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前言
微小型平行生物反应器是解决生物医药研究过程中面临的通量问题、效率问题和成本问题的有力工具。这种模拟工业培养条件的高集成系统可以帮助研究人员高效率筛选菌种和进行工艺优化。
在生物医药、合成生物学等领域的工业技术转化中起着非常重要的作用。而菌种的高通量筛选与评价中平行性的优劣决定着微小型平行生物反应器反应器的性能。
本案例采用CloudReady:tm:1.5L × 4平行生物反应器(图1)针对大肠杆菌进行了一批次四台罐体发酵,以此验证其平行性。
结果表明:该批发酵运行28h后OD600在92-96.3,无论发酵结果还是过程控制的平行性均表现良好。
图1. CloudReady:tm: 1.5L × 4平行生物反应器
实验过程与控制
该批次种子OD600为2.4,初始培养体积700ml,设置搅拌、通气关联溶氧并双向调节控制(图2)。过程中用氨水自动调控pH,8h左右DO上升后设置补料泵关联时间序列控制(图3),28h结束培养。
图2. DO的MV设置界面
图3. 补料泵关联时间序列控制
实验数据与结果
由图4可知该批次的四台罐体DO曲线较为一致,符合菌株的生长状态。搅拌和通气关联溶氧并双向调节后的DO曲线平稳,维持在DO设定值附近,能为菌株提供良好的生长环境。各阶段OD600也较为接近,经过28h的培养,菌株从OD600 2.4生长至OD600 92-96.3(图5),说明同批次四台罐体结果一致性表现良好的同时也能满足大肠杆菌的高密度培养。
图4. DO曲线
图5. 罐体OD600变化情况
CARE发酵工程实验室 生物工艺工程师 柴金言 供稿
CloudReady:tm:云平台生物反应器(图6)整合了多种补料策略,同时内置DoE实验设计与分析软件可以帮助用户快速进行布局实验,缩短产品的开发周期。
图6. CloudReady:tm: 第6代平行生物反应器
D²MS软件内置3D Visual DoE可视化实验设计(图7):
· 可交互三维图形展示实验设计,使实验设计不再抽象,富有趣味性。
· 内置多项式回归响应曲面数据分析,使实验设计到数据分析一气呵成,提高效率,避免人为影响。
支持结果导出为CSV格式,支持第三方工具进行数据分析。
图7. DoE试验设计与分析功能
D²MS软件系统里整合了多种补料策略,用户可以根据自身的需求采用不同的补料方式(图8),同时软件系统里支持UDF功能(图9)可以将任意复杂的操作以脚本的形式部署到平台上所有反应器。
图8. 内置的多种补料策略
图9. Python脚本的UDF功能