细胞密度仪

我国生物发酵领域通过手工不断取样，了解微生物菌种生长特性的落后实验方法将得到彻底改变。上海智城分析仪器制造有限公司科研人员经过多年研究，成功开发出采用非接触式技术，对微生物菌种进行OD值在线实时检测的ZWYF—290B型在线光密度检测摇床新品。据了解，这一专利产品的问世，改变了我国生物发酵领域无此类国产设备的尴尬。 众所周知，我国对生物发酵技术的研究和应用经过数十多年的快速发展，已经使我国迈入了世界生物工程领域发酵大国的行列。但我国在此领域的科研水平及取得的科研成果与发达国家相比，还存在着较大的差距，实验装备的落后是其中的一个重要原因。目前我国在生物工程发酵领域对微生物菌种的培育和研究，还沿用着传统的，通过手工不断取样来了解微生物菌种生长特性的实验方法。这种手工操作方法不但费时费力，准确度底，重复性差，其研究效率还十分低下。这一状况已经成为我国生物发酵工程领域对微生物菌种进行培育和筛选的重要瓶颈。广大生物发酵领域的实验人员迫切希望能有国产的自动化检测设备早日问世，能够将他们从繁琐、繁重的实验操作中解放出来，实现我国从发酵大国走向发酵强国的夙愿。 ZWYF—290B型在线光密度检测摇床是一种采用非接触式检测技术，对微生物细胞浓度进行光密度（optical density,OD）值在线实时检测的恒温摇床新品。该产品在叠加式真彩触摸屏摇床上配置一个非侵入式多通道光度检测器，在动态环境下，实时测量微生物发酵液中细胞的光密度,在线跟踪微生物生长的浓度或粒度变化，为生物工程、生物医学和生物制药等提供了一款基础性的新型生物反应器。该产品使用波长为600/660nm激光光源，采用250mL特制锥形三角瓶作为生物发酵摇瓶，可以满足一般微生物发酵过程检测和细胞生长速率的在线分析。该新产品抗干扰噪声强，能在250rpm等转速振动的环境中获得真实的微生物细胞生长曲线。设备可选4、8、12和16通道, 适合正交试验、均匀实验和DoE设计实验，从而高效实现菌种筛选、培养基优化、工艺优化和动力学分析等。此外，产品所配置的无线数据采集和传输功能，为进一步实现多机联网、高通量大数据生物反应和分析创造了条件。 该产品适用于菌种筛选、培养基优化、发酵工艺优化等研究，能显著提高工艺优化与筛选效率。还可广泛应用于微生物细胞、动物细胞和植物细胞培养与发酵，在生物医药、食品开发、生物农业、环境治理等领域进行菌种筛选和工艺开发具有很好的应用前景。根据研究需要，该产品还可更换激光波长，应用于酶、蛋白质等活性物质的检测等。 采用ZWYF—290B型在线光密度检测摇床所得到的实验效果图形： 图一、大肠杆菌、农杆菌生长曲线自动生成（37℃,12小时） 图二、交大昂立的一种营养食品菌种在不同培养基中的生长曲线(37℃,17小时) Min 图三、接种不等量菌株，记录的大肠杆菌生长曲线

01背景这篇文竟是关于拉曼自动化反馈控制多种补料成分以实现高接种密度增强型fed-batch平台过程的研究论文。该研究旨在开发控制策略，通过在线拉曼光谱法监测和调整代谢物浓度，以实现高接种密度下的细胞培养过程中的高产量和稳定性。具体使用了增强型high inoculation density (HID)高接种密度培养fed-batch平台过程来培养五个不同谷氨酰胺合成酶piggyBac® 中国仓鼠卵巢细胞CHO克隆。通过在线拉曼光谱法连续监测残余glucose葡萄糖、phenylalanine苯丙氨酸和methionine 甲硫氨酸的浓度变化，开发了partial least squares models偏最小二乘模型。通过持续监测残余代谢物浓度，自动调整三种补充成分的补料速率，从而保持葡萄糖、苯丙氨酸和甲硫氨酸在期望的设定点上，并确保其他营养物质浓度在所有培养的克隆中保持在可接受的水平。02材料与设备细胞系与培养使用了Lonza HID平台的 GS piggyBac® CHO clones细胞系，共有5个克隆体。采用了100*105的初始接种密度，在1L或者5L的体积进行培养。模型建立使用了SIMCA v16分别对glucose, phenylalanine and methionine进行建模处理。首先是光谱区域的选择，主要是基于了在纯水中他们各自的特征光谱范围。其次，通过 first derivative, Savitzky-Golay smoothing and standard normalvariate normalization (SNV) 的方法对原始光谱进行了预处理。建立的模型结果如Table 1所示。参考已知的文献并结合所建模型的R2以及root mean squared error of estimation and cross-validation (RMSEE/RMSECV) ，初步判断模型可用。分对于glucose, phenylalanine, and methionine，如果RMSEPs 是 可以看出，利用拉曼自动回路控制的方式，通过动态提供培养物所需的氨基酸，有助于降低克隆间代谢的差异性。此外，为了进一步验证拉曼自动控制的HID培养的效果，研究人员通过Peak VCC、Harvest VCC、 Harvest viability、Harvest lactate、Harvest NH4、Harvest product concentration六个维度来评估对细胞生长和产量的实际影响。可以看出，在HID平台上培养的所有克隆均获得较高的Peak VCC(320.5±32.3×105) cells/ mL)，且直到收获当天，大多数HID培养保持在以上200.0×105 cells/mL(4/5clones)。总的来说，除2 clone号外，在HID工艺上培养的所有克隆在收获时都有很高的活力(2clone的收获活力较低，是因为在培养结束时无意添加了碱基，导致VCC下降)。除2 clone，收获时培养存活率均大于85%。在HID培养过程中使用的自动培养策略的另一个好处是代谢副产物的低水平。乳酸和铵是代谢副产物，其积累与抑制细胞生长有关。总体而言，在HID工艺下培养的所有克隆的平均乳酸收获浓度(0.8±0.5 g/L)和铵收获浓度(0.07±0.02 g/L)均较低，这表明以该种控制策略培养，不仅对氨基酸副产物的积累影响很小，而且对其他常见抑制副产物的积累影响也很小。最后，本研究使用的5个clone在HID培养过程中获得了较高的收获产物浓度(6.5±1.2 g/L)。相比之下，本研究中获得的收获产物浓度平均略高于之前所报道的(6.5±1.2 g/L)。也可以得出结论，在本研究中观察到的较高的产品浓度，部分原因是由于提出的自动化策略可以维持高接种密度培养的营养需求，从而实现所需要补料操作的自动化，减少了危险副产品的积累。05结论该研究通过应用在线拉曼监控技术和自动化反馈控制策略，实现了高接种密度下的增强型细胞培养过程的稳定和高产量。这为生物制药行业开发更高效、成本更低的生产过程提供了新的思路和方法。Webster, T.A., Hadley, B.C., Dickson, M., Hodgkins, J., Olin, M., Wolnick, N., Armstrong, J., Mason, C. & Downey, B. 2023, "Automated Raman feed-back control of multiple supplemental feeds to enable an intensified high inoculation density fed-batch platform process", Bioprocess and biosystems engineering

据美国物理学家组织网2011年12月20日报道，日本京都大学最近发现，用一种强太赫兹脉冲照射普通的半导体材料砷化镓(GaAs)会导致载荷子密度提高1000倍。研究人员表示，这一发现有望带来超高速晶体管和高效光伏电池。相关论文今天发表在《自然?通讯》杂志网站上。 　　研究载荷子倍增是多体物理和材料科学的基础部分，在设计高效太阳能电池、场致发光发射器和高灵敏光子探测仪方面具有重要作用。为了研究这种现象，研究人员设计了专门的实验，将一小块无掺杂的标准半导体材料砷化镓量子阱样本固定在氦流低温保持器上，用一种持续1皮秒(10的-12次方秒)的近半周期太赫兹脉冲照射该样本，发现电子空穴对(激子)突然暴发了雪崩式反应，使其密度比开始时提高了1000倍。 　　京都大学集成电池材料科学院(iCeMS)副教授广理英基解释说：“太赫兹脉冲使样本处于强度为每平方厘米1毫伏的电场中，能产生大量的电子空穴对，形成激子，发出近红外冷光。这种明亮的冷光与载荷子倍增有关，这表明强电场驱动的载荷子相干能有效获得足够的动能，从而引发一系列碰撞离子化，在皮秒时间尺度内，使载荷子数量增加约3个数量级。” 　　此外，京都大学集成电池材料科学院的田中耕一郎教授领导的实验室为该实验提供了太赫兹波，他在研究包括生物成像技术在内的太赫兹波的多种应用。他说：“我们的目标是制造出能实时观察到活细胞内部的显微镜，但实验结果表明，将太赫兹波用于研究半导体是一个完全不同的科学领域。”