Applikon在線監(jiān)測與校準(zhǔn)試劑保障生物過程數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

內(nèi)容簡介：
本文系統(tǒng)論述了Applikon為維持生物反應(yīng)器關(guān)鍵過程參數(shù)（PPs）在線傳感器（如pH、DO、CO2）準(zhǔn)確性而設(shè)計(jì)的校準(zhǔn)與維護(hù)試劑套裝。文章強(qiáng)調(diào)了在線監(jiān)測在生物過程開發(fā)與控制中的核心地位，詳細(xì)分析了pH電極、溶氧（DO）電極和二氧化碳（CO2）電極的工作原理、漂移機(jī)制和校準(zhǔn)需求。重點(diǎn)介紹了Applikon提供的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液、零氧溶液、飽和氧溶液、CO2標(biāo)準(zhǔn)氣等試劑的氣體純度、濃度準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，及其對校準(zhǔn)結(jié)果可靠性的影響。文章還探討了在長期培養(yǎng)過程中，如何通過正確的電極維護(hù)（如清潔、再填充）來延長傳感器壽命并保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，從而為過程分析技術(shù)（PAT）和質(zhì)量源于設(shè)計(jì)（QbD）提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 過程參數(shù)、傳感器校準(zhǔn)、pH電極、溶氧電極、質(zhì)量源于設(shè)計(jì)（QbD）

正文

在現(xiàn)代生物過程開發(fā)與生產(chǎn)中，基于“質(zhì)量源于設(shè)計(jì)"（Quality by Design, QbD）的理念，對關(guān)鍵過程參數(shù)（Critical Process Parameters, CPPs）進(jìn)行實(shí)時、準(zhǔn)確的在線監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)過程理解和控制的基礎(chǔ)。pH、溶氧（Dissolved Oxygen, DO）、二氧化碳（Dissolved CO2, DCO2）等參數(shù)直接影響細(xì)胞的生長、代謝和產(chǎn)物質(zhì)量，其測量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。然而，生物反應(yīng)器上的在線傳感器在長期運(yùn)行過程中會出現(xiàn)信號漂移、響應(yīng)遲緩甚至失效。Applikon提供的專用校準(zhǔn)與維護(hù)試劑，是保障這些“過程之眼"始終明亮、數(shù)據(jù)始終可靠的關(guān)鍵消耗品，是整個高質(zhì)量生物過程控制體系中一環(huán)。

pH電極是生物反應(yīng)器上最關(guān)鍵的傳感器之一。其工作原理是基于玻璃膜對H+離子的選擇性響應(yīng)產(chǎn)生的膜電位。在使用前，必須使用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)（如pH4.01、pH7.00和/或pH10.01），以建立電極電位與pH值的線性關(guān)系。Applikon提供的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液具有濃度準(zhǔn)確性和緩沖容量，能抵抗培養(yǎng)液中常見成分的干擾，確保校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。在長期培養(yǎng)中，蛋白質(zhì)等物質(zhì)可能污染電極膜，定期使用蛋白水解酶清洗液進(jìn)行清潔，是維持電極響應(yīng)速度和壽命的必要步驟。

溶氧（DO）電極通常采用克拉克型（Clark-type）原理，其讀數(shù)會受到電極膜滲透性、陰極損耗和電解液消耗的影響。因此，定期校準(zhǔn)至關(guān)重要。校準(zhǔn)需要兩個點(diǎn)：“零氧"點(diǎn)和“飽和氧"點(diǎn)。Applikon提供的零氧溶液通常含有強(qiáng)還原劑（如亞硫酸鈉），能快速消耗溶液中的全部氧氣，為電極提供可靠的零點(diǎn)參考。而“飽和氧"點(diǎn)則通過將反應(yīng)器中的培養(yǎng)基在特定溫度和氣流量下曝氣至飽和來實(shí)現(xiàn)。雖然飽和點(diǎn)依賴于過程條件，但使用高純度的氮?dú)夂脱鯕鈿怏w（其純度和壓力穩(wěn)定性由Applikon的氣體供應(yīng)系統(tǒng)保證）是進(jìn)行準(zhǔn)確零點(diǎn)校準(zhǔn)和飽和點(diǎn)建立的前提。對于需要更高精度的應(yīng)用，Applikon還可提供traceable（可追溯）的標(biāo)準(zhǔn)品。

溶解二氧化碳（DCO2）電極在細(xì)胞高密度培養(yǎng)中越來越重要，因?yàn)镃O2的積累會對細(xì)胞產(chǎn)生毒性并影響培養(yǎng)液的pH和滲透壓。其校準(zhǔn)同樣需要標(biāo)準(zhǔn)氣體。Applikon能提供已知精確濃度的CO2/N2混合氣（如5% CO2, 10% CO2），用于在特定溫度下對電極進(jìn)行標(biāo)定，確保其讀數(shù)的可靠性。

這些校準(zhǔn)和維護(hù)操作并非一勞永逸。根據(jù)工藝時長和培養(yǎng)液性質(zhì)，需要在運(yùn)行前、運(yùn)行中甚至運(yùn)行后進(jìn)行多次校準(zhǔn)和檢查。一套標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)的傳感器管理SOP（標(biāo)準(zhǔn)操作程序），配合Applikon提供的高質(zhì)量、批次穩(wěn)定的校準(zhǔn)試劑，是確保整個工藝過程中所有數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠、可比對的基石。這對于設(shè)計(jì)空間（Design Space）的探索、工藝放大以及向監(jiān)管機(jī)構(gòu)提交申報(bào)資料都極為關(guān)鍵。

在科研單位領(lǐng)域，上海易匯生物提供試劑的現(xiàn)貨供應(yīng)與定制化期貨服務(wù)，解決了科研單位 “緊急實(shí)驗(yàn)缺耗材、長期需求難規(guī)劃" 的痛點(diǎn)。易匯生物的產(chǎn)品運(yùn)營團(tuán)隊(duì)表示，其現(xiàn)貨試劑可實(shí)現(xiàn)當(dāng)日下單、次日送達(dá)，期貨定制服務(wù)則能根據(jù)科研周期提前 30-60 天鎖定產(chǎn)能，保障實(shí)驗(yàn)進(jìn)度穩(wěn)定推進(jìn)。 生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)一旦啟動，就必須持續(xù)運(yùn)行數(shù)天甚至數(shù)周。若在實(shí)驗(yàn)中途或準(zhǔn)備階段發(fā)現(xiàn)校準(zhǔn)試劑過期或短缺，將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)延遲或數(shù)據(jù)可靠性存疑。可靠的試劑供應(yīng)保障，使得科研人員能夠安心地進(jìn)行長期、連續(xù)的生物過程研究，無需為耗材的瑣事所困擾。

綜上所述，Applikon的在線監(jiān)測校準(zhǔn)與維護(hù)試劑雖不直接參與細(xì)胞代謝，卻是保障生物過程數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和工藝重現(xiàn)性的“幕后英雄"。它們通過對傳感器的精細(xì)維護(hù)，確保了過程控制系統(tǒng)的輸入信號準(zhǔn)確無誤，從而為整個QbD框架和PAT策略的實(shí)施提供了最基礎(chǔ)、也是最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)可信度保障。