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超声波流量传感器/流量计在灌流工艺中的应用

更新时间:2024-01-12      浏览次数:350

随着切向流过滤(TFF)及交替式切向过滤(ATF)的广泛应用,灌流工艺效率大幅提升,越来越多的生物制药企业开始研发和应用灌流工艺。那么,什么是灌流工艺呢?灌流工艺是指在生物发酵过程中,不断向发酵罐灌流培养液(包括培养基、添加物、碱等),同时以相同流量流出废弃的培养液(包括耗竭的培养基、细胞废弃、采样体积等),从而提供一个比较恒定的培养环境,获得较高的单位体积产率。

 

稳定的灌流工艺需要适当控制培养基的补进和流出速度,保持所需的灌流速率。通过活细胞浓度的实时监测、稳定理想的细胞特异性灌流速率(cell specific perfusion rate, CSPR)以及灌流速率等参数来调节细胞排出量,反应器内可维持恒定的工作体积和细胞密度。通常线下控制水平对生产工艺性能和产品质量存在一定的影响。研究表明在 CHO细胞生产重组人干扰素β(β-IFN)时,低温灌流培养与批次培养相比,产率可提高3.5倍,单位体积产率提升7倍,并且可降低39%的聚集体和提高一定的生物活性。在生物反应器中进行短时间灌流,紧接着使用高浓缩补料进行常规补料分批培养,与传统补料分批工艺相比,整体产率增加近一倍。灌流反应器和四柱式周期性逆流色谱的整合系统用于连续捕获目的蛋白,比当前灌流或补料分批培养的单位体积产率高得多。

 

 

由此可见,流体控制在灌流工艺中非常重要,通常采用二种控制方法:

 

一种是根据灌流速率,以给定的速率泵出废弃的培养液,同时通过反馈控制自动补加新鲜培养液以维持培养体积恒定。另外一种是新鲜培养液按照给定的速率补加,而废弃的营养液根据培养液水平,自动泵出。如果排出泵或者补加泵出现故障时,前者可能导致生物反应器排空,后者可能导致反应器溢出。

 

那么,如何避免上述情况发生呢?应用迅音科技超声波流量传感器/流量计可以有效监测液体管路的流量,从而有效判断灌流工艺中排出泵和补加泵的性能,同时监控管路老化,实现更高程度的过程自动化、智能化管控。

 

除此之外,迅音科技超声波流量传感器/流量计在生物灌流工艺中还有以下几个优势:

 

1、更卫生更安全:超声波流量传感器/流量计采用外夹式非接触设计,可以在不干扰流体流动的情况下进行精准测量,避免交叉污染的风险,保证营养液等液体的卫生洁净。

 

2、更精准更可靠:超声波流量传感器/流量计测量精确度可达±2%甚至更优,确保测量更精准、更可靠。

 

3、更紧凑更高效:超声波流量传感器/流量计采用集约化设计,内置集成电路和计算处理系统,可提供国际标准通讯协议和多种输出信号,方便与灌流工艺各种控制系统和数据采集设备进行集成和连接。通过与计算机或PLC等系统的连接,可以实时显示和记录流量数据,生成各种可视化图表和报告,助力灌流工艺产率提升。

 

4、更多功能更广应用:超声波流量传感器/流量计支持双向测量,测量范围更宽,适用于各种流体特性和灌流条件,无论是低粘度还是高粘度流体,都能够进行准确的测量。同时,兼具气泡检测功能。

 

综上所述,随着灌流工艺的日趋成熟与完善,越来越多的生物制药企业选择灌流工艺,而迅音科技的超声波流量传感器/流量计凭借小管径、低流速、非接触、易拆装等优势,助力提升灌流工艺单位体积产率,有效控制生产成本,在灌流工艺中受到越来越多生物制药企业的青睐。

 

资料参考:

1、animal cell culture chapter-13: perfusion process

2、苏爽,金永杰,黄瑞晶,李 剑,徐寒梅. 哺乳动物细胞灌流培养工艺研究进展. 中国生物工程杂志. 2019, 39(3):105-110

3、靳露,周航,曹云,王振守,曹荣月. 高通量灌流培养模型在生物工艺开发中的应用研究. 中国生物工程杂志,2020, 40(8):63-73


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