Растворённый кислород — один из главных параметров, по которым ведут культивирование клеток. Его недостаток тормозит рост и снижает выход продукта, избыток ведёт к окислительному стрессу, а способы быстро поднять уровень кислорода — усилить перемешивание или аэрацию — сами по себе могут повредить клетки.
Где возникают проблемы с кислородом
- Уровень растворённого кислорода проседает в фазе активного роста, когда потребление резко увеличивается, а система регулирования не успевает за ним.
- Попытка поднять кислород увеличением оборотов мешалки приводит к снижению жизнеспособности клеток.
- Интенсивный барботаж даёт пену, которая доходит до выпускных фильтров.
- Показания датчика «плывут» от партии к партии, и технолог перестаёт им доверять.
- Режим, отработанный на малом биореакторе, не воспроизводится на большом.
Почему это происходит
Животные и многие другие клетки не имеют прочной стенки, поэтому чувствительны к сдвиговым нагрузкам и к лопающимся на поверхности пузырям. Инструменты, которые хорошо работают в микробной ферментации, — высокие обороты и большой расход воздуха — здесь ограничены. При этом растворимость кислорода в среде невелика, и запас его в объёме быстро исчерпывается.
Датчики растворённого кислорода требуют калибровки и обслуживания: мембрана стареет, после стерилизации нужен период стабилизации. Без регламента обслуживания данные теряют достоверность. А при масштабировании меняются путь пузыря, давление столба жидкости и время перемешивания — поэтому одинаковые настройки на разных объёмах дают разный результат.
Как контролируют кислород на практике
- Каскадное регулирование. Контроллер последовательно задействует несколько инструментов: сначала увеличивает долю кислорода в газовой смеси, затем расход газа и лишь в последнюю очередь — обороты мешалки в допустимом диапазоне.
- Смешение газов. Подача воздуха, кислорода, азота и углекислого газа через регуляторы расхода позволяет управлять кислородом без увеличения общего потока газа.
- Мелкопузырчатые барботёры. Мелкие пузыри лучше отдают кислород при меньшем расходе газа.
- Мешалки с низким сдвигом. Лопасти крупного диаметра на умеренных оборотах обеспечивают перемешивание без повреждения клеток.
- Управление пеной. Датчик пены и дозирование пеногасителя в минимальных количествах защищают фильтры и стерильность.
- Регламент для датчиков. Калибровка перед партией, проверка после стерилизации, плановая замена мембран.
- Архив параметров. Кривые кислорода, pH и температуры по каждой партии позволяют сравнивать процессы и находить причины отклонений.
Биореакторы и ферментеры Сушилка22
Изготавливаем промышленные ферментеры объёмом от 10 до 200 000 л с температурой культивирования от 4 до 60 °C, стерильными фильтрами 0,22 мкм на газовых линиях и управлением на ПЛК и SCADA с архивированием параметров. Для последующего концентрирования культуральной жидкости подходит оборудование для выпаривания с низкотемпературными режимами, а отделение клеточной массы возьмёт на себя декантерная центрифуга.
Опишите культуру и требования к газовому режиму — предложим конфигурацию биореактора. Звоните +7 906 968-1922 или пишите на sales@sushilka22.ru.