I. principe du réacteur parallèle de laboratoire

Le réacteur parallèle de laboratoire est un appareil pour la réaction simultanée de plusieurs systèmes réactionnels, dont le principe est de réagir simultanément à travers plusieurs réacteurs, améliorant ainsi l'efficacité de la réaction. L'appareil est généralement constitué de plusieurs réacteurs, d'un système de contrôle de la température, d'un système d'agitation et d'un système d'incorporation des réactifs. Parmi eux, plusieurs réacteurs peuvent effectuer simultanément la réaction de différents systèmes réactionnels, le système de contrôle de la température peut contrôler la température du système réactionnel, le système d'agitation peut garantir que le système réactionnel atteint un mélange homogène, le système d'incorporation des réactifs peut garantir que les réactifs sont incorporés dans le système réactionnel dans une certaine proportion.

II. Application de réacteurs parallèles en laboratoire

Les réacteurs parallèles de laboratoire sont largement utilisés dans les domaines des réactions chimiques, des réactions catalytiques, des réactions biologiques, etc. Son principal avantage réside dans la possibilité de réaliser simultanément la réaction de plusieurs systèmes réactionnels, améliorant ainsi l'efficacité de la réaction et réduisant le coût des expériences. En outre, les réacteurs parallèles de laboratoire peuvent également être utilisés pour l'optimisation des conditions réactionnelles et le criblage des systèmes réactionnels, offrant plus de possibilités pour la recherche chimique. Dans la recherche chimique, les réacteurs parallèles de laboratoire peuvent être utilisés pour la synthèse de nouveaux composés, l'optimisation des conditions réactionnelles, le criblage des catalyseurs, etc. Dans la recherche biologique, les réacteurs parallèles de laboratoire peuvent être utilisés pour le dépistage de médicaments, les réactions catalysées par des enzymes, etc. En résumé, le réacteur parallèle de laboratoire est l'un des équipements expérimentaux qui ne sont pas dans un laboratoire de chimie et dont les applications sont prometteuses dans les domaines de la chimie et de la biologie.

Iii. Analyse expérimentale de réacteurs parallèles en laboratoire

Contrôle de l'agitation des cuves parallèles

500ml quadruplex parallèle réservoir agitation contrôle caractéristiques courbe

La capacité d'alimentation en oxygène du réacteur est particulièrement importante, le coefficient de transfert volumique d'oxygène (KLA) est étroitement lié à la vitesse de rotation de l'agitation, à la forme des pales, de sorte que le contrôle stable des paramètres d'agitation du réacteur est particulièrement important.

Les paramètres de réglage des différentes vitesses de rotation sont testés, la vitesse de rotation de l'agitation en ligne est acquise en ligne avec le logiciel de la machine de positionnement, tandis que la détermination de la vitesse de rotation réelle est effectuée avec un tachymètre. Dans le cas d'un travail sous agitation prolongé, les différences de vitesse de rotation entre les 4 réacteurs ont été comparées, le parallélisme du contrôle de l'agitation a été analysé, les vitesses de rotation de l'agitation des 4 cuves ont toutes continué à fonctionner de manière stable à des valeurs de consigne différentes et les différences de contrôle de l'agitation entre les 4 réacteurs ont été faibles, fournissant les conditions de base pour une culture ultérieure du parallélisme.

Contrôle de la température des réservoirs parallèles

500ml quadruplex parallèle réservoir température contrôle caractéristiques courbe

La croissance et l'état métabolique des micro - organismes sont étroitement liés à la température ambiante, et la fonction de contrôle de la température précise du système et la capacité parallèle de réaliser le contrôle sont des indicateurs importants pour évaluer la culture parallèle dans le réacteur de fermentation.

Après avoir réglé les paramètres de température, le système de contrôle de la température peut rapidement stabiliser la température à la valeur de consigne et les performances de contrôle de la température de ce réacteur dans la plage de température testée sont meilleures. Il a été calculé que la déviation maximale de 6 points de contrôle de la température de 25,0 ℃ ~ 40,0 ℃ est de 2,0%, dans la demande de déviation de 5,0%.

En comparant le parallélisme contrôlé par la température entre les cuves des unités a, B, C et D dans un système de cuves parallèles de 500 ml, l'expérience a utilisé le test T de différence minimale significative (LSD - t), avec p < 0,05 pour la différence statistiquement significative et un meilleur parallélisme.

Paramètres de contrôle de température de réservoir parallèle quadruple de 500ml

Contrôle de la ventilation de l'oxygène dissous associé à des réservoirs parallèles

Courbe de contrôle du débit d'aération pour le do associé à un réservoir parallèle quadrillé de 500 ml

Les valeurs de la gamme d'oxygène dissous (do) que les réacteurs parallèles maintiennent stables dépendent d'un module de contrôle de circuit de gaz sophistiqué. Un système de contrôle du Débit massique de gaz (MFC) a été détecté, différentes valeurs de débit d'air et d'oxygène ont été réglées et la pression du réservoir a été régulée pour la stabiliser à la même valeur. Comparez sa précision de mesure et de contrôle et le parallélisme du système de contrôle du débit entre les unités du Groupe de 4 réservoirs, la différence de contrôle du débit d'aération entre les 4 réservoirs utilise l'analyse de calcul de test LSD - t, il a été calculé que l'écart maximal de différents points de contrôle du débit d'aération est de 2,6%, le système de contrôle du débit d'aération est meilleur, le parallélisme de contrôle du débit d'aération entre les réservoirs quadruples est LSD (lorsque p < 0,05. Différence significative) Analyse comparative, le contrôle du débit d'aération entre les unités de réservoir quadruple n'a pas de différence significative, le parallélisme est meilleur.

Contrôle du pH des réservoirs parallèles

500ml quadruplex parallèle réservoir pH Control courbe

Le réacteur utilise des capteurs électrochimiques à contact pour contrôler la gamme de pH du processus réactionnel, est équipé d'électrodes de pH Hamilton Smart arc et peut être associé à des stratégies de ventilation spécifiques. Lorsque l'électrode détecte que la valeur du pH du liquide de fermentation s'écarte de la valeur de la plage de consigne, elle est renvoyée au système de contrôle de la machine supérieure, qui contrôle indirectement le système de réapprovisionnement pour un réapprovisionnement automatique en alcali ou en acide. Réglez différentes valeurs de pH, détectez si le système de contrôle de rétroaction du pH de ce Bioréacteur répond aux exigences, le système de Bioréacteur quadruple de 500 ml a un meilleur contrôle de rétroaction dans la plage de pH requise pour la culture de micro - organismes conventionnels (pH = 5,0 ~ 8,0).

Le taux de transfert d'oxygène est un paramètre de mesure particulièrement important pour la capacité d'alimentation en oxygène du Bioréacteur, otr = KLA · △ c. où KLA est le coefficient de transfert volumique d'oxygène; △ c est le gradient de concentration en oxygène. L'otr dans les bioprocédés est influencé par les conditions hydrodynamiques dans le Bioréacteur et varie en fonction du type et de la taille du Bioréacteur. Ainsi, lors de la culture de fermentation avec un réacteur de 500 ml, le type et l'échelle du réacteur sont modifiés, ce qui entraîne une modification des conditions hydrodynamiques, les conditions de culture des fermenteurs classiques ne sont pas adaptées et il est nécessaire d'ajuster les paramètres des conditions de fermentation pour améliorer la capacité d'alimentation en oxygène de ce réacteur.

La vitesse de ventilation, la vitesse d'agitation, la forme de la pale d'agitation, etc. sont tous des facteurs importants qui affectent la capacité d'alimentation en oxygène du réacteur. La régulation de la vitesse de ventilation et de la vitesse de rotation de l'agitation est un moyen simple et efficace de régulation de l'apport d'oxygène couramment utilisé.

Relation entre les fermenteurs parallèles otr et les paramètres hydrodynamiques

Parallélisme de la culture de films thermiques en pots parallèles

La souche s288c a été soumise à une fermentation de culture par lots à l'aide de ce réacteur, le parallélisme de culture entre les cuves quadruples étant analysé.

Dans les mêmes conditions de culture, le métabolisme cellulaire des bactéries a montré une tendance plus constante dans les cuves a, B, C et d du réacteur de 500 ml, avec un bon parallélisme entre les différents réacteurs du quadruplex. Le taux de consommation de sucre, la quantité de bactéries et d'autres paramètres hors ligne combinés avec l'analyse quantitative des paramètres en ligne, au cours de la période de croissance exponentielle, les changements dans les paramètres métaboliques présentent une relation avec la croissance des bactéries. Sans modification de la ventilation tout au long de la fermentation, les bactéries subissent principalement une fermentation anaérobie au cours d'une phase de croissance primaire, montrant une augmentation synchrone du poids sec cellulaire (Dry cell weight, DCW) et des CER (voir figure 11), une phase où l'utilisation de l'oxygène est moindre, les fluctuations de do sont faibles et les CER diminuent fortement lorsque la fermentation primaire est épuisée en glucose et cesse d'entrer dans la phase de plateau. Après une courte période d'acclimatation de la plate - forme, les bactéries commencent à subir une fermentation secondaire, montrant une augmentation secondaire de DCW et de CER. L'analyse comparative montre que dans les 4 cuves, le taux de consommation de la source de carbone du substrat est proche et que le cycle de fermentation varie de la même manière, les paramètres macroscopiques ont une bonne relation linéaire et présentent un meilleur parallélisme.

Macroparamètres de culture de fermentation de souches dans des cuves parallèles de 500 ml

Conclusion

Avec le développement rapide de la recherche et des applications biomédicales, il est urgent de disposer d'une plate - forme de Bioréacteur de test de processus pour combler l'écart entre la disponibilité des souches génétiquement et cellulairement modifiées et la caractérisation quantitative des propriétés métaboliques des souches dans des conditions de processus de culture, permettant une caractérisation quantitative rapide des Propriétés métaboliques physiologiques des souches et l'optimisation du processus de culture. Cet article fournit une évaluation complète et une optimisation améliorée de la capacité d'alimentation en oxygène du système de Bioréacteur parallèle quadri - couplé de 500 ml développé par des chercheurs indépendants, jetant les bases d'une analyse ultérieure des paramètres des propriétés métaboliques des familles microbiennes et des souches cellulaires.

Dans le cadre de l'expérience de contrôle des paramètres de mode froid du Bioréacteur quadruple de 500 ml, ses performances ont été analysées et évaluées, et l'écart maximal du module de contrôle du pH, de la température, de la vitesse de rotation et de la vitesse de ventilation du réservoir parallèle de 500 ml à différents points de réglage des paramètres a été calculé de manière comparative dans les 5% d'exigences d'écart. Calculé par l'inspection paramétrique LSD - t, il n'y a pas de différence significative entre les 4 unités de cuve de réaction, le contrôle des paramètres de moule froid du réacteur répond aux exigences de contrôle et le parallélisme global est meilleur.

Les résultats expérimentaux des souches dans un Bioréacteur de 500 ml ont une meilleure Répétabilité et parallélisme, ce qui permet de caractériser avec précision les paramètres macroscopiques caractérisant le processus de fermentation des bactéries. Des opérations unitaires traditionnelles à l'ingénierie systématique, du macro au micro, la recherche actuelle consiste à s'infiltrer dans les domaines de haute technologie pour former des technosciences marginales. Avec le développement en profondeur de la recherche biotechnologique, comment explorer en profondeur du point de vue de l'ingénierie, de la description empirique des macroscopes à la compréhension de l'essence des micro, une bonne base pour la construction d'une plate - forme d'analyse de test de processus qui combine macro et micro, ce qui est important pour l'optimisation et l'amplification des processus.