Làm thế nào tôi tối ưu hóa tốc độ chuyển oxy trong máy trộn trong phòng thí nghiệm?

Các kỹ sư sinh hóa mở rộng quy mô lên men vi sinh vật hoặc nuôi cấy nấm men thường gặp phải bức tường trao đổi chất: "Tại sao các tế bào của tôi lại đạt trạng thái ổn định sớm trong chu kỳ tăng trưởng của chúng mặc dù có rất nhiều chất dinh dưỡng trong môi trường?" Thủ phạm hầu như luôn là tình trạng thiếu oxy. Làm thế nào các kỹ thuật viên phòng thí nghiệm có thể thao tácmáy lắc quỹ đạocài đặt và lựa chọn bình bên trongmáy lắc phòng thí nghiệmđể tối đa hóa Tốc độ truyền oxy (OTR)?

Để tối đa hóa tốc độ truyền oxy trong môi trường nuôi cấy lỏng, bạn phải tăng tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích của chất lỏng. Điều này đạt được bằng cách tăng tốc độ quay củamáy lắc quỹ đạo, sử dụng bình có vách ngăn chuyên dụng thay vì bình Erlenmeyer có thành trơn và hạn chế thể tích đổ chất lỏng của bạn xuống dưới 20% tổng dung tích của bình. Khi các yếu tố này được tối ưu hóa bên trong một hệ thống tốc độ caomáy lắc lồng ấp, việc khuấy trộn chất lỏng chuyên sâu làm tăng đáng kể sự trao đổi khí, cung cấp cho môi trường nuôi cấy của bạn lượng oxy cần thiết để sản xuất sinh khối đạt đỉnh điểm.

Các sinh vật hiếu khí nhưE. colivà nấm men cần một lượng lớn oxy hòa tan để duy trì sự tăng trưởng ở pha log nhanh chóng. Nếu nhu cầu oxy của quá trình nuôi cấy vượt quá tốc độ khí hòa tan vào chất lỏng, thì tế bào sẽ chuyển sang con đường kỵ khí, tạo ra các sản phẩm phụ độc hại như axetat khiến sự phát triển chậm lại.

Cơ chế chính của quá trình oxy hóa trongmáy lắc phòng thí nghiệmlà sự tạo ra một làn sóng chất lỏng quét dọc theo thành trong của bình nuôi cấy. Một nâng caomáy lắc quỹ đạotạo ra lực ly tâm liên tục làm phân tán chất lỏng thành một màng mỏng. Lớp màng mỏng này rút ngắn đáng kể khoảng cách mà các phân tử oxy phải di chuyển để hòa tan vào môi trường lõi. Bằng cách tăng tốc độ của bạnmáy lắc lồng ấptừ 150 vòng/phút lên 300 vòng/phút, bạn tăng diện tích bề mặt chất lỏng này lên theo cấp số nhân, vượt qua các giới hạn vận chuyển oxy trước đó.

Trong khi tăng tốc độ của bạnmáy lắc phòng thí nghiệmcó hiệu quả cao, kết hợp tốc độ đó với hình dạng bình chuyên dụng mang lại năng suất cao nhất. Bình có vách ngăn có các vết lõm trên đế thủy tinh làm gián đoạn đường dẫn chất lỏng tròn trơn tru. Nhưmáy lắc quỹ đạođẩy chất lỏng chạm vào những vách ngăn này, sóng chất lỏng bị vỡ thành một dòng xoáy rất hỗn loạn, bắn tung tóe. Sự hỗn loạn mạnh mẽ này bẫy các bọt khí và kéo chúng sâu vào môi trường nuôi cấy, làm tăng đáng kể hàm lượng oxy hòa tan so với các bình đáy trơn tiêu chuẩn.

Một yếu tố quan trọng khác mà các nhà quản lý phòng thí nghiệm thường bỏ qua là thể tích chất lỏng đổ vào. Đổ quá nhiều môi trường vào bình sẽ làm cản trở quá trình trao đổi khí vì lớp chất lỏng trở nên quá dày để sục khí hiệu quả. Để đạt được OTR cao nhất trongmáy lắc lồng ấp, giữ thể tích đổ đầy ở mức 15% đến 20% tổng thể tích bình. Vì chiến lược này yêu cầu sử dụng nhiều bình hơn để đạt được cùng một thể tích sản phẩm, nên bạnmáy lắc phòng thí nghiệmphải có cơ cấu truyền động hạng nặng có khả năng xử lý các bệ công suất cao, được tải đầy đủ mà không bị cháy.

Khắc phục những hạn chế về oxy là chìa khóa để đạt được nuôi cấy tế bào mật độ cao. Bằng cách tối ưu hóa hình dạng bình của bạn, duy trì thể tích đổ đầy thấp và sử dụng tốc độ caomáy lắc quỹ đạo, bạn cung cấp cho nền văn hóa của mình một môi trường thông khí hoàn hảo. Đảm bảo phòng thí nghiệm của bạn có đủ công suất và độ bền cần thiết cho các quy trình sục khí cường độ cao bằng cách đầu tư vào thiết bị dẫn đầu ngànhmáy lắc lồng ấphệ thống từ Senova Biotech.