Das Prinzip des Parallelreaktors im Labor

Ein Laborparallelreaktor ist ein Gerät, das für die gleichzeitige Reaktion mehrerer Reaktionssysteme verwendet wird, dessen Prinzip darin besteht, gleichzeitig über mehrere Reaktoren zu reagieren, um die Reaktionseffizienz zu verbessern. Die Anlage besteht in der Regel aus mehreren Reaktoren, Temperaturregelsystemen, Rührsystemen und Reaktorzusatzsystemen. Unter ihnen können mehrere Reaktoren gleichzeitig verschiedene Reaktionssysteme reagieren, das Temperaturregelsystem kann die Temperatur des Reaktionssystems kontrollieren, das Rührensystem kann sicherstellen, dass das Reaktionssystem eine gleichmäßige Mischung erreicht, und das Reaktorsystem kann sicherstellen, dass der Reaktor in einem bestimmten Verhältnis zum Reaktionssystem hinzugefügt wird.

Anwendung von Parallelreaktoren im Labor

Laborparallelreaktoren werden weit verbreitet in den Bereichen chemischer Reaktionen, katalytischer Reaktionen und biologischer Reaktionen. Der Hauptvorteil besteht darin, dass mehrere Reaktionssysteme gleichzeitig reagieren können, wodurch die Reaktionseffizienz verbessert und die Experimentskosten gesenkt werden können. Darüber hinaus können Laborparallelreaktoren zur Optimierung von Reaktionsbedingungen und zum Screening von Reaktionssystemen verwendet werden, was mehr Möglichkeiten für die chemische Forschung bietet. In der chemischen Forschung können Laborparallelreaktoren für die Synthese neuer Verbindungen, die Optimierung der Reaktionsbedingungen und das Screening von Katalysatoren verwendet werden. In der biologischen Forschung können Laborparallelreaktoren für Medikamentescreening, enzymkatalytische Reaktionen usw. verwendet werden. Zusammenfassend sind Laborparallelreaktoren eine der wenigen experimentellen Ausrüstungen in chemischen Laboren, deren Anwendungen sowohl in der Chemie als auch in der Biologie eine breite Perspektive haben.

Experimentelle Analyse von Parallelreaktoren im Labor

Rührersteuerung paralleler Tanks

500 mL vierfach parallele Tank Rühren Steuerung Eigenschaften Kurve

Besonders wichtig ist die Sauerstoffversorgungskapazität des Reaktors, der Volumensauerstoffübertragungskoeffizient (KLa) ist eng mit der Rührgeschwindigkeit und der Form des Padels verbunden, so dass die stabile Kontrolle der Reaktorrührparameter besonders wichtig ist.

Einstellen von Parametern für verschiedene Drehzahlen zur Prüfung, Online-Erfassung der Rührgeschwindigkeit mit der Obermaschinensoftware und gleichzeitige Messung der tatsächlichen Drehzahl mit dem Geschwindigkeitsmesser. Im Falle der langfristigen Rührenarbeit wurde der Drehzahlunterschied zwischen den 4 Reaktoren verglichen, die Parallelität der Rührensteuerung analysiert, die Rührengeschwindigkeit der 4 Behälter wurde unter verschiedenen Einstellungswerten kontinuierlich stabil gearbeitet, der Unterschied in der Rührensteuerung zwischen den 4 Reaktoren war kleiner, um die Grundbedingungen für die nachfolgende Parallelitätskultur bereitzustellen.

Temperaturregelung für parallele Tanks

500 mL vierfach parallele Tank Temperaturregelung Eigenschaften Kurve

Der Wachstums- und Stoffwechselstand der Mikroorganismen ist eng mit der Umgebungstemperatur verbunden, und die präzise Temperaturkontrollfunktion des Systems und die parallele Fähigkeit zur Kontrolle sind ein wichtiger Indikator für die Bewertung der Parallelkultur in Fermentationsreaktoren.

Nach der Einstellung der Temperaturparameter kann das Temperaturregelsystem die Temperatur schnell auf den eingestellten Wert stabilisieren, und der Reaktor hat eine bessere Temperaturregelleistung im Testtemperaturbereich. Berechnet wurde, dass die maximale Abweichung der sechs Temperaturkontrollpunkte von 25,0 ° C bis 40,0 ° C 2,0% beträgt, innerhalb der Abweichungsanforderung von 5,0%.

Durch den Vergleich der Parallelität der Temperaturregelung zwischen den A-, B-, C- und D-Einheit-Tanks in einem 500 mL-Parallelbehältersystem wurde der Test mit dem Least Significant DifferencetTest (LSD-t) durchgeführt, wobei P < 0,05 statistisch signifikant ist und die Parallelität besser ist.

500mL vierfach parallele Tank Temperaturregelparameter

Luftdurchflussregelung für gelösten Sauerstoff im Zusammenhang mit parallelen Tanks

500mL vierfach parallele Tank assoziiert DO Luftstromkontrollkurve

Der Bereich des gelösten Sauerstoffs (DO), bei dem der Parallelreaktor stabil bleibt, hängt vom präzisen Luftwegsteuermodul ab. Das Gasmassenflusskontrollsystem (MFC) wurde erkannt, um unterschiedliche Luft- und Sauerstoffflusswerte einzustellen und den Tankdruck auf den gleichen Wert zu stabilisieren. Vergleichen Sie die Messgenauigkeit und die Parallelität des Durchflusssteuerungssystems zwischen den 4 Tank-Einheiten, die Differenz in der Luftdurchflusssteuerung zwischen den 4 Tanks verwendet LSD-t-Prüfung für die Berechnungsanalyse, nach Berechnung beträgt die maximale Abweichung der verschiedenen Luftdurchflusssteuerungspunkte 2,6%, das Luftdurchflusssteuerungssystem ist besser, die Parallelität der Luftdurchflusssteuerung zwischen den vier Tanks ist LSD (wenn P < 0,05. Unterschied signifikant) Vergleichsanalyse, es gibt keine signifikanten Unterschiede in der Luftdurchflusssteuerung zwischen den vier Tank-Einheiten, die Parallelität ist besser.

pH-Kontrolle für Parallelbehälter

500 mL vierfach parallele Tank pH-Kontrollkurve

Der Reaktor verfügt über einen kontaktbasierten elektrochemischen Sensor zur Regelung des pH-Bereichs des Reaktionsprozesses, ist mit einer Hamilton Smart ARC pH-Elektrode ausgestattet und kann über eine spezifische Belüftungsstrategie verknüpft werden. Wenn die Elektrode feststellt, dass der pH-Wert der Fermentationsflüssigkeit von den eingestellten Werten abweicht, gibt sie eine Rückmeldung an das übergeordnete Steuersystem, das das Zusatzsystem indirekt steuert, um die Alkali oder die Säure automatisch zu ergänzen. Einstellen Sie unterschiedliche pH-Werte, um zu erkennen, ob das pH-Feedback-Kontrollsystem des Bioreaktors die Anforderungen erfüllt, und das 500 mL-Vierreaktorsystem verfügt über eine bessere Feedback-Kontrolle im pH-Bereich, der für die Kultivierung herkömmlicher Mikroben erforderlich ist (pH = 5,0 ~ 8,0).

Für die Sauerstoffversorgungskapazität des Bioreaktors ist die Sauerstoffübertragungsgeschwindigkeit ein besonders wichtiger Messparameter, OTR = KLa · C. wobei KLa der Volumensauerstoffübertragungskoeffizient ist; C ist der Gradient der Sauerstoffkonzentration. OTR in Bioprozessen wird von den fluiddynamischen Bedingungen in Bioreaktoren beeinflusst, die je nach Art und Größe des Bioreaktors variieren. Daher ändern sich bei der Verwendung eines 500 mL-Reaktors für die Fermentationskultur die Art und Größe des Reaktors, was zu einer Änderung der Flüssigkeitsdynamikbedingungen führt, die Kulturbedingungen des herkömmlichen Fermentationstanks sind nicht anwendbar, die Fermentationsbedingungen müssen angepasst werden, um die Sauerstoffversorgungskapazität des Reaktors zu verbessern.

Die Belüftungsgeschwindigkeit, die Rührgeschwindigkeit und die Form des Rührpodels sind wichtige Faktoren, die die Sauerstoffversorgungsfähigkeit des Reaktors beeinflussen. Die Regelung der Belüftungsgeschwindigkeit und der Rührgeschwindigkeit ist ein einfaches und effektives Mittel zur Regelung der Sauerstoffversorgung.

Beziehung zwischen Parallel Fermentationstank OTR und Fluiddynamikparametern

Parallelität der parallelen Tank-Wärmemembrankultur

Verwenden Sie diesen Reaktor zur Fermentation von S288C-Stämmen, um die Kultivparallelität zwischen den vier Tanks zu analysieren.

Unter den gleichen Kulturbedingungen zeigten Bakterien einen konsistenteren Trend im Zellstoffwechsel in den 500 ml-Reaktoren A-, B-, C- und D-Tanks mit einer guten Parallelität zwischen den vier Tanks. Offline-Parameter wie Zuckerverbrauch, Bakterienmenge und andere in Kombination mit der quantitativen Online-Parameteranalyse zeigen, dass während der exponentiellen Wachstumsperiode Änderungen in den relevanten metabolischen Parametern eine Beziehung zum Bakterienwachstum aufweisen. Ohne Veränderung des Luftvolumens während des gesamten Fermentationsprozesses führt der Bakterium hauptsächlich eine anaerobe Fermentation durch, die einen synchronen Anstieg des Trockenzellgewichts (DCW) und der CER zeigt (siehe Abbildung 11), in der die Sauerstoffnutzung geringer ist, die DO-Schwankungen geringer sind, und die CER sinkt drastisch, wenn die Glukose auffällt, wenn eine Fermentation aufhört, in die Plattformphase einzutreten. Nach einer kurzen Plattform-Anpassungszeit beginnen Bakterien eine Sekundärfermentation und zeigen einen Sekundäranstieg von DCW und CER. Die Vergleichsanalyse zeigt, dass der Verbrauch von Substratkohlenstoffquellen in 4 Tanks ähnlich ist und die Fermentationszyklusänderungen gleich sind, die makroparameter linear gut sind und eine gute Parallelität zeigen.

Makroparameter der Bakterienfermentation in 500 mL parallelen Tanks

Schlussfolgerung

Mit der rasanten Entwicklung der biomedizinischen Forschung und Anwendungen ist eine Bioreaktorplattform für Prozesstests dringend erforderlich, um die Lücke zwischen der Verfügbarkeit von gen- und zelltechnischen Stämmen und der quantitativen Charakterisierung der Stoffwechseleigenschaften der Stämme unter Kulturprozessbedingungen zu überbrücken, um eine schnelle quantitative Charakterisierung der physiologischen Stoffwechseleigenschaften der Stämme und eine Optimierung des Kulturprozesses zu erreichen. Dieser Artikel umfasst eine umfassende Bewertung und Optimierung der Sauerstoffversorgungskapazität des eigenständig entwickelten 500 mL-Vier-Link-Parallelbioreaktorsystems und bildet die Grundlage für die nachfolgende Analyse der metabolischen Eigenschaften von Bakterienfamilien und Zellstämmen.

Bei der Analyse und Bewertung der Leistung des 500 mL-Vierreaktors-Kaltform-Parametersteuerungsexperiments wurde die maximale Abweichung des pH-, Temperatur-, Drehzahl- und Belüftungsmoduls des 500 mL-Paralleltanks in verschiedenen Parameterstellungspunkten innerhalb der Abweichungsanforderung von 5% verglichen. Berechnet durch die LSD-t-Parametrisierungsprüfung, gibt es keine signifikanten Unterschiede zwischen den vier Reaktionstankeinheiten, die Reaktor-Kaltformparametersteuerung erfüllt die Regelanforderungen und die allgemeine Parallelität ist besser.

Die experimentellen Ergebnisse von Stämmen in 500 mL Bioreaktoren haben eine bessere Wiederholbarkeit und Parallelität, die die Parameter der makroskopischen Eigenschaften während der Bakterienfermentation genau charakterisieren können. Vom herkömmlichen Einheitsbetrieb bis hin zur systematischen Technik, von Makro bis Mikro, besteht die aktuelle Forschung darin, sich mit verschiedenen Hochtechnologiebereichen zu durchdringen und zu integrieren, um die Randtechnologie zu bilden. Mit der tiefen Entwicklung der Biotechnologieforschung, wie man aus ingenieurlicher Perspektive eingehende Erkenntnisse durchführt, von der empirischen Beschreibung des Makros bis zum Verständnis des Wesens des Mikroskops, legt eine gute Grundlage für den Aufbau einer Plattform für die Analyse von Prozessprüfungen, die Makro- und Mikroskop-Kombination haben, die für die Optimierung und Vergrößerung des Prozesses von großer Bedeutung ist.