Geschlossener Kreislauf Ausgasende Materialien

Die Messung der Ausgasungen im Kopfraum des Bioreaktors ist ein leistungsfähiges Instrument zum Verständnis der Stoffwechselaktivität Ihrer Zellkultur und der Effektivität Ihres Bioreaktors. Die Messung der Ausgasung ist zwar ressourcenintensiver als die einfache Messung des gelösten Sauerstoffs und des pH-Werts, stellt aber sicher, dass Ihre Kultur gesund ist, dass Sie Ihre Erträge maximieren können und dass Sie die Reaktion effektiv skalieren können.

Gesundes CO₂ Werte bedeuten gesunde Zellen

Bioreaktorsysteme sind so konstruiert, dass Kohlendioxid, das Stoffwechselnebenprodukt des Zellwachstums, in den Kopfraum des Reaktors aufsteigt, wo es dann durch den überlagernden Luftstrom, der das System durchströmt, entfernt wird. Die Messung des CO₂ Die aus dem System entnommenen Mengen können unschätzbare Informationen über die Stoffwechselrate der Kultur und die allgemeine Gesundheit des Systems liefern.

Niedrige Werte von CO₂ im Kopfraum deuten wahrscheinlich darauf hin, dass die Kultur langsamer wächst als erwartet. Dies kann auf ein nicht optimales Systemdesign, Systemfehler oder falsch berechnete Scale-up-Parameter hinweisen. All diese Faktoren können sich drastisch und nachteilig auf den Entwicklungszeitplan auswirken.

Diese niedrigen CO₂ Werte im Kopfraum können auch ein Zeichen dafür sein, dass CO₂ in dem Medium eingeschlossen bleibt. Wenn die CO₂ im Medium zu hoch wird, verhindert der steile Konzentrationsgradient eine weitere Freisetzung von giftigem CO₂ aus den Zellen. Diese Ablagerungen sind häufig das Ergebnis von Schaum, der sich aufgrund von Rührvorgängen und Durchspülung am oberen Rand des Nährmediums ansammelt. Wenn dies bemerkt wird, kann es durch Zugabe von Antischaummitteln bekämpft werden.

Eingeschlossenes CO₂ im Kulturmedium stellt eine zusätzliche Gefahr für die Zellumgebung dar, da es mit Wasser reagiert und Kohlensäure bildet. Dadurch sinkt der pH-Wert des Systems, und die stark saure Umgebung in Kombination mit der Unfähigkeit der Zellen, toxische Stoffe freizusetzen, führt wahrscheinlich zum Absterben der Kultur.

Da der pH-Wert einen großen Einfluss auf die Gesundheit der Zellen hat und sich bei Veränderungen des CO₂ Ebenen sind pH-Sonden seit langem Standard in Bioreaktoren. Die Kombination dieses Instruments mit Ausgasungsmessungen ermöglicht eine gründliche Diagnose und Korrektur von Problemen, die in einer Zellkultur auftreten.

Der Sauerstoff-Massentransfer wird am häufigsten anhand von Messungen des gelösten Sauerstoffs und des pH-Werts berechnet. Neuere Forschungen zeigen jedoch, dass es besser ist, diesen Parameter anhand der Respirationsquotientdas Verhältnis von verbrauchtem Sauerstoff zu produziertem Kohlendioxid während einer Phase des Kulturwachstums.

Der Respirationsquotient ist ein Schlüsselparameter für das kontrollierte Scale-up eines Bioprozesses. Er nutzt Messungen der Gaskonzentrationen im Luftraum, um Echtzeitinformationen über die metabolische Wachstumsrate der Kultur zu liefern. Diese Daten können dann in ein Wachstumsmodell zu Planungszwecken oder in die Steuerung eines Reaktorsystems eingespeist werden, um das System engmaschig zu regeln.

Es kann auch nützlich sein, die Kopfraumniveaus von Gasen andere als CO₂. Diese Messungen können zur Berechnung der Sauerstoffbegrenzung und der Sauerstofftransferrate, zur Vorhersage der Biomassekonzentration und zur Überwachung und Steuerung des Kulturwachstums verwendet werden.

Berücksichtigen Sie die Sauerstofftransferrate (OTR) - Informationen, die aus der Überwachung des Sauerstoffgehalts im Kopfraum gewonnen werden. Eine Maximierung der OTR ist notwendig, um die Prozessausbeute zu maximieren, und wir wissen, dass jeglicher Sauerstoff im Headspace nicht von den Zellen aufgenommen wurde. Die Überwachung des Sauerstoffgehalts im Headspace kann uns also darüber informieren, ob die Zellen den erwarteten Sauerstoffgehalt nicht aufnehmen. Da die OTR in hohem Maße von den Konstruktionsmerkmalen des Bioreaktors abhängt (Form, Blasengröße, Impeller-Typ, Sparger-Typ usw.), ist dies ein Hinweis darauf, dass der Reaktor nicht optimal ausgelegt ist.

Die Analyse unbekannter Gemische von ausgegasten Stoffen im Kopfraum kann auch Informationen über Ihren Prozess und die Produktreinheit liefern. Die Headspace-Mischung kann in ein Massenspektrometer geleitet werden, um die Komponenten zu identifizieren. So kann sichergestellt werden, dass keine Verunreinigungen vorhanden sind und dass sich die Kultur wie erwartet verhält.

Insgesamt dienen diese Messungen der genauen Steuerung von Batch-Prozessen in Echtzeit. Die Überwachung des ausgegasten Materials im Kopfraum des Bioreaktors und die Verknüpfung dieser Daten mit der Systemsteuerung liefert Echtzeit-Analysen zur Steuerung des Bioreaktorsystems. Dadurch wird in jeder Phase der Biologika-Entwicklung eine hohe Chargenqualität gewährleistet.