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一篇文章告訴您，如何加深生物制造領(lǐng)域的工藝?yán)斫馀c控制？

作者： 2020年09月08日 來(lái)源：全球化工設(shè)備網(wǎng) 瀏覽量：
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生物制造領(lǐng)域產(chǎn)品對(duì)生物制造行業(yè)的研究、開(kāi)發(fā)及產(chǎn)能增長(zhǎng)功不可沒(méi)　　在過(guò)去的幾年中，人們對(duì)生物制造領(lǐng)域的興趣顯著增加，這個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)的產(chǎn)品對(duì)其各自的市場(chǎng)有積極影響。其結(jié)果是研究和開(kāi)發(fā)的
　　生物制造領(lǐng)域產(chǎn)品對(duì)生物制造行業(yè)的研究、開(kāi)發(fā)及產(chǎn)能增長(zhǎng)功不可沒(méi)
 
　　在過(guò)去的幾年中，人們對(duì)生物制造領(lǐng)域的興趣顯著增加，這個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)的產(chǎn)品對(duì)其各自的市場(chǎng)有積極影響。其結(jié)果是研究和開(kāi)發(fā)的顯著增長(zhǎng)以及產(chǎn)能的急劇擴(kuò)張。研究和開(kāi)發(fā)的顯著增長(zhǎng)主要在制藥和生物技術(shù)行業(yè)，這些行業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到生物制造是全新生物活性物質(zhì)的一個(gè)潛在來(lái)源。
 
生物制造極其復(fù)雜，其生產(chǎn)過(guò)程的改進(jìn)需要強(qiáng)大信息分析方法
 
　　生物制造極其復(fù)雜，涉及所使用的微生物、培養(yǎng)基、營(yíng)養(yǎng)液的組成與質(zhì)量、過(guò)程條件、產(chǎn)品收獲時(shí)間等。正是由于其復(fù)雜程度高，更深入地了解該過(guò)程需要利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析建立多元分析測(cè)量數(shù)據(jù)與寬范圍操作參數(shù)空間之間的關(guān)系。
 
　　這一強(qiáng)大的信息分析方法能夠使過(guò)程認(rèn)識(shí)具有可操作性，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)先前提到的生產(chǎn)過(guò)程改進(jìn)的目標(biāo)。除了傳統(tǒng)用于生產(chǎn)食品和飲料外，生物制造如今越來(lái)越多地用于生物制藥、生物燃料和化學(xué)品的生產(chǎn)。特別是生物制藥生產(chǎn)，通常具有額外的挑戰(zhàn)，期望的組分可能被困在細(xì)胞內(nèi)，需要裂解步驟和過(guò)濾。
 
　　生產(chǎn)蛋白藥物需要額外條件，比如與大分子和對(duì)熱及剪切敏感的分子一起工作。此外，有各種各樣的、有時(shí)是微妙的因素可以改變蛋白翻譯后修飾，對(duì)藥效產(chǎn)生不良影響。
 
　　強(qiáng)大的分析方法——過(guò)程分析技術(shù)（簡(jiǎn)稱PAT）
 
　　幸運(yùn)的是，過(guò)程分析技術(shù)(PAT, Process Analytical Technology)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)在該領(lǐng)域迅速增長(zhǎng)。使用過(guò)程分析技術(shù)不僅能加快生物制藥生產(chǎn)的工藝過(guò)程開(kāi)發(fā)，而且能保證在嚴(yán)格遵循法規(guī)的同時(shí)高質(zhì)量地生產(chǎn)。
 
　　PAT具體實(shí)施手段有哪些？
 
　　PAT實(shí)施手段通常包括在線（On-line）、線上（In-line）、旁線（At-line）檢測(cè)
 
　　· 線上(In-Line) 原位測(cè)量.
 
　　· 在線 (On-Line)   測(cè)量技術(shù)通常需要修改生物反應(yīng)器以轉(zhuǎn)移樣品流
 
　　· 離線(Off-line)and 旁線(At-line) 不連續(xù)分析，涉及取樣或者樣品前處理.
 
　　因此，線上(In-Line)和在線 (On-Line) 技術(shù)是實(shí)施PAT監(jiān)測(cè)從而實(shí)時(shí)獲取在線數(shù)據(jù)的理想解決方案。
 
　　傳統(tǒng)傳感器的弊端
 
　　目前，在生物制藥過(guò)程中，使用了許多傳統(tǒng)的傳感器(例如pH、溶氧、電導(dǎo)率等)，但是這些傳感器容易被污染且對(duì)目標(biāo)分析物沒(méi)有專(zhuān)屬性。采用先進(jìn)儀器(例如過(guò)程質(zhì)譜、拉曼光譜、紅外光譜、電容傳感器等)獲得更復(fù)雜的信號(hào)盡管具有挑戰(zhàn)性，但是這些儀器有望發(fā)揮更大的作用。
 
哪些PAT技術(shù)處于全球領(lǐng)先水平？
 
　　賽默飛世爾科技 (Themo Fisher Scientific™)為上游發(fā)酵/細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程提供兩項(xiàng)全球最先進(jìn)的PAT技術(shù):
 
　　1. Thermo Scientific™ Prima磁扇型過(guò)程質(zhì)譜尾氣監(jiān)測(cè)技術(shù)
 
　　2. Aber™ Futura電容法在線活細(xì)胞密度監(jiān)測(cè)技術(shù)
 
　　磁扇型過(guò)程質(zhì)譜尾氣監(jiān)測(cè)技術(shù)
 
　　微生物發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，實(shí)時(shí)細(xì)胞代謝狀態(tài)可以通過(guò)檢測(cè)培養(yǎng)過(guò)程尾氣中氧和二氧化碳濃度的微小變化進(jìn)行表征。通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算可以獲取表征細(xì)胞代謝的關(guān)鍵參數(shù)如：
 
　　氧氣消耗速率（OUR）
 
　　二氧化碳生成速率（CER）
 
　　呼吸商（RQ）。
 
　　這些關(guān)鍵參數(shù)的波動(dòng)能夠直接反映細(xì)胞生理狀態(tài)，如細(xì)胞生長(zhǎng)和底物消耗等，同時(shí)，這些信息的獲取將有助于及時(shí)調(diào)整過(guò)程工藝參數(shù)(通氣、攪拌、補(bǔ)料等)實(shí)現(xiàn)過(guò)程最優(yōu)化設(shè)計(jì)因此，利用過(guò)程尾氣質(zhì)譜儀對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程尾氣組分進(jìn)行分析是監(jiān)測(cè)工藝過(guò)程中細(xì)胞代謝狀態(tài)變化和提高生產(chǎn)效率的有效方法。
 
　　細(xì)胞培養(yǎng)工藝需要更多的在線分析。應(yīng)該注意的是氣體大致上包括進(jìn)出生物反應(yīng)器的任何氣體，而不僅限于氧氣和二氧化碳。傳統(tǒng)上二氧化鋯傳感器用于氧氣濃度測(cè)定，紅外傳感器用于二氧化碳濃度的測(cè)定。與質(zhì)譜(MS)相比，這些技術(shù)對(duì)氣體的檢測(cè)范圍有限，靈敏度較低。雖然質(zhì)譜操作更為復(fù)雜，但一臺(tái)設(shè)備不僅可以檢測(cè)及定量氧氣和二氧化碳，而且還可以檢測(cè)其他多種氣態(tài)化合物。
 
*Thermo Scientific™ Prima BT過(guò)程開(kāi)發(fā)質(zhì)譜儀
 
　　Thermo Scientific™ Prima 質(zhì)譜儀系列中的扇形磁場(chǎng)分析器由層壓材料組成，可快速、穩(wěn)定地分析用戶自定義氣體。如果質(zhì)譜儀要監(jiān)視多個(gè)生物反應(yīng)器，可以在多流路之間進(jìn)行實(shí)現(xiàn)快速切換。Thermo Fisher Scientific™開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的快速多流路進(jìn)樣器(RMS)，可快速選擇多達(dá) 64 個(gè)流路的樣品。
 
　　電容法在線活細(xì)胞密度監(jiān)測(cè)技術(shù)
 
　　生物量是一種需要定量的重要變量，傳統(tǒng)的離線方法如血細(xì)胞計(jì)數(shù)器、細(xì)胞計(jì)數(shù)器、瓊脂板細(xì)胞計(jì)數(shù)，費(fèi)力而耗時(shí)。新方法采用光學(xué)原理。細(xì)胞密度方法使用單頻光源，基于光散射，而非吸收光。用于細(xì)胞密度的測(cè)定波長(zhǎng)常為550nm和650nm，這兩個(gè)波長(zhǎng)主要與細(xì)胞有關(guān)，而與培養(yǎng)基中溶解的組分相關(guān)性較小。
 
*配圖來(lái)源自正版圖文網(wǎng)站--Unsplash
 
　　市售的在線細(xì)胞密度傳感器通常分為兩類(lèi)，第一類(lèi)基于光學(xué)檢測(cè)的光密度計(jì)數(shù)，第二類(lèi)使用一個(gè)電容和電導(dǎo)測(cè)量，基于光學(xué)的傳感器用于低細(xì)胞密度檢測(cè)時(shí)，常采用透射方式。
 
　　在這種結(jié)構(gòu)中，樣本位于探測(cè)器和發(fā)射極之間，在高細(xì)胞密度下，其中只有小部分的發(fā)射光可以到達(dá)檢測(cè)器，傳感器使用背散射或反射，發(fā)射器和檢測(cè)器在同一側(cè)。通常得到的結(jié)果是細(xì)胞總密度，并不能區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞。
 
*配圖來(lái)源自正版圖文網(wǎng)站—Unsplash
 
　　利用電容法能準(zhǔn)確測(cè)定放線菌、植物細(xì)胞、酵母菌、細(xì)菌、霉菌、哺乳動(dòng)物細(xì)胞等多種活細(xì)胞的濃度值，測(cè)量時(shí)受其他干擾因素影響小，測(cè)量精確度高。原因是在一定的激發(fā)電場(chǎng)環(huán)境下，具有完整包膜的活細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，但是對(duì)于死細(xì)胞、 細(xì)胞碎片、裂解雜質(zhì)等物質(zhì)，由于無(wú)完整包膜結(jié)構(gòu)，不會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，所以對(duì)檢測(cè)結(jié)果沒(méi)有影響。
 
　　更重要的是，該方法為非破壞測(cè)量，不影響細(xì)胞的生長(zhǎng)過(guò)程，能實(shí)時(shí)傳達(dá)細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中的濃度和電導(dǎo)率變化信息，目前該方法使用范圍越來(lái)越廣泛，是一種在生物細(xì)胞檢測(cè)領(lǐng)域很有研究和應(yīng)用價(jià)值的方法。
 
Aber™ Futura可在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)活細(xì)胞密度，最大支持8通道同時(shí)監(jiān)測(cè)。
 
　　Futura可以在多種尺寸的探頭和不同形式的主機(jī)(直插或遠(yuǎn)程)之間自由配置，同時(shí)支持1,4,8通道測(cè)量。
 
　　Futura能夠很容易地被整合到大多數(shù)的PC機(jī)、生物反應(yīng)器控制器和SCADA系統(tǒng)中。Futura可以與其他儀器混合或搭配使用。
 
　　賽默飛世爾科技致力于為生物制藥提供更先進(jìn)的過(guò)程分析技術(shù)，為生物發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)的工藝每個(gè)過(guò)程提供寶貴信息。
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