Sistem pensampelan automatik mengubah cara pemantauan bioproses, terutamanya dalam pengeluaran daging yang diternak. Sistem ini menawarkan data yang kerap, tepat, dan masa nyata mengenai faktor kritikal seperti tahap nutrien, metabolit, dan kesihatan sel - sesuatu yang tidak dapat ditandingi oleh pensampelan manual. Dengan beroperasi setiap 2–3 jam, berbanding sekali sehari secara manual, mereka memberikan gambaran yang lebih jelas tentang perubahan metabolik, membantu mencegah kesilapan pengeluaran yang mahal.
Mata penting termasuk:
- Kecekapan: Kitaran pensampelan, analisis, dan pembersihan mengambil masa kurang dari 15 minit.
- Kesterilan: Sistem mengekalkan kesterilan selama lebih 370 jam, mengurangkan risiko pencemaran.
- Ketepatan: Pengukuran glukosa menyimpang hanya 1.1%, dengan analisis asid amino menawarkan pandangan hampir masa nyata.
- Penjimatan Buruh: Meminimumkan campur tangan manual, membebaskan kakitangan untuk tugas lain.
- Aplikasi: Meningkatkan konsistensi dan skalabiliti dalam pengeluaran daging yang ditanam.
Sistem ini berintegrasi dengan lancar dengan alat canggih seperti HPLC dan spektroskopi Raman, membolehkan pemantauan nutrien yang tepat dan penyesuaian proses secara masa nyata. Akibatnya, mereka menyokong kawalan kualiti yang lebih baik, mengurangkan variabiliti, dan aliran kerja pengeluaran yang lebih cekap.
Sistem Pensampelan Manual vs Automatik: Perbandingan Prestasi dalam Pemprosesan Biologi
Penyelidikan mengenai Teknologi Pensampelan Automatik
Kaedah dan Pendekatan Penyelidikan
Kemajuan terkini dalam teknologi pensampelan automatik telah memperhalusi aplikasi mereka dalam pengeluaran daging yang ditanam dengan ketara. Kajian ini memberi tumpuan kepada integrasi sistem pensampelan automatik dengan alat analitik sambil mengekalkan kemandulan 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 Mei 2020, satu pasukan di Vienna University of Technology menyiasat sistem Numera oleh Securecell AG, menggunakan perisian Lucullus PIMS semasa penanaman CHO fed-batch. Mereka memantau 18 asid amino bersama tahap produk IgG, mengekalkan kemandulan untuk 370 jam operasi berterusan yang mengagumkan [2]. Pelarasan kepada tetapan sistem, seperti "Push Out Time", menjadi penting apabila ketumpatan sel meningkat [2].
Begitu juga, pada Ogos 2017, Rosanne M.Guijt dari University of Tasmania menggunakan Sequential Injection Capillary Electrophoresis (SI-CE) untuk memantau lima kultur suspensi sel Jurkat secara selari. Selama empat hari, sistem ini menjalankan 96 ujian per kultur, dengan setiap pemisahan elektroforetik mengambil masa hanya 12 minit. Menariknya, ia hanya memerlukan 5.78 mL setiap kelalang (kurang daripada 60 µL setiap analisis), menjadikannya sesuai untuk saringan throughput tinggi tanpa mengurangkan jumlah kultur secara signifikan [6]. Kaedah yang tepat dan sistematik ini membuka jalan untuk pemahaman yang lebih mendalam tentang data prestasi.
Keputusan Kajian dan Data Prestasi
Penemuan daripada kajian ini menekankan kecekapan dan ketepatan sistem pensampelan automatik. Sebagai contoh, pasukan Vienna mencapai 1.1% sisihan piawai relatif untuk pengukuran glukosa.Tambahan pula, kesilapan sistematik yang disebabkan oleh pencairan sampel telah diperbetulkan untuk mengurangkan penyimpangan serendah 0.1% hingga 3% daripada nilai sebenar [2]. Tahap ketepatan ini jauh lebih baik daripada apa yang biasanya ditawarkan oleh pensampelan manual.
Kekerapan pensampelan adalah satu lagi kelebihan kritikal. Walaupun pensampelan manual sering terhad kepada sekali sehari, sistem automatik boleh mengambil sampel 8 hingga 24 kali sehari, menangkap perubahan metabolik yang mungkin tidak disedari. Dalam kajian Vienna, analisis asid amino diselesaikan dengan kelewatan 45 minit dari pengumpulan sampel, memberikan pandangan hampir masa nyata ke dalam kekurangan nutrien [2].
Kajian Tasmania menekankan satu lagi manfaat utama: dengan menormalkan data laktat terhadap ukuran ketumpatan sel masa nyata, penyelidik dapat membezakan kesan farmakologi sebatian seperti rotenone dan clioquinol daripada perubahan biomassa yang mudah [6]. Tahap perincian ini hampir mustahil dicapai dengan pensampelan manual tradisional, di mana titik data yang jarang sering mengaburkan corak metabolik kritikal.
Teknologi Sensor untuk Pemantauan Media
Jenis Sensor dan Alat Analisis
Teknologi sensor memainkan peranan penting dalam memperhalusi pemantauan media masa nyata, terutamanya dalam pengeluaran daging yang ditanam. Pelbagai sensor digunakan untuk memantau komposisi media dan kesihatan sel dengan teliti.Sebagai contoh, sensor dalam talian standard secara berterusan mengukur pH, suhu, dan oksigen terlarut, memastikan keadaan kekal ideal untuk pertumbuhan sel [7]. Apabila ia berkaitan dengan pengukuran ketumpatan sel yang boleh hidup, probe kapasitans adalah satu-satunya penyelesaian dalam talian yang tersedia secara komersial. Probe ini menggunakan medan elektrik untuk mengesan sel hidup, kerana membran sel yang utuh bertindak sebagai kapasitor kecil, membezakan sel hidup daripada sel mati dan serpihan [7].
Sensor spektroskopi menawarkan cara tidak invasif untuk menjejaki aktiviti metabolik. Sebagai contoh, spektroskopi UV–vis menganalisis penyerapan dan penyebaran cahaya (200–740 nm) untuk menganggarkan ketumpatan sel dan mengenal pasti asid nukleik daripada sel yang rosak [7]. Spektroskopi pendarfluor memantau fluorofor semula jadi seperti NADH, NADPH, dan triptofan, memberikan pandangan berharga masa nyata tentang keadaan metabolik kultur tanpa mengganggu proses [7]. Sementara itu, spektroskopi Raman menghasilkan cap jari molekul media, membolehkan penjejakan tepat tahap glukosa, laktat, dan asid amino dengan ralat minimum [7][2]. Malah, sensor Raman dalam talian telah menunjukkan ketepatan yang luar biasa, dengan ralat punca min kuasa dua 0.41 mM untuk tirosin dan 0.24 mM untuk triptofan dalam media kompleks [2]. Alat spektroskopi ini melengkapkan sistem pensampelan automatik dengan menawarkan analisis metabolik yang pantas dan tidak mengganggu.
Sistem automatik meningkatkan lagi ketepatan dengan menghubungkan bioreaktor kepada penganalisis canggih. Persediaan ini membolehkan pemantauan masa nyata bagi nutrien kompleks seperti asid amino dan vitamin, yang mana sensor dalam talian kini menghadapi kesukaran untuk mengukur dengan tepat [1][2]. Sebagai contoh, model spektroskopi penyerapan UV–vis telah mencapai nilai R² setinggi 0.993 untuk ramalan ketumpatan sel, menunjukkan kebolehpercayaan mereka [7].
Contoh Integrasi Sensor
Kerjasama antara pemaju teknologi dan penyelidik telah membawa kepada kemajuan yang mengagumkan dalam integrasi sensor. Salah satu contoh adalah kerjasama antara Sartorius Stedim Biotech dan Tornado Spectral Systems. Mereka menggabungkan prototaip sel aliran Raman ke dalam sistem Ambr 250 High Throughput mini bioreactor.Dengan memasangkannya dengan BioProfile FLEX2 penganalisis dari Nova Biomedical untuk pengukuran rujukan automatik, mereka mencipta model yang kukuh untuk menjejak glukosa, laktat, dan glutamin dalam kultur sel CHO. Susunan ini mengurangkan jurang masa antara data spektrum dan rujukan kepada hanya lima minit, membolehkan korelasi data hampir serta-merta [8].
"Spektroskopi Raman adalah alat PAT yang sesuai untuk mengukur analit kultur sel secara tidak merosakkan in-situ... memberikan maklumat struktur mengenai ikatan kovalen molekul yang disoal dengan kekhususan molekul yang tinggi dan ketahanan."
– Marek Hoehse, Sartorius Stedim Biotech [8]
Satu lagi contoh datang dari Vienna University of Technology, di mana penyelidik menunjukkan bagaimana integrasi sensor boleh meningkatkan ketepatan. Menggunakan 3.6 L bioreaktor, mereka menghubungkannya ke Thermo Fisher Ultimate 3000 HPLC dan Roche Cedex Bio HT penganalisis melalui sistem Numera. Susunan ini membolehkan pemantauan masa nyata bagi 18 asid amino dan beberapa vitamin, seperti niasinamida, asid folik, B12, dan riboflavin, semasa penanaman CHO fed-batch [2]. Sistem automatik ini menghasilkan 528 spektrum dari 24 bekas dalam satu larian, mengurangkan kos dan menjimatkan masa berbanding dengan pembinaan model skala perintis tradisional [8].
Pengoptimuman Proses dan Kawalan Kualiti
Pelarasan Proses Masa Nyata
Sistem pensampelan automatik menjembatani jurang antara analitik makmal dan pengeluaran langsung, membolehkan penggunaan Teknologi Analitik Proses (PAT) dalam masa nyata [2].Sistem-sistem ini menyediakan data setiap dua hingga tiga jam, mewujudkan pandangan menyeluruh tentang metabolisme sel dan penggunaan nutrien [2]. Data frekuensi tinggi ini menangkap nilai kinetik dan peristiwa kritikal, seperti peralihan laktat, yang sering diabaikan dengan pensampelan manual [2][6].
Apabila digabungkan dengan Sistem Pengurusan Maklumat Proses (PIMS), hasil analisis ini boleh menyesuaikan strategi pemakanan secara automatik mengikut keperluan [2]. Algoritma dinamik mengenal pasti dataran reaksi, membolehkan pengubahsuaian proses tepat pada masanya [5]. Keupayaan ini amat bernilai dalam pengeluaran daging yang diternak, di mana mengekalkan keseimbangan nutrien yang optimum adalah penting untuk mencapai ketumpatan sel dan hasil yang tinggi.
"Kekerapan pensampelan yang lebih tinggi berbanding pensampelan manual meningkatkan kandungan maklumat yang dijana, yang membolehkan tafsiran metabolisme lebih mudah... dan pengesanan peristiwa proses yang lebih tepat."
– Paul Kroll, Pengurus Pembangunan Perniagaan, Securecell AG [1]
Satu contoh ketara datang dari tahun 2020, apabila Universiti Teknologi Vienna menyambungkan bioreaktor 3.6 liter kepada penganalisis HPLC automatik dan Cedex Bio HT melalui sistem Numera. Tetapan ini memantau 18 asid amino dan pelbagai vitamin selama 370 jam, dengan penyimpangan serendah 0.1% hingga 3% [2]. Pengumpulan data yang kerap memungkinkan pemerhatian kinetik reaksi yang kaedah manual akan terlepas sepenuhnya.
Perbandingan Manfaat dan Cabaran
Berikut adalah pecahan kelebihan utama dan cabaran yang berkaitan dengan sistem pensampelan automatik:
| Ciri | Kelebihan | Cabaran |
|---|---|---|
| Ketepatan & Ketelitian | Menyampaikan ketepatan tinggi (1.1% RSD) dan menghapuskan kesilapan manusia dalam penyediaan sampel [2] | Memerlukan penentukuran dan pelarasan yang teliti untuk faktor pencairan [2] |
| Kekerapan Data | Membolehkan 8+ sampel setiap hari, membolehkan pemodelan kinetik terperinci [2] | Jumlah data yang tinggi memerlukan perisian canggih (PIMS) untuk pengurusan [2] |
| Tenaga Kerja & Kos | Mengurangkan beban kerja pensampelan manual dan derivatisasi [2] | Kos peralatan awal yang tinggi dan pemasangan yang kompleks [2][5] |
| Isipadu Sampel | Menggunakan media yang minimum (<60 µL setiap analisis), memelihara jumlah reaktor untuk jangka masa yang lebih lama [6] | Jumlah kecil dalam tiub boleh terdedah kepada pengumpulan sisa dan kesan nisbah permukaan [2] |
| Kawalan Proses | Memudahkan pemberian makanan dan penyesuaian nutrien secara masa nyata [2][3] | Memerlukan integrasi lancar antara pengambil sampel, penganalisis, dan pengawal bioreaktor [2] |
Sistem automatik bukan sahaja mengekalkan kemandulan selama lebih 370 jam tetapi juga memerlukan kurang daripada 60 mikroliter media setiap analisis [2][6].Walau bagaimanapun, pengendali mesti menangani potensi kesilapan sistematik dalam pengendalian cecair, walaupun penentukuran automatik boleh mengurangkan penyimpangan serendah 0.1% [2]. Selain itu, "Masa Tolak Keluar" (POT) dalam modul penapisan mungkin perlu disesuaikan berdasarkan ketumpatan sel yang berdaya maju untuk memastikan penghantaran sampel yang konsisten semasa proses berkembang [2].
Strategi-strategi ini menonjolkan bagaimana sistem automatik mengalihkan pengeluaran daging yang ditanam daripada pemantauan reaktif kepada proses yang lebih proaktif dan terkawal, melengkapkan kemajuan awal dalam teknologi sensor dan penyelidikan.
sbb-itb-ffee270
Cellbase Sumber untuk Sistem Pensampelan Automatik
Senarai Pembekal yang Disahkan
Platform ini juga menonjolkan alat pensampelan aseptik khusus, seperti bioPROBE dari bbi-biotech.Alat ini menonjolkan "kesterilan melalui reka bentuk", menggunakan mekanisme pengangkutan gas-bantal yang dipatenkan untuk mencegah pembentukan biofilm dan penyumbatan [9]. Selain itu,
Perolehan Peralatan yang Dipermudahkan
Selain mempamerkan senarai yang disahkan,
Bagi pasukan R&D, penyenaraian yang disahkan menawarkan penyelesaian yang mengautomatikkan kedua-dua pensampelan dan pelarasan berasaskan peristiwa. Ini amat berguna untuk menguruskan jumlah sampel kecil - serendah 0.5 ml - membantu meminimumkan kehilangan media [9][10]. Potensi penjimatan masa adalah ketara: pensampelan automatik boleh mengurangkan permintaan buruh sebanyak kira-kira 480 jam kerja (bersamaan dengan 12 minggu kerja) setiap tahun apabila memproses 1,800 sampel, berbanding dengan kaedah manual [9].Dengan mempermudah pemerolehan peralatan dan meningkatkan ketepatan,
Kesimpulan
Ringkasan dan Pandangan Masa Depan
Sistem pensampelan automatik sedang mengubah cara pemantauan bioproses daging yang diternak. Dengan menghubungkan bioreaktor secara langsung dengan alat analisis, mereka menyediakan data berkualiti tinggi sehingga 12 kali lebih kerap - setiap 2–3 jam berbanding pendekatan tradisional sekali sehari [1][2]. Pengumpulan data yang kerap ini membolehkan pemahaman yang lebih mendalam tentang metabolisme sel, pengenalpastian kekurangan nutrien yang lebih cepat, dan pengiraan parameter kinetik yang penting untuk mengoptimumkan strategi pemakanan.
Sistem ini juga mengekalkan kemandulan untuk tempoh yang lebih lama dan memberikan pengukuran yang sangat tepat, menjadikannya pengubah permainan dalam pemprosesan bio.Dengan kelebihan-kelebihan ini yang telah ditetapkan, pentas kini disediakan untuk kemajuan yang lebih besar. Masa depan pengeluaran daging yang ditanam sedang menuju ke arah biopembuatan pintar. Ini melibatkan integrasi pensampelan automatik dengan model ramalan dan kawalan proses gelung tertutup. Kemajuan sedemikian akan mengalihkan fokus daripada menganalisis data selepas fakta kepada pengoptimuman proses masa nyata. Ini bermakna strategi pemakanan boleh disesuaikan dengan segera, mengurangkan masa pengeluaran, memastikan kualiti produk yang konsisten, dan mempercepatkan masa ke pasaran melalui pemantauan berterusan atribut kualiti kritikal [2][3]. Bagi pengeluar, sistem-sistem ini dengan cepat menjadi asas untuk operasi yang kompetitif dan boleh diskalakan.
Platform seperti
(English) Numera PAT: pensampelan automatik dalam pemprosesan bio
Soalan Lazim
Bagaimana sistem pensampelan automatik meningkatkan konsistensi dalam pengeluaran daging yang ditanam?
Sistem pensampelan automatik memainkan peranan penting dalam memastikan konsistensi dalam pengeluaran daging yang ditanam dengan menghapuskan ketidakpastian yang berkaitan dengan pensampelan manual. Sistem ini direka untuk mengumpul jumlah sampel yang tepat pada selang masa yang dijadualkan, yang mengurangkan kesilapan manusia dan memastikan keseragaman. Pensampelan yang mantap dan tepat ini memberikan pandangan masa nyata ke dalam nutrien, metabolit, dan kesihatan sel, membolehkan kawalan yang lebih baik ke atas proses pengeluaran dan meningkatkan kualiti produk.
Dengan mengautomasi tugas seperti pensampelan, penyediaan, dan pemindahan, peluang pencemaran dikurangkan dengan ketara. Tambahan pula, pengumpulan data boleh diteruskan walaupun di luar waktu bekerja standard, menawarkan pandangan yang lebih komprehensif tentang proses pengeluaran. Pemantauan berterusan ini membolehkan penyesuaian pantas kepada parameter seperti suapan, suhu, atau faktor kritikal lain, menghasilkan kualiti kumpulan yang konsisten dan hasil pengeluaran yang lebih boleh dipercayai. Bagi mereka yang bekerja dalam sektor daging yang ditanam,
Bagaimana sensor menyumbang kepada pemantauan masa nyata dalam pengeluaran daging yang ditanam?
Sensor adalah penting untuk pemantauan masa nyata, kerana ia sentiasa menjejak parameter proses utama (CPPs) seperti oksigen terlarut, pH, suhu, ketumpatan sel, dan daya hidup sel.Dengan memberikan maklum balas segera, sensor-sensor ini membantu pengendali mengenal pasti penyimpangan dengan cepat, membuat penyesuaian tepat pada masanya, dan mengelakkan isu yang boleh menjejaskan kualiti produk.
Teknologi moden, seperti probe near-infrared (NIR) dan Raman, membawa ini ke tahap seterusnya dengan memantau nutrien seperti glukosa dan hasil sampingan seperti laktat secara masa nyata, mengurangkan keperluan untuk pensampelan manual. Alat optik canggih, seperti mikroskopi in-situ, malah menawarkan data sel tunggal terperinci mengenai morfologi dan daya tahan. Inovasi-inovasi ini adalah pusat kepada Teknologi Analisis Proses (PAT), membolehkan automasi dan memastikan kawalan konsisten dalam pengeluaran daging yang ditanam.
Platform seperti
Bagaimana sistem pensampelan automatik membantu mengurangkan tenaga kerja dalam pemprosesan bio?
Sistem pensampelan automatik mengurangkan beban kerja dalam pemprosesan bio dengan mengendalikan tugas rutin seperti mengambil, menyediakan, dan menghantar sampel kepada instrumen analisis. Beroperasi mengikut jadual yang telah ditetapkan, sistem ini menghapuskan keperluan untuk juruteknik berinteraksi secara manual dengan bioreaktor dan sampel. Hasilnya? Kerja berulang yang kurang, peluang kesilapan manusia yang lebih sedikit, dan lebih banyak masa untuk kakitangan mahir menumpukan kepada tugas seperti analisis data dan memperhalusi proses.
Tambahan pula, sistem ini membolehkan pensampelan yang lebih kerap - kadang-kadang hampir berterusan - berbanding kaedah manual. Ini bermakna sejumlah besar data dihasilkan, membolehkan pemantauan masa nyata dan kawalan yang lebih ketat ke atas parameter utama. Dengan alat pengurusan data terbina dalam, aliran kerja menjadi lebih lancar dengan secara automatik mengatur metadata sampel, mengurangkan kerja kertas dan kemasukan data manual.
Bagi mereka dalam industri daging yang ditanam,
