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基于拉曼光谱的上游生物工艺控制

Nicro提供成套式发酵系统,可实现代谢物和生物量的实时监测

行业: 生命科学
Rxn-45探头、生物工艺制造、实时、cGMP、CIP/SIP、大规模生物工艺

概述

Nicro将发酵系统工程与Endress+Hauser的拉曼技术以及BICRO BIOCentre的分析服务相结合,为发酵工艺打造完整的解决方案。在线监测以代谢物和生物量的实时测量替代耗时的离线分析。这使得科研人员能够更深入地了解工艺过程,支持及时干预,降低污染风险,并助力生产优化和收率提升。

成果:更快、更安全且更高效的发酵

35个

达到预期投资回报所需的发酵工艺批次

33%

10天周期内的潜在产能提升

原始成本分析预计,相较于离线取样检测,采用在线拉曼监测在完成35个发酵工艺批次后即可达到预期投资回报。分析结果还显示,拉曼监测发酵过程所实现的更快周转速度,有望在10天周期内将工厂生产率提高33%。

实时工艺洞察优化发酵控制

直接在线测量甘油(作为输入代谢物)、乙酸(作为副产物)以及用于表征生物量增长的OD600指标,可更深入掌握发酵工艺性能。该解决方案利用单支探头同步监测多项指标,使工艺决策能够基于当前条件,而非滞后的实验室检测结果。取得成果如下:

  • 通过实时代谢物监测缩短工艺周期
  • 优化过程控制,助力生产优化与收率提升
  • 减少离线取样操作,降低污染风险
  • 同步监测多项发酵参数
  • 缩短批次间隔时间
  • 面向发酵工艺的成套技术解决方案
BICRO BIOCentre Ltd微生物实验室主任Maja Marinović博士的照片

“代谢转换并非总在同一时间发生,在线监测是了解究竟何时需要干预的唯一途径。”

Maja Marinović博士, 微生物实验室主任, BICRO BIOCentre Ltd

挑战:取代耗时且存在风险的离线分析

通过监测培养基内的溶解氧,可大致判断发酵进程。光密度与代谢物浓度可提供更多信息,但这些参数通常需要使用耗时的色谱技术离线测量。

取样送检会造成工艺信息获取滞后,增加人工操作环节,同时存在污染风险,并可能导致整批贵重物料报废。Nicro需要一种解决方案,能够及时提供代谢物浓度和生物量增长信息,而无需反复离线取样。

我们的解决方案:用于发酵工艺的一体化拉曼监测系统

Nicro将自身的发酵工程专业能力与BICRO BIOCentre和Endress+Hauser的技术及服务相结合,针对发酵工艺打造完整的成套解决方案。其中包括:

  • Nicro负责全套发酵系统的工程与设计
  • Endress+Hauser提供的Rxn拉曼光谱分析仪
  • Endress+Hauser提供的Rxn-45拉曼探头
  • BICRO BIOCentre提供的分析服务
  • S-PACT建模服务,用于支持分析模型开发

拉曼探头直接在线安装,监测甘油浓度、乙酸浓度以及用于表征生物量增长的OD600指标。单支探头即可同步监测多项指标,帮助实时掌握发酵状态,消除离线样品分析带来的信息滞后。

在线监测数据还可帮助科研人员捕捉批次间发生时间不完全一致的工艺事件。在本案例中,在线监测使得科研人员能够识别细菌切换碳源的节点,以便在合适的补料时机采取干预措施。

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