平行生物反應(yīng)器

      生物平行反應(yīng)器具備先進(jìn)生物過程控制和自動化操作,，適于細(xì)胞培養(yǎng)及微生物學(xué)的研發(fā)和工藝開發(fā),。平行過程控制、所有相關(guān)參數(shù)的精確控制,、用戶自定義方案和眾多自動化控制程序等特性,，使得過程研發(fā)更快捷更高效；如微生物,、光合細(xì)菌,、哺乳動物、人類細(xì)胞,、干細(xì)胞應(yīng)用以及生物燃料和生物合聚物過程研究,。

      什么是平行生物反應(yīng)器?簡單來說，本質(zhì)是多個反應(yīng)器聯(lián)用,，但是實現(xiàn)了多個生物反應(yīng)器(發(fā)酵罐)的參數(shù)同步設(shè)置,、同步啟動、同步停止,、同步標(biāo)定傳感器,、培養(yǎng)基同步滅菌等所有操作條件的同步化，使其保持各項參數(shù)的高度一致性和結(jié)果可重復(fù)性,。為什么是平行生物反應(yīng)器?合成生物學(xué)的一個主要特點就是高通量化,，這就要求樣本之間要有高度的平行性和一致性，保證結(jié)果可比性和可靠性,。然而,，傳統(tǒng)的多聯(lián)發(fā)酵罐只是把多個發(fā)酵罐連在一起，其中的每個發(fā)酵罐的參數(shù)設(shè)置,、啟動,、停止,、標(biāo)定、培養(yǎng)基的配制滅菌等還是分別操作,，罐與罐之間的這些操作缺乏同步性和條件一致性,，結(jié)果誤差極大。因此,，對于高通量發(fā)酵過程來說,，只有平行生物反應(yīng)器才能滿足高通量樣本處理需求下的條件一致性。

平行性-軟硬件結(jié)合

      “平行性”是衡量平行生物反應(yīng)器性能的綜合指標(biāo),，其硬件基礎(chǔ)是如泵、閥門等執(zhí)行元件及儀表,、變送器等檢測元件的穩(wěn)定性(stability)和一致性(consistency),，以及控制系統(tǒng)的穩(wěn)健性(robustness)。平行生物反應(yīng)器的核心功能是實驗設(shè)計(DoE)和高通量篩選(high-throughput screening),，使用過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),。因此平行生物反應(yīng)器必須配備具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(data management system)。同時,，操作平行生物反應(yīng)器工作量大,，容易出錯，平行生物反應(yīng)器所配套的軟件必須高度的自動化與智能化,。軟,、硬件的結(jié)合是平行生物反應(yīng)器的靈魂，是平行生物反應(yīng)器與多個獨立反應(yīng)器聯(lián)用的根本區(qū)別,。

“平行生物反應(yīng)器”與“多聯(lián)反應(yīng)器”的區(qū)別

稍具規(guī)模的實驗室或者發(fā)酵工廠,，都不止有一臺反應(yīng)器設(shè)備。把這些反應(yīng)器都用來做同一個實驗,，甚至用于實驗設(shè)計,，是不是就相當(dāng)于平行生物反應(yīng)器了呢?顯然不是。即便多臺一個廠家的生物反應(yīng)器在一起,，所有操作條件都一樣,，原料與菌種也一樣，但是結(jié)果卻總是不一樣,，有幾臺設(shè)備可能一直高于平均水平,，而另外幾臺低于平均水平。所以可以明確的說,，多個反應(yīng)器湊在一起的“烏合之眾”,，是不能稱為平行生物反應(yīng)器的?；蛘咧辽俨环衔覀儗ζ叫猩锓磻?yīng)器的定義,，也不能勝任平行生物反應(yīng)器最重要的應(yīng)用如 DOE 等定量分析的需要,

平行生物反應(yīng)器“平行性”的關(guān)鍵性決定因素：

       表面看來“一樣的設(shè)備和操作”,，為什么實際效果會千差萬別呢?其實，無論是設(shè)備還是操作,，是無法做到一樣,。攪拌槳尺寸安裝總有誤差，儀表的精度有限,，模擬量傳輸有損耗,。這些細(xì)微的誤差貌似關(guān)系不大，但是對于微生物來說,，尤其是 E.Coli 這樣20分鐘就能分裂一次的菌來說,，設(shè)備和操作之間的細(xì)微差別對菌體造成的影響也從一代傳遞到下一代，成指數(shù)放大,。即便是理想的情況,，假設(shè)所有硬件都一樣，流體的運動和擾動也都是隨機(jī)的而閉環(huán)控制器的動作也因此是隨機(jī)的,。大型發(fā)酵罐設(shè)備,，混合時間可能就要幾十分鐘甚至更長，宏觀的操作條件和局部的測量參數(shù)無法代表菌體所能感受到的圍觀環(huán)境,。從統(tǒng)計學(xué)的角度來說,，有很多菌繁殖了一代甚至數(shù)代了，都還沒有經(jīng)歷真正的操作條件,。正所謂失之厘,，謬以千里，每一個發(fā)酵罐里,，都在日復(fù)一日驗證著蝴蝶效應(yīng),。因此，對平行生物反應(yīng)器的平行性的追求是沒有終點的,，打造真正的平行生物反應(yīng)器,，不是個一蹴而就的過程。需要對設(shè)備的整體和所有部件的工作原理有深刻的理解,，比如將強(qiáng)弱電分開,，保障了電極等傳感器信號免受干擾;罐體之間同一參數(shù)的控制來自于同一模塊，控制更精準(zhǔn),，差異更小;罐體數(shù)量可成自由成組增減,，相比于多聯(lián)罐或多個獨立的罐體，平行生物反應(yīng)器內(nèi)多個罐體的參數(shù)曲線一致性,、平行性,、以及重復(fù)性更好;相同參數(shù)控制下，不同罐體的參數(shù)曲線高度重合。

技術(shù)特點：

1,、可平行控制2~48個罐體,，罐體數(shù)量任意增加，積木模塊式增加,，無需復(fù)雜式鏈接,，直插網(wǎng)線即可控制。

2,、罐體容積靈活可選,，250ml/500ml/1000ml任意搭配，可相互互換,，底座通用,。

3、控制器模塊化設(shè)計,可根據(jù)不同實驗需求進(jìn)行靈活配置

4,、每個罐體可獨立控制溫度,、攪拌、pH,、DO、補(bǔ)料,、消泡,、通氣（包括自定義級聯(lián)控制）

5、可調(diào)整蠕動泵精確控制補(bǔ)料量,、實現(xiàn)批次,、流加、連續(xù)及灌流培養(yǎng)

6,、可擴(kuò)展細(xì)胞密度,、尾氣分析、萄糖在線檢測,、補(bǔ)料稱重等功能模塊

7,、MC-bio生物過程大數(shù)據(jù)分析軟件提供先進(jìn)的過程控制和數(shù)據(jù)分析，支持DOE實驗設(shè)計

應(yīng)用：

• 微生物發(fā)酵（細(xì)菌,、酵母,、真菌）

• 懸浮細(xì)胞培養(yǎng)（哺乳動物、植物,、昆蟲）

• 利用微載體進(jìn)行貼貼壁細(xì)胞培養(yǎng)

• 培養(yǎng)基優(yōu)化,、克隆篩選

• 小規(guī)模蛋白質(zhì)表達(dá)、抗體表達(dá)

• 工藝開發(fā)和工藝優(yōu)化

技術(shù)參數(shù)：