Balita - Pag-monitor sa Dissolved Oxygen Levels sa Bio Pharmaceutical Fermentation Process

Unsa ang Dissolved Oxygen?

Ang Dissolved Oxygen (DO) nagtumong sa molecular oxygen (O_₂) nga natunaw sa tubig. Lahi kini sa mga atomo sa oksiheno nga anaa sa mga molekula sa tubig (H_₂O), ingon nga kini anaa sa tubig sa porma sa independenteng mga molekula sa oksiheno, gikan sa atmospera o namugna pinaagi sa photosynthesis sa mga tanom sa tubig. Ang konsentrasyon sa DO naimpluwensyahan sa lainlaing mga hinungdan, lakip ang temperatura, kaasinan, agos sa tubig, ug biolohikal nga mga kalihokan. Ingon niana, kini nagsilbi nga usa ka kritikal nga timailhan alang sa pagtimbang-timbang sa kahimtang sa kahimsog ug polusyon sa mga palibot sa tubig.

Ang natunaw nga oxygen adunay hinungdanon nga papel sa pagpauswag sa metabolismo sa microbial, pag-impluwensya sa respirasyon sa cellular, pagtubo, ug biosynthesis sa mga produkto nga metaboliko. Bisan pa, ang taas nga lebel sa dissolved oxygen dili kanunay nga mapuslanon. Ang sobra nga oksiheno mahimong mosangpot sa dugang nga metabolismo sa mga natipon nga produkto ug mahimong hinungdan sa makahilo nga mga reaksyon. Ang labing maayo nga lebel sa DO magkalainlain taliwala sa lainlaing mga lahi sa bakterya. Pananglitan, sa panahon sa biosynthesis sa penicillin, ang DO kasagarang gipadayon sa gibana-bana nga 30% nga saturation sa hangin. Kung ang DO mous-os sa zero ug magpabilin sa kana nga lebel sulod sa lima ka minuto, ang pagporma sa produkto mahimong madaot pag-ayo. Kung kini nga kondisyon magpadayon sulod sa 20 ka minuto, mahimong mahitabo ang dili mabalik nga kadaot.

Sa pagkakaron, ang labing kasagarang gigamit nga mga sensor sa DO makasukod lamang sa relatibong saturation sa hangin, kay sa hingpit nga konsentrasyon sa dissolved oxygen. Pagkahuman sa sterilization sa medium nga kultura, ang aeration ug stirring gihimo hangtod nga ang pagbasa sa sensor nag-stabilize, diin ang kantidad gitakda sa 100% nga saturation sa hangin. Ang sunod nga mga pagsukod sa panahon sa proseso sa fermentation gibase sa kini nga pakisayran. Ang hingpit nga DO values dili matino gamit ang standard sensors ug nagkinahanglan ug mas advanced nga mga teknik, sama sa polarography. Bisan pa, ang mga pagsukod sa saturation sa hangin sa kasagaran igo alang sa pag-monitor ug pagkontrol sa mga proseso sa fermentation.

Sulod sa usa ka fermenter, ang lebel sa DO mahimong magkalainlain sa lainlaing mga rehiyon. Bisan kung ang usa ka lig-on nga pagbasa nakuha sa usa ka punto, ang pag-usab-usab mahimo gihapon nga mahitabo sa pipila nga media sa kultura. Ang mga dagko nga fermenter lagmit nga magpakita sa mas daghang spatial nga mga kalainan sa lebel sa DO, nga mahimo’g makaapekto sa pagtubo sa microbial ug produktibo. Gipakita sa eksperimento nga ebidensya nga, bisan kung ang kasagaran nga lebel sa DO mahimong 30%, ang fermentation performance ubos sa nag-usab-usab nga mga kondisyon labi ka ubos kaysa sa ilalum sa lig-on nga mga kondisyon. Busa, sa pag-scale-up sa mga fermenter-labaw sa mga konsiderasyon sa geometric ug power nga pagkaparehas-ang pagminus sa spatial DO variation nagpabilin nga usa ka mahinungdanong tumong sa panukiduki.

Ngano nga ang Dissolved Oxygen Monitoring Mahinungdanon sa Biopharmaceutical Fermentation?

1. Aron Mamentinar ang Labing Maayo nga Kalibotan sa Pagtubo alang sa mga Microorganism o mga Selyula
Ang industriyal nga fermentation kasagarang naglakip sa aerobic microorganisms, sama sa Escherichia coli ug yeast, o mammalian cells, sama sa Chinese Hamster Ovary (CHO) cells. Kini nga mga selula naglihok isip "mga trabahante" sulod sa sistema sa fermentation, nga nagkinahanglan og oksiheno alang sa pagginhawa ug metabolikong kalihokan. Ang oxygen nagsilbing terminal nga electron acceptor sa aerobic respiration, nga makapahimo sa produksyon sa enerhiya sa porma sa ATP. Ang kakulang sa suplay sa oksiheno mahimong mosangpot sa pagkahuot sa cellular, pag-aresto sa pagtubo, o bisan pagkamatay sa selula, nga sa katapusan moresulta sa pagkapakyas sa fermentation. Ang pag-monitor sa lebel sa DO nagsiguro nga ang mga konsentrasyon sa oksiheno magpabilin sulod sa labing maayo nga hanay alang sa padayon nga pagtubo sa selula ug pagkaayo.

2. Aron masiguro ang Episyente nga Synthesis sa Target nga mga Produkto
Ang katuyoan sa biopharmaceutical fermentation dili lamang aron mapauswag ang pagdaghan sa mga selula apan aron mapadali ang episyente nga synthesis sa gitinguha nga target nga mga produkto, sama sa insulin, monoclonal antibodies, bakuna, ug mga enzyme. Kini nga mga biosynthetic nga agianan kanunay nanginahanglan daghang input sa enerhiya, panguna nga nakuha gikan sa aerobic respiration. Dugang pa, daghang mga sistema sa enzymatic nga nalambigit sa synthesis sa produkto direkta nga nagsalig sa oksiheno. Ang kakulang sa oxygen mahimong makabalda o makapakunhod sa kaepektibo niini nga mga agianan.

Dugang pa, ang lebel sa DO naglihok isip usa ka signal sa regulasyon. Ang sobra ka taas ug ubos nga konsentrasyon sa DO mahimong:
- Usba ang cellular metabolic pathways, pananglitan, pagbalhin gikan sa aerobic respiration ngadto sa dili kaayo episyente nga anaerobic fermentation.
- Pag-trigger sa mga tubag sa stress sa cellular, nga nagdala sa paghimo sa dili gusto nga mga produkto.
- Impluwensya ang lebel sa ekspresyon sa mga exogenous nga protina.

Pinaagi sa tukma nga pagkontrol sa lebel sa DO sa lain-laing mga ang-ang sa fermentation, posible nga maggiya sa cellular metabolism padulong sa pinakataas nga target nga produkto nga synthesis, sa ingon makab-ot ang taas nga densidad ug taas nga abot nga fermentation.

Pasiuna sa Water Flow Chart alang sa Bio Pharmaceuticals

3. Aron malikayan ang Oxygen Deficiency o Sobra
Ang kakulangan sa oxygen (hypoxia) mahimong adunay grabe nga mga sangputanan:
- Ang pagtubo sa selula ug pag-synthesis sa produkto mihunong.
- Ang metabolismo mobalhin ngadto sa anaerobic nga mga agianan, nga moresulta sa pagtipon sa mga organikong asido sama sa lactic acid ug acetic acid, nga mopaubos sa pH sa medium nga kultura ug mahimong makahilo sa mga selula.
- Ang dugay nga hypoxia mahimong hinungdan sa dili mabag-o nga kadaot, nga ang pagkaayo dili kompleto bisan kung nabalik ang suplay sa oxygen.

Ang sobra nga oksiheno (supersaturation) adunay mga risgo usab:
- Kini makaaghat sa oxidative stress ug sa pagporma sa reactive oxygen species (ROS), nga makadaot sa cell lamad ug biomolecules.
- Ang sobra nga aeration ug agitation nagdugang sa konsumo sa enerhiya ug mga gasto sa operasyon, nga mosangpot sa wala kinahanglana nga basura sa kahinguhaan.

4. Ingon usa ka Kritikal nga Parameter alang sa Real-Time nga Pag-monitor ug Pagkontrol sa Feedback

Ang DO usa ka tinuod nga panahon, padayon, ug komprehensibo nga parameter nga nagpakita sa internal nga kondisyon sa sistema sa fermentation. Ang mga pagbag-o sa lebel sa DO mahimong sensitibo nga nagpaila sa lainlaing mga kahimtang sa pisyolohikal ug operasyon:
- Ang paspas nga pagtubo sa selula nagdugang sa konsumo sa oksiheno, hinungdan sa pagkunhod sa lebel sa DO.
- Ang pagkahurot sa substrate o pagdili makapahinay sa metabolismo, makapakunhod sa konsumo sa oksiheno ug makapataas sa lebel sa DO.
- Ang kontaminasyon sa mga langyaw nga mikroorganismo nagbag-o sa sumbanan sa pagkonsumo sa oksiheno, nga nagdala sa dili normal nga pag-usab-usab sa DO ug nagsilbi nga sayo nga signal sa pasidaan.
- Ang mga malfunction sa kagamitan, sama sa stirrer failure, ventilation pipe blockage, o filter fouling, mahimo usab nga moresulta sa abnormal nga DO behavior.

Pinaagi sa paghiusa sa real-time nga DO monitoring ngadto sa usa ka automated feedback control system, ang tukma nga regulasyon sa DO level mahimong makab-ot pinaagi sa dinamikong pag-adjust sa mosunod nga mga parameter:
- Katulin sa pagpalihok: Ang pagdugang sa katulin makapauswag sa kontak sa gas-likido pinaagi sa pagbungkag sa mga bula, sa ingon nagpauswag ang kahusayan sa pagbalhin sa oxygen. Kini ang labing sagad nga gigamit ug epektibo nga pamaagi.
- Aeration rate: Pag-adjust sa flow rate o komposisyon sa inlet gas (pananglitan, pagdugang sa proporsyon sa hangin o purong oxygen).
- Ang presyur sa tangke: Ang pagtaas sa presyur nagdugang sa partial pressure sa oksiheno, sa ingon nagpauswag sa solubility.
- Temperatura: Ang pagpaubos sa temperatura nagdugang sa oxygen solubility sa medium nga kultura.

Mga rekomendasyon sa produkto sa BOQU alang sa online nga pag-monitor sa biological fermentation: