淺述生物反應器工作原理
時間：2022.06.24
生物過程是生物系統(tǒng)在生物反應器中進行生化反應的過程。生物反應器是人們對生物有機體進行有控制的培養(yǎng)以生產(chǎn)某種產(chǎn)品或進行特定的反應的容器。
生物反應器中生物系統(tǒng)及其所處環(huán)境構成了相對封閉的生態(tài)系統(tǒng)。在這一生態(tài)系統(tǒng)中，生物系統(tǒng)與環(huán)境因子間存在相互作用。生物系統(tǒng)其表型不僅與基因型密切相關，也與細胞所處的微觀或宏觀環(huán)境條件( 營養(yǎng)種類、pH、溫度、溶解氧、生物反應器的混合與傳遞特性等) 密切相關，也就是說基因型與環(huán)境共同決定了生物系統(tǒng)的表型特征。另一方面，生物過程具有高度非線性和時變性特征，難以用環(huán)境操作參數(shù)的檢測與控制為目的的宏觀動力學來表征其復雜的本體特征。
既然宏觀動力學研究并不能真正代表生物細胞體復雜的本體特征，所開展的過程優(yōu)化可能無數(shù)據(jù)支持。而其微觀影響因素也許只是發(fā)生在基因、酶、細胞或反應器水平的某一個尺度上，最終會在宏觀過程中有所反映，這為研究生物反應器中不同尺度的數(shù)據(jù)關聯(lián)分析方法提供了線索。以細胞為主體的細胞大規(guī)模培養(yǎng)的生物反應過程呈現(xiàn)出基因分子尺度、細胞尺度與生物反應器尺度的網(wǎng)絡結構，且不同尺度的網(wǎng)絡間有著輸入輸出關系，存在著信息流、物質(zhì)流與能量流，不同尺度的參數(shù)相關關系更能反映生物過程的本質(zhì)特征，找到影響細胞代謝流的敏感參數(shù)是生物過程控制和優(yōu)化的關鍵。
理想的生物反應器系統(tǒng)應該要盡可能對于不同尺度操作參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)進行檢測和分析，從而有可能構建一種優(yōu)化的外在環(huán)境，使微生物的基因表達及代謝調(diào)控最有利于某種目的產(chǎn)物的生物合成，最大限度地積累目的產(chǎn)物。
基于上述觀點，我司的生物反應器進行了全方位優(yōu)化，包括各種用于細胞生理代謝特性檢測的先進傳感器、用于生物過程微觀代謝流分析的傳感反應器及控制系統(tǒng)、適用于細菌、細胞生理代謝參數(shù)相關分析的計算機軟件包和用于發(fā)酵過程數(shù)據(jù)處理及遠程分析的計算機互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等。該系統(tǒng)能夠盡可能多地獲得生物加工過程各尺度的生物信息，然后基于多尺度參數(shù)相關原理，通過計算機軟件的實時數(shù)據(jù)處理，在海量數(shù)據(jù)中找到以參數(shù)相關性特征為依據(jù)的過程優(yōu)化關鍵參數(shù)，進而用來指導工藝操作、設備設計或菌種篩選改造，最終實現(xiàn)過程優(yōu)化與放大。
( HOLVES生物反應器 )
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