微小型生物反应器及其在生物医药领域的应用展望

发布时间：2021-06-10 22:43

　　微小型生物反应器体积微小但在线分析检测和过程控制功能媲美台式装备。其核心支撑技术包括一次性材料及微加工技术、非接触式光学传感器、自动化以及实验设计（DOE）、数据分析软件与过程控制的整合。由于体积微小、湍流程度和单位能耗较低,微小型反应器内的混合、传质、剪切特性与工业规模设备有一定的区别。现阶段微小型生物反应器主要用于菌株和细胞系筛选和工艺优化,在实现高通量工艺的同时确保了数据的丰度,对缩短研发周期和加速产品上市,尤其是在应对突发性传染性疾病方面有着重要的意义。未来,精准医疗概念的落实也依赖功能柔性化的微小型生物反应器系统。 

【文章来源】：生物工程学报. 2020,36(11)北大核心CSCD

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【部分图文】：

典型小型平行反应器系统示意图

微小型生物反应器上应用较为成熟的溶氧测量是基于氧气对荧光的淬灭作用，即荧光物质发光强度在氧原子的作用下衰减加速的现象。该现象在19世纪30年代就被发现，但是由于反应体系内其他的物质，以及环境的温度和光照等因素的干扰，一直没有成功用于溶氧浓度测定。20世纪80年代人们发现固定在硅胶薄膜内的荧光物质颗粒在薄膜的保护作用下稳定性和对溶氧的灵敏度大大提高[8-9]，此后基于这个原理的光学溶氧传感器获得广泛应用，且不仅限于微小型生物反应器。2.2.2 pH

葡糖糖测量目前最成熟的技术是基于酶催化的，国内外都有一次性使用产品，包括标准尺寸的电极以及整合到培养容器上的微小型产品。但作为电化学传感器而非光学传感器，它需要有导线连接到信号处理元件。此外，这种电极本身会消耗葡萄糖，对微型反应器尤其是维持较低葡萄糖浓度的微型反应器会有一定的影响。在小型反应器中的应用会更容易一些。微小型反应器的温度测量和控制有着两方面的重要性。除了生化反应本身的要求之外，温度还决定了其他感应元件的准确度。由于生物反应一般比较温和，温度的测量是相对容易和廉价的。对于基于微孔板的微型反应器，巨大的比表面积和很小的反应体积意味着很好的传热效率，仅需要维持培养室内整体温度即可。但其缺点是温度这个重要的参数不能作为一个变量用于实验设计，这对很多生物催化体系来说是巨大的不便。对于Sartorius ambr?15系列这样10 m L以上的微型反应器，每个反应器容器有独立的腔室，靠容器壁传热可以保持内外温度相等，所以无需将温度传感器集成到反应器上。小型生物反应器则可使用更加成熟的插入式热电偶/热电阻以及换热装置来实现温度控制。


本文编号：3223248