细菌和哺乳动物细胞的悬浮培养在多个领域中广泛应用，例如在生物技术中用于化合物的生产，以及作为基础研究中的模型系统。特别是在医学研究中，液体培养仍然是理解和治疗疾病的重要手段。
了解悬浮培养的优缺点、为什么需要严格监测、可用于测量的不同方法，以及康济尔科技提供的可能解决方案。
概述
在许多应用中，培养通常是在液体培养基中进行的。这种方法既可以用于特定物种的富集，也可以用于获得更多的细胞量。目前市场上有各种各样的容器可用于悬浮培养，例如埃尔伦迈耶瓶、旋转瓶、带挡板的瓶子、滚瓶和多孔板。为了进行小规模的筛选和工艺优化，好氧微生物和细胞通常在摇瓶中培养，因为这是一种低成本且易于操作的方式，可以进行大量并行实验。此外，摇动可以防止沉降、生物膜形成和细胞聚集，并促进营养物质的均匀分布。然而，锥形摇瓶的主要缺点是瓶内培养条件的动态变化，例如营养物质的可用性、氧气的消耗和代谢产物的积累。过量代谢、pH 值的变化以及氧气的限制在小规模摇瓶培养中常常被忽视，最终可能导致后续放大培养中的失败。因此，持续监测培养状态至关重要。
图 1 显示了使用带四重挡板传感器的摇瓶（250 毫升）在 100 和 150 rpm 下培养谷氨酸棒状杆菌 ATCC 13287 的应用。此图改编自 Wittmann 等人的研究：“Characterization and application of an optical sensor for quantification of dissolved O2 in shake-flasks”，发表在《Biotechnol Lett.》期刊
实时测量
康济尔科技 提供了 SFR vario 和 SFR 摇瓶读数仪，这些系统采用光学化学传感器技术，能够以非侵入的方式测量摇瓶中的 pH 值和氧气浓度。SFR 系统还可以记录温度和搅拌速度（rpm），为实验分析提供更多有价值的参考数据。
图 2 显示了在 37°C 条件下使用合成培养基在埃尔伦迈耶瓶中培养大肠杆菌 K12 的时间变化过程。在整个培养过程中，使用 SFR vario 监测了氧气浓度和 pH 值。
为了解决氧气限制问题，需要增大培养基的表面积，因为氧气的交换仅发生在培养基的表面。氧气的输入依赖于对培养基表面的搅拌，使空气形成小气泡进入培养基中。有效的措施包括提高搅拌速度、优化培养基体积与瓶体积的比例，以及使用带挡板的摇瓶。这些措施都有助于提高氧气的输入效率。
图 3 显示了在 LB 复合培养基中，对两瓶平行培养的大肠杆菌 DH5alpha 进行在线氧气监测的结果。通过持续监控和及时调整转速（rpm），可以有效避免氧气限制。在线测量还可以实现及时响应，并对氧气供应进行控制。同时，实时验证所采取措施的效果是否达到预期。
多通道摇瓶监测设置
针对摇瓶培养的需求，康济尔科技提供两种不同的测量系统（如下图所示）：
1. SFR vario：可同时监测和测量氧气、pH 值、生物量，并可选地测量二氧化碳。
2. SFR 摇瓶读数仪：可在多达 9 个摇瓶中测量 pH 值和氧气浓度。
通过软件最多可控制 4 台 SFR vario 系统，因此可以同时读取 4 个摇瓶的数据。使用 SFR 摇瓶读数仪时，最多可将 7 台设备连接在一起，从而同时监测多达 63 个摇瓶。这两种系统都支持自动氧气消耗率（OUR）计算，并适用于埃尔伦迈耶瓶、培养管或 T 型瓶中的样品监测。
关于康济尔
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公司与如德国PreSens等技术提供商建立合作关系，通过引入成熟的光学传感技术，结合自主研发能力，推出符合行业标准的检测仪器和解决方案，包括支持氧气检测、密封完整性验证（CCIT）和残氧分析的系统。公司提供多样化的检测方案，包括顶空残氧和溶解氧检测（荧光法和激光法）、CCIT测试服务方案（真空衰减、高压放电、压力衰减和质量提取）等，全面满足不同行业客户的检测需求。所有产品均严格按照GMP、CFR21 PART 11等国际标准进行设计和生产，确保满足行业的严苛要求。
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