Regulátory hmotnostního průtoku pro řízení bioprocesů

Inteligentní regulátory hmotnostního průtoku Vögtlin red-y smart pro spolehlivé bioprocesy

Plyny hrají v bioreaktorech klíčovou roli, zejména v aerobních bioprocesech, kde mikroorganismy nebo buňky potřebují kyslík k růstu a fungování. Proč jsou ale tyto plyny tak důležité? Jakou mají funkci a proč je nutné volit vysoce kvalitní a inteligentní regulátory hmotnostního průtoku pro řízení bioprocesů?

Regulátory hmotnostního průtoku pro řízení bioprocesů v aerobních podmínkách plní především tyto úkoly:

• Dodávka kyslíku: Mikroorganismy a savčí buňky potřebují kyslík k životu, růstu a množení. Je to jejich dýchání. Příliš málo kyslíku znamená, že nerostou, příliš mnoho může způsobit oxidační stres, změny metabolismu a zvýšené mechanické namáhání kvůli vyšší rychlosti míchání nebo provzdušňování. Optimální koncentrace rozpuštěného kyslíku (DO) se obvykle pohybuje mezi 20 až 40 %.
• Odstraňování oxidu uhličitého: CO2 je vedlejší produkt procesu. Přebytek CO2 může okyselit roztok a potlačit růst buněk, proto je potřeba ho odstraňovat nebo kontrolovat.
• Kontrola pH: Plyny jako CO2 a amoniak ovlivňují optimální hodnotu pH roztoku. Optimální pH závisí na typu organismu, např.:
  • Bakterie (např. Escherichia coli): 6,5 – 7,5 pH
  • Kvasinky (např. Saccharomyces cerevisiae): 4,5 – 6,0 pH
  • Houby (např. Aspergillus): 4,0 – 6,5 pH
  • Savčí buňky (např. CHO buňky): 7,0 – 7,4 pH
  • Řasy: 6,5 – 8,5 pH. Pro kontrolu pH se používají tlumicí látky jako fosfáty a hydrogenuhličitany, regulace kyselin a zásad pomocí injekce kapalin nebo přidáním oxidu uhličitého do roztoku.
• Sterilita a kontrola tlaku: Neutrální plyny jako dusík se používají k udržení sterilních podmínek a k tlakovému řízení systému bez zavádění kyslíku.
• Redoxní rovnováha a metabolismus: V anaerobních nebo mikroaerofilních procesech se používají plyny jako dusík (N₂) nebo vodík (H₂) k vytvoření specifických redoxních podmínek, které ovlivňují metabolické dráhy a výtěžek produktů.
• Provzdušňování prostoru nad kapalinou (overlay nebo headspace gassing): Jedná se o řízené zavádění plynů nebo směsí plynů do prostoru nad kulturou kapaliny, které napomáhá:
  • Lepší výměně plynů na rozhraní plyn-kapalina
  • Kontrole kontaminace díky přetlaku, který brání vniknutí nečistot
  • Snižování pěnění, i když nenahrazuje přípravky proti pěnění
  • Vhodnosti pro anaerobní a citlivé kultury buněk (savčí, kmenové buňky)
  • Zlepšení výkonu fermentací (například u Pichia pastoris)
  • Snížení mechanického namáhání buněk oproti přímému provzdušňování (sparging)
  • Kontrole odpařování pomocí zvlhčování plynu, což je důležité v malých bioreaktorech
  • Výběr plynu pro overlay podle organismu a procesu, často vzduch, O2, CO2 nebo inertní dusík.

Plyny jsou zásadní pro optimalizaci procesu. Složení plynů, průtok a tlak se neustále dynamicky upravují tak, aby se maximalizovala buněčná hustota, zvýšila produktivita a minimalizoval mechanický stres a pěnění. Průtokoměry a regulátory průtoku pro řízení bioprocesů musí být přesné, s dobrou opakovatelností nastavené hodnoty, stabilní a bez driftu v čase. Musí splňovat
předpisy FDA, USP třídy VI a být bez ADI a PFAS. Inteligentní regulátory hmotnostního průtoku Voegtlin red-y smart splňují tyto požadavky, k dispozici jsou samostatné jednotky nebo moduly s více přístroji, a podporuje moderní digitální komunikace jako Modbus, Profibus, Profinet, EtherCAT a Ethernet IP. Disponuje průtoky od 0-5 mln/min do 1400 ln/min (maximální průtok závisí na plynu) s širokým dynamickým rozsahem, který umožňuje dávkovat malé množství plynů pro pomalé korekce i velké dávky pro rychlé reakce. Firma nabízí 3letou záruku a je dodavatelem pro mnoho velkých výrobců bioreaktorů od roku 1968 s výrobou v Německu.

 

Související