Sistem pengambilan sampel otomatis mengubah cara pemantauan bioproses, terutama dalam produksi daging budidaya. Sistem ini menawarkan data yang sering, tepat, dan real-time pada faktor-faktor kritis seperti tingkat nutrisi, metabolit, dan kesehatan sel - sesuatu yang tidak dapat dicapai oleh pengambilan sampel manual. Dengan beroperasi setiap 2–3 jam, dibandingkan sekali sehari secara manual, mereka memberikan gambaran yang lebih jelas tentang pergeseran metabolik, membantu mencegah kesalahan produksi yang mahal.
Poin-poin utama meliputi:
- Efisiensi: Siklus pengambilan sampel, analisis, dan pembersihan memakan waktu kurang dari 15 menit.
- Kesterilan: Sistem menjaga kesterilan selama lebih dari 370 jam, mengurangi risiko kontaminasi.
- Akurasi: Pengukuran glukosa menyimpang hanya 1,1%, dengan analisis asam amino menawarkan wawasan hampir real-time.
- Penghematan Tenaga Kerja: Meminimalkan intervensi manual, membebaskan staf untuk tugas lain.
- Aplikasi: Meningkatkan konsistensi dan skalabilitas dalam produksi daging budidaya.
Sistem ini terintegrasi dengan mulus dengan alat canggih seperti HPLC dan spektroskopi Raman, memungkinkan pemantauan nutrisi yang tepat dan penyesuaian proses secara real-time. Akibatnya, mereka mendukung kontrol kualitas yang lebih baik, mengurangi variabilitas, dan alur kerja produksi yang lebih efisien.
Sistem Pengambilan Sampel Manual vs Otomatis: Perbandingan Kinerja dalam Bioproses
Penelitian tentang Teknologi Pengambilan Sampel Otomatis
Metode dan Pendekatan Penelitian
Kemajuan terbaru dalam teknologi pengambilan sampel otomatis telah secara signifikan menyempurnakan penerapannya dalam produksi daging budidaya. Studi-studi ini berfokus pada integrasi sistem pengambilan sampel otomatis dengan alat analitik sambil menjaga kesterilan sepanjang proses.Typically, researchers pair automated samplers with established methods like HPLC and capillary electrophoresis to monitor complex metabolites that in-line sensors often struggle to measure accurately.
Pada bulan Mei 2020, tim di Vienna University of Technology menyelidiki sistem Numera oleh Securecell AG, menggunakan perangkat lunak Lucullus PIMS selama kultivasi batch-fed CHO. Mereka memantau 18 asam amino bersama dengan tingkat produk IgG, menjaga kesterilan selama 370 jam operasi berkelanjutan yang mengesankan [2]. Penyesuaian pada pengaturan sistem, seperti "Push Out Time", menjadi penting saat kepadatan sel meningkat [2].
Demikian pula, pada bulan Agustus 2017, Rosanne M.Guijt dari University of Tasmania menggunakan Sequential Injection Capillary Electrophoresis (SI-CE) untuk memantau lima kultur suspensi paralel sel Jurkat. Selama empat hari, sistem melakukan 96 uji per kultur, dengan setiap pemisahan elektroforetik hanya memakan waktu 12 menit. Luar biasa, hanya diperlukan 5,78 mL per labu (kurang dari 60 µL per analisis), menjadikannya ideal untuk penyaringan throughput tinggi tanpa secara signifikan mengurangi volume kultur [6]. Metode yang tepat dan sistematis ini membuka jalan untuk wawasan yang lebih dalam ke dalam data kinerja.
Hasil Studi dan Data Kinerja
Temuan dari studi ini menekankan efisiensi dan ketepatan sistem pengambilan sampel otomatis. Misalnya, tim Vienna mencapai deviasi standar relatif 1,1% untuk pengukuran glukosa.Lebih lanjut, kesalahan sistematis yang disebabkan oleh pengenceran sampel telah dikoreksi untuk mengurangi deviasi hingga serendah 0,1% hingga 3% dari nilai sebenarnya [2]. Tingkat akurasi ini jauh lebih unggul dibandingkan dengan apa yang biasanya ditawarkan oleh pengambilan sampel manual.
Frekuensi pengambilan sampel adalah keuntungan penting lainnya. Sementara pengambilan sampel manual sering kali terbatas pada sekali sehari, sistem otomatis dapat mengambil sampel 8 hingga 24 kali sehari, menangkap perubahan metabolik yang mungkin tidak terdeteksi. Dalam studi di Wina, analisis asam amino diselesaikan dengan penundaan 45 menit dari pengumpulan sampel, memberikan wawasan hampir real-time tentang penipisan nutrisi [2].
Studi Tasmania menyoroti manfaat kunci lainnya: dengan menormalkan data laktat terhadap pengukuran kepadatan sel secara real-time, peneliti dapat membedakan efek farmakologis dari senyawa seperti rotenone dan clioquinol dari perubahan biomassa sederhana [6]. Tingkat granularitas ini hampir tidak mungkin dicapai dengan pengambilan sampel manual tradisional, di mana titik data yang jarang sering kali mengaburkan pola metabolik yang kritis.
Teknologi Sensor untuk Pemantauan Media
Jenis Sensor dan Alat Analitik
Teknologi sensor memainkan peran kunci dalam menyempurnakan pemantauan media secara real-time, terutama dalam produksi daging budidaya. Berbagai sensor digunakan untuk memantau komposisi media dan kesehatan sel dengan cermat.Sebagai contoh, sensor in-line standar secara terus-menerus mengukur pH, temperatur, dan oksigen terlarut, memastikan kondisi tetap ideal untuk pertumbuhan sel [7]. Ketika mengukur kepadatan sel yang hidup, probe kapasitansi adalah satu-satunya solusi on-line yang tersedia secara komersial. Probe ini menggunakan medan listrik untuk mendeteksi sel hidup, karena membran sel yang utuh bertindak sebagai kapasitor kecil, membedakan sel hidup dari sel mati dan puing-puing [7].
Sensor spektroskopi menawarkan cara non-invasif untuk melacak aktivitas metabolik. Sebagai contoh, spektroskopi UV–vis menganalisis penyerapan dan penyebaran cahaya (200–740 nm) untuk memperkirakan kepadatan sel dan mengidentifikasi asam nukleat dari sel yang rusak [7]. Spektroskopi fluoresensi memantau fluorofor alami seperti NADH, NADPH, dan triptofan, memberikan wawasan berharga secara real-time tentang keadaan metabolik kultur tanpa mengganggu proses [7]. Sementara itu, Spektroskopi Raman menghasilkan sidik jari molekuler dari media, memungkinkan pelacakan yang tepat terhadap kadar glukosa, laktat, dan asam amino dengan kesalahan minimal [7][2]. Faktanya, sensor Raman in-line telah menunjukkan akurasi yang luar biasa, dengan kesalahan akar kuadrat rata-rata 0.41 mM untuk tirosin dan 0.24 mM untuk triptofan dalam media kompleks [2]. Alat spektroskopi ini melengkapi sistem pengambilan sampel otomatis dengan menawarkan analisis metabolik yang cepat dan tidak mengganggu.
Sistem otomatis lebih meningkatkan presisi dengan menghubungkan bioreaktor ke penganalisis canggih.Pengaturan ini memungkinkan pemantauan real-time nutrisi kompleks seperti asam amino dan vitamin, yang saat ini sulit diukur secara akurat oleh sensor in-line [1][2]. Misalnya, model spektroskopi absorpsi UV–vis telah mencapai nilai R² setinggi 0.993 untuk prediksi kepadatan sel, menunjukkan keandalannya [7].
Contoh Integrasi Sensor
Kolaborasi antara pengembang teknologi dan peneliti telah menghasilkan kemajuan yang mengesankan dalam integrasi sensor. Salah satu contohnya adalah kemitraan antara Sartorius Stedim Biotech dan Tornado Spectral Systems. Mereka menggabungkan prototipe sel aliran Raman ke dalam sistem Ambr 250 High Throughput mini bioreactor.Dengan memasangkannya dengan BioProfile FLEX2 analyser dari Nova Biomedical untuk pengukuran referensi otomatis, mereka menciptakan model yang kuat untuk melacak glukosa, laktat, dan glutamin dalam kultur sel CHO. Pengaturan ini mengurangi kesenjangan waktu antara data spektral dan referensi menjadi hanya lima menit, memungkinkan korelasi data yang hampir seketika [8].
"Spektroskopi Raman adalah alat PAT yang sangat cocok untuk mengukur analit kultur sel secara nondestruktif in-situ... memberikan informasi struktural mengenai ikatan kovalen dari molekul yang diinterogasi dengan spesifisitas molekuler dan ketahanan yang tinggi."
– Marek Hoehse, Sartorius Stedim Biotech [8]
Contoh lain datang dari Vienna University of Technology, di mana para peneliti menunjukkan bagaimana integrasi sensor dapat meningkatkan presisi. Menggunakan 3.6 L bioreaktor, mereka menghubungkannya ke Thermo Fisher Ultimate 3000 HPLC dan Roche Cedex Bio HT analyzer melalui sistem Numera. Pengaturan ini memungkinkan pemantauan real-time dari 18 asam amino dan beberapa vitamin, seperti niacinamide, asam folat, B12, dan riboflavin, selama kultivasi batch-fed CHO [2]. Sistem otomatis ini menghasilkan 528 spektrum dari 24 wadah dalam satu kali jalan, mengurangi biaya dan menghemat waktu dibandingkan dengan pembangunan model skala percontohan tradisional [8].
Optimasi Proses dan Kontrol Kualitas
Penyesuaian Proses Real-Time
Sistem pengambilan sampel otomatis menjembatani kesenjangan antara analitik laboratorium dan produksi langsung, memungkinkan penggunaan Teknologi Analitik Proses (PAT) secara real-time [2].Sistem-sistem ini menyediakan data setiap dua hingga tiga jam, menciptakan pandangan komprehensif tentang metabolisme sel dan penggunaan nutrisi [2]. Data frekuensi tinggi ini menangkap nilai kinetik dan peristiwa kritis, seperti pergeseran laktat, yang sering terlewatkan dengan pengambilan sampel manual [2][6].
Ketika dipasangkan dengan Process Information Management Systems (PIMS), hasil analitis ini dapat secara otomatis menyesuaikan strategi pemberian makan sesuai kebutuhan [2]. Algoritma dinamis mengidentifikasi plateau reaksi, memungkinkan modifikasi proses secara tepat waktu [5]. Kemampuan ini sangat berharga dalam produksi daging budidaya, di mana menjaga keseimbangan nutrisi yang optimal sangat penting untuk mencapai kepadatan sel dan hasil yang tinggi.
"Frekuensi pengambilan sampel yang lebih tinggi dibandingkan dengan pengambilan sampel manual meningkatkan konten informasi yang dihasilkan, yang memungkinkan interpretasi metabolisme lebih mudah... dan deteksi kejadian proses yang lebih akurat."
– Paul Kroll, Manajer Pengembangan Bisnis, Securecell AG [1]
Salah satu contoh yang menonjol berasal dari tahun 2020, ketika Universitas Teknologi Wina menghubungkan bioreaktor 3,6 liter ke HPLC otomatis dan penganalisis Cedex Bio HT melalui sistem Numera. Pengaturan ini memantau 18 asam amino dan beberapa vitamin selama 370 jam, dengan deviasi serendah 0,1% hingga 3% [2]. Pengumpulan data yang sering memungkinkan pengamatan kinetika reaksi yang akan sepenuhnya terlewatkan oleh metode manual.
Perbandingan Manfaat dan Tantangan
Berikut adalah rincian dari keuntungan utama dan tantangan yang terkait dengan sistem pengambilan sampel otomatis:
| Fitur | Keuntungan | Tantangan |
|---|---|---|
| Presisi & Akurasi | Menyediakan presisi tinggi (1.1% RSD) dan menghilangkan kesalahan manusia dalam persiapan sampel [2] | Memerlukan kalibrasi dan penyesuaian yang teliti untuk faktor pengenceran [2] |
| Frekuensi Data | Memungkinkan 8+ sampel per hari, memungkinkan pemodelan kinetik yang mendetail [2] | Volume data yang tinggi memerlukan perangkat lunak canggih (PIMS) untuk pengelolaan [2] |
| Tenaga Kerja & Biaya | Mengurangi beban kerja pengambilan sampel manual dan derivatisasi [2] | Biaya peralatan awal yang tinggi dan instalasi yang kompleks [2][5] |
| Volume Sampel | Mengonsumsi media minimal (<60 µL per analisis), menjaga volume reaktor untuk operasi yang lebih lama [6] | Volume kecil dalam pipa dapat rentan terhadap penumpukan residu dan efek rasio permukaan [2] |
| Kontrol Proses | Memfasilitasi pemberian makan dan penyesuaian nutrisi secara real-time [2][3] | Menuntut integrasi yang mulus antara pengambil sampel, penganalisis, dan pengendali bioreaktor [2] |
Sistem otomatis tidak hanya menjaga kesterilan selama lebih dari 370 jam tetapi juga memerlukan kurang dari 60 mikroliter media per analisis [2][6].Namun, operator harus menangani potensi kesalahan sistematis dalam penanganan cairan, meskipun kalibrasi otomatis dapat mengurangi penyimpangan hingga serendah 0,1% [2]. Selain itu, "Waktu Dorong Keluar" (POT) dalam modul filtrasi mungkin perlu disesuaikan berdasarkan kepadatan sel yang layak untuk memastikan pengiriman sampel yang konsisten seiring perkembangan proses [2].
Strategi-strategi ini menyoroti bagaimana sistem otomatis menggeser produksi daging budidaya dari pemantauan reaktif ke proses yang lebih proaktif dan terkontrol, melengkapi kemajuan sebelumnya dalam teknologi sensor dan penelitian.
sbb-itb-ffee270
Cellbase Sumber Daya untuk Sistem Pengambilan Sampel Otomatis
Daftar Pemasok Terverifikasi
Platform ini juga menyoroti alat pengambilan sampel aseptik khusus, seperti bioPROBE dari bbi-biotech.Alat ini memiliki "sterilitas berdasarkan desain", menggunakan mekanisme transportasi bantalan gas yang dipatenkan untuk mencegah pembentukan biofilm dan penyumbatan [9]. Selain itu,
Pengadaan Peralatan yang Disederhanakan
Selain menampilkan daftar yang terverifikasi,
Untuk tim R&D, daftar terverifikasi menawarkan solusi yang mengotomatisasi baik pengambilan sampel maupun penyesuaian berbasis peristiwa. Ini sangat berguna untuk mengelola volume sampel kecil - sekecil 0,5 ml - membantu meminimalkan kehilangan media [9][10]. Potensi penghematan waktu sangat signifikan: pengambilan sampel otomatis dapat mengurangi kebutuhan tenaga kerja sekitar 480 jam kerja (setara dengan 12 minggu kerja) setiap tahun saat memproses 1.800 sampel, dibandingkan dengan metode manual [9].Dengan merampingkan akuisisi peralatan dan meningkatkan presisi,
Kesimpulan
Ringkasan dan Prospek Masa Depan
Sistem pengambilan sampel otomatis mengubah cara pemantauan bioproses daging budidaya. Dengan menghubungkan langsung bioreaktor dengan alat analitik, mereka menyediakan data berkualitas tinggi hingga 12 kali lebih sering - setiap 2–3 jam dibandingkan dengan pendekatan tradisional sekali sehari [1][2]. Pengumpulan data yang sering ini memungkinkan pemahaman yang lebih dalam tentang metabolisme sel, identifikasi cepat kekurangan nutrisi, dan perhitungan parameter kinetik yang penting untuk mengoptimalkan strategi pemberian makan.
Sistem ini juga menjaga kesterilan untuk periode yang lebih lama dan memberikan pengukuran yang sangat presisi, menjadikannya pengubah permainan dalam bioproses.Dengan keunggulan-keunggulan ini yang telah mapan, panggung siap untuk kemajuan yang lebih besar. Masa depan produksi daging budidaya menuju ke arah biomanufaktur pintar. Ini melibatkan integrasi pengambilan sampel otomatis dengan model prediktif dan kontrol proses loop tertutup. Kemajuan semacam ini akan mengalihkan fokus dari analisis data setelah kejadian ke optimasi proses secara real-time. Ini berarti strategi pemberian makan dapat disesuaikan secara langsung, mengurangi waktu produksi, memastikan kualitas produk yang konsisten, dan mempercepat waktu ke pasar melalui pemantauan berkelanjutan terhadap atribut kualitas kritis [2][3]. Bagi produsen, sistem-sistem ini dengan cepat menjadi landasan untuk operasi yang kompetitif dan dapat diskalakan.
Platform seperti
(English) Numera PAT: pengambilan sampel otomatis dalam bioproses
FAQ
Bagaimana sistem pengambilan sampel otomatis meningkatkan konsistensi dalam produksi daging budidaya?
Sistem pengambilan sampel otomatis memainkan peran penting dalam memastikan konsistensi dalam produksi daging budidaya dengan menghilangkan ketidakpastian yang terkait dengan pengambilan sampel manual. Sistem ini dirancang untuk mengumpulkan volume sampel yang tepat pada interval yang dijadwalkan, yang mengurangi kesalahan manusia dan memastikan keseragaman. Pengambilan sampel yang stabil dan akurat ini memberikan wawasan real-time tentang nutrisi, metabolit, dan kesehatan sel, memungkinkan kontrol yang lebih baik atas proses produksi dan meningkatkan kualitas produk.
Dengan mengotomatisasi tugas seperti pengambilan sampel, persiapan, dan transfer, kemungkinan kontaminasi berkurang secara signifikan. Selain itu, pengumpulan data dapat terus berlanjut bahkan di luar jam kerja standar, menawarkan pandangan yang lebih komprehensif tentang proses produksi. Pemantauan berkelanjutan ini memungkinkan penyesuaian cepat terhadap parameter seperti pakan, suhu, atau faktor kritis lainnya, menghasilkan kualitas batch yang konsisten dan hasil produksi yang lebih andal. Bagi mereka yang bekerja di sektor daging budidaya,
Bagaimana sensor berkontribusi pada pemantauan waktu nyata dalam produksi daging budidaya?
Sensor sangat penting untuk pemantauan waktu nyata, karena mereka terus melacak parameter proses utama (CPPs) seperti oksigen terlarut, pH, suhu, kepadatan sel, dan viabilitas sel.Dengan memberikan umpan balik instan, sensor-sensor ini membantu operator mendeteksi penyimpangan dengan cepat, melakukan penyesuaian tepat waktu, dan menghindari masalah yang dapat mengkompromikan kualitas produk.
Teknologi modern, seperti near-infrared (NIR) dan probe Raman, membawa ini lebih jauh dengan memantau nutrisi seperti glukosa dan produk sampingan seperti laktat secara real-time, mengurangi kebutuhan untuk pengambilan sampel manual. Alat optik canggih, seperti mikroskopi in-situ, bahkan menawarkan data sel tunggal yang terperinci tentang morfologi dan viabilitas. Inovasi-inovasi ini sangat penting untuk Process Analytical Technology (PAT), memungkinkan otomatisasi dan memastikan kontrol yang konsisten dalam produksi daging budidaya.
Platform seperti
Bagaimana sistem pengambilan sampel otomatis membantu mengurangi tenaga kerja dalam bioproses?
Sistem pengambilan sampel otomatis mengurangi beban kerja dalam bioproses dengan menangani tugas rutin seperti mengambil, menyiapkan, dan mengirimkan sampel ke instrumen analitik. Beroperasi pada jadwal yang telah ditentukan sebelumnya, sistem ini menghilangkan kebutuhan teknisi untuk berinteraksi secara manual dengan bioreaktor dan sampel. Hasilnya? Pekerjaan yang kurang berulang, peluang kesalahan manusia yang lebih sedikit, dan lebih banyak waktu bagi staf terampil untuk terlibat dalam tugas seperti analisis data dan penyempurnaan proses.
Selain itu, sistem ini memungkinkan pengambilan sampel yang jauh lebih sering - kadang-kadang hampir terus-menerus - dibandingkan dengan metode manual. Ini berarti sejumlah besar data dihasilkan, memungkinkan pemantauan waktu nyata dan kontrol yang lebih ketat atas parameter kunci. Dengan alat manajemen data bawaan, alur kerja menjadi lebih lancar dengan secara otomatis mengatur metadata sampel, mengurangi pekerjaan kertas dan entri data manual.
Untuk mereka yang berada di industri daging budidaya,
