微小型生物反應(yīng)器體積微小但在線分析檢測(cè)和過(guò)程控制功能媲美臺(tái)式裝備。其核心支撐技術(shù)包括一次性材料及微加工技術(shù)、非接觸式光學(xué)傳感器、自動(dòng)化以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）、數(shù)據(jù)分析軟件與過(guò)程控制的整合。由于體積微小、湍流程度和單位能耗較低,微小型反應(yīng)器內(nèi)的混合、傳質(zhì)、剪切特性與工業(yè)規(guī)模設(shè)備有一定的區(qū)別�，F(xiàn)階段微小型生物反應(yīng)器主要用于菌株和細(xì)胞系篩選和工藝優(yōu)化,在實(shí)現(xiàn)高通量工藝的同時(shí)確保了數(shù)據(jù)的豐度,對(duì)縮短研發(fā)周期和加速產(chǎn)品上市,尤其是在應(yīng)對(duì)突發(fā)性傳染性疾病方面有著重要的意義。未來(lái),精準(zhǔn)醫(yī)療概念的落實(shí)也依賴功能柔性化的微小型生物反應(yīng)器系統(tǒng)。 

【文章來(lái)源】：生物工程學(xué)報(bào). 2020,36(11)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

典型小型平行反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖

微小型生物反應(yīng)器上應(yīng)用較為成熟的溶氧測(cè)量是基于氧氣對(duì)熒光的淬滅作用，即熒光物質(zhì)發(fā)光強(qiáng)度在氧原子的作用下衰減加速的現(xiàn)象。該現(xiàn)象在19世紀(jì)30年代就被發(fā)現(xiàn)，但是由于反應(yīng)體系內(nèi)其他的物質(zhì)，以及環(huán)境的溫度和光照等因素的干擾，一直沒(méi)有成功用于溶氧濃度測(cè)定。20世紀(jì)80年代人們發(fā)現(xiàn)固定在硅膠薄膜內(nèi)的熒光物質(zhì)顆粒在薄膜的保護(hù)作用下穩(wěn)定性和對(duì)溶氧的靈敏度大大提高[8-9]，此后基于這個(gè)原理的光學(xué)溶氧傳感器獲得廣泛應(yīng)用，且不僅限于微小型生物反應(yīng)器。2.2.2 pH

葡糖糖測(cè)量目前最成熟的技術(shù)是基于酶催化的，國(guó)內(nèi)外都有一次性使用產(chǎn)品，包括標(biāo)準(zhǔn)尺寸的電極以及整合到培養(yǎng)容器上的微小型產(chǎn)品。但作為電化學(xué)傳感器而非光學(xué)傳感器，它需要有導(dǎo)線連接到信號(hào)處理元件。此外，這種電極本身會(huì)消耗葡萄糖，對(duì)微型反應(yīng)器尤其是維持較低葡萄糖濃度的微型反應(yīng)器會(huì)有一定的影響。在小型反應(yīng)器中的應(yīng)用會(huì)更容易一些。微小型反應(yīng)器的溫度測(cè)量和控制有著兩方面的重要性。除了生化反應(yīng)本身的要求之外，溫度還決定了其他感應(yīng)元件的準(zhǔn)確度。由于生物反應(yīng)一般比較溫和，溫度的測(cè)量是相對(duì)容易和廉價(jià)的。對(duì)于基于微孔板的微型反應(yīng)器，巨大的比表面積和很小的反應(yīng)體積意味著很好的傳熱效率，僅需要維持培養(yǎng)室內(nèi)整體溫度即可。但其缺點(diǎn)是溫度這個(gè)重要的參數(shù)不能作為一個(gè)變量用于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這對(duì)很多生物催化體系來(lái)說(shuō)是巨大的不便。對(duì)于Sartorius ambr?15系列這樣10 m L以上的微型反應(yīng)器，每個(gè)反應(yīng)器容器有獨(dú)立的腔室，靠容器壁傳熱可以保持內(nèi)外溫度相等，所以無(wú)需將溫度傳感器集成到反應(yīng)器上。小型生物反應(yīng)器則可使用更加成熟的插入式熱電偶/熱電阻以及換熱裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。


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