Bioreaktory, często nazywane fermentorami, są wykorzystywane do hodowli takich organizmów, jak drożdże, bakterie i komórki. Kontrolowanie warunków, w których organizmy te rosną w bioreaktorze, np. temperatury, pH, gęstości komórek i stężenia rozpuszczonego tlenu, ma kluczowe znaczenie dla produkcji farmaceutyków, szczepionek lub przeciwciał albo przetwarzania surowców w inne przydatne produkty. Kontrola polega na wprowadzeniu do bioreaktora określonej ilości konkretnej substancji, zwykle cieczy.

Jednym ze sposobów kontrolowania przepływu tych cieczy do bioreaktora jest zastosowanie grawimetrycznego systemu podawania, który jest bardzo wydajny i precyzyjny, ponieważ do dozowania określonych płynów, np. składników odżywczych, wykorzystuje pomiar masy. Umożliwia to niezawodną i dokładną kontrolę wzrostu komórek w bioreaktorze, co prowadzi do uzyskania bardziej spójnych i odtwarzalnych wyników fermentacji. Podczas procesu fermentacji warunki wzrostu w bioreaktorze stale się zmieniają z powodu szybkiego rozwoju komórek. Mogą to być zmiany wartości pH podłoży hodowlanych lub brak składników odżywczych, co może mieć wpływ na strukturę substancji docelowej. Wymagane częste pobieranie próbek prowadzi również do utraty podłoża hodowlanego wewnątrz bioreaktora, a także parowania wody z powodu gazowania uczestniczących w procesie pożywek wzrostowych. Co więcej, wzrastająca koncentracja organizmów wewnątrz bioreaktora zwiększa skłonność do powstawania piany. Wszystkie te parametry są kontrolowane przez oprogramowanie sterujące bioreaktorem, aby zoptymalizować warunki wzrostu komórek i dostarczyć maksymalną ilość docelowego produktu.

Chociaż można stosować inne metody, takie jak podawanie za pomocą pompy wolumetrycznej, metoda grawietryczna w połączeniu z pompą jest ogólnie uważana za najbezpieczniejszą i najdokładniejszą do precyzyjnego regulowania przepływu cieczy do bioreaktora.

Grawimetryczne sterowanie podawaniem w bioreaktorach

Jak wspomniano, system kontroli podawania jest ważną częścią konfiguracji bioreaktora. W procesie dozowania wykorzystywane są dwa czujniki: czujnik w bioreaktorze i czujnik wagowy, czyli waga. Czujnik w bioreaktorze określa zapotrzebowanie na określoną ilość substancji i uruchamia dozowanie za pomocą pompy. Następnie tempo i ilość podawania są określane przez monitorowanie masy (tj. jej utratę) podawanego roztworu znajdującego się na wadze w czasie rzeczywistym.

W grawimetrycznym systemie podawania proces monitorowania masy przebiega następująco:

1. System monitorowania bioreaktora kontroluje jego stan, np. wartość pH lub gęstość komórek. Na podstawie wstępnie zdefiniowanych parametrów do bioreaktora należy wprowadzić określoną ilość cieczy.

2. Oprócz monitorowania bioreaktora oprogramowanie sterujące monitoruje również masę wszystkich butelek pomocniczych zawierających składniki odżywcze, bufor pH, wodę i inne ciecze.

3. Oprogramowanie sterujące sygnalizuje pompie, że należy podać wymagane ciecze z pomocniczych butelek do bioreaktora. Utrata masy odpowiednich butelek pomocniczych jest stale monitorowana.

W zależności od konfiguracji systemu i parametru, który ma być kontrolowany, podawaniem można sterować zarówno za pomocą monitorowania masy butelki pomocniczej, jak i monitorowania masy bioreaktora – jeśli bioreaktor znajduje się na wadze – i/lub monitorowania parametrów (np. monitorowania pH). Zaletą takiego podwójnie kontrolowanego systemu jest to, że przepełnienie można wykryć na podstawie różnic w utracie i przyroście masy w systemie podawania i odbioru. Na przykład większy spadek masy w butelce podającej niż przyrost masy w bioreaktorze przyjmującym wskazuje na zatkane lub nieszczelne przewody.

4. Gdy tylko żądana ilość substancji zostanie podana do bioreaktora, co zostanie zasygnalizowane osiągnięciem docelowej utraty masy na wadze, oprogramowanie sterujące zakończy pompowanie. Tworzy to bardzo dokładny mechanizm podawania, który utrzymuje komórki w optymalnych warunkach.

Dlaczego warto używać wag do kontroli podawania?

Kontrolowanie objętości napełniania ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia dokładnego procesu fermentacji. Stosowanie wag do kontroli podawania jest uważane za bardziej niezawodną metodę w porównaniu z tradycyjnymi czujnikami przepływu.

Korzyści ze stosowania wag do sterowania podawaniem w bioreaktorze:

1. Wagi są bardziej niezawodne niż czujniki przepływu pod względem zapobiegania przepełnieniu, ponieważ zapewniają bardziej precyzyjną kontrolę, a tym samym – gwarantują dozowanie odpowiedniej ilości.

2. Na jednej wadze można umieścić więcej niż jedną butelkę pomocniczą, dzięki czemu potrzeba mniej sprzętu w porównaniu z czujnikami przepływu.

3. Wagi są łatwe w obsłudze i konserwacji oraz bardzo wytrzymałe, co czyni je dobrym wyborem dla laboratorium biofarmaceutycznego.

Podsumowując, chociaż istnieją inne metody pomiaru natężenia przepływu cieczy do bioreaktora, wagi są uważane za najbardziej niezawodną i precyzyjną opcję. Co więcej, metody, takie jak podawanie wolumetryczne z czujnikiem przepływu lub proste podawanie pompą, są bardziej podatne na błędy. Na przykład jeśli nadmiar składników odżywczych zostanie wprowadzony do bioreaktora z powodu niedokładnego dozowania, może to mieć kilka konsekwencji dla hodowli, np. komórki nie będą mogły wykorzystać nadmiaru składników odżywczych, co może prowadzić do stresu i uszkodzenia komórek. Przepełnienie może wreszcie rozcieńczyć kulturę, co doprowadzi do spowolnienia wzrostu, śmierci komórek, a nawet zanieczyszczenia krzyżowego. Z kolei niedobór składników odżywczych może również powodować śmierć komórek. Wszystkie te scenariusze mogą skutkować niższą jakością produktów, opóźnieniami w produkcji, a ostatecznie – stratą pieniędzy w przypadku zanieczyszczenia podłoży hodowlanych i innych zasobów. Stosowanie grawimetrycznej kontroli podawania jest prostą, opłacalną i dokładną techniką zapewniającą wprowadzanie do bioreaktora odpowiedniej ilości pożywki i innych cieczy w celu optymalizacji procesów badawczo-rozwojowych. 

Niezawodne i dokładne wagi laboratoryjne

Zapoznaj się z naszą ofertą wag analitycznych i precyzyjnych, która zawiera szeroki zakres dokładności odczytu, aby zaspokoić wszystkie potrzeby ważenia:

• wagi analityczne i precyzyjne,

• drukarki i akcesoria,

• wzorce i usługi wzorcowania.

Solidne wagi przemysłowe

Sprawdź nasze dokładne i niezawodne wagi do różnych typów podstawy:

• wagi platformowe,

• terminale wagowe i systemy kontroli,

• akcesoria.

Rozwiązania do obsługi cieczy firmy Rainin

Precyzyjne pipety laboratoryjne zapewniają wysoką wydajność, trwałość i ergonomię w badaniach z dziedziny nauk przyrodniczych: 

• pipety jedno- i wielokanałowe,

• wzorcowanie pipet,

• zarządzanie pipetami.