Balita - Pagmonitor sa Natunaw nga Lebel sa Oksiheno sa Proseso sa Bio Pharmaceutical Fermentation

Unsa ang Natunaw nga Oksiheno?

Ang Dissolved Oxygen (DO) nagtumong sa molekular nga oksiheno (O_₂) nga natunaw sa tubig. Lahi kini sa mga atomo sa oksiheno nga anaa sa mga molekula sa tubig (H_₂O), kay kini anaa sa tubig sa porma sa independente nga mga molekula sa oksiheno, nga gikan man sa atmospera o namugna pinaagi sa photosynthesis sa mga tanom sa tubig. Ang konsentrasyon sa DO naimpluwensyahan sa nagkalain-laing mga hinungdan, lakip ang temperatura, kaasinan, agos sa tubig, ug mga kalihokan sa biyolohikal. Busa, kini nagsilbing usa ka kritikal nga timailhan alang sa pagtimbang-timbang sa kahimsog ug kahimtang sa polusyon sa mga palibot sa tubig.

Ang natunaw nga oksiheno adunay hinungdanong papel sa pagpalambo sa metabolismo sa mikrobyo, nga makaimpluwensya sa respirasyon sa selula, pagtubo, ug sa biosynthesis sa mga produktong metaboliko. Bisan pa, ang mas taas nga lebel sa natunaw nga oksiheno dili kanunay mapuslanon. Ang sobra nga oksiheno mahimong mosangpot sa dugang nga metabolismo sa natipon nga mga produkto ug posibleng hinungdan sa makahilong mga reaksyon. Ang labing maayo nga lebel sa DO managlahi sa lainlaing mga klase sa bakterya. Pananglitan, atol sa biosynthesis sa penicillin, ang DO kasagaran gipadayon sa gibana-bana nga 30% nga saturation sa hangin. Kung ang DO moubos sa zero ug magpabilin sa kana nga lebel sulod sa lima ka minuto, ang pagporma sa produkto mahimong maapektuhan pag-ayo. Kung kini nga kondisyon magpadayon sulod sa 20 minuto, ang dili na mabalik nga kadaot mahimong mahitabo.

Sa pagkakaron, ang labing kasagarang gigamit nga mga sensor sa DO makasukod lamang sa relatibong saturation sa hangin, imbes sa hingpit nga konsentrasyon sa natunaw nga oksiheno. Human sa isterilisasyon sa culture medium, ang aeration ug pagkutaw gihimo hangtod nga ang pagbasa sa sensor molig-on, diin ang kantidad ibutang sa 100% nga saturation sa hangin. Ang sunod nga mga pagsukod atol sa proseso sa fermentation gibase niini nga reperensya. Ang hingpit nga mga kantidad sa DO dili matino gamit ang standard nga mga sensor ug nanginahanglan og mas abante nga mga teknik, sama sa polarography. Bisan pa, ang mga pagsukod sa saturation sa hangin sa kasagaran igo na alang sa pagmonitor ug pagkontrol sa mga proseso sa fermentation.

Sulod sa usa ka fermenter, ang lebel sa DO mahimong magkalahi sa lain-laing mga rehiyon. Bisan kon adunay stable nga pagbasa nga makuha sa usa ka punto, ang mga pag-usab-usab mahimong mahitabo gihapon sa pipila ka culture media. Ang mas dagkong mga fermenter lagmit nga magpakita og mas dako nga spatial variations sa lebel sa DO, nga mahimong makaapekto pag-ayo sa pagtubo ug produktibidad sa microbial. Ang mga eksperimento nagpakita nga, bisan tuod ang aberids nga lebel sa DO mahimong 30%, ang performance sa fermentation ubos sa nag-usab-usab nga mga kondisyon mas ubos kay sa ubos sa stable nga mga kondisyon. Busa, sa pagpadako sa mga fermenter—labaw sa pagkonsiderar sa geometric ug power similarity—ang pagminus sa spatial DO variations nagpabilin nga usa ka importante nga tumong sa panukiduki.

Ngano nga Importante ang Dissolved Oxygen Monitoring sa Biopharmaceutical Fermentation?

1. Aron Mamentinar ang Labing Maayong Palibot sa Pagtubo para sa mga Mikroorganismo o mga Selyula
Ang industrial fermentation kasagarang naglambigit sa aerobic microorganisms, sama sa Escherichia coli ug yeast, o mammalian cells, sama sa Chinese Hamster Ovary (CHO) cells. Kini nga mga cells naglihok isip "mga trabahante" sulod sa fermentation system, nga nanginahanglan og oxygen para sa respiration ug metabolic activity. Ang oxygen nagsilbing terminal electron acceptor sa aerobic respiration, nga makapahimo sa produksyon sa enerhiya sa porma sa ATP. Ang kakulang sa supply sa oxygen mahimong mosangpot sa cellular suffocation, growth arrest, o bisan sa cell death, nga sa katapusan moresulta sa fermentation failure. Ang pagmonitor sa DO levels nagsiguro nga ang oxygen concentrations magpabilin sulod sa optimal range para sa padayon nga pagtubo ug viability sa cell.

2. Aron Masiguro ang Epektibo nga Sintesis sa mga Target nga Produkto
Ang tumong sa biopharmaceutical fermentation dili lang ang pagpalambo sa pagdaghan sa selula apan ang pagpadali sa episyente nga sintesis sa gitinguha nga mga target nga produkto, sama sa insulin, monoclonal antibodies, bakuna, ug mga enzyme. Kini nga mga biosynthetic pathway kanunay nga nanginahanglan daghang input sa enerhiya, labi na gikan sa aerobic respiration. Dugang pa, daghang mga sistema sa enzymatic nga nalambigit sa sintesis sa produkto ang direktang nagsalig sa oksiheno. Ang kakulangan sa oksiheno mahimong makabalda o makapakunhod sa kahusayan niini nga mga pathway.

Dugang pa, ang lebel sa DO nagsilbing regulatory signal. Ang sobra ka taas ug ubos nga konsentrasyon sa DO mahimong:
- Makausab sa mga agianan sa metabolismo sa selula, pananglitan, ang pagbalhin gikan sa aerobic respiration ngadto sa dili kaayo episyente nga anaerobic fermentation.
- Makapukaw sa mga tubag sa stress sa selula, nga mosangpot sa paghimo sa dili gusto nga mga by-product.
- Makaimpluwensya sa lebel sa ekspresyon sa mga exogenous nga protina.

Pinaagi sa tukmang pagkontrol sa lebel sa DO sa lain-laing mga yugto sa fermentation, posible nga magiyahan ang metabolismo sa selula padulong sa labing taas nga target nga product synthesis, sa ingon makab-ot ang high-density ug high-yield fermentation.

Pasiuna sa Tsart sa Pag-agos sa Tubig para sa Bio Pharmaceuticals

3. Aron Malikayan ang Kakulangan o Sobra nga Oksiheno
Ang kakulang sa oksiheno (hypoxia) mahimong adunay grabe nga mga sangputanan:
- Ang pagtubo sa selula ug ang paghimo og produkto mohunong.
- Ang metabolismo mobalhin ngadto sa anaerobic pathways, nga moresulta sa pagtapok sa mga organic acids sama sa lactic acid ug acetic acid, nga mopaubos sa pH sa culture medium ug mahimong makahilo sa mga selula.
- Ang dugay nga hypoxia mahimong hinungdan sa dili na mabalik nga kadaot, diin ang pagkaayo dili kompleto bisan human mabalik ang suplay sa oksiheno.

Ang sobra nga oksiheno (supersaturation) adunay usab mga risgo:
- Mahimo kining hinungdan sa oxidative stress ug sa pagporma sa reactive oxygen species (ROS), nga makadaot sa mga lamad sa selula ug mga biomolecule.
- Ang sobra nga aeration ug agitation nagdugang sa konsumo sa enerhiya ug gasto sa operasyon, nga mosangpot sa wala kinahanglana nga pag-usik sa mga kahinguhaan.

4. Isip usa ka Kritikal nga Parameter para sa Real-Time Monitoring ug Feedback Control

Ang DO usa ka real-time, padayon, ug komprehensibo nga parameter nga nagpakita sa internal nga mga kondisyon sa sistema sa fermentation. Ang mga pagbag-o sa lebel sa DO mahimong sensitibo nga magpakita sa lainlaing mga kahimtang sa pisyolohikal ug operasyon:
- Ang paspas nga pagtubo sa selula nagdugang sa konsumo sa oksiheno, hinungdan sa pag-ubos sa lebel sa DO.
- Ang pagkahurot o pagpugong sa substrate makapahinay sa metabolismo, nga makapakunhod sa konsumo sa oksiheno ug makapataas sa lebel sa DO.
- Ang kontaminasyon sa langyaw nga mga mikroorganismo makausab sa sumbanan sa konsumo sa oksiheno, nga mosangpot sa dili normal nga pag-usab-usab sa DO ug magsilbing sayo nga pasidaan.
- Ang mga malfunction sa kagamitan, sama sa pagkapakyas sa stirrer, pagkabara sa tubo sa bentilasyon, o pagkahugaw sa filter, mahimo usab nga moresulta sa abnormal nga pamatasan sa DO.

Pinaagi sa pag-integrate sa real-time DO monitoring ngadto sa usa ka automated feedback control system, ang tukmang regulasyon sa lebel sa DO makab-ot pinaagi sa dinamikong pag-adjust sa mosunod nga mga parameter:
- Katulin sa pagkutaw: Ang pagpataas sa katulin mopausbaw sa kontak sa gas-likido pinaagi sa pagbungkag sa mga bula, sa ingon mopauswag sa kahusayan sa pagbalhin sa oksiheno. Kini ang labing kasagarang gigamit ug epektibo nga pamaagi.
- Katulin sa pag-aerate: Pag-adjust sa gikusgon sa pag-agos o komposisyon sa inlet gas (pananglitan, pagdugang sa proporsyon sa hangin o purong oksiheno).
- Presyon sa tangke: Ang pagpataas sa presyur mopataas sa partial pressure sa oksiheno, sa ingon mopausbaw sa solubility.
- Temperatura: Ang pagpaubos sa temperatura mopataas sa solubility sa oxygen sa culture medium.

Mga rekomendasyon sa produkto sa BOQU para sa online nga pagmonitor sa biyolohikal nga permentasyon: