您应该了解的有关生物反应器放大过程的一切

任何工程师都可以证明生物反应器的扩大有多么困难和复杂。它本质上是扩大发酵过程——这需要密切关注细节、时间和各种环境变化的相互作用。

作为一个详细的过程，您必须考虑不同的措施才能成功扩大规模。在本详尽的指南中，我们将介绍您应该了解的有关该过程的所有信息。我们将深入探讨扩大规模所涉及的内容、不同类型的扩大规模以及需要牢记的扩大规模因素。

扩大规模涉及哪些内容？

生物反应器扩大规模是将工作发酵量从小规模发酵增加到大规模发酵的过程。

小规模发酵在研究和测试中必不可少。然而，在研究完所有参数或变量后，必须转向更大规模的发酵。此时，规模扩大就开始了。

扩大规模可能很复杂、昂贵且耗时。但如果操作正确，结果将是小规模版本有效且长期运行的复制品。以下是要遵循的步骤。

1. 准备

妥善策划的生物反应器放大规划和准备直接决定了生物工艺的成功。在此阶段，您需要确定不同的生物反应器放大参数，并确定各种因素，包括：

• 预期结果：明确产品需求以及您试图在更大规模上实现的生产水平。制定切合实际的最终目标将让您知道何时何地开始扩大规模。
• 工作模式：在扩大规模之前，了解反应器的使用时间和频率非常重要。这将指导您扩大规模的方法和增加产量所需的生物反应器类型。例如，如果您更喜欢一次性生物反应器，请根据清洁时间扩大规模。
• 执行发酵数据分析：这将让您了解与小规模相比，在更大规模上净化产品时会遭受多少损失。

2. 咨询

Scaling up a bioreactor must involve experienced and skilled hands as this is a rather complicated and sensitive process. If you don’t have the know-how of how to navigate through the scale up, reach out to experts in the field. Find certified engineers and other technicians who have already handled the scale up needed.

3. 测试

在扩大生物反应器之前，请使用台式生物反应器测试各种参数。

A bench scale is the smallest footprint bioreactor with an appropriate size for fundamental research and testing. Therefore, combining a bench scale’s capabilities with more complex methods for large-scale production will help you achieve a successful scale-up.

这就是为什么小型且廉价的台式生物反应器对于预测大型生物反应器在这些参数方面的有效性非常有用。

4. 扩大规模

经过尽职调查后，现在到了实际操作的时候了。但在此之前，你必须考虑各种因素。此外，还有各种方法可以进行生物反应器的扩大——我们将对此进行讨论。

5. 评估结果

下一步的开始涉及将当前结果与扩大规模程序结束时的初始产量进行比较，以确定整个过程是否成功。因此，要评估这一点，您必须借助生物反应器扩大规模计算器计算从小规模阶段到大规模阶段的比例。

这不是一次性的活动，而是一个持续的过程，您应该执行该过程来验证您的扩大规模是否始终成功。

生物反应器放大方法

有三种主要方法来扩大您的生物反应器。每种方法都不同，您可以选择最适合生产需求的方法。以下是每种方法的综合布局。

1. 按体积扩大

扩大生产规模只是按固定比例提高生产率。这需要增加现有生物反应器的功率和尺寸。

搅拌槽生物反应器 是最常见的扩大规模品种。这是因为它们能够有效混合流体并促进氧气转移，符合行业要求。

根据您想要实现的生产水平，有三种规模可供选择。它们是：

• 实验室规模：体积范围从 0.5 到 10 L。这种规模通常适用于小规模生产和测试目的。如果你想测试细胞培养的行为，它们会很有帮助。
• Pilot scale – 中试规模生物反应器容量范围在 50 升至 200 升之间。它们主要用于小规模操作或测试，以启动产品开发，然后再扩大生产规模。
• Industrial scale – Between 500l and 5000l after scale-up for large-scale production. It is the commercialization stage, allowing you to produce larger quantities.

按体积扩大的优势

• 条件保持不变，所有细胞在相同的环境中生长，产生相同的结果。
• 还有空间可以扩大到所需的产品数量。

按体积扩大的缺点

• 扩大产量具有挑战性。这是因为在增加产量时，您必须考虑并保持许多因素不变。
• 这种方法非常耗时，因为它涉及到必须考虑的众多因素才能获得平衡的结果。
• 即使仔细研究了一个规模下的条件并将其应用于不同的规模，仍然仍然存在很大的失败风险。
• 这可能是昂贵的，特别是当即使最微小的污染也必须丢弃整批产品时。

2. 按单位扩大规模

与通过增加现有设备容量来扩大生物反应器的概念相反，按单位扩大规模涉及增加生物反应器的数量。这意味着每个生物反应器的体积都很小，它们的容量加起来就是所需的生产规模。

您可以使用以下一些资源来执行此方法；

1. Roller bottles – The medium is added at the bottom and the adherent cells attach to the walls as the bottle rolls. This means that the cells get a constant supply of medium on a larger scale. This is why roller bottles were previously used for vaccine production.

   

2. T-flasks – They have vented  filter caps which allow gas exchange to take place. You can also fill them with any volume and use them to grow cells for various purposes.

优点

• 为了提高产量，您只需添加更多的滚瓶或 T 型瓶，直到达到所需的结果。
• You don’t need to go through the process of purchasing a new bioreactor and it is proven to produce reliable results.
• 扩大规模的成本较低，如果发生污染，您可以移除或更换受污染的烧瓶或瓶子，而无需花费太多成本。

缺点

• 您添加的资源越多，扩大生产规模，所需的空间和劳动力就越多。
• 瓶子和烧瓶的性能可能有所不同，因此结果的质量也可能存在差异。

3. 一次性生物反应器

随着生物加工行业的技术进步，一次性生物反应器成为最令人兴奋的创新之一。一次性生物反应器不是由玻璃或不锈钢制成，而是由一个永久性结构（例如圆筒）中的一次性袋子组成。

这些类型的生物反应器用于大规模培养细胞，用于各种工艺。但它们在生物反应器规模扩大过程中也非常有用。

您无需购买新的生物反应器或在现有生物反应器中添加更多资源，而是可以使用一次性生物反应器来增加生产规模，同时保持所有条件不变。

优点

• 一次性生物反应器节省时间。您只需单独安装它，而不会影响您当前生物反应器的运行。
• 一次性袋子为您带来了便利，节省了清洁普通生物反应器所需的劳力和时间。
• You don’t have to incur any validation costs once you test and approve that the一次性生物反应器 适合您的生产类型和规模。

缺点

• 扩大到 2000 升。任何更大的容量都可能过度拉伸并导致袋子破裂。
• 一次性生物反应器价格昂贵，尤其是如果您需要最优质的塑料袋。选择便宜、不合格的塑料袋可能会导致塑料渗入您的产品并影响质量。

扩大生物反应器规模时需要考虑的因素

扩大生物反应器规模是一个复杂的过程，需要考虑许多因素。这些条件可能会直接或间接影响扩大规模的效率和整体生产质量。它们包括：

1. kLa

kLa 只是衡量气体如何转化为液体的指标。这个参数的本质是帮助你 定义生物过程的极限。它受生物反应器系统中气体的类型和数量的影响，kLa 值高意味着您的系统能够有效地传输氧气。

2. 混合时间

您还必须考虑达到液体均匀性所需的时间。这称为混合时间

Mixing time is directly influenced by the type of bioreactor and the rate of stirring. It is a crucial factor that will help you determine if you have to change your bioreactor’s configuration as you scale up.

3.规模

在扩大规模之前，您必须了解生物反应器的容量以及想要达到的生产率。这将帮助您实现所有操作条件的平衡，并确保生物反应器的扩大规模不会影响产品质量。

4. 身体因素

扩大生产规模意味着增加生产规模，这可能会导致某些工艺和反应的空间减少。因此，您必须确保为气体配方、泡沫和气泡形成以及有效混合留出足够的设计空间。

影响生物反应器放大的其他物理因素包括设备几何形状、通气和传热。这些都是有效放大过程中需要牢记的关键参数。

5. 气体输送

气体传输是指根据压力和注入方式将气体输送到生物反应器的速率。它也是一个重要参数，因为它直接影响各种生产规模的泡沫形成和细胞浓度。

如何提高扩大生产效率

生物反应器放大的结果直接影响工艺的数量和质量。因此，这里有一些方法可以提高放大效率，以获得最佳结果。

1. 利用数据：数据对于任何生物过程都至关重要，在发酵过程中更是如此。 使用数据分析来 生物反应器放大，您需要在扩大规模过程中识别不同规模的趋势和模式，以预测性能。此外，与手动操作相比，使用生物反应器扩大规模计算器将为您节省大量精力和金钱。
2. 保持恒定的环境：当逐渐增加生产规模时，保持细胞环境一致，以便有效地比较产品质量和代谢过程。
3. 密切监测结垢情况：为了获得最佳效果，请定期监测和控制关键条件和参数，例如温度、pH 值和氧气水平。
4. 选择正确的方法：扩大生物反应器规模的三种主要方法的效率会根据生物反应器的类型、规模和预期结果而有所不同。请明智地选择其中一种。
5. Test extensively – Before moving forward on any expansion or modification, carry out real-world experiments or virtual simulations to avoid incurring costs on untested processes.

结论

When undertaking such an arduous process as a bioreactor scale up, it’s crucial to perform research and plan ahead. This entails understanding bioreactors and how they work, assessing possible risks, and taking into account various factors.

您还必须了解生物反应器的不同扩大规模标准，设定切合实际的期望，并采取一切可能的措施，以使扩大规模获得最佳效果。

其中一个措施是与行业内最优秀的专业人士合作。在百伦科技，我们为您的生物加工需求提供最佳解决方案。

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