生物反應(yīng)器
淺述生物反應(yīng)器工作原理
時(shí)間：2022.06.24
生物過程是生物系統(tǒng)在生物反應(yīng)器中進(jìn)行生化反應(yīng)的過程。生物反應(yīng)器是人們對生物有機(jī)體進(jìn)行有控制的培養(yǎng)以生產(chǎn)某種產(chǎn)品或進(jìn)行特定的反應(yīng)的容器。
生物反應(yīng)器中生物系統(tǒng)及其所處環(huán)境構(gòu)成了相對封閉的生態(tài)系統(tǒng)。在這一生態(tài)系統(tǒng)中，生物系統(tǒng)與環(huán)境因子間存在相互作用。生物系統(tǒng)其表型不僅與基因型密切相關(guān)，也與細(xì)胞所處的微觀或宏觀環(huán)境條件( 營養(yǎng)種類、pH、溫度、溶解氧、生物反應(yīng)器的混合與傳遞特性等) 密切相關(guān)，也就是說基因型與環(huán)境共同決定了生物系統(tǒng)的表型特征。另一方面，生物過程具有高度非線性和時(shí)變性特征，難以用環(huán)境操作參數(shù)的檢測與控制為目的的宏觀動(dòng)力學(xué)來表征其復(fù)雜的本體特征。
既然宏觀動(dòng)力學(xué)研究并不能真正代表生物細(xì)胞體復(fù)雜的本體特征，所開展的過程優(yōu)化可能無數(shù)據(jù)支持。而其微觀影響因素也許只是發(fā)生在基因、酶、細(xì)胞或反應(yīng)器水平的某一個(gè)尺度上，最終會(huì)在宏觀過程中有所反映，這為研究生物反應(yīng)器中不同尺度的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析方法提供了線索。以細(xì)胞為主體的細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的生物反應(yīng)過程呈現(xiàn)出基因分子尺度、細(xì)胞尺度與生物反應(yīng)器尺度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且不同尺度的網(wǎng)絡(luò)間有著輸入輸出關(guān)系，存在著信息流、物質(zhì)流與能量流，不同尺度的參數(shù)相關(guān)關(guān)系更能反映生物過程的本質(zhì)特征，找到影響細(xì)胞代謝流的敏感參數(shù)是生物過程控制和優(yōu)化的關(guān)鍵。
理想的生物反應(yīng)器系統(tǒng)應(yīng)該要盡可能對于不同尺度操作參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測和分析，從而有可能構(gòu)建一種優(yōu)化的外在環(huán)境，使微生物的基因表達(dá)及代謝調(diào)控最有利于某種目的產(chǎn)物的生物合成，最大限度地積累目的產(chǎn)物。
基于上述觀點(diǎn)，我司的生物反應(yīng)器進(jìn)行了全方位優(yōu)化，包括各種用于細(xì)胞生理代謝特性檢測的先進(jìn)傳感器、用于生物過程微觀代謝流分析的傳感反應(yīng)器及控制系統(tǒng)、適用于細(xì)菌、細(xì)胞生理代謝參數(shù)相關(guān)分析的計(jì)算機(jī)軟件包和用于發(fā)酵過程數(shù)據(jù)處理及遠(yuǎn)程分析的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等。該系統(tǒng)能夠盡可能多地獲得生物加工過程各尺度的生物信息，然后基于多尺度參數(shù)相關(guān)原理，通過計(jì)算機(jī)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，在海量數(shù)據(jù)中找到以參數(shù)相關(guān)性特征為依據(jù)的過程優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而用來指導(dǎo)工藝操作、設(shè)備設(shè)計(jì)或菌種篩選改造，最終實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化與放大。
( HOLVES生物反應(yīng)器 )
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