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생물반응기에서 용존 산소 제어

Dissolved Oxygen Control in Bioreactors

David Bell |

용존 산소(DO) 관리는 배양육 생산을 위한 생물 반응기에서 동물 세포를 키우는 데 매우 중요합니다. 적절한 DO 수준은 세포 성장, 대사 및 제품 품질을 보장하지만, 생산 규모를 확대하면 불균일한 산소 분포와 전단 응력과 같은 문제를 야기합니다. 다음은 알아야 할 사항입니다:

  • DO 기본 사항: 동물 세포는 20–40% 공기 포화 상태에서 번성합니다. 낮은 DO는 저산소증을 유발하여 성장을 늦추고 젖산을 증가시키며, 높은 DO는 산화 스트레스를 초래합니다.
  • 대형 생물 반응기에서의 도전 과제: 규모를 확대하면 산소 전달 효율이 감소하고 DO 구배가 생성되며 전단 응력으로 인해 세포가 손상될 위험이 있습니다.
  • 해결책:
    • 공기 공급 방법: 미세 기포 시스템과 공기 리프트 생물 반응기는 세포 손상을 줄이면서 산소 전달을 개선합니다.
    • 센서: 광학 센서와 라만 분광법은 정확하고 실시간으로 용존 산소 모니터링을 제공합니다.
    • 고급 도구: 전산 유체 역학(CFD)과 자동화 제어 시스템은 산소 분포를 최적화합니다.
  • 조달: Cellbase와 같은 플랫폼은 생물 반응기부터 고정밀 센서까지 전문 장비의 소싱을 간소화합니다.

일관된 용존 산소 수준을 유지하는 것은 배양육 생산을 확장하면서 품질과 효율성을 보장하는 데 중요합니다.

배양육 생물 반응기에서의 용존 산소 제어 과제

세포 산소 요구 사항 및 최적 범위

배양육 생산에 사용되는 동물 세포는 정확한 산소 요구 사항을 가지고 있습니다.대부분의 포유류 세포의 경우, 용존 산소(DO) 수준은 건강한 호흡을 지원하고 젖산과 같은 대사 부산물의 축적을 피하기 위해 20–40% 공기 포화도 내에 머물러야 합니다 [5]. 이 범위 아래로 떨어지면 세포 성장이 저해되고 젖산이 축적되어 배지를 산성화시키고 성장을 더욱 억제할 수 있습니다 [5]. 반면에 과도한 산소 수준(과산소증)은 산화 스트레스를 유발하여 세포 구성 요소를 손상시키고 세포 생존력을 감소시키며 분화 과정을 방해할 수 있습니다 [5][3].

DO 관리에서의 공학적 문제

산소의 낮은 수용성은 생물 반응기 설계에 상당한 도전을 제기합니다. 25°C 및 표준 대기압에서 산소는 물에 약 8 mg/L만 용해됩니다 [6].강력한 공기 공급을 하더라도, 밀집된 세포 배양을 위한 적절한 DO 수준을 유지하는 것은 어렵습니다. 또한, 전통적인 공기 공급 및 교반 방법은 동물 세포의 연약한 막을 손상시켜 생존 가능성을 감소시키고 분화에 방해가 되는 전단 응력을 발생시킬 수 있습니다 [6].

더 큰 바이오리액터에서는 불균일한 DO 분포가 중요한 문제가 됩니다. 혼합 시간이 증가함에 따라 산소 구배가 형성되어 일부 지역에서는 저산소 상태가, 다른 지역에서는 고산소 상태가 발생합니다 [7]. 이러한 변동성은 일관되지 않은 세포 성장, 제품 품질의 변동, 전반적인 수율 감소를 초래할 수 있습니다.

도전 영향 완화 전략
낮은 산소 용해도 제한된 DO 가용성 마이크로버블 시스템, 멤브레인 에어레이션
전단 응력 세포 손상 및 생존율 감소 부드러운 혼합, 저전단 임펠러
불균일한 분포 일관되지 않은 성장 및 제품 품질 고급 혼합 설계, CFD 모델링

이러한 문제는 바이오리액터가 규모가 커짐에 따라 더욱 두드러지며, 산소 관리에 복잡성을 더합니다.

실험실에서 상업 생산으로의 규모 확대 문제

바이오리액터의 규모가 커지면 균일한 DO 분포를 유지하는 어려움이 증폭됩니다.더 큰 용기는 더 긴 혼합 시간과 더 뚜렷한 산소 구배를 경험하여 전체적으로 일관된 산소 수준을 보장하기 어렵게 만듭니다 [7]. 실험실에서 잘 작동하는 기술은 상업 규모에서 종종 실패하여 산소 전달 속도(kLa)를 맞추기 위해 고급 엔지니어링이 필요합니다 [7]. 더 큰 생물 반응기에서 표면 대 부피 비율이 감소하면 전통적인 공기 공급 방법의 효율성이 더욱 감소합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고급 혼합 설계와 전산 유체 역학(CFD) 모델링이 필수적입니다. 이러한 도구는 생산을 방해하기 전에 산소 구배를 예측하고 최소화하는 데 도움을 줍니다 [7][6].

대규모 운영에서 DO를 관리하기 위해 실시간 모니터링 및 제어 시스템도 중요합니다.상업적 생산은 세포 대사와 산소 요구의 급격한 변화에 대응할 수 있는 자동화 시스템을 필요로 합니다 [1][7]. VisiFerm RS485-ECS와 같은 광학 DO 센서는 이러한 설정에서 매우 중요하며, 생산 과정 전반에 걸쳐 정밀한 모니터링과 제어를 제공합니다 [3].

규모 확장의 도전 과제는 재정적으로 큰 위험을 수반합니다. 상업적 규모에서의 부적절한 DO 제어는 전체 배치가 품질 기준에 미치지 못하게 하여 상당한 재정적 손실을 초래할 수 있습니다. 이는 대규모 배양육 생산에 맞춘 전문 장비와 모니터링 기술에 대한 투자를 촉진했습니다.

용존 산소 모니터링 기술

DO 모니터링 센서 기술

배양육 생산에서, 용존 산소(DO) 수준을 정밀하게 모니터링하기 위해 세 가지 주요 유형의 센서가 사용됩니다:

  • 전기화학 센서(클락 타입): 이 센서는 산소 환원 전류를 측정하며 신뢰성이 높습니다. 그러나 막 교체와 같은 정기적인 유지보수가 필요하며, 측정 중에 소량의 산소를 소비합니다.
  • 광학 센서: 발광 염료가 산소에 의해 소멸되는 원리를 이용하여, 광학 센서는 빠르고 비소모적인 측정을 제공합니다. 주목할 만한 예로는 Hamilton VisiFerm RS485-ECS가 있으며, 디지털 통신을 제공하고 까다로운 바이오리액터 조건에서도 우수한 성능을 발휘합니다 [3]
  • 라만 분광법: 이 기술은 DO, 포도당, 젖산을 포함한 여러 매개변수를 실시간으로 비침습적으로 모니터링할 수 있게 해줍니다. 예를 들어, MarqMetrix All-In-One Process Raman Analyzer는 침수 가능한 프로브가 장착되어 다중 매개변수 분석에서 그 능력을 입증합니다 [1]

각 기술은 고유한 강점을 가지고 있습니다. Clark-type 센서는 잘 확립된 선택이며, 광학 센서는 유지보수 필요성을 줄이고, 라만 분광법은 더 높은 초기 비용으로 더 넓은 통찰력을 제공합니다. 이러한 옵션은 실시간 데이터를 자동화된 제어 시스템에 통합하는 길을 열어줍니다.

자동화 제어 시스템으로의 센서 통합

효과적인 DO 모니터링을 위해, 센서는 디지털 또는 아날로그 연결을 통해 생물 반응기 제어 시스템과 원활하게 통합되어야 합니다.이 통합은 세포 성장을 위한 최적의 산소 수준을 유지하기 위해 공기 공급, 교반, 산소 공급과 같은 요소를 조정하는 실시간 피드백 루프를 가능하게 합니다.

OPC UA를 사용하는 시스템과 같은 현대적인 제어 소프트웨어는 자동 조정을 지원합니다. 예를 들어, 최근의 바이오리액터 실험에서는 라만 분석기를 통합하여 DO 조절을 자동화할 수 있음을 보여주었습니다.[1] 이러한 발전은 효율적이고 일관된 생산을 보장하는 데 있어 제어 시스템과의 센서 호환성의 중요성을 강조합니다.

센서 기술 비교

올바른 센서 기술을 선택하려면 정확성, 유지보수, 확장성을 균형 있게 고려해야 합니다.다음은 주요 기능의 비교입니다:

센서 유형 정확도 응답 시간 유지보수 필요성 확장성 주요 제한 사항
Clark-type (전기화학) 높음 보통 높음 (막, 전해질) 보통 산소 소비; 오염에 취약
광학 (발광) 높음 빠름 낮음 높음 오염에 민감; 높은 비용
라만 분광법 높음 (다중 매개변수) 빠름 낮음 높음 (자동화 포함) 복잡한 설정; 높은 초기 비용

전기화학 센서는 신뢰할 수 있지만 자주 유지보수가 필요합니다.광학 센서는 비소모성 설계로 세포 배양에 대한 간섭을 최소화하고 유지보수를 줄입니다. 한편, 라만 분광법은 여러 분석 물질을 동시에 모니터링할 수 있는 능력으로 두드러지지만, 더 복잡한 설정과 높은 비용이 수반됩니다.

배양육 산업이 발전함에 따라 광학 및 라만 기반 기술로의 눈에 띄는 전환이 이루어지고 있습니다. 이러한 옵션은 견고하고 유지보수가 적은 모니터링 솔루션을 제공하여 장기간의 생산 주기 동안 일관된 성능을 보장하고 높은 제품 품질을 유지하는 목표를 지원합니다.

용존 산소 제어 및 최적화 방법

공기 공급 및 교반 방법

산소 전달과 세포 보호의 균형을 맞추는 것은 공기 공급 및 교반에서 중요합니다. 배양육 생산에서는 표면 공기 공급, 스파징, 미세 기포 생성의 세 가지 주요 방법이 두드러집니다.

표면 폭기는 가장 부드러운 옵션으로, 최소한의 전단 응력으로 매질의 표면에 산소를 도입합니다. 그러나 생산 규모가 커질수록 매질의 부피에 비해 제한된 표면적 때문에 이 방법은 덜 효율적입니다.

전통적인 스파징은 잠수형 확산기를 통해 배양 매질에 공기나 순수 산소를 직접 기포로 주입하는 방법입니다. 이 방법은 우수한 산소 전달률을 제공하며 대규모 생산에 적합합니다. 그러나 더 높은 전단 응력을 유발하여 세포에 영향을 미칠 수 있습니다.

마이크로버블 생성기는 표준 스파저보다 훨씬 작은 기포를 생성하여 가스-액체 인터페이스를 증가시킵니다. 이는 산소 전달을 개선하면서 세포 손상을 줄여 전통적인 스파징에 대한 강력한 대안이 됩니다.

교반을 위해, 최적화된 임펠러 디자인을 갖춘 기계적 교반 시스템이 일반적으로 사용됩니다. 이러한 시스템은 유해한 전단력을 유발하지 않으면서 고른 산소 분포를 보장하는 것을 목표로 합니다. 교반 탱크 반응기는 용존 산소, pH 및 혼합 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있는 능력 때문에 인기 있는 선택입니다.

에어리프트 바이오리액터는 또 다른 옵션을 제공하며, 가스 주입을 사용하여 공기 공급과 혼합을 결합하는 순환 패턴을 만듭니다. 이러한 시스템은 에너지 효율적이며 향상된 산소 전달을 제공하여 대규모 운영에 매력적입니다.

물리적 혼합 외에도, 산소 운반체는 산소 전달을 더욱 개선할 수 있습니다.

산소 운반체

산소 운반체는 더 강한 공기 공급 없이 용존 산소를 증가시키는 첨가제입니다.이들에는 헤모글로빈 기반 용액, 퍼플루오로카본, 합성 분자가 포함되며, 모두 표준 배양 배지보다 훨씬 높은 수준의 산소를 보유하고 운반할 수 있습니다.

이 운반체는 특히 전통적인 방법이 산소 수요를 충족시키기 어려운 고밀도 배양에서 유용합니다. 배지의 산소 운반 능력을 향상시킴으로써, 고강도 스파징이나 강력한 교반의 필요성을 줄여줍니다 - 특히 대규모 생산에 중요합니다.

  • 헤모글로빈 기반 운반체는 산소 운반에 매우 효과적이지만 동물 유래 성분을 도입할 수 있습니다.
  • 퍼플루오로카본은 합성물로 높은 산소 용해도를 제공하지만, 더 비싸고 신중한 취급이 필요합니다.

구현을 위한 주요 요소에는 세포주와의 생체 적합성 보장, 규제 요구 사항 충족, 대규모 사용을 위한 비용 관리, 최종 제품에서의 용이한 제거 보장이 포함됩니다. 파일럿 연구는 적절한 농도와 특정 프로세스와의 호환성을 결정하는 데 필수적입니다.

물리적 공기 공급과 운반체 방법 모두 고급 모델링 도구를 통해 사용을 미세 조정하는 데 이점을 얻습니다.

모델링 및 계산 도구

전산 유체 역학 (CFD)은 배양육 바이오리액터에서 용존 산소 관리를 최적화하는 데 필수적입니다. 이러한 모델은 산소 전달 속도, 혼합 패턴 및 전단 응력 분포를 예측하는 데 도움을 주어 엔지니어가 물리적으로 제작되기 전에 바이오리액터 설계를 개선할 수 있도록 합니다.

CFD 시뮬레이션은 다양한 바이오리액터 구성, 공기 공급 방법, 교반 전략을 테스트하여 산소 분포와 세포 성장에 미치는 영향을 확인할 수 있게 합니다. 이를 통해 시행착오 실험의 필요성을 줄여 시간과 비용을 절감할 수 있습니다.

예를 들어, CFD는 산소 수준이 너무 낮아질 수 있는 잠재적인 사각지대를 강조하거나 세포에 해를 끼칠 수 있는 과도한 전단 응력이 있는 영역을 식별할 수 있습니다. 이러한 통찰력은 성능을 향상시키기 위해 임펠러 배치, 스파저 위치, 또는 배플 설계의 조정을 안내합니다.

공정 분석 기술 (PAT) 소프트웨어는 센서로부터의 실시간 데이터를 통합하여 이를 한 단계 더 발전시킵니다. CFD 및 머신러닝 알고리즘과 결합하여, PAT는 공기 공급 및 혼합의 자동 조정을 가능하게 하여 배양 과정 전반에 걸쳐 최적의 조건을 보장합니다.

이 도구들 - CFD 모델링, 실시간 모니터링, 자동화 제어 시스템 - 은 용존 산소 관리를 위한 효율적이고 확장 가능한 접근 방식을 만듭니다. 이는 일관된 제품 품질을 지원할 뿐만 아니라 실험실 규모의 연구에서부터 완전한 상업 생산에 이르기까지 운영을 최적화합니다.

배양육 생산에서 DO 제어를 위한 장비 소싱

DO 제어를 위한 필수 장비 및 재료

배양육 생산에서 효과적인 용존 산소(DO) 제어를 구현하는 것은 동물 세포 배양의 독특한 요구를 충족시키기 위해 설계된 특수 장비를 사용하는 것에 달려 있습니다. 기존의 실험실 설정과 달리, 이러한 시스템은 세포 성장을 지원하기 위해 정밀한 환경 조건을 유지해야 합니다.

바이오리액터는 모든 DO 제어 시스템의 중추입니다.교반 탱크 및 공기 리프트 바이오리액터와 같은 설계는 통합 센서와 자동 제어 장치가 장착되어 필수적입니다. 이러한 시스템은 세포 배양 배지에서의 낮은 산소 용해도를 고려하여 DO 수준을 20–40% 공기 포화 상태로 유지해야 합니다. 이는 혈액보다 약 45배 낮습니다. 따라서 정확한 산소 관리가 성공적인 생산의 중요한 요소가 됩니다 [4].

DO 센서 - 전류 측정식, 광학식, 또는 자성식 유형으로 제공 - 는 산소 수준을 모니터링하는 데 중요한 역할을 합니다. 센서의 선택은 정확성, 통합의 용이성, 생산 설정과의 호환성 등의 요인에 따라 달라집니다 [4] [9].

질량 유량 제어기는 퍼플루오로카본과 같은 산소 운반체와 함께 사용되어 배양 배지에서 산소 용해도를 향상시킵니다.이들은 특히 전통적인 방법이 산소 수요를 충족하지 못하는 경우가 많은 고밀도 배양에서 효과적입니다 [8] [4].

고급 공정 분석 기술이 장비 목록을 완성합니다. 예를 들어, 라만 분광 시스템은 DO, 포도당, 젖산 및 기타 필수 매개변수를 동시에 모니터링할 수 있습니다. 이러한 시스템은 정밀한 공정 제어를 위한 자동 피드백 루프를 가능하게 합니다 [1]. 또한, 원래 생명공학 응용을 위해 개발된 해밀턴 센서는 이제 배양육 생산에 맞춰 생존 세포 밀도, pH, DO 및 용해된 CO₂의 인라인 측정을 제공합니다 [9].

장비를 선택할 때 주요 고려 사항에는 동물 세포 배양과의 호환성, 연구에서 상업 생산으로의 확장 가능성, 자동화 시스템과의 통합, 그리고 규제 기준 준수가 포함됩니다. 이러한 각 요소는 확장 가능한 배양육 생산에 필요한 정확한 산소 조건을 유지하는 데 필수적입니다 [5] [9].

Cellbase 조달 플랫폼으로서

Cellbase

DO 제어를 위한 적절한 장비를 소싱하는 것은 분산된 공급업체 환경과 배양육 산업의 특정 요구 사항 때문에 어려울 수 있습니다. 이때 Cellbase가 혁신적인 해결책으로 등장합니다.

Cellbase는 배양육 부문에 전적으로 전념하는 최초의 B2B 마켓플레이스입니다.연구원, 생산 관리자, 조달 팀을 검증된 공급업체와 연결하여 배양육 응용에 특화된 바이오리액터, DO 센서, 산소 운반체 및 분석 도구를 제공합니다.

일반적인 실험실 공급 플랫폼과 달리, Cellbase선별된 목록을 제공하여 장비가 스캐폴드 호환성, 무혈청, 또는 GMP 준수 여부를 명확히 명시합니다. 이러한 타겟팅된 접근 방식은 다른 산업에 더 적합한 관련 없는 옵션을 정리하는 번거로움을 구매자에게서 덜어줍니다.

영국 기반 회사의 경우, CellbaseGBP로 투명한 가격을 제공하여 환율 변동의 불확실성을 제거합니다. 플랫폼의 공급업체는 세포 생존력 유지부터 식품 안전 규정 준수까지 배양육 생산의 특정 요구 사항을 이해하는지 철저히 검증됩니다.

공급업체와의 직접 메시징 및 견적 요청 시스템과 같은 추가 기능은 조달 과정을 간소화합니다. 시장 정보 대시보드는 산업 동향과 수요 패턴에 대한 통찰력을 제공하여 기업이 장비 필요와 예산을 계획하고 운영을 확장하는 데 도움을 줍니다.

Cellbase 는 연구에서 상업 생산으로 전환하는 기업에 적합합니다. 그 공급업체 네트워크는 소규모 R&D 장비와 상업적 규모를 처리할 수 있는 대형 시스템 모두에 대한 옵션을 포함합니다. 배양육 산업에 중점을 둔 이 플랫폼은 일반 공급업체보다 세포 농업에 대한 전문성이 부족할 수 있는 경우보다 더 높은 품질의 리드를 구매자에게 제공합니다.

이 플랫폼은 또한 기술 지원 및 검증 데이터를 제공하여 조달 팀이 중요한 투자를 결정하기 전에 장비 성능을 평가할 수 있도록 합니다.이것은 기술적 문제의 위험을 줄이고 기존 시스템과의 호환성을 보장합니다. 이는 배양육 생산에서 DO 제어의 복잡한 요구 사항을 관리할 때 필수적인 요소입니다. 조달 과정을 간소화함으로써, Cellbase 는 앞서 논의된 고급 DO 모니터링 및 제어 시스템과의 원활한 통합을 지원합니다.

생물공정에서 용존 산소(DO) 측정 이해하기

결론: 배양육 성공을 위한 용존 산소 제어 최적화

용존 산소(DO)를 효과적으로 관리하는 것은 성공적인 배양육 생산의 초석입니다. DO 수준을 20-40% 공기 포화도 범위 내로 유지하면 건강한 세포 성장, 효율적인 대사, 일관된 제품 품질을 보장합니다. 이는 세포 배양 매체에서 자연적으로 낮은 산소 용해도에 의해 영향을 받는 요소들입니다. [5][4].

실험실 환경에서 상업적 생산으로 규모를 확장하는 것은 여러 가지 도전 과제를 수반합니다. 더 큰 시스템은 산소 전달 효율 감소, 불균일한 혼합, 저산소 구역의 잠재성 등과 같은 복잡성을 가져오며, 이는 세포 생존율과 수율에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 정밀한 모니터링이 필수적입니다. 광학 센서, 라만 분광법, 통합 공정 분석 도구와 같은 고급 센서 기술은 DO 수준에 대한 실시간 조정을 가능하게 합니다. 이러한 시스템은 편차에 빠르게 반응하여 안정적인 조건을 보장합니다 [1][3]. 그뿐만 아니라, 유체 역학 모델과 화학계량 분석과 같은 계산 도구는 귀중한 통찰력을 제공합니다.그들은 산소 전달 속도를 예측하고 잠재적인 문제 영역을 조기에 식별하여, 규모 확장 시 비용이 많이 드는 시행착오 접근법의 필요성을 줄입니다 [2][1].

이러한 기술적 장애를 해결하기 위해서는 산업별 솔루션이 필요합니다. Cellbase 와 같은 플랫폼은 배양육 생산자들을 DO 제어 장비를 전문으로 하는 신뢰할 수 있는 공급업체와 연결합니다. 이와 같은 목표 지향적 접근법은 고급 바이오리액터와 고정밀 센서와 같은 중요한 도구의 조달을 단순화하여 위험을 최소화하고 상업 규모 운영으로의 전환을 가속화합니다.

배양육의 미래는 이러한 상호 연결된 요소들을 마스터하는 데 달려 있습니다: DO 수준을 일관되게 유지하고, 고급 모니터링 도구를 활용하며, 데이터 기반 최적화를 적용하고, 적절한 장비를 조달하는 것입니다.이러한 구성 요소를 효과적으로 조정하는 기업은 확장 가능하고 고품질의 생산에 대한 업계의 수요를 충족할 수 있는 더 나은 위치에 있게 될 것입니다. 최첨단 센서 시스템, 계산 모델링 및 전문화된 조달을 결합함으로써, 배양육 생산업체는 신뢰할 수 있고 효율적인 대규모 성장을 달성할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

마이크로버블 시스템과 에어리프트 바이오리액터는 대규모 바이오리액터에서 세포 손상을 최소화하면서 효율적인 산소 전달을 어떻게 보장합니까?

마이크로버블 시스템과 에어리프트 바이오리액터는 세포에 대한 기계적 스트레스를 최소화하면서 산소 전달을 개선하도록 설계되었습니다. 마이크로버블 시스템은 더 작은 거품을 만들어 가스 교환을 위한 표면적을 크게 증가시킵니다. 이는 세포에 해를 끼칠 수 있는 과도한 전단력을 도입하지 않고 더 나은 산소 전달을 보장합니다. 반면에, 에어리프트 바이오리액터는 공기 거품에 의해 구동되는 부드러운 순환에 의존합니다.이 접근 방식은 일관된 환경을 유지하고 임펠러나 기타 기계적 교반 방법과 종종 관련된 세포 손상을 피하는 데 도움이 됩니다.

이 기술들은 세포 생존성을 보존하고 성장을 촉진하는 것이 필수적인 배양육 생산에서 중요한 역할을 합니다. 물리적 스트레스를 최소화하면서 산소를 효율적으로 전달함으로써, 이러한 시스템은 세포 건강이나 전체 수율을 손상시키지 않고 생산을 확장하는 데 필요한 섬세한 균형을 보장합니다.

바이오리액터에서 용존 산소를 모니터링하기 위해 전통적인 전기화학 센서 대신 라만 분광법을 사용하는 이점은 무엇입니까?

바이오리액터에서 용존 산소를 모니터링할 때 라만 분광법은 전통적인 전기화학 센서에 비해 몇 가지 명확한 이점을 제공합니다. 한 가지 주요 차이점은 라만 분광법이 비침습적이라는 점입니다.전기화학 센서는 배양 배지와 직접 접촉해야 하지만, 라만 분광법은 생물 반응기 환경과 물리적으로 상호작용하지 않고 산소 수준을 측정합니다. 이 접근 방식은 오염 위험을 줄일 뿐만 아니라 유지보수 요구 사항도 감소시킵니다.

또 다른 장점은 실시간으로 상세한 데이터를 제공할 수 있는 능력입니다. 라만 분광법은 산소만 측정하는 것이 아니라 다른 화학적 매개변수도 추적할 수 있어 생물 반응기의 상태를 보다 완전하게 파악할 수 있습니다. 이는 환경이 복잡하고 끊임없이 변화하는 배양육 생산에 특히 유용합니다. 산소 수준을 적절하게 유지하는 것은 건강한 세포 성장을 보장하고 생존력을 유지하는 데 중요하며, 라만 분광법은 그러한 정밀도를 달성하는 데 도움을 줍니다.

배양육 생산을 위한 바이오리액터를 확장할 때 일관된 용존 산소 수준을 유지하는 것이 어려운 이유는 무엇이며, 전산 유체 역학이 어떻게 도움이 될 수 있습니까?

바이오리액터가 실험실 환경에서 상업적 대규모 생산으로 확장됨에 따라 용존 산소 수준을 일관되게 유지하는 것이 더 어려워집니다. 이는 더 큰 부피, 변동하는 산소 전달 속도, 유체 역학의 복잡성과 같은 요인 때문입니다. 더 큰 바이오리액터에서는 산소 분포가 종종 불균일해져 세포 성장에 해를 끼치고 생산성을 감소시킬 수 있습니다.

이때 전산 유체 역학 (CFD)이 혁신적인 해결책으로 등장합니다. CFD는 바이오리액터 내에서 유체가 흐르고, 가스가 교환되며, 혼합이 어떻게 이루어지는지를 시뮬레이션하여 설계 및 운영 조건을 개선할 수 있게 합니다. 그 결과? 산소 분포가 더 고르게 되어 효율성이 향상되고 배양육 생산의 확장이 훨씬 원활해집니다.

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Author David Bell

About the Author

David Bell is the founder of Cultigen Group (parent of Cellbase) and contributing author on all the latest news. With over 25 years in business, founding & exiting several technology startups, he started Cultigen Group in anticipation of the coming regulatory approvals needed for this industry to blossom.

David has been a vegan since 2012 and so finds the space fascinating and fitting to be involved in... "It's exciting to envisage a future in which anyone can eat meat, whilst maintaining the morals around animal cruelty which first shifted my focus all those years ago"