非侵入式生物反應器監(jiān)測的制作方法
【專利摘要】將一對能夠容納發(fā)射體探針和探測器探針的容器安裝在生物反應器的內部，以在不接觸營養(yǎng)培養(yǎng)基的情況下監(jiān)測所述營養(yǎng)培養(yǎng)基的性質。
【專利說明】非侵入式生物反應器監(jiān)測

【背景技術】
[0001]用于生長細胞和有機體的生物反應器需要頻繁監(jiān)測營養(yǎng)培養(yǎng)基來調整其特性，從而獲得最佳生長。所述監(jiān)測最常通過經由生物反應器中的端口對營養(yǎng)培養(yǎng)基取樣來完成，這具有污染生物反應器的風險；另外使用的方法是將營養(yǎng)培養(yǎng)基輸送通過流動池，但這仍然含有污染風險。最近，已經通過使用一次性傳感器完成監(jiān)測，所述傳感器被安裝在生物反應器的內部且從袋子外部來讀取其反應；雖然這種方法提供了一種實用的選擇，但其仍然不太理想，因為使用這種方法具有高反應可變性和高成本。
[0002]仍需要建立一種直接監(jiān)測生物反應器中營養(yǎng)培養(yǎng)基的特性而不從生物反應器中移出營養(yǎng)培養(yǎng)基，從而記錄參數(shù)例如pH、光學密度、細胞數(shù)量、溶解氧、溶解二氧化碳、葡萄糖濃度和探測器可以獲得的其它特定參數(shù)的方法。
[0003]本發(fā)明允許將電磁波或者聲波發(fā)射體探針放置在生物反應器內部而不接觸營養(yǎng)培養(yǎng)基，且另外將電磁波或者聲波探測器放置在生物反應器內部而不接觸營養(yǎng)培養(yǎng)基。容納發(fā)射體探針和探測器探針的一次性容器是所使用的選定輻射或波類型完全可透過的。發(fā)射體探針和探測器探針之間的距離是通過將它們置于不同的高度(在使用V型容器時)或通過將它們以相隔預定距離安裝在生物反應器內來調整。發(fā)射體和探測器之間的營養(yǎng)培養(yǎng)基被用作測試樣品。
[0004]探針的角度決定了被測輻射是透射還是衍射；當相對時，測量的是透射輻射，且當以某一角度放置以使得探針的視線路徑相交時，被測輻射是衍射輻射。
[0005]本發(fā)明的方法涉及將一個容器安裝在一次性生物反應器中，以使得用于發(fā)射體探針和探測器的容器可從外部進入；所述容器也可以用在非一次性生物反應器中。
[0006]本發(fā)明提供一種用于監(jiān)測生物反應器的經濟有效的解決方法，因為昂貴的發(fā)射體探針和探測器被再利用，且只有容納它們的容器在使用一次后被處理掉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1展示V型容器的多個視圖。圖1(a)為展示探針位置的V型容器側視圖；圖1(b)為展示探針和用來測量衍射的輻射路徑的V型容器側視圖；圖1(c)為展示探針和用來測量透射輻射的直線輻射路徑的V型容器側視圖；圖1(d)為展示置于生物反應器內部的V型容器的生物反應器側視圖，其展示從生物反應器的外部直接進入所述容器的內腔。
[0008]圖2展示以彼此相隔固定距離安裝的兩個容器的多個視圖；圖2(幻為兩個容器和位于所述容器內的探針的側視圖；圖2(b)為兩個容器和位于兩個容器內的探針和輻射路徑的角度圖。

【具體實施方式】
[0009]生物反應器中某一過程的最佳操作需要監(jiān)測參數(shù)例如pH、溶解氧、溶解二氧化碳、光學密度、細胞數(shù)量、葡萄糖濃度和所述過程的各種其它特定參數(shù)。監(jiān)測這些參數(shù)的原因是允許調整營養(yǎng)培養(yǎng)基的條件或化學組成，以使生物反應器中的細胞和有機體的生長狀況最佳。
[0010]分光光度技術已取得巨大進步，其中可以使用光的可見、紫外和紅外波長來監(jiān)測營養(yǎng)培養(yǎng)基性質的若干個參數(shù)；連同激光一起使用超聲波和微波已進一步改進分光光度計探測營養(yǎng)培養(yǎng)基性質的能力；此外，將來電子設計、用途更多的微型化發(fā)射體探針和探測器的改進將使得更有效和高效地監(jiān)測生物反應器中的營養(yǎng)培養(yǎng)基的特性變得更方便和實用，條件是可以在生物反應器內部非侵入式使用這些探針。
[0011]監(jiān)測營養(yǎng)培養(yǎng)基性質的最有效方法是使其樣品接受光或聲輻射，且從發(fā)射輻射和探測輻射之間的差異可以評估營養(yǎng)培養(yǎng)基的特定性質。未被滿足的需求是允許分光光度計和聲級計在不從生物反應器中移出營養(yǎng)培養(yǎng)基且不接觸營養(yǎng)培養(yǎng)基的情況下操作。
[0012]所述需求在本發(fā)明中是通過安裝由所用輻射可透過的材料制成的V形容器來實現(xiàn)；可以從外部進入所述V形容器的兩個臂，以插入發(fā)射體探針和探測器。探針的位置決定了它們之間的距離，將探針深推到所述容器中會減小它們之間的距離。由于所監(jiān)測的營養(yǎng)培養(yǎng)基位于所述容器的兩個臂之間，因此監(jiān)測更高濃度的營養(yǎng)培養(yǎng)基將需要通過將探針向上推往所述V形容器的兩個臂的接合處來減小光通道的長度。
[0013]在本發(fā)明的更一般的用途中，將探針插入附接到生物反應器底部的獨立容器中。
[0014]可以將發(fā)射體和發(fā)射體探針旋轉成一定角度，以使得所發(fā)射的輻射從所述輻射的分散或衍射被探測器探測到。這將類似于測量混濁度而非透射率，透射率是在兩個探針相對時測量的。
[0015]第一優(yōu)選實施例展示在圖1中，其中V形容器5具有能夠容納探針I(yè)和2的內腔以及用于插入探針的開口 3和4。與探測器探針路徑8成一定角度的所發(fā)射輻射的路徑7展示如何探測到衍射輻射。當所述探針相對時，它們之間形成允許測量透射輻射的直線路徑6。將容器5安裝在生物反應器9的內部，優(yōu)選附接到所述生物反應器的底表面，以使得開口 3和4允許容器5的內腔與所述生物反應器的外部流體連通，所述生物反應器可以另外含有入口 11和出口 10以及完全浸沒容器5的營養(yǎng)培養(yǎng)基。
[0016]圖2是另一優(yōu)選實施例，其中與如圖1中所示的一個V形容器不同，存在兩個獨立的容器，一個容器2用來容納發(fā)射體探針，且一個容器13用來容納接受器；透射路徑14穿過這兩個容器，且當輻射路徑成角度15時，其被用于確定衍射。當安裝在容器9中時，所述裝置被附接到容器9的底部，所述容器9可以具有入口端口 11和排氣口 10。
[0017]因此，本發(fā)明提供一種在使用傳統(tǒng)方法記錄營養(yǎng)培養(yǎng)基性質的同時非侵入式監(jiān)測營養(yǎng)培養(yǎng)基的實用解決方法。
[0018]本發(fā)明將一直有益，因為新型探針的開發(fā)增強了本發(fā)明用于監(jiān)測生物反應器中的營養(yǎng)培養(yǎng)基而不影響其無菌性或破壞生物反應器的完整性且不從生物反應器中移出樣品的效用。
[0019]本發(fā)明中所使用的發(fā)射體探針和探測器是非一次性的，且因此在提供最高靈敏度和監(jiān)測操作可重復性的同時，操作成本大幅降低。
[0020]監(jiān)測可變深度的營養(yǎng)培養(yǎng)基的能力對監(jiān)測營養(yǎng)培養(yǎng)基的一系列濃度的被監(jiān)測實體十分有利；這類似于稀釋樣品以研究其性質。探針之間的距離代表了被監(jiān)測液體的深度，且這通過將探針上移或下移到V形容器的頂端來改變。
[0021]本發(fā)明還提供通過將一次性容器安裝在生物反應器內部來監(jiān)測營養(yǎng)培養(yǎng)基的解決方法，所述容器可以從生物反應器的外部進入，以將發(fā)射體探針和探測器插入生物反應器的內部而不接觸營養(yǎng)培養(yǎng)基。所述容器的構成材料與它在分光光度計中所使用的材料相同，其中所述容器的壁是特定電磁波或聲波可透過的；這些容器元件的造價便宜且無需使用一次性發(fā)射體探針或探測器。
[0022]本發(fā)明還提供結合使用安裝在生物反應器內部的一次性片塊或探針的新穎解決方法，其中這些探針在與營養(yǎng)培養(yǎng)基的內容物發(fā)生反應時發(fā)射熒光。所述熒光隨后被容器中容納的探測器探測到，從而允許獲得高測量精確度。使用本發(fā)明，可以通過使探測器元件更接近生物反應器內的這些片塊來更緊密和更精確地監(jiān)測這些探針。在此情況下，可以將所述片塊附接到暴露于營養(yǎng)培養(yǎng)基的容器部分，且探測器還可以包含光源以激發(fā)熒光探針。
[0023]本發(fā)明可以用于非侵入式測量生物反應器內的各種參數(shù)；這些參數(shù)包含(但不限于)溫度、pH、光學密度、溶解氧、溶解二氧化碳、葡萄糖濃度和其它化學實體。
[0024]雖然光學密度是細菌培養(yǎng)物生長的良好指示物，但哺乳動物細胞培養(yǎng)物需要對特定體積中的細胞進行計數(shù)。由于容納發(fā)射體探針和發(fā)射體探針的容器之間存在少量液體培養(yǎng)基，因此安裝指向兩個容器之間的液體的光學元件(例如顯微鏡透鏡或攝像機)來對細胞進行計數(shù)。值得注意的是，用于構成容器的材料可以透光而不產生任何畸變，且因此允許更可靠地進行顯微鏡檢查?；蛘?，攝像機可以記錄細胞圖像，且然后讀取照片來計算細胞密度。
[0025]在分析方法中使用聲波(聲波和超聲波兩者)是一種快速發(fā)展的科學技術；聲波和超聲波可透過的材料可以廣泛獲得，且在本發(fā)明中，容器也可以由這些材料制成，從而允許使用聲波和超聲波進行探測。
【權利要求】
1.一種監(jiān)測生物反應器中的營養(yǎng)培養(yǎng)基的方法，所述方法包括: a.將至少一對適合容納發(fā)射體探針或探測器探針的容器安置于生物反應器中，所述容器具有一個與所述生物反應器的外部流體連通的開口端和一個密封端； b.將發(fā)射體探針安置于第一容器中； c.將探測器探針安置于第二容器中； d.將所述發(fā)射體和所述探測器探針的方向調整為相互面對以讀取透射輻射，或調整為呈一定角度以讀取衍射輻射；以及 e.激活所述發(fā)射體和探測器探針，以記錄所施加輻射的透射或衍射。
2.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中使容器的所述密封端相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中將多個第一和第二容器安置于所述生物反應器內。
4.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測 方法，其中所述容器是由金屬、塑料、玻璃或熔融石英制成。
5.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中所述容器為圓形、橢圓形、長方形或正方形管。
6.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中所述容器是由聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚四氟乙烯材料制成。
7.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中構成所述容器的材料是所用的輻射類型可透過的。
8.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中聲輻射包括聲波、超聲波或次聲波。
9.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中電磁輻射包括無線電波、微波、紅外輻射、可見光、紫外輻射、X射線和伽馬射線。
10.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中監(jiān)測所述營養(yǎng)培養(yǎng)基的pH、溶解氧、溶解二氧化碳、光學密度或所述營養(yǎng)培養(yǎng)基中的化學實體的特性或濃度。
11.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中所述探測器探針為能夠對所述營養(yǎng)培養(yǎng)基中的細胞數(shù)量進行計數(shù)的光學元件或攝像機。
12.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中所述發(fā)射體探針為安置于所述生物反應器內且暴露于所述營養(yǎng)培養(yǎng)基的一次性突光兀件。
13.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測方法，其中將多個發(fā)射體和探測器探針安裝在所述容器中，且同時記錄所述營養(yǎng)培養(yǎng)基的幾種性質。
【文檔編號】C12P1/00GK104169440SQ201280060906
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2012年10月4日 優(yōu)先權日:2011年10月21日
【發(fā)明者】沙法拉·K·尼亞齊 申請人:醫(yī)用蛋白國際有限責任公司