三月 23, 2022

不是素肉!—— 生物制程与IST AG传感器

作者:IST工程师 李驰

 

生物制程,如使用活细胞或酶作为高效催化剂制造化学物质,早已广泛应用于食品与制药行业。在工业中,这种节能环保的方法现在被用于在生物反应器中生产药品、食品、香料、化妆品、燃料和特种化学品。下游工艺包括从生物反应器中去除杂质、减少体积和浓缩产品。上游加工涉及宿主生物的生长以生产生物产品。基于哺乳动物、昆虫、酵母、细菌甚至植物细胞的培养出现了新的生物加工技术。逐渐商业化的生物燃料、生物基化学品和聚合物有可能成为“绿色工业革命”中真正的游戏规则改变者。

IST AG 结合薄膜和厚膜技术制造各种传感器元件,用于温度、流量、液位、电导率、湿度和生物代谢监测。适用于在线或在线分析的广泛传感器产品组合,配合独特的紧凑型蠕动微型泵,使 IST AG成为生物加工行业的理想技术合作伙伴。对即用型传感器的和定制的有效支持,使用户能够满足这个快速发展的行业不断变化的需求。

细胞农业

细胞农业是一项通过细胞培养以生产农业产品的生产技术。科学家们可以从活体动物身上采集少量细胞样本,并将样本培养到动物体外生长,将完全形成的样本塑造成肉块。鱼片、汉堡包和培根都将具有消费者熟悉和喜爱的相同口味,并且不需要饲养、限制或屠宰任何动物来制造这些真正的肉制品。

Figure 1培养皿中的人造肉

 

细胞培养肉的生产技术对增殖和分化阶段的细胞生长过程控制提出了很高的要求。严格的葡萄糖监测会带来更高的产量和更快的生产周期。监测关键代谢因子乳酸会带来额外的好处,尤其是在指数生长期。由于昂贵的生长因子和激素是培养工艺路线的基础,因此需要对葡萄糖、乳酸和谷氨酰胺等多参数进行持续监测。

Figure 2 LV5 生物传感器

Figure 3 SIX 变送器

 

IST AG 的生物传感器产品组合可用于单个小型生物反应器,持续监测葡萄糖、乳酸以及谷氨酰胺和谷氨酸。我们的 B.LV5 传感器和 SIX 变送器具有小体积与低成本的特点,可以同时监测多种培养物,而无需购买非常昂贵的桌面设备。该生物过程的监测难点在于,要绝对避免因测量而引入的外界污染。因此,在提供独立的传感器产品之外,我们还为客户整合了多种测量系统的的集成方案,确保传感器可以快速应用于细胞农业的生物过程之中。

上下游生物工艺

 

为了提高制造业的质量和生产力,上游生物工艺正朝着越来越多地使用具有实时集成监控和高级分析功能的生物反应器系统的方向发展,这些系统可以实现自动化、高性能的质量控制。无论是在 cGMP 生产中还是在实验室里,对培养基中营养物和代谢物含量的实时评估都可以提供有关工艺状态的宝贵信息。这是因为它们与细胞的代谢活动直接相关,并与制造的生物分子产物间接相关。实时的代谢监测可以用作过程识别或作为实时反馈控制的基础。

下游生物工艺用于控制生物制造过程中,与工艺和产品相关的杂质,以有效分离和纯化生物分子。用于杂质测量(如宿主细胞蛋白和核酸)的分析正在推动当前测量技术的极限。为了优化处理和操作时间、能耗和净化水平,一系列自动化策略在很大程度上首先依赖于传感器的可靠性与实时监测能力。

Figure 4 微流量蠕动泵与分流系统

 

IST AG 生物传感器能够连续分析葡萄糖和乳酸,以及谷氨酸和谷氨酰胺浓度,且设备易于集成到具有自动采样功能的在线过程分析仪中,微流控生物传感器阵列无需样品制备即可运行,并在几秒钟内以微升样本量实现准确测量。同时我们还提供微流量蠕动泵,适用于简单的样品输送、自动校准系统;同时,IST AG具有丰富的小型化电导率、温度和流量传感器产品,这些传感元件是构建自动化测量系统的基础,我们提供对任何传感器的定制服务,帮助客户实现更好的产品价值。

Figure 5 电导率,流量与温度传感器

 

细胞疗法

近年来,基于细胞的疗法取得了巨大进展,包括软骨修复;组织工程皮肤;器官打印;以及针对癌症的个性化细胞免疫疗法。但是,由于过程的高度可变性,患者特异性自体干细胞的商业化培养已被证明是一项具有挑战性的技术任务。低风险的连续过程控制已被确定为细胞疗法生产采用和商业化的先决条件。

在实现过程测量与对活细胞类药物进行控制时,出现了许多挑战,特别是细胞监测和控制、取样和给药。在多个小体积细胞生物反应器中进行平行培养需要高度自动化,这包括从生物反应器的设置、气体交换和 pH 控制到基于连续代谢监测的减压饲喂策略。

IST AG 的新型创新生物传感器可测量葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺和谷氨酸的浓度。IST AG 的蠕动微型泵,可以泵送液体(包括细胞培养)或高达 2 bar 的气体,具有低漂移和最小的生物污染风险,并已经在细胞疗法中取得商业成功。

 

关于更多IST AG传感器在生物制程中的应用,欢迎访问www.ist-ag.com 或联系我们的工程师。