平行生物反應器

      生物平行反應器具備先進生物過程控制和自動化操作，適于細胞培養(yǎng)及微生物學的研發(fā)和工藝開發(fā)。平行過程控制、所有相關參數(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、光合細菌、哺乳動物、人類細胞、干細胞應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器?簡單來說，本質(zhì)是多個反應器聯(lián)用，但是實現(xiàn)了多個生物反應器(發(fā)酵罐)的參數(shù)同步設置、同步啟動、同步停止、同步標定傳感器、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)果可重復性。為什么是平行生物反應器?合成生物學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)設置、啟動、停止、標定、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器性能的綜合指標，其硬件基礎是如泵、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)。平行生物反應器的核心功能是實驗設計(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)。因此平行生物反應器必須配備具有強大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(data management system)。同時，操作平行生物反應器工作量大，容易出錯，平行生物反應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)合是平行生物反應器的靈魂，是平行生物反應器與多個獨立反應器聯(lián)用的根本區(qū)別。

“平行生物反應器”與“多聯(lián)反應器”的區(qū)別

稍具規(guī)模的實驗室或者發(fā)酵工廠，都不止有一臺反應器設備。把這些反應器都用來做同一個實驗，甚至用于實驗設計，是不是就相當于平行生物反應器了呢?顯然不是。即便多臺一個廠家的生物反應器在一起，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，多個反應器湊在一起的“烏合之眾”，是不能稱為平行生物反應器的?；蛘咧辽俨环衔覀儗ζ叫猩锓磻鞯亩x，也不能勝任平行生物反應器最重要的應用如 DOE 等定量分析的需要,

平行生物反應器“平行性”的關鍵性決定因素：

       表面看來“一樣的設備和操作”，為什么實際效果會千差萬別呢?其實，無論是設備還是操作，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。這些細微的誤差貌似關系不大，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，設備和操作之間的細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，假設所有硬件都一樣，流體的運動和擾動也都是隨機的而閉環(huán)控制器的動作也因此是隨機的。大型發(fā)酵罐設備，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，都在日復一日驗證著蝴蝶效應。因此，對平行生物反應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器，不是個一蹴而就的過程。需要對設備的整體和所有部件的工作原理有深刻的理解，比如將強弱電分開，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，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，平行生物反應器內(nèi)多個罐體的參數(shù)曲線一致性、平行性、以及重復性更好;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、控制器模塊化設計,可根據(jù)不同實驗需求進行靈活配置

4、每個罐體可獨立控制溫度、攪拌、pH、DO、補料、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料量、實現(xiàn)批次、流加、連續(xù)及灌流培養(yǎng)

6、可擴展細胞密度、尾氣分析、萄糖在線檢測、補料稱重等功能模塊

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

應用：

• 微生物發(fā)酵（細菌、酵母、真菌）

• 懸浮細胞培養(yǎng)（哺乳動物、植物、昆蟲）

• 利用微載體進行貼貼壁細胞培養(yǎng)

• 培養(yǎng)基優(yōu)化、克隆篩選

• 小規(guī)模蛋白質(zhì)表達、抗體表達

• 工藝開發(fā)和工藝優(yōu)化

技術(shù)參數(shù)：