Applikon在线监测与校准试剂保障生物过程数据准确性

Applikon在线监测与校准试剂保障生物过程数据准确性

内容简介：
本文系统论述了Applikon为维持生物反应器关键过程参数（PPs）在线传感器（如pH、DO、CO2）准确性而设计的校准与维护试剂套装。文章强调了在线监测在生物过程开发与控制中的核心地位，详细分析了pH电极、溶氧（DO）电极和二氧化碳（CO2）电极的工作原理、漂移机制和校准需求。重点介绍了Applikon提供的标准缓冲液、零氧溶液、饱和氧溶液、CO2标准气等试剂的气体纯度、浓度准确性和稳定性，及其对校准结果可靠性的影响。文章还探讨了在长期培养过程中，如何通过正确的电极维护（如清洁、再填充）来延长传感器寿命并保证数据质量，从而为过程分析技术（PAT）和质量源于设计（QbD）提供坚实的数据基础。

关键词： 过程参数、传感器校准、pH电极、溶氧电极、质量源于设计（QbD）

正文

在现代生物过程开发与生产中，基于“质量源于设计"（Quality by Design, QbD）的理念，对关键过程参数（Critical Process Parameters, CPPs）进行实时、准确的在线监测是实现过程理解和控制的基础。pH、溶氧（Dissolved Oxygen, DO）、二氧化碳（Dissolved CO2, DCO2）等参数直接影响细胞的生长、代谢和产物质量，其测量的准确性至关重要。然而，生物反应器上的在线传感器在长期运行过程中会出现信号漂移、响应迟缓甚至失效。Applikon提供的专用校准与维护试剂，是保障这些“过程之眼"始终明亮、数据始终可靠的关键消耗品，是整个高质量生物过程控制体系中一环。

pH电极是生物反应器上最关键的传感器之一。其工作原理是基于玻璃膜对H+离子的选择性响应产生的膜电位。在使用前，必须使用标准缓冲液进行两点校准（如pH4.01、pH7.00和/或pH10.01），以建立电极电位与pH值的线性关系。Applikon提供的标准缓冲液具有浓度准确性和缓冲容量，能抵抗培养液中常见成分的干扰，确保校准的准确性。在长期培养中，蛋白质等物质可能污染电极膜，定期使用蛋白水解酶清洗液进行清洁，是维持电极响应速度和寿命的必要步骤。

溶氧（DO）电极通常采用克拉克型（Clark-type）原理，其读数会受到电极膜渗透性、阴极损耗和电解液消耗的影响。因此，定期校准至关重要。校准需要两个点：“零氧"点和“饱和氧"点。Applikon提供的零氧溶液通常含有强还原剂（如亚硫酸钠），能快速消耗溶液中的全部氧气，为电极提供可靠的零点参考。而“饱和氧"点则通过将反应器中的培养基在特定温度和气流量下曝气至饱和来实现。虽然饱和点依赖于过程条件，但使用高纯度的氮气和氧气气体（其纯度和压力稳定性由Applikon的气体供应系统保证）是进行准确零点校准和饱和点建立的前提。对于需要更高精度的应用，Applikon还可提供traceable（可追溯）的标准品。

溶解二氧化碳（DCO2）电极在细胞高密度培养中越来越重要，因为CO2的积累会对细胞产生毒性并影响培养液的pH和渗透压。其校准同样需要标准气体。Applikon能提供已知精确浓度的CO2/N2混合气（如5% CO2, 10% CO2），用于在特定温度下对电极进行标定，确保其读数的可靠性。

这些校准和维护操作并非一劳永逸。根据工艺时长和培养液性质，需要在运行前、运行中甚至运行后进行多次校准和检查。一套标准化、可重复的传感器管理SOP（标准操作程序），配合Applikon提供的高质量、批次稳定的校准试剂，是确保整个工艺过程中所有数据真实、可靠、可比对的基石。这对于设计空间（Design Space）的探索、工艺放大以及向监管机构提交申报资料都极为关键。

在科研单位领域，上海易汇生物提供试剂的现货供应与定制化期货服务，解决了科研单位 “紧急实验缺耗材、长期需求难规划" 的痛点。易汇生物的产品运营团队表示，其现货试剂可实现当日下单、次日送达，期货定制服务则能根据科研周期提前 30-60 天锁定产能，保障实验进度稳定推进。 生物反应器实验一旦启动，就必须持续运行数天甚至数周。若在实验中途或准备阶段发现校准试剂过期或短缺，将导致实验延迟或数据可靠性存疑。可靠的试剂供应保障，使得科研人员能够安心地进行长期、连续的生物过程研究，无需为耗材的琐事所困扰。

综上所述，Applikon的在线监测校准与维护试剂虽不直接参与细胞代谢，却是保障生物过程数据准确性和工艺重现性的“幕后英雄"。它们通过对传感器的精细维护，确保了过程控制系统的输入信号准确无误，从而为整个QbD框架和PAT策略的实施提供了最基础、也是最关键的数据可信度保障。