超聲波流量傳感器/流量計(jì)在灌流工藝中的應(yīng)用

隨著切向流過濾（TFF）及交替式切向過濾（ATF）的廣泛應(yīng)用，灌流工藝效率大幅提升，越來越多的生物制藥企業(yè)開始研發(fā)和應(yīng)用灌流工藝。那么，什么是灌流工藝呢？灌流工藝是指在生物發(fā)酵過程中，不斷向發(fā)酵罐灌流培養(yǎng)液（包括培養(yǎng)基、添加物、堿等），同時(shí)以相同流量流出廢棄的培養(yǎng)液（包括耗竭的培養(yǎng)基、細(xì)胞廢棄、采樣體積等），從而提供一個(gè)比較恒定的培養(yǎng)環(huán)境，獲得較高的單位體積產(chǎn)率。

穩(wěn)定的灌流工藝需要適當(dāng)控制培養(yǎng)基的補(bǔ)進(jìn)和流出速度，保持所需的灌流速率。通過活細(xì)胞濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、穩(wěn)定理想的細(xì)胞特異性灌流速率（cell specific perfusion rate, CSPR）以及灌流速率等參數(shù)來調(diào)節(jié)細(xì)胞排出量，反應(yīng)器內(nèi)可維持恒定的工作體積和細(xì)胞密度。通常線下控制水平對(duì)生產(chǎn)工藝性能和產(chǎn)品質(zhì)量存在一定的影響。研究表明在 ＣＨＯ細(xì)胞生產(chǎn)重組人干擾素β（β-IFN）時(shí)，低溫灌流培養(yǎng)與批次培養(yǎng)相比，產(chǎn)率可提高3.5倍，單位體積產(chǎn)率提升７倍，并且可降低３９％的聚集體和提高一定的生物活性。在生物反應(yīng)器中進(jìn)行短時(shí)間灌流，緊接著使用高濃縮補(bǔ)料進(jìn)行常規(guī)補(bǔ)料分批培養(yǎng)，與傳統(tǒng)補(bǔ)料分批工藝相比，整體產(chǎn)率增加近一倍。灌流反應(yīng)器和四柱式周期性逆流色譜的整合系統(tǒng)用于連續(xù)捕獲目的蛋白，比當(dāng)前灌流或補(bǔ)料分批培養(yǎng)的單位體積產(chǎn)率高得多。

由此可見，流體控制在灌流工藝中非常重要，通常采用二種控制方法：

一種是根據(jù)灌流速率，以給定的速率泵出廢棄的培養(yǎng)液，同時(shí)通過反饋控制自動(dòng)補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)液以維持培養(yǎng)體積恒定。另外一種是新鮮培養(yǎng)液按照給定的速率補(bǔ)加，而廢棄的營養(yǎng)液根據(jù)培養(yǎng)液水平，自動(dòng)泵出。如果排出泵或者補(bǔ)加泵出現(xiàn)故障時(shí)，前者可能導(dǎo)致生物反應(yīng)器排空，后者可能導(dǎo)致反應(yīng)器溢出。

那么，如何避免上述情況發(fā)生呢？應(yīng)用迅音科技超聲波流量傳感器/流量計(jì)可以有效監(jiān)測(cè)液體管路的流量，從而有效判斷灌流工藝中排出泵和補(bǔ)加泵的性能，同時(shí)監(jiān)控管路老化，實(shí)現(xiàn)更高程度的過程自動(dòng)化、智能化管控。

除此之外，迅音科技超聲波流量傳感器/流量計(jì)在生物灌流工藝中還有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1、更衛(wèi)生更安全：超聲波流量傳感器/流量計(jì)采用外夾式非接觸設(shè)計(jì)，可以在不干擾流體流動(dòng)的情況下進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，避免交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)，保證營養(yǎng)液等液體的衛(wèi)生潔凈。

2、更精準(zhǔn)更可靠：超聲波流量傳感器/流量計(jì)測(cè)量精確度可達(dá)±2%甚至更優(yōu)，確保測(cè)量更精準(zhǔn)、更可靠。

3、更緊湊更高效：超聲波流量傳感器/流量計(jì)采用集約化設(shè)計(jì)，內(nèi)置集成電路和計(jì)算處理系統(tǒng)，可提供國際標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議和多種輸出信號(hào)，方便與灌流工藝各種控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行集成和連接。通過與計(jì)算機(jī)或PLC等系統(tǒng)的連接，可以實(shí)時(shí)顯示和記錄流量數(shù)據(jù)，生成各種可視化圖表和報(bào)告，助力灌流工藝產(chǎn)率提升。

4、更多功能更廣應(yīng)用：超聲波流量傳感器/流量計(jì)支持雙向測(cè)量，測(cè)量范圍更寬，適用于各種流體特性和灌流條件，無論是低粘度還是高粘度流體，都能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。同時(shí)，兼具氣泡檢測(cè)功能。

綜上所述，隨著灌流工藝的日趨成熟與完善，越來越多的生物制藥企業(yè)選擇灌流工藝，而迅音科技的超聲波流量傳感器/流量計(jì)憑借小管徑、低流速、非接觸、易拆裝等優(yōu)勢(shì)，助力提升灌流工藝單位體積產(chǎn)率，有效控制生產(chǎn)成本，在灌流工藝中受到越來越多生物制藥企業(yè)的青睞。

資料參考:

1、animal cell culture chapter-13: perfusion process

2、蘇爽，金永杰，黃瑞晶，李 劍，徐寒梅. 哺乳動(dòng)物細(xì)胞灌流培養(yǎng)工藝研究進(jìn)展. 中國生物工程雜志. 2019, 39（3）：105-110

3、靳露，周航，曹云，王振守，曹榮月. 高通量灌流培養(yǎng)模型在生物工藝開發(fā)中的應(yīng)用研究. 中國生物工程雜志，2020, 40（8）：63-73