搖瓶實驗是多種用途的理想設定，並允許在較小的體積內測試不同的條件。因此，培養基和新增劑的成本通常較低，並且可以在空間有限的地方進行實驗。

然而，在一些已建立的發酵中，需要擴大培養量以提高產品滴度的時間點到來了。這種升級提出了某些挑戰，必須解決這些挑戰，以確保生物過程從燒瓶順利轉移到生物反應器。

在這裡，我們介紹了您在升級過程中應考慮的 5 個主要因素。

1。 確保您的細胞可以呼吸。

許多生物過程是有氧的，這意味著它們使用依賴氧氣進行代謝活動和生長的生物體。因此，當在生物反應器中將好氧培養物從搖瓶擴大到明顯更高的體積時，實現足夠的氧氣供應非常重要，同時也具有挑戰性。

在搖瓶實驗中，搖晃會增加培養基與周圍空氣中氧氣的暴露，從而容易提供足夠的溶解氧水平。在攪拌生物反應器中，必須將空氣或純氧引入培養物中，通常來自壓縮空氣瓶。分佈器在整個培養物中更均勻地分佈氣體，允許更高的氣體/介質介面，從而在培養基中實現更高的氧氣濃度。

氧氣轉移率：

氧氣

轉移率

（OTR）描述了氧氣從氣相轉移到培養基中的過程。它受到許多因素的影響，例如葉輪的設計，攪拌速度，氣體流量，氣相中的氧氣濃度以及生物反應器的體積。

通常，氧氣濃度由專用感測器測量並保持在所需的設定點，由生物過程軟體控制。如果氧氣水平下降，軟體將依次啟動某些步驟來增加它，例如，它將從加速攪拌速度開始，當不足以增加氣體流速時，並可能作為最後的措施提高氣體混合物中的氧氣濃度。

根據生物體和生物反應器的設計，應相應地調整引數，以確保為您的特定生物過程提供理想的氧氣供應。

2。 三思而後行：哪種生物反應器和攪拌裝置適合您的生物工藝？

當培養物從培養皿到搖瓶或從搖瓶到小型生物反應器時，培養物的環境條件會發生顯著變化。在這些步驟中，經常可以看到細胞代謝的變化，從而改變產品滴度或產品質量。當從臺式生物反應器轉向生產中使用的中試生物反應器（可以處理數千升）時，生物過程通常更穩定。然而，較高的體積通常更難控制，例如，在氧氣供應方面，並且需要高培養基和營養量，這增加了生物過程的成本。因此，應謹慎選擇合適的生物反應器尺寸。

除了不鏽鋼生物反應器，還有一次性系統。首次應用可確保之前不與任何其他細胞接觸，從而降低交叉汙染的風險。因此，這些系統適用於製藥或食品行業，通常用於哺乳動物細胞的生物過程。然而，對於具有高需氧量的細胞，這些血管不適合，因為通常可以實現降低的OTR

除了不鏽鋼生物反應器，還有一次性系統。首次應用可確保之前不與任何其他細胞接觸，從而降低交叉汙染的風險。因此，這些系統適用於製藥或食品行業，通常用於哺乳動物細胞的生物過程。然而，對於具有高需氧量的細胞，這些血管不適合，因為通常可以實現降低的OTR

3。 一致性是關鍵——將引數保持在範圍內將對您的生物過程產生積極影響。

生物反應器中生物工藝的一個明顯優勢是引數受到嚴格監控，並且大多數是自動響應（例如，當氧氣水平下降時，攪拌速度更高）。在工藝過程中和整個培養基中保持溫度、氧氣濃度或 pH 值恆定等引數對於受控發酵至關重要。培養量在這些努力中發揮了作用。例如，在較大的體積中，必須應用更高的攪拌速度才能達到相同的混合速度，而在較小的體積中，相同的混合需要更少的能量。

由於生物反應器通常提供不同的進料選擇，因此可以透過進料酸和鹼來方便地控制pH值。為了保持溫度恆定，必須去除外熱工藝反應產生的熱量。這是透過使用包裹在容器上的熱夾套來實現的，該夾套旨在加熱或冷卻系統。重要的是，攪拌和曝氣也會給系統帶來額外的熱量，如果加速這些過程，則必須考慮這一點。

此外，更快的攪拌會導致泡沫形成增加，由於例如電池剝離，這會對工藝的一致性產生負面影響。存在機械（影響流體動力學）和化學（防泡）措施，以減少泡沫的形成。請注意，消泡劑的新增反過來會進一步影響您的工藝或產品。

最後，為了保持引數在各個尺度上的恆定，建議在這些步驟中使用類似的裝置和策略，例如，使用相同的葉輪設計、相同的進料策略或曝氣概念。

4。 僅限受邀嘉賓：降低汙染風險。

大規模發酵需要大量的培養基、補充劑和細胞，以及在設定和操作方面的大量努力。因此，過程失敗的後果比小規模搖瓶實驗嚴重得多。當然，必須將汙染的風險降至最低，以避免這種負面結果，並且應始終確保無菌條件。幸運的是，生物反應器中的自動化過程需要更少的手動步驟，例如取樣。然而，預培養需要分多個步驟進行種植和收穫。

最終體積越高，通常需要更多的預培養步驟來依次增加適合所需體積的細胞密度。在每個步驟中，都應檢查和保證培養物的純度。同樣，在此過程中引入的所有物質（包括氣體）都必須進行滅菌，並且只能透過應定期檢查和更換的無菌過濾器進入，以避免膜汙染。

每次發酵後，都需要徹底清潔容器，以避免產品交叉汙染。如果使用一次性容器，則此步驟是多餘的，並且很容易確保該過程的清潔，無菌環境。然而，該解決方案不適用於許多發酵，尤其是涉及高細胞密度的過程。為了對容器和培養基進行滅菌以進行下一個過程，存在不同的方法，包括對罐中的新鮮培養基進行高壓滅菌或用殺菌劑清潔罐並透過過濾器引入新鮮培養基

5。 快樂的細胞是好的細胞——考慮生物體的代謝需求。

不同的生物體，甚至同一生物體的不同亞型，代表了各種各樣的代謝特徵。當然，這些特徵會影響生物過程，並受生物過程的影響，並且在每次發酵和升級過程中都必須考慮。儘管這些特徵不一定與尺度相關，但細胞環境在整個尺度上都會發生變化。更重要的是，當從搖瓶轉移到生物反應器時，但在某種程度上，在較小的，通常混合良好的反應器和較大的反應器之間。這些變化可能反過來導致代謝適應，從而可能影響您的過程。因此，徹底瞭解您的機體及其代謝需求是擴大規模以避免不愉快的意外的重要條件。