Pengurusan oksigen terlarut (DO) adalah kritikal untuk pertumbuhan sel haiwan dalam bioreaktor, terutamanya untuk pengeluaran daging yang diternak. Tahap DO yang betul memastikan pertumbuhan sel, metabolisme, dan kualiti produk, tetapi peningkatan pengeluaran memperkenalkan cabaran seperti pengedaran oksigen yang tidak sekata dan tekanan ricih. Berikut adalah apa yang anda perlu tahu:
- Asas DO: Sel haiwan berkembang pada ketepuan udara 20–40%. DO yang rendah menyebabkan hipoksia, memperlahankan pertumbuhan dan meningkatkan laktat, manakala DO yang tinggi membawa kepada tekanan oksidatif.
- Cabaran dalam Bioreaktor Besar: Peningkatan skala mengurangkan kecekapan pemindahan oksigen, mewujudkan kecerunan DO, dan berisiko merosakkan sel melalui tekanan ricih.
-
Penyelesaian:
- Kaedah Pengudaraan: Sistem mikrogelembung dan bioreaktor angkat udara meningkatkan pemindahan oksigen dengan kerosakan sel yang lebih sedikit.
- Sensori: Sensor optik dan spektroskopi Raman menyediakan pemantauan DO yang tepat dan masa nyata.
- Alat Canggih: Dinamik bendalir pengiraan (CFD) dan sistem kawalan automatik mengoptimumkan pengedaran oksigen.
-
Perolehan: Platform seperti
Cellbase memudahkan pencarian peralatan khusus, dari bioreaktor hingga sensor berketepatan tinggi.
Menjaga tahap DO yang konsisten adalah kunci untuk meningkatkan pengeluaran daging yang diternak sambil memastikan kualiti dan kecekapan.
Cabaran Kawalan Oksigen Terlarut dalam Bioreaktor Daging Ternakan
Keperluan Oksigen Sel dan Julat Optimum
Sel haiwan yang digunakan dalam pengeluaran daging ternakan mempunyai keperluan oksigen yang tepat.Bagi kebanyakan sel mamalia, tahap oksigen terlarut (DO) harus kekal dalam lingkungan 20–40% tepu udara untuk menyokong respirasi yang sihat dan mengelakkan pengumpulan produk metabolik seperti laktat [5]. Jika tahap ini jatuh di bawah julat tersebut, ia boleh menghalang pertumbuhan sel dan membawa kepada pengumpulan laktat, yang mengasidkan medium dan seterusnya menghalang pertumbuhan [5]. Sebaliknya, tahap oksigen yang berlebihan (hiperoksia) boleh mencetuskan tekanan oksidatif, merosakkan komponen selular, mengurangkan daya tahan sel, dan mengganggu proses pembezaan [5][3].
Masalah Kejuruteraan dalam Pengurusan DO
Kelarutan oksigen yang rendah dalam air mencipta cabaran yang besar dalam reka bentuk bioreaktor. Pada suhu 25°C dan tekanan atmosfera standard, oksigen larut dalam air hanya sekitar 8 mg/L [6].Walaupun dengan pengudaraan yang kuat, sukar untuk mengekalkan tahap DO yang mencukupi untuk kultur sel yang padat. Selain itu, kaedah pengudaraan dan pengadukan tradisional boleh menghasilkan tekanan ricih yang merosakkan membran rapuh sel haiwan, mengurangkan daya tahan mereka dan mengganggu pembezaan [6].
Dalam bioreaktor yang lebih besar, pengedaran DO yang tidak sekata menjadi isu yang ketara. Apabila masa pencampuran meningkat, kecerunan oksigen terbentuk, menyebabkan keadaan hipoksia di beberapa kawasan dan keadaan hiperoksia di kawasan lain [7]. Kepelbagaian ini boleh mengakibatkan pertumbuhan sel yang tidak konsisten, turun naik dalam kualiti produk, dan hasil keseluruhan yang lebih rendah.
| Cabaran | Kesan | Strategi Mitigasi |
|---|---|---|
| Keterlarutan oksigen rendah | Ketersediaan DO terhad | Sistem mikrogelembung, pengudaraan membran |
| Tekanan ricih | Kerosakan sel dan pengurangan daya tahan hidup | Pencampuran lembut, pengaduk rendah ricih |
| Pengedaran tidak sekata | Pertumbuhan dan kualiti produk yang tidak konsisten | Reka bentuk pencampuran maju, pemodelan CFD |
Isu-isu ini menjadi lebih ketara apabila bioreaktor ditingkatkan, menambah lapisan kerumitan kepada pengurusan oksigen.
Masalah Peningkatan Skala dari Makmal ke Pengeluaran Komersial
Peningkatan skala bioreaktor memperbesar kesukaran mengekalkan pengedaran DO yang seragam.Kapal yang lebih besar mengalami masa pencampuran yang lebih lama dan kecerunan oksigen yang lebih ketara, menjadikannya lebih sukar untuk memastikan tahap oksigen yang konsisten di seluruh [7]. Teknik yang berfungsi dengan baik di makmal sering kali gagal pada skala komersial, memerlukan kejuruteraan lanjutan untuk menyamai kadar pemindahan oksigen (kLa) [7]. Nisbah permukaan-ke-isi padu yang berkurangan dalam bioreaktor yang lebih besar mengurangkan lagi kecekapan kaedah pengudaraan tradisional. Untuk menangani cabaran ini, reka bentuk pencampuran lanjutan dan pemodelan dinamik bendalir pengiraan (CFD) adalah penting. Alat ini membantu meramalkan dan meminimumkan kecerunan oksigen sebelum ia mengganggu pengeluaran [7][6].
Sistem pemantauan dan kawalan masa nyata juga kritikal untuk menguruskan DO dalam operasi berskala besar.Pengeluaran komersial memerlukan sistem automatik yang mampu bertindak balas terhadap perubahan pantas dalam metabolisme sel dan keperluan oksigen [1][7]. Sensor DO optik, seperti VisiFerm RS485-ECS, sangat berharga dalam susunan ini, menawarkan pemantauan dan kawalan yang tepat sepanjang proses pengeluaran [3].
Risiko kewangan cabaran peningkatan skala adalah tinggi. Kawalan DO yang lemah pada skala komersial boleh menyebabkan keseluruhan kumpulan tidak memenuhi piawaian kualiti, menyebabkan kerugian kewangan yang ketara. Ini telah mendorong pelaburan dalam peralatan khusus dan teknologi pemantauan yang disesuaikan untuk pengeluaran daging yang diternak berskala besar.
Teknologi untuk Memantau Oksigen Terlarut
Teknologi Sensor Pemantauan DO
Dalam pengeluaran daging yang diternak, tiga jenis sensor utama digunakan untuk memantau tahap oksigen terlarut (DO) dengan tepat:
- Sensor elektrokimia (jenis Clark): Sensor ini mengukur arus pengurangan oksigen dan terkenal dengan kebolehpercayaannya. Walau bagaimanapun, ia memerlukan penyelenggaraan berkala, seperti penggantian membran, dan menggunakan sedikit oksigen semasa pengukuran.
- Sensor optik: Menggunakan pewarna luminesen yang dipadamkan oleh oksigen, sensor optik menyediakan pengukuran yang cepat dan tidak menggunakan oksigen. Contoh yang ketara ialah Hamilton VisiFerm RS485-ECS, yang menawarkan komunikasi digital dan berprestasi baik walaupun dalam keadaan bioreaktor yang mencabar [3].
- Spektroskopi Raman: Teknologi ini membolehkan pemantauan masa nyata, tidak invasif bagi pelbagai parameter - termasuk DO, glukosa, dan laktat. Sebagai contoh, MarqMetrix All-In-One Process Raman Analyzer, dilengkapi dengan probe yang boleh direndam, menunjukkan keupayaannya dalam analisis multi-parametrik [1]
Setiap teknologi mempunyai kekuatannya. Sensor jenis Clark adalah pilihan yang sudah lama diterima, sensor optik mengurangkan keperluan penyelenggaraan, dan spektroskopi Raman memberikan pandangan yang lebih luas dengan kos awal yang lebih tinggi. Pilihan-pilihan ini membuka jalan untuk mengintegrasikan data masa nyata ke dalam sistem kawalan automatik.
Integrasi Sensor ke dalam Sistem Kawalan Automatik
Untuk pemantauan DO yang berkesan, sensor mesti berintegrasi dengan lancar dengan sistem kawalan bioreaktor, sama ada melalui sambungan digital atau analog.Integrasi ini membolehkan gelung maklum balas masa nyata yang menyesuaikan faktor seperti pengudaraan, pengadukan, atau bekalan oksigen untuk mengekalkan tahap oksigen yang optimum bagi pertumbuhan sel.
Perisian kawalan moden, seperti sistem yang menggunakan OPC UA, menyokong penyesuaian automatik. Sebagai contoh, percubaan bioreaktor baru-baru ini menunjukkan bagaimana Penganalisis Raman boleh diintegrasikan untuk mengautomatikkan peraturan DO [1]. Kemajuan ini menekankan kepentingan keserasian sensor dengan sistem kawalan dalam memastikan pengeluaran yang cekap dan konsisten.
Perbandingan Teknologi Sensor
Memilih teknologi sensor yang tepat memerlukan keseimbangan antara ketepatan, penyelenggaraan, dan kebolehkembangan.Berikut adalah perbandingan ciri-ciri utama:
| Jenis Sensor | Ketepatan | Masa Tindak Balas | Keperluan Penyelenggaraan | Kebolehkembangan | Had Utama |
|---|---|---|---|---|---|
| Jenis Clark (Elektrokimia) | Tinggi | Sederhana | Tinggi (membran, elektrolit) | Sederhana | Penggunaan oksigen; mudah terjejas oleh kotoran |
| Optik (Luminesens) | Tinggi | Pantas | Rendah | Tinggi | Peka terhadap kotoran; kos lebih tinggi |
| Spektroskopi Raman | Tinggi (multi-parametrik) | Pantas | Rendah | Tinggi (dengan automasi) | Penyediaan kompleks; kos permulaan lebih tinggi |
Sensor elektrokimia boleh dipercayai tetapi memerlukan penyelenggaraan yang kerap.Sensor optik, dengan reka bentuk yang tidak memerlukan penggunaan bahan, meminimumkan gangguan dengan kultur sel dan mengurangkan penyelenggaraan. Sementara itu, spektroskopi Raman menonjol kerana kemampuannya untuk memantau pelbagai analit secara serentak, walaupun ia melibatkan penyediaan yang lebih kompleks dan kos yang lebih tinggi.
Seiring dengan perkembangan industri daging yang diternak, terdapat peralihan yang ketara ke arah teknologi berasaskan optik dan Raman. Pilihan ini menyediakan penyelesaian pemantauan yang kukuh dan rendah penyelenggaraan, memastikan prestasi konsisten sepanjang kitaran pengeluaran yang panjang dan menyokong matlamat untuk mengekalkan kualiti produk yang tinggi.
Kaedah untuk Kawalan dan Pengoptimuman Oksigen Terlarut
Kaedah Pengudaraan dan Pengadukan
Mengimbangi pemindahan oksigen dengan melindungi sel adalah kunci apabila berkaitan dengan pengudaraan dan pengadukan. Dalam pengeluaran daging yang diternak, tiga kaedah utama menonjol: pengudaraan permukaan, sparging, dan penjanaan mikrogelembung.
Pengudaraan permukaan adalah pilihan paling lembut, memperkenalkan oksigen di permukaan medium dengan tekanan ricih yang minimum. Walau bagaimanapun, apabila pengeluaran meningkat, kaedah ini menjadi kurang efisien disebabkan oleh kawasan permukaan yang terhad berbanding dengan jumlah medium.
Pengelembungan tradisional melibatkan pembuihan udara atau oksigen tulen terus ke dalam medium kultur melalui penyebar yang terendam. Pendekatan ini memberikan kadar pemindahan oksigen yang cemerlang dan sesuai untuk pengeluaran berskala besar. Namun begitu, ia memperkenalkan tekanan ricih yang lebih tinggi, yang boleh menjejaskan sel.
Penjana mikrogelembung mencipta gelembung yang jauh lebih kecil daripada pengelembung standard, meningkatkan antara muka gas-cecair. Ini membolehkan pemindahan oksigen yang lebih baik sambil mengurangkan kerosakan sel, menjadikannya alternatif yang kuat kepada pengelembungan tradisional.
Untuk pengadukan, sistem pengadukan mekanikal dengan reka bentuk impeller yang dioptimumkan sering digunakan. Sistem ini bertujuan untuk memastikan pengagihan oksigen yang sekata tanpa menyebabkan daya ricih yang berbahaya. Reaktor tangki berpengaduk adalah pilihan popular kerana keupayaannya untuk mengekalkan kawalan tepat ke atas oksigen terlarut, pH, dan parameter pencampuran apabila ditala dengan baik.
Bioreaktor angkat udara menawarkan pilihan lain, menggunakan suntikan gas untuk mencipta corak peredaran yang menggabungkan pengudaraan dan pencampuran. Sistem ini cekap tenaga dan menyediakan pemindahan oksigen yang dipertingkatkan, menjadikannya menarik untuk operasi berskala besar.
Selain pencampuran fizikal, pembawa oksigen boleh meningkatkan penghantaran oksigen.
Pembawa Oksigen
Pembawa oksigen adalah bahan tambahan yang meningkatkan oksigen terlarut tanpa memerlukan pengudaraan yang lebih intensif.Ini termasuk penyelesaian berasaskan hemoglobin, perfluorokarbon, dan molekul sintetik, yang semuanya boleh memegang dan mengangkut tahap oksigen yang jauh lebih tinggi daripada media kultur standard.
Pembawa ini amat berguna dalam kultur berketumpatan tinggi di mana kaedah tradisional menghadapi kesukaran untuk memenuhi permintaan oksigen. Dengan meningkatkan kapasiti pengangkutan oksigen medium, mereka mengurangkan keperluan untuk sparging berintensiti tinggi atau pengadukan kuat - terutamanya penting untuk pengeluaran berskala besar.
- Pembawa berasaskan hemoglobin sangat berkesan dalam pengangkutan oksigen tetapi mungkin memperkenalkan komponen yang berasal dari haiwan.
- Perfluorokarbon adalah sintetik, menawarkan kelarutan oksigen yang tinggi, walaupun ia lebih mahal dan memerlukan pengendalian yang teliti.
Faktor utama untuk pelaksanaan termasuk memastikan biokeserasian dengan garis sel, memenuhi keperluan peraturan, menguruskan kos untuk penggunaan berskala besar, dan memastikan penyingkiran mudah dari produk akhir. Kajian perintis adalah penting untuk menentukan kepekatan yang betul dan keserasian dengan proses tertentu.
Kedua-dua kaedah pengudaraan fizikal dan pembawa mendapat manfaat daripada alat pemodelan canggih untuk memperhalusi penggunaannya.
Alat Pemodelan dan Pengiraan
Dinamik bendalir pengiraan (CFD) telah menjadi penting untuk mengoptimumkan pengurusan oksigen terlarut dalam bioreaktor daging yang diternak. Model-model ini membantu meramalkan kadar pemindahan oksigen, corak pencampuran, dan pengagihan tekanan ricih, membolehkan jurutera memperhalusi reka bentuk bioreaktor sebelum ia dibina secara fizikal.
Simulasi CFD memungkinkan untuk menguji konfigurasi bioreaktor yang berbeza, kaedah pengudaraan, dan strategi pengadukan untuk melihat bagaimana ia mempengaruhi pengedaran oksigen dan pertumbuhan sel. Ini mengurangkan keperluan untuk eksperimen cuba-jaya, menjimatkan masa dan wang.
Contohnya, CFD boleh menonjolkan potensi zon mati di mana tahap oksigen mungkin terlalu rendah atau mengenal pasti kawasan dengan tekanan ricih berlebihan yang boleh merosakkan sel. Penemuan ini membimbing penyesuaian dalam penempatan impeller, kedudukan sparger, atau reka bentuk baffle untuk meningkatkan prestasi.
Perisian teknologi analisis proses (PAT) membawa ini ke tahap seterusnya dengan mengintegrasikan data masa nyata dari sensor. Digabungkan dengan CFD dan algoritma pembelajaran mesin, PAT membolehkan penyesuaian automatik kepada pengudaraan dan pencampuran, memastikan keadaan optimum sepanjang proses penanaman.
Bersama-sama, alat-alat ini - pemodelan CFD, pemantauan masa nyata, dan sistem kawalan automatik - mencipta pendekatan yang cekap dan boleh diskalakan untuk menguruskan oksigen terlarut. Ini bukan sahaja menyokong kualiti produk yang konsisten tetapi juga mengoptimumkan operasi dari penyelidikan skala makmal hingga pengeluaran komersial penuh.
sbb-itb-ffee270
Memperoleh Peralatan untuk Kawalan DO dalam Pengeluaran Daging Ternak
Peralatan dan Bahan Diperlukan untuk Kawalan DO
Pelaksanaan kawalan oksigen terlarut (DO) yang berkesan dalam pengeluaran daging ternak bergantung kepada penggunaan peralatan khusus yang direka untuk memenuhi keperluan unik kultur sel haiwan. Tidak seperti persediaan makmal konvensional, sistem ini mesti mengekalkan keadaan persekitaran yang tepat untuk menyokong pertumbuhan sel.
Bioreaktor adalah tulang belakang mana-mana sistem kawalan DO.Reka bentuk seperti bioreaktor tangki kacau dan bioreaktor angkat udara, dilengkapi dengan sensor bersepadu dan kawalan automatik, adalah penting. Sistem ini mesti mengekalkan tahap DO antara 20–40% tepu udara untuk mengambil kira kelarutan oksigen yang rendah dalam media kultur sel - kira-kira 45 kali kurang daripada dalam darah. Ini menjadikan pengurusan oksigen yang tepat sebagai faktor kritikal dalam pengeluaran yang berjaya [4].
Sensor DO - tersedia dalam jenis amperometrik, optik, atau paramagnetik - memainkan peranan penting dalam memantau tahap oksigen. Pemilihan sensor bergantung pada faktor seperti ketepatan, kemudahan integrasi, dan keserasian dengan susunan pengeluaran [4] [9].
Pengawal aliran massa digunakan bersama pembawa oksigen, seperti perfluorokarbon, untuk meningkatkan kelarutan oksigen dalam media kultur.Ini amat berkesan dalam budaya berketumpatan tinggi, di mana kaedah tradisional sering gagal memenuhi permintaan oksigen [8] [4].
Teknologi analisis proses lanjutan melengkapkan senarai peralatan. Sistem spektroskopi Raman, sebagai contoh, membolehkan pemantauan serentak DO, glukosa, laktat, dan parameter penting lain. Sistem ini membolehkan gelung maklum balas automatik untuk kawalan proses yang tepat [1]. Selain itu, sensor Hamilton - yang pada asalnya dibangunkan untuk aplikasi biofarmaseutikal - kini menyediakan pengukuran dalam talian untuk ketumpatan sel yang boleh hidup, pH, DO, dan CO₂ terlarut, disesuaikan khusus untuk pengeluaran daging yang diternak [9].
Apabila memilih peralatan, pertimbangan utama termasuk keserasian dengan kultur sel haiwan, kebolehsuaian dari penyelidikan ke pengeluaran komersial, integrasi dengan sistem automatik, dan pematuhan dengan piawaian peraturan. Setiap komponen ini adalah penting untuk mengekalkan keadaan oksigen yang tepat yang diperlukan untuk pengeluaran daging ternakan yang boleh diskalakan [5] [9].
Cellbase sebagai Platform Perolehan
Mendapatkan peralatan yang betul untuk kawalan DO boleh menjadi mencabar disebabkan oleh landskap pembekal yang berpecah-belah dan keperluan khusus industri daging ternakan. Di sinilah
Tidak seperti platform bekalan makmal generik,
Bagi syarikat yang berpangkalan di UK,
Ciri tambahan seperti mesej langsung dengan pembekal dan sistem permintaan sebut harga memudahkan proses perolehan. Papan pemuka kecerdasan pasaran menyediakan pandangan tentang trend industri dan corak permintaan, membantu syarikat merancang keperluan peralatan dan bajet mereka untuk meningkatkan operasi.
Platform ini juga menawarkan sokongan teknikal dan data pengesahan, membolehkan pasukan perolehan menilai prestasi peralatan sebelum membuat pelaburan yang besar.Ini mengurangkan risiko isu teknikal dan memastikan keserasian dengan sistem sedia ada - faktor penting apabila mengurus keperluan kompleks kawalan DO dalam pengeluaran daging yang diternak. Dengan memudahkan perolehan,
Memahami Pengukuran Oksigen Terlarut (DO) dalam Bioproses
Kesimpulan: Mengoptimumkan Kawalan Oksigen Terlarut untuk Kejayaan Daging Ternakan
Mengurus oksigen terlarut (DO) dengan berkesan adalah asas kepada pengeluaran daging ternakan yang berjaya. Mengekalkan tahap DO dalam julat 20-40% tepu udara memastikan pertumbuhan sel yang sihat, metabolisme yang cekap, dan kualiti produk yang konsisten - faktor yang dipengaruhi oleh kelarutan oksigen yang semulajadi rendah dalam media kultur sel [5][4].
Memperluas dari persekitaran makmal ke pengeluaran komersial, bagaimanapun, memperkenalkan pelbagai cabaran. Sistem yang lebih besar membawa kerumitan seperti kecekapan pemindahan oksigen yang berkurang, pencampuran yang tidak sekata, dan potensi untuk zon hipoksia, yang semuanya boleh menjejaskan daya tahan dan hasil sel dengan teruk.
Untuk menangani cabaran ini, pemantauan yang tepat adalah penting. Teknologi sensor canggih, seperti sensor optik, spektroskopi Raman, dan alat analisis proses bersepadu, membolehkan penyesuaian masa nyata kepada tahap DO. Sistem ini bertindak balas dengan cepat terhadap penyimpangan, memastikan keadaan stabil [1][3]. Selain itu, alat pengiraan seperti model dinamik bendalir dan analisis kemometrik memberikan pandangan yang berharga.Mereka membantu meramalkan kadar pemindahan oksigen dan mengenal pasti kawasan masalah yang berpotensi lebih awal, mengurangkan keperluan untuk pendekatan cuba-jaya yang mahal semasa peningkatan skala [2][1].
Menangani halangan teknikal ini juga memerlukan penyelesaian khusus industri. Platform seperti
Masa depan daging kultivasi bergantung kepada penguasaan elemen-elemen yang saling berkaitan ini: mengekalkan tahap DO yang konsisten, memanfaatkan alat pemantauan canggih, menerapkan pengoptimuman berasaskan data, dan mendapatkan peralatan yang betul.Syarikat yang menyelaraskan komponen ini dengan berkesan akan berada dalam kedudukan yang lebih baik untuk memenuhi permintaan industri bagi pengeluaran berskala besar dan berkualiti tinggi. Dengan menggabungkan sistem sensor terkini, pemodelan pengiraan, dan perolehan khusus, pengeluar daging yang ditanam dapat mencapai pertumbuhan yang boleh dipercayai dan cekap pada skala besar.
Soalan Lazim
Bagaimana sistem mikrogelembung dan bioreaktor angkat udara meminimumkan kerosakan sel sambil memastikan pemindahan oksigen yang cekap dalam bioreaktor berskala besar?
Sistem mikrogelembung dan bioreaktor angkat udara direka untuk meningkatkan pemindahan oksigen sambil meminimumkan tekanan mekanikal pada sel. Sistem mikrogelembung menghasilkan gelembung yang lebih kecil, yang secara signifikan meningkatkan kawasan permukaan untuk pertukaran gas. Ini memastikan penghantaran oksigen yang lebih baik tanpa memperkenalkan daya ricih berlebihan yang boleh merosakkan sel. Sebaliknya, bioreaktor angkat udara bergantung pada peredaran lembut yang dikuasakan oleh gelembung udara.Pendekatan ini membantu mengekalkan persekitaran yang konsisten dan mengelakkan kerosakan sel yang sering dikaitkan dengan impeller atau kaedah pengadukan mekanikal lain.
Teknologi ini memainkan peranan penting dalam pengeluaran daging yang ditanam, di mana mengekalkan daya hidup sel dan menggalakkan pertumbuhan adalah penting. Dengan menyampaikan oksigen dengan cekap sambil mengekalkan tekanan fizikal pada tahap minimum, sistem ini memastikan keseimbangan halus yang diperlukan untuk meningkatkan pengeluaran tanpa menjejaskan kesihatan sel atau hasil keseluruhan.
Apakah faedah menggunakan spektroskopi Raman berbanding sensor elektrokimia tradisional untuk memantau oksigen terlarut dalam bioreaktor?
Spektroskopi Raman membawa beberapa faedah yang jelas berbanding sensor elektrokimia tradisional apabila ia berkaitan dengan pemantauan oksigen terlarut dalam bioreaktor. Satu perbezaan utama ialah spektroskopi Raman adalah tidak invasif.Walaupun sensor elektrokimia perlu bersentuhan langsung dengan medium kultur, spektroskopi Raman mengukur tahap oksigen tanpa berinteraksi secara fizikal dengan persekitaran bioreaktor. Pendekatan ini bukan sahaja mengurangkan risiko pencemaran tetapi juga mengurangkan keperluan penyelenggaraan.
Satu lagi kelebihan adalah keupayaannya untuk memberikan data terperinci masa nyata. Spektroskopi Raman bukan sahaja mengukur oksigen - ia juga boleh menjejaki parameter kimia lain, memberikan anda gambaran yang lebih lengkap tentang keadaan bioreaktor. Ini amat berguna dalam pengeluaran daging yang ditanam, di mana persekitarannya adalah rumit dan sentiasa berubah. Mengekalkan tahap oksigen yang tepat adalah penting untuk memastikan pertumbuhan sel yang sihat dan mengekalkan daya hidup, dan spektroskopi Raman membantu mencapai tahap ketepatan tersebut.
Apakah yang menjadikannya sukar untuk mengekalkan tahap oksigen terlarut yang konsisten apabila meningkatkan skala bioreaktor untuk pengeluaran daging yang ditanam, dan bagaimana dinamik bendalir pengiraan boleh membantu?
Apabila bioreaktor meningkat skala dari makmal ke pengeluaran komersial berskala penuh, mengekalkan tahap oksigen terlarut yang konsisten menjadi cabaran yang lebih sukar. Ini disebabkan oleh faktor seperti jumlah yang lebih besar, kadar pemindahan oksigen yang berubah-ubah, dan kerumitan dinamik bendalir. Dalam bioreaktor yang lebih besar, pengagihan oksigen sering menjadi tidak sekata, yang boleh merosakkan pertumbuhan sel dan mengurangkan produktiviti.
Di sinilah dinamik bendalir pengiraan (CFD) memainkan peranan penting. Dengan mensimulasikan bagaimana bendalir mengalir, pertukaran gas, dan pencampuran berlaku dalam bioreaktor, CFD membolehkan penambahbaikan dalam reka bentuk dan keadaan operasi. Hasilnya? Pengagihan oksigen yang lebih sekata, yang meningkatkan kecekapan dan menjadikan peningkatan skala pengeluaran daging yang ditanam lebih lancar.
