนาดใหญ่จะทํางานในความเร็วของเครื่องปั่นที่ต่ํากว่า แต่การปรับอากาศสูงกว่ายืนยันด้วยการวัด kLa ในระดับทั้งสองด้วยวิธีการก๊าซออกแบบไดนามิก แทนที่จะเชื่อมั่นความสัมพันธ์.
• พลังงานคงที่ต่อปริมาณ (P/V) หรือความเร็วปรับ:สําหรับเซลล์สัตว์นมและพืชที่มีความรู้สึกต่อการตัดยาง ให้ความเร็วปลายตัวต่ํากว่าประมาณ 1.5 m/s และ P/V ระหว่าง 0.01 และ 0.10 kW/m3เพราะความเสียหายของเซลล์เชื่อมโยงกับอัตราการระบายพลังงานท้องถิ่นใกล้หมุนเวียน แทนที่จะเป็นค่าเฉลี่ยของภาชนะสําหรับกระบวนการที่การผสมขนาดเล็กควบคุมการเลือก เช่นปฏิกิริยาปานกลางเร็วหรือปฏิกิริยาชุดซึ่งมักหมายถึงการยอมรับ P/V ที่สูงกว่ามากในภาชนะโรงงาน.
• เวลาผสมแบบคงที่และความคล้ายคลึงทางกณิตศาสตร์เวลาผสมในภาชนะที่กระตุ้นกระแสกระแสกระแสกระแสกระแสกระแสกระแสกระแสกระแสกระแสกระแสกระแสในกรณีที่ปูนอาหารชุดที่ให้อาหารสร้างค่า pH ท้องถิ่นหรือ gradients substrate, ความแตกต่างนั้นสําคัญ: การเพิ่มปริมาณปริมาณซึมซึมขึ้น 100 เท่าที่จุดอาหาร อาจทําให้การเผาผลาญของสารเผาผลาญเกิดขึ้น แม้ว่าค่าเฉลี่ยของภาชนะจะดูถูกต้องโมเดลขนาดลดที่ผลิตคลื่นของภาชนะใหญ่ในระบบสองส่วนบนเบนจ์เป็นวิธีการมาตรฐานที่จะ de-ความเสี่ยงนี้ก่อนชุดโรงงานครั้งแรก.

แมตริกซ์การเปรียบเทียบชั้นของเครื่องแปรรูปและเครื่องปฏิกิริยาชีวภาพ

คําถามที่พบบ่อย (FAQ)

ถาม: ความแตกต่างระหว่างเครื่องหมักบนเบนจ์กับเครื่องปฏิกิริยาชีวภาพบนเบนจ์คืออะไร?

ตอบ: ในคัดลอกอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ ทั้งสองชื่ออธิบายเครื่องมือเดียวกัน และผู้ขายเลือกสัญลักษณ์ขึ้นอยู่กับตลาดเป้าหมายเครื่องเจาะใช้เมื่อสิ่งมีชีวิตที่ต้องการเป็นจุลินทรีย์ และผลิตภัณฑ์เป็นเมตาบอลิตบีโอเรอแคเตอร์ถูกใช้เมื่อระบบต้องรองรับการรับรองความไร้สมรรถนะที่สูงกว่า การปลูกเซลล์ของสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์สัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์เลี้ยงสัตว์รีดอ๊อกซ์, หรือความหนาแน่นของเซลล์ที่ใช้ได้ในปฏิบัติการ, หน่วย 5 ลิตรที่ระบุได้ดีด้วยกรองก๊าซ 0.2 μm, การควบคุมออกซิเจนละลายแบบกระแสและสเตอริเลิศด้วยควาย pH และ DO โซนด์บริการทั้งสองบทบาทโดยไม่ต้องปรับเปลี่ยน.

คําถาม: ผมเลือกกระปุกแก้วกับกระปุกบนเบนจ์จากสแตนเลสได้อย่างไร?

ตอบ: เลือกกระจก autoclavable สําหรับงานกรองที่คุณต้องการที่จะเห็นน้ําผง, เปลี่ยนจีโอเมตรี่บ่อย ๆ, และรักษาต้นทุนที่ต่ํา, โดยทั่วไป 0.5-10 ลิตรที่ความดันสูงสุด 0.15 MPaเลือกสแตนเลสเมื่อคุณต้องการ sterilization ในสถานที่, ความดันสูงขึ้น 0.35 MPa, การบูรณาการ CIP, หรือกณิตศาสตร์ที่มีมิติเหมือนกันกับภาชนะการผลิต, ซึ่งเป็นสิ่งจําเป็นถ้าข้อมูลจะขับเคลื่อนขนาดขึ้นสแตนเลสยังจัดการกับสารละลายที่รุนแรง, ความเกลือสูง, และการทําความสะอาดคาวสติกซ้ํา ๆ โดยไม่เสี่ยงที่จะเกิดการถักกระจกที่ค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงการชื้นและการโอนความร้อน

ถาม: ทําไมการปรับขนาดของฉันถึงไม่สําเร็จ แม้ว่า KLA จะตรงกัน?

A: เพราะ kLa เป็นจํานวนของภาชนะเฉลี่ยและเซลล์มีประสบการณ์สิ่งแวดล้อมท้องถิ่น ที่ 20,000 ลิตร เวลาผสมเพิ่มขึ้นหลายเท่าดังนั้นการให้อาหารของกลูโคซมุ่งเน้นหรือฐาน สร้างโซนชั่วคราวของ pH สูงหรือ osmolality สูงที่กระตุ้นการเผาผลาญความดันส่วนของออกซิเจนยังเพิ่มขึ้นกับหัว hydrostatic ที่ด้านล่างของภาชนะสูงในขณะที่การถอดออกไซด์คาร์บอนกลายเป็นยากดังนั้น CO2 ที่ละลายสามารถเกิน 100-150 mmHg และยับยั้งการเติบโตการผลิตคลื่นเหล่านั้นในรูปแบบขนาดลดลง, แล้วเปลี่ยนตําแหน่งจุดอาหาร, ความเข้มข้นอาหาร, หรือการปรับปรุงหมุน, แก้ปัญหาส่วนใหญ่ของความล้มเหลวเหล่านี้.

คําถาม: ระบบเบนจ์ท็อปต้องใช้อุปกรณ์ประเภทไหน?

A: หน่วยกระจกหรือสแตนเลสขนาด 5 ลิตรทั่วไปต้องการปั๊มปั๊มระยะเดียว 220 V ขนาด 1-2 kW ปั๊มอากาศกด 0.3-0.6 MPa และ 5-20 L/minไอน้ําออกซิเจนและไนโตรเจนสําหรับการผสมก๊าซ หากใช้การเสริมทรัพยากรหรือ DO cascade, คาร์บอนไดออกไซด์หรืออะโมเนียกฟรีเบสและกรดสําหรับการควบคุม pH น้ําเย็นที่ 5-15 °C และ 2-5 ลิตร/นาทีสําหรับเครื่องปรับความหนาวและเครื่องปรับความหนาว, และแหล่งควายหรือ autoclave สําหรับการฆ่าเชื้อ.หน่วยกันเหล็กที่มี SIP ในสถานที่เพิ่มเติมต้องการควายสะอาดที่ 0.25-0.35 MPa ความจุของระบายน้ําและตู้ควันหรือห้องรักษาความปลอดภัยทางชีวภาพมักจะมองข้ามและควรยืนยันก่อนการติดตั้ง

แท็ก:ระบบปฏิกิริยาเหล็กไร้ขัด,ระบบปฏิกิริยาเคมี,ระบบปฏิกิริยาเคมีอุตสาหกรรม