หากคุณเปรียบเทียบค่า kLa โดยไม่จับคู่วิธีการ, สื่อกลาง, อุณหภูมิ, และการตอบสนองของโพรบ, คุณอาจทำการตัดสินใจขยายขนาดที่ผิดพลาดได้
สำหรับ วิศวกรกระบวนการชีวภาพ, นักวิทยาศาสตร์เพาะเลี้ยงเซลล์, และทีมวิจัยและพัฒนาการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยง&, คำตอบสั้น ๆ คือ: การปล่อยก๊าซแบบสถิตดีที่สุดสำหรับการเปรียบเทียบภาชนะ, ในขณะที่วิธีการสมดุลออกซิเจนแบบไดนามิกและการปล่อยก๊าซมีประโยชน์มากกว่าเมื่อคุณต้องการข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการภายใต้สภาวะน้ำซุปที่มีชีวิต. ตัวเลข kLa ที่ใช้ฐานน้ำอาจทำให้เข้าใจผิด, การหน่วงของโพรบอาจบิดเบือนอัตราการถ่ายโอนที่รวดเร็ว, และสารเติมแต่งในสื่อเช่น Pluronic F-68 สามารถลด kLa ได้ถึง 50% หรือมากกว่า ในบางการตั้งค่า
นี่คือบทความในหนึ่งรอบ:
- kLa ไม่ใช่เป้าหมายที่ยืนอยู่เดี่ยวๆ. ฉันจะใช้มันร่วมกับ P/V, ขีดจำกัดการเฉือน, การไหลของก๊าซ, และเวลาผสม.
- การปล่อยก๊าซออกแบบสถิต ให้การเปรียบเทียบฮาร์ดแวร์ที่ชัดเจน แต่ไม่สนใจ ของเรา และไม่สะท้อนถึงวัฒนธรรมที่ใช้งานอยู่
- วิธีการแบบไดนามิก ติดตามการถ่ายโอนออกซิเจนระหว่างการเพาะเลี้ยงและใกล้เคียงกับสิ่งที่คุณดำเนินการในระดับใหญ่ แม้ว่าการหยุดการเติมอากาศอาจทำให้เซลล์เครียดได้
- วิธีการสมดุลออกซิเจน ใช้ข้อมูลก๊าซขาเข้าและขาออกและเหมาะกับภาชนะขนาดใหญ่ แต่ต้องการการวิเคราะห์ก๊าซที่แม่นยำ
- การออกซิเดชันของซัลไฟต์ และ วิธีการก้าวความดัน ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการวิเคราะห์อุปกรณ์ ไม่ใช่สำหรับน้ำซุปเนื้อที่เพาะเลี้ยงสด
- เวลาตอบสนองของโพรบมีความสำคัญ: โพรบ DO แบบออปติคัล มักตอบสนองใน 3-10 วินาที, ในขณะที่โพรบแบบโพลาโรกราฟิกมักจะ 8-30 วินาที.
- อุณหภูมิและสื่อมีความสำคัญ: ค่า kLa ที่วัดในน้ำที่ 20°C ไม่สามารถเทียบได้อย่างชัดเจนกับสื่อเพาะเลี้ยงที่ 37°C.
- ช่วงที่รายงานทั่วไปในบทความคือ 50-200 h⁻¹ ที่ 2-10 L และ 80-300 h⁻¹ ที่ 50-500 L, แต่เฉพาะเมื่อพื้นฐานการทดสอบทั้งหมดตรงกันเท่านั้น
H.E.L อธิบาย | การบรรลุการถ่ายโอนออกซิเจนที่สม่ำเสมอ: ผลกระทบของ kLa ต่อการขยายขนาดการหมัก
sbb-itb-ffee270
การเปรียบเทียบอย่างรวดเร็ว
วิธีการวัด kLa สำหรับการขยายขนาดเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ: การเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกัน
| วิธีการ | ดีที่สุดสำหรับ | ข้อเสียหลัก | การจับคู่กระบวนการ |
|---|---|---|---|
| การปล่อยก๊าซแบบสถิต | การเปรียบเทียบภาชนะและสปาร์เกอร์ | ไม่มี ความต้องการออกซิเจน ของเซลล์ที่มีชีวิต | ต่ำถึงปานกลาง |
| วิธีการแบบไดนามิก | การทำงานขยายขนาดวัฒนธรรมที่ใช้งานอยู่ | การหยุดการเติมอากาศอาจรบกวนเซลล์ | สูง |
| สมดุลออกซิเจน | การตรวจสอบขนาดใหญ่ขึ้น | ต้องการข้อมูลก๊าซที่แน่นหนา | สูง |
| การออกซิเดชันของซัลไฟต์ | การตรวจสอบฮาร์ดแวร์การถ่ายโอนสูงสุด | ไม่เหมือนกับสื่อกระบวนการ | ต่ำ |
| ขั้นตอนความดัน | การจำแนกลักษณะของภาชนะขนาดใหญ่ | ต้องการการตั้งค่าที่รองรับแรงดัน | ปานกลาง |
หากฉันกำลังตั้งแผนการขยายขนาด โดยเฉพาะเมื่อเปลี่ยนไปใช้ ระบบระดับนำร่อง, ฉันจะถือว่าการเลือกวิธีการเป็นส่วนหนึ่งของการตรวจสอบคุณภาพข้อมูล, ไม่ใช่เป็นเรื่องที่คิดทีหลัง
2. วิธีการวัด kLa หลักที่ใช้ในการศึกษาชีวปฏิกรณ์
เอกสารวิชาการมักจะจัดกลุ่มการวัด kLa ออกเป็นสามกลุ่มหลัก: วิธีการปล่อยก๊าซแบบสถิต, วิธีการแบบไดนามิกและสมดุลออกซิเจน, และ เทคนิคทางเคมีหรือความดัน. แต่ละวิธีจะมองการถ่ายโอนออกซิเจนจากมุมที่แตกต่างกันเล็กน้อย ซึ่งสำคัญเพราะวิธีการเองสามารถกำหนดวิธีการอ่านข้อมูลการขยายขนาดได้
2.1 การปล่อยก๊าซแบบสถิต
การปล่อยก๊าซแบบสถิตเริ่มต้นด้วยการกำจัดออกซิเจนในของเหลว โดยส่วนใหญ่ใช้ไนโตรเจน จากนั้นเปิดการเติมอากาศอีกครั้ง และติดตามการฟื้นตัวของออกซิเจนที่ละลาย (DO) ตามเวลา kLa คำนวณจากอัตราการเพิ่มขึ้นของ DO นั้น
เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้เซลล์ที่มีชีวิตหรือสารเคมีอันตราย วิธีนี้จึงเป็นวิธีที่ตรงไปตรงมาในการเปรียบเทียบมาตรฐานของชีวปฏิกรณ์ ข้อเสียคือมัน ไม่ สะท้อนการหายใจของเซลล์หรือการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของน้ำซุปในระหว่างการเจริญเติบโตของวัฒนธรรมผลลัพธ์ยังขึ้นอยู่กับตัวกลาง, การออกแบบใบพัด, การออกแบบสปาร์เกอร์, การไหลของแก๊ส, อุณหภูมิ, และการใช้สารลดฟอง ในถังผสมขนาด 400 ลิตร ตัวอย่างเช่น การเพิ่ม Pluronic F-68 ที่ 0.02 กรัม/ลิตร สามารถลด kLa ได้อย่างน้อย 50% เมื่อเทียบกับการอ้างอิงที่ไม่มีสารเติมแต่ง [2].
ปัญหาที่พบในทางปฏิบัติอย่างหนึ่งคือพลศาสตร์ของโพรบ หากการตอบสนองของเซ็นเซอร์ช้าเกินไป ค่า kLa ที่วัดได้จะเบี่ยงเบนและต้องการการแก้ไข [1].
2.2 วิธีการแบบไดนามิกและสมดุลออกซิเจนภายใต้สภาวะกระบวนการ
หากเป้าหมายคือความเกี่ยวข้องกับกระบวนการมากกว่ามาตรฐานน้ำสะอาด วิธีการแบบไดนามิกมักจะให้ข้อมูลมากกว่า ในเวอร์ชันที่พบมากที่สุด การเติมอากาศจะหยุดชั่วคราวเพื่อให้การหายใจของเซลล์ดึง DO ลง จากนั้นการเติมอากาศจะถูกคืนค่าและการฟื้นตัวจะถูกวิเคราะห์ ซึ่งทำให้การวัดใกล้เคียงกับสิ่งที่น้ำซุปทำในระหว่างการทำงานจริงมากขึ้น
วิธีสมดุลออกซิเจนใช้เส้นทางที่แตกต่างออกไปแทนที่จะขัดจังหวะการเติมอากาศ มันประมาณค่า kLa จาก OTR ลบ OUR โดยปกติจะใช้การวิเคราะห์ก๊าซที่ปล่อยออกมา เช่น การวิเคราะห์มวลสาร [2]. มันไม่รุกรานและมีประโยชน์โดยเฉพาะในภาชนะขนาดใหญ่ แต่มีค่าใช้จ่าย: คุณต้องการ ซอฟต์แวร์ควบคุมกระบวนการชีวภาพ และฮาร์ดแวร์วิเคราะห์ก๊าซที่ปล่อยออกมาและข้อมูล OUR ที่เชื่อถือได้.
สำหรับงานเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง วิธีการเหล่านี้มีประโยชน์เพราะสะท้อนการถ่ายโอนออกซิเจนภายใต้สภาวะน้ำซุปและเซลล์เดียวกันที่เห็นในระหว่างการขยายขนาด การแลกเปลี่ยนค่อนข้างชัดเจน ในวิธีการแบบไดนามิก DO จะลดลงในระหว่างการหยุดเติมอากาศ และนั่นอาจทำให้วัฒนธรรมเครียดหากการหยุดชะงักดำเนินไปนานเกินไป.
วิธีการทางเคมีและการก้าวความดันถูกใช้มากขึ้นสำหรับการจำแนกอุปกรณ์มากกว่าการอ่านกระบวนการสด.
2.3 วิธีการออกซิเดชันซัลไฟต์และการก้าวความดัน
สำหรับการเปรียบเทียบที่ไม่ใช่ชีวภาพ วิธีการอื่นอีกสองวิธีปรากฏบ่อยครั้ง.พวกมันดีสำหรับการจำแนกฮาร์ดแวร์ แต่ไม่ได้แสดงถึงน้ำซุปเนื้อที่เพาะเลี้ยงโดยตรง
การออกซิเดชันซัลไฟต์ใช้โซเดียมซัลไฟต์ ซึ่งถูกออกซิไดซ์ในที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อบริโภคออกซิเจนที่ละลายอยู่ในอัตราที่สามารถคำนวณ kLa ได้ ปัญหาคือของเหลวไม่เป็นตัวแทนของสื่อชีวภาพ ดังนั้นผลลัพธ์จึงไม่แปลตรงไปยังน้ำซุปเนื้อที่เพาะเลี้ยง [2].
วิธีการเปลี่ยนความดันแบบขั้นตอนเปลี่ยนความดันในภาชนะในลักษณะเป็นขั้นตอนเพื่อเปลี่ยนความเข้มข้นของการอิ่มตัวของออกซิเจน (C*) ภายใต้กฎของเฮนรี่ ซึ่งสร้างแรงขับเคลื่อนการถ่ายโอนมวลโดยไม่เปลี่ยนความเร็วในการกวนหรืออัตราการไหลของก๊าซ [2]. มันมีประโยชน์เมื่อความดันควบคุมได้ง่ายกว่าการกวนหรือการเติมอากาศ อย่างไรก็ตาม มันต้องการภาชนะที่รองรับความดันและการเปลี่ยนแปลงความดันที่ควบคุมอย่างเข้มงวด ซึ่งจำกัดการใช้งานในแต่ละวัน ถึงกระนั้น มันยังคงเป็นวิธีการวิจัยที่มีประโยชน์สำหรับการจำแนกอุปกรณ์
3. จุดแข็ง ข้อจำกัด และการเปรียบเทียบระหว่างวิธีการต่างๆ
ค่าที่เผยแพร่ kLa สามารถเปรียบเทียบได้ก็ต่อเมื่อการตั้งค่าการทดสอบและสมมติฐานพื้นฐานเหมือนกัน แม้แต่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิก็สามารถทำให้ผลลัพธ์เปลี่ยนแปลงได้อย่างมีนัยสำคัญ และหากเอกสารหนึ่งแก้ไขเวลาตอบสนองของโพรบออกซิเจนที่ละลายในขณะที่อีกเอกสารหนึ่งไม่ได้ทำ ค่าที่ได้ไม่ควรถูกพิจารณาว่าเทียบเท่ากัน แม้ว่าการตั้งค่าอื่นๆ จะดูเหมือนกันก็ตาม
ช่องว่างนั้นสำคัญที่สุดเมื่อคุณกำลังตัดสินใจว่าตัวเลขนั้นคืออะไร สำหรับ. มันเป็นเกณฑ์มาตรฐานของฮาร์ดแวร์หรือไม่? หรือเป็นตัวชี้วัดที่สะท้อนถึงสิ่งที่เกิดขึ้นในวัฒนธรรม?
3.1 ที่ที่การปล่อยก๊าซแบบคงที่ยังคงเป็นวิธีอ้างอิง
การปล่อยก๊าซแบบคงที่ยังคงเป็นวิธีที่ใช้สำหรับการเปรียบเทียบฮาร์ดแวร์ หากเป้าหมายคือการเปรียบเทียบการออกแบบสปาร์เกอร์ รูปทรงใบพัด หรือ การกำหนดค่าภาชนะ ภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุม มันทำงานได้ดีมันง่าย ทำซ้ำได้ และไม่ต้องการเซลล์ที่มีชีวิต
ข้อเสียก็ชัดเจนเช่นกัน: kLa ที่วัดในน้ำเป็นตัวทำนายที่ไม่ดีสำหรับการถ่ายโอนออกซิเจนในสื่อเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง ค่าในน้ำที่ปราศจากไอออนบอกคุณบางอย่างที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับตัวภาชนะเอง แต่บอกได้น้อยกว่ามากเกี่ยวกับประสิทธิภาพเมื่อมีการใช้สื่อจริง
นั่นคือจุดที่วิธีการแบบไดนามิกเริ่มมีความสำคัญมากขึ้น เมื่อการทำงานเปลี่ยนจากการระบุลักษณะของภาชนะไปสู่การเพาะเลี้ยงแบบมีชีวิต ความเกี่ยวข้องของกระบวนการเริ่มมีความสำคัญมากกว่าการควบคุมระบบที่สะอาด
3.2 ที่ซึ่งวิธีการแบบไดนามิกและโปรไฟล์ออกซิเจนที่ละลายเพิ่มความเกี่ยวข้องของกระบวนการ
วิธีการแบบไดนามิกใกล้เคียงกับสภาพกระบวนการจริงมากขึ้นเพราะพวกเขาวัดการถ่ายโอนออกซิเจนระหว่างการเพาะเลี้ยงที่ใช้งาน ซึ่งหมายความว่าพวกเขาจับทั้งความต้องการออกซิเจนและคุณสมบัติที่แท้จริงของน้ำซุป สำหรับ งานขยายขนาด, ที่ทำให้ผลลัพธ์มีประโยชน์มากกว่าการประมาณการน้ำสะอาด
วิธีการสมดุลออกซิเจนเพิ่มการอ่านค่าอย่างต่อเนื่องและไม่รุกรานภายใต้สภาพการทำงาน แม้ว่าจะขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์ก๊าซที่ถูกปล่อยออกมาอย่างแม่นยำและการทำงานที่เสถียร [2].
ความแตกต่างจะเห็นได้ง่ายขึ้นเมื่อวิธีการถูกวางไว้ข้างกัน.
3.3 ตารางเปรียบเทียบ: วิธีที่เหมาะสมสำหรับการขยายขนาดเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
| วิธีการ | หลักการ | ข้อมูลที่ต้องการ | สมมติฐานหลัก | จุดแข็ง | ข้อจำกัด | การใช้งานที่ดีที่สุด |
|---|---|---|---|---|---|---|
| การปล่อยก๊าซแบบสถิต | การเพิ่มขึ้นของ DO หลังจากการกำจัด N₂ ในของเหลวที่ไม่มีเซลล์ | DO time-course, probe response time | ของเหลวที่ผสมกันดี; ไม่มี OUR | ง่าย; ทำซ้ำได้; ไม่ต้องใช้เซลล์ | ไม่สนใจ OUR; ไวต่อองค์ประกอบของสื่อและการหน่วงของโพรบ | การวิเคราะห์ลักษณะของภาชนะเริ่มต้น; การเปรียบเทียบฮาร์ดแวร์ |
| วิธีการแบบไดนามิก | การฟื้นตัวของ DO ระหว่างการเพาะเลี้ยงที่ใช้งานหลังจากหยุดการเติมอากาศชั่วคราว | DO time-course, OUR estimate | การเพาะเลี้ยงในสภาวะกึ่งคงที่; มีการปรับแก้เซ็นเซอร์ | สะท้อนสภาวะของน้ำซุปและเซลล์จริง | การหยุดการเติมอากาศสามารถทำให้วัฒนธรรมเครียด; ไวต่อการล่าช้าของเซ็นเซอร์ | การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและการขยายขนาดในระหว่างการเจริญเติบโตที่ใช้งานอยู่ |
| สมดุลออกซิเจน (การวิเคราะห์เฟสก๊าซ) | สมดุลมวลของ O₂ ระหว่างก๊าซขาเข้าและขาออก | อัตราการไหลของก๊าซและความเข้มข้นของ O₂ ที่แม่นยำ | การดำเนินงานที่มั่นคง | ไม่รุกราน; ต่อเนื่อง; ไม่มีการรบกวนวัฒนธรรม | ต้องการการวิเคราะห์ก๊าซที่แม่นยำสูง | การตรวจสอบการผลิตขนาดใหญ่ |
| การออกซิเดชันของซัลไฟต์ | การออกซิเดชันทางเคมีของโซเดียมซัลไฟต์ใช้ O₂ | อัตราการบริโภคซัลไฟต์ | อัตราการเกิดปฏิกิริยาถูกจำกัดโดยการถ่ายโอนมวล | มีประโยชน์สำหรับความจุ OTR สูงสุด | ไม่เป็นตัวแทนของสื่อชีวภาพ; สามารถประเมินค่า kLa สูงเกินไป | การเปรียบเทียบอุปกรณ์เท่านั้น; ไม่เหมาะสำหรับงานเพาะเลี้ยงสด |
| วิธีการความดันแบบไดนามิก (DPM) | การเปลี่ยนแปลงความดันเพื่อเปลี่ยนความสามารถในการละลายของออกซิเจน | การเปลี่ยนแปลงของความดันและเวลา DO | ความดันสมดุลเร็วกว่าองค์ประกอบของก๊าซ | หลีกเลี่ยงการล่าช้าของเฟสก๊าซ; เหมาะสำหรับภาชนะขนาดใหญ่ | ต้องการภาชนะที่รองรับความดันและการควบคุมความดันที่แม่นยำ | การวิเคราะห์ลักษณะขนาดใหญ่ |
ตัวเลือกวิธีการเหล่านี้มีผลต่อวิธีที่ข้อมูล kLa ควรถูกเปลี่ยนเป็นเป้าหมายการขยายขนาดและการเลือกอุปกรณ์
4. การใช้ข้อมูล kLa ในการขยายขนาดและการเลือกอุปกรณ์
4.1 การตั้งเป้าหมายการขยายขนาดจากห้องปฏิบัติการไปยังระดับนำร่อง
เมื่อคุณได้วัดค่า kLa แล้ว งานต่อไปคือการเปลี่ยนตัวเลขนั้นให้เป็นขีดจำกัดการทำงานสำหรับการกวน การไหลของแก๊ส และการผสม kLa ควรถูกพิจารณาเป็น ข้อจำกัดหนึ่ง, ไม่ใช่การตัดสินใจทั้งหมด มันต้องสูงพอที่จะตอบสนองความต้องการออกซิเจน แต่ไม่สูงจนกระบวนการเข้าสู่ระบบแรงเฉือนที่เซลล์ของคุณจะไม่ทนได้
ความสมดุลนั้นมีความสำคัญในเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง การรักษา kLa ให้คงที่ในขนาดที่ใหญ่ขึ้นอาจผลักดันให้คุณไปสู่ความเร็วปลายใบพัดที่สูงขึ้น และด้วยนั้น แรงเฉือนที่สูงขึ้น [4]. ในการเพาะเลี้ยงเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ความเร็วปลายใบพัดที่ 0.1-0.5 m/s มักถูกใช้เพื่อสร้างสมดุลระหว่างการถ่ายโอนออกซิเจนกับความเครียดจากแรงเฉือน [5]. ดังนั้นในทางปฏิบัติ kLa จะอยู่ภายในหน้าต่างการทำงานที่กว้างขึ้นซึ่งรวมถึง การป้อนพลังงานต่อหน่วยปริมาตร (P/V), ความเร็วของก๊าซที่ผิวหน้า และ เวลาผสม [4][5] .
เกณฑ์มาตรฐานที่มีประโยชน์ช่วยได้ในที่นี้ ใน เครื่องปฏิกรณ์แบบถังคนขนาด 2-10 ลิตร kLa มักจะอยู่ในช่วง 50-200 h⁻¹ ใน ภาชนะขนาดนำร่อง 50-500 ลิตร ช่วงทั่วไปคือ 80-300 h⁻¹ [4] . ขั้นตอนสำคัญคือการหาช่วงที่ทุกภาชนะสามารถทำได้ นั่นคือสิ่งที่เปลี่ยนเป้าหมายการขยายขนาดจากแนวคิดที่ดีบนกระดาษไปสู่สิ่งที่คุณสามารถดำเนินการได้จริง
4.2 การเลือกเซ็นเซอร์และฮาร์ดแวร์สำหรับงาน kLa ที่เชื่อถือได้
ข้อมูลการขยายขนาดที่ดีเริ่มต้นด้วยเครื่องมือและฮาร์ดแวร์ก๊าซที่ไม่ทำให้ผลลัพธ์เบี่ยงเบน
เวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์มีผลโดยตรงต่อความแม่นยำของ kLaในระบบที่มีค่า kLa สูง ควรใช้ หัววัด DO ที่ตอบสนองเร็ว. หัววัดแบบโพลาโรกราฟิกที่ตอบสนองช้าต้องการการปรับแก้และอาจอ่านค่า kLa ต่ำกว่าความเป็นจริง หัววัดแบบโพลาโรกราฟิกมักมีเวลาตอบสนอง 8-30 วินาที, ในขณะที่หัววัดแบบออปติคอลที่ใช้การเรืองแสงตอบสนองใน 3-10 วินาที [4]. กฎที่ดีคือเวลาในการตอบสนองของเซ็นเซอร์ควรจะ น้อยกว่าหนึ่งในสิบของค่าคงที่เวลาการถ่ายโอนมวล (1/kLa) [1]. หากไม่สามารถทำตามเงื่อนไขนั้นได้ หัววัดแบบออปติคอลมักจะเป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยกว่า
การส่งก๊าซมีความสำคัญไม่แพ้กัน ตัวควบคุมการไหลของมวลความร้อน ช่วยให้การไหลของก๊าซคงที่ ซึ่งทำให้การวัดมีความแม่นยำมากขึ้น การเลือกสปาร์เกอร์ยังมีผลโดยตรงต่อค่า kLa ที่คุณสามารถทำได้ [2][3]. ฟองอากาศที่เล็กลงให้พื้นที่ผิวระหว่างแก๊ส-ของเหลวมากขึ้น แต่มีข้อแม้: สารเติมแต่งในสื่อสามารถลด kLa ได้อย่างมาก [2].
5. ข้อคิดสำคัญสำหรับการตีความการวัดค่า kLa
เมื่อรวมกันแล้ว วิธีที่คุณเลือกควรตรงกับคำถามการขยายขนาดที่คุณพยายามตอบ ในทางปฏิบัติ นั่นหมายถึงการชัดเจนว่าคุณต้องการ การวิเคราะห์ฮาร์ดแวร์ หรือ ข้อมูลการขยายขนาดที่เน้นกระบวนการ.
ค่า kLa ที่วัดในน้ำที่ 20°C ไม่สามารถนำไปใช้กับสื่อเพาะเลี้ยงที่ 37°C ได้โดยตรง การแก้ไขอุณหภูมิอย่างเดียวสร้างความแตกต่างประมาณ 45% [4]. และ kLa ไม่ใช่สิ่งที่คุณสามารถคาดการณ์ได้ด้วยทฤษฎีเพียงอย่างเดียว เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแต่ละเครื่องต้องการ ค่า kLa ที่วัดได้ของตัวเอง [1].
สิ่งนี้มีความสำคัญมากขึ้นเมื่อคุณย้ายจาก ระดับห้องปฏิบัติการไปยังระดับนำร่อง . การกำจัดก๊าซแบบสถิต ในบัฟเฟอร์ที่มีเกลือเช่น PBS ให้คุณมีมาตรฐานอุปกรณ์ที่สะอาด แต่เมื่อขนาดเพิ่มขึ้น การวัดแบบไดนามิก ในสื่อเพาะเลี้ยงจริงจะบอกคุณเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งที่กระบวนการจะทำในทางปฏิบัติ เพราะสารเติมแต่งในสื่อสามารถเปลี่ยน kLa ได้มาก [4]. หากคุณพึ่งพาค่าที่อิงจากน้ำ คุณอาจลงเอยด้วยการระบุความสามารถในการถ่ายโอนออกซิเจนเกินขนาด
การตรวจสอบครั้งสุดท้ายคือว่า kLa อยู่ภายในหน้าต่างการทำงานทั้งหมดหรือไม่ จัดการ kLa เป็นข้อจำกัดของกระบวนการหนึ่ง ไม่ใช่เป้าหมายเพียงอย่างเดียว ใช้ร่วมกับ P/V และ ขีดจำกัดการเฉือน เมื่อเลือก ระบบไบโอรีแอคเตอร์ที่ดีที่สุด และกลยุทธ์การกวน [4] .
คำถามที่พบบ่อย
ฉันควรใช้วิธี kLa ใดสำหรับการขยายขนาด?
วิธี dynamic gassing-out method เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการกำหนด kLa ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบกวน และเป็นวิธีที่ทีมส่วนใหญ่แนะนำในการปฏิบัติ มันค่อนข้างรวดเร็ว และหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้สารเคมีอันตรายหรือสิ่งมีชีวิต
สำหรับการขยายขนาดเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง ควรวัด โดยไม่มีเซลล์ เพื่อไม่ให้การเผาผลาญของเซลล์บิดเบือนผลลัพธ์ ใช้ PBS buffer ที่ 37 °C เพื่อให้ตรงกับสื่อกระบวนการมากขึ้น และหากโพรบออกซิเจนละลายมีเวลาตอบสนองช้า ให้ใช้การแก้ไข หากไม่ทำเช่นนั้น คุณอาจประเมิน kLa. ต่ำเกินไป
ทำไมค่า kLa ที่ใช้ฐานน้ำจึงมักทำให้เข้าใจผิด?
ค่า kLa ที่ใช้ฐานน้ำอาจทำให้เข้าใจผิดได้เพราะพวกมันไม่สะท้อนถึง พฤติกรรมทางฟิสิกส์เคมี ของสื่อเพาะเลี้ยงเซลล์จริงสื่อจริงไม่ใช่แค่น้ำที่ผสมสารอาหาร ความเข้มข้นของเกลือ ความหนืด ความตึงผิว และสารป้องกันฟองทั้งหมดมีผลต่อการถ่ายโอนมวลออกซิเจนในรูปแบบที่การทดสอบน้ำไม่สามารถแสดงได้
ช่องว่างนั้นสำคัญ หากคุณละเลยผลกระทบของสื่อ การประมาณการส่งออกซิเจนของคุณอาจเบี่ยงเบนไปจากสิ่งที่เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพทำจริง ตัวอย่างที่ดีคือสารป้องกันฟอง: มันสามารถเพิ่มการรวมตัวของฟอง ลดพื้นที่ผิวระหว่างกัน และลด kLa ได้ถึง 50% ในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง นั่นไม่ใช่รายละเอียดเล็กน้อย มันสามารถเปลี่ยนว่ากระบวนการมีพื้นที่ถ่ายโอนออกซิเจนเพียงพอหรือทำงานใกล้ขีดจำกัดมากขึ้น
การหน่วงของโพรบและสารเติมแต่งในสื่อมีผลต่อ kLa อย่างไร
การหน่วงของโพรบสามารถบิดเบือนการวัด kLa ได้ หากเซ็นเซอร์ออกซิเจนละลายตอบสนองช้าเกินไปเมื่อเทียบกับอัตราการถ่ายโอนออกซิเจน ผลลัพธ์อาจผิดพลาดและอาจต้องการ การแก้ไขแบบไม่เชิงเส้น.
สารเติมแต่งในสื่อยังสามารถเปลี่ยนการถ่ายโอนออกซิเจนในรูปแบบที่สำคัญได้อิเล็กโทรไลต์และเกลือสามารถยับยั้งการรวมตัวของฟองอากาศ Pluronic F68 อาจลดขนาดฟองอากาศ สารลดฟองมักเพิ่มการรวมตัวของฟองอากาศ ซึ่งลดพื้นที่ผิวสัมผัสที่มีประสิทธิภาพและลด kLa.
