V-Control在灌流工藝中的應用

對于細胞培養(yǎng)來說，灌流工藝是指在細胞增長和產物形成過程中，不斷向生物反應器加入新的培養(yǎng)基，同時用細胞分離設備以相同速度將培養(yǎng)液和產物收獲，因此可以在細胞培養(yǎng)過程中不斷去除細胞碎片和副產物，降低細胞死亡后釋放的各種酶類可能對產物的影響。同時由于連續(xù)不斷的補加新鮮培養(yǎng)基而提供一個較恒定的培養(yǎng)環(huán)境，因此可獲得較高的單位體積產率和細胞密度。灌流培養(yǎng)的顯著優(yōu)勢在于蛋白可以隨著收獲液及時地被分離出，蛋白在反應器內停留時間短，較少受到培養(yǎng)體系內各種水解酶的降解作用，有利于蛋白質量的提高。相比于補料批次培養(yǎng)，灌流培養(yǎng)的高細胞密度、高細胞活率、高產量的特點使其能夠憑借小型生物反應器規(guī)模達到補料批次培養(yǎng)大規(guī)模生產所得的蛋白量，實現了培養(yǎng)規(guī)模小型化，一定程度上節(jié)約了成本，增加了操作的靈活度。

在灌流工藝中，通過移除耗竭的培養(yǎng)液并補充新鮮的培養(yǎng)基從而實現培養(yǎng)基的連續(xù)更新，而細胞被細胞分離設備截留在生物反應器內。

目前，用于灌流培養(yǎng)的細胞截留系統(tǒng)主要有以下幾種：基于中空纖維柱截留原理而設計的交替式切向流（Alternating Tangential Flow, ATF）系統(tǒng)中的中空纖維柱通過一根管道與反應器相連，通過高壓空氣泵入與真空泵抽負壓的反復交替切換帶動硅膠隔膜泵運動，使得細胞培養(yǎng)液通過中空纖維柱進出反應器。

灌流工藝

BioSep是專為高密度灌流培養(yǎng)而設計的細胞截留系統(tǒng)。應用高頻共振超聲波分離細胞的方法，具備所有傳統(tǒng)分離設備的優(yōu)勢，避免了傳統(tǒng)方法的固有問題和局限性。BioSep基于聲學共振技術設計，是真正無污染無堵塞問題的截留系統(tǒng)。BioSep可用于R&D的研究（1L/天），也可以用于過程開發(fā)和生產（1000L/天）。

切向流過濾（TFF）：在切向流過濾中，細胞液通過蠕動泵作用形成一個連續(xù)的環(huán)形流動方向，進入纖維膜后，廢液會通過膜排出體系之外，細胞會隨著環(huán)路重新回到培養(yǎng)體系之內。

實際操作灌流工藝時，補加到生物反應器內的新鮮料液（包括培養(yǎng)基、添加物、堿等）應與從反應器內移除的培養(yǎng)液相當，生物反應器工作體積可使用天平進行測量。

常用的灌流方法有以下幾種：

一：根據灌流速率，以設定的收獲速率泵出上清液，同時通過反饋控制自動補加新鮮培養(yǎng)基以維持培養(yǎng)體積恒定。

二：新鮮培養(yǎng)基也可按設定的速率補加，而上清液根據培養(yǎng)液水平，自動泵出。當然在儀器故障時，前者可能導致生物反應器工作體積減少以至排空，后者可導致生物反應器溢出。當發(fā)生該類情況時，V-Control通過罐重天平的反饋，罐重低于或高于操作員預先設定的報警值，將及時發(fā)出報警提醒操作員。

三：在無反饋控制下，使用校準泵進行補料和收獲，但這種方法需要較多的手動監(jiān)測和檢查，以避免反應器內體積的變化，所以這種方法不適用于生產工藝。

1 turn-key solution: V-Control

V-Control利用兩個外置的蠕動泵和天平，通過系統(tǒng)實時監(jiān)控調節(jié)補料和收獲。按給定的速率補加新鮮培養(yǎng)基，而耗竭培養(yǎng)基根據浮動的反應器重量變化，自動泵出。值得注意的是，即使使用*相同的泵，也不一定能提供*一致、精確的流速，而且長時間運行后出現的泵管老化現象會加劇這種情況。V-Control的FEED模式可以有效改善這種情況，通過在設定的時間間隔(e.g.0.5hour)計算培養(yǎng)基天平重量的變化，并與給定速率進行比較，自動調整補料泵速，減少泵及泵管帶來的誤差，精準控制灌流培養(yǎng)液的流量。另外收獲泵與罐重關聯，根據浮動的反應器重量反饋，通過PID的調控持續(xù)調整收獲泵的速度，控制流出的培養(yǎng)液流量，將罐內培養(yǎng)液保持在設定值，提供恒定的培養(yǎng)環(huán)境。

V-Control操作界面

由Applikon和Emerson聯合開發(fā)的V-Control適用于灌流工藝，也可應用于其他工藝。開放的軟件架構實現功能定制，無縫技術轉移和可放大的工藝數據。適用于實驗室到生產的反應器以及與信息系統(tǒng)的高度整合。