步琦實驗室設(shè)備貿(mào)易(上海)有限公司
已認(rèn)證
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在線近紅外
監(jiān)測生物發(fā)酵過程
近紅外應(yīng)用
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簡介
合成生物學(xué)作為一門新興的前沿科學(xué),正在不斷推動傳統(tǒng)工業(yè)和生物技術(shù)的邊界。特別是在發(fā)酵工程領(lǐng)域,合成生物學(xué)不僅為我們提供了改造微生物的新工具,還深刻影響了我們對生物生產(chǎn)過程的理解和控制。
合成生物學(xué)通過設(shè)計和構(gòu)建新的生物系統(tǒng)和生物部件,為微生物的改造和優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的工具。這些優(yōu)化的微生物可以更高效地轉(zhuǎn)化原料,提高特定目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率,從而在工業(yè)上具有巨大的應(yīng)用潛力。
基因編輯技術(shù):
利用 CRISPR-Cas9 等基因編輯技術(shù),科學(xué)家們可以精確調(diào)控微生物中的特定基因,增強(qiáng)或抑制某些代謝途徑,從而提高特定產(chǎn)品的產(chǎn)量,或是降低有害副產(chǎn)物的生成。
代謝工程:
通過代謝工程,可以重新設(shè)計微生物的代謝路徑,使其能夠高效利用各種原料并產(chǎn)生所需的代謝產(chǎn)物。這種方法不僅提高了生產(chǎn)效率,還可以幫助開發(fā)新的生物制品。
微生物共培養(yǎng)系統(tǒng):
合成生物學(xué)還可以用來構(gòu)建微生物共培養(yǎng)系統(tǒng),其中不同的微生物株可以相互補(bǔ)充,優(yōu)化整個發(fā)酵過程的效率和產(chǎn)物的質(zhì)量。
無論是傳統(tǒng)發(fā)酵工程還是借助合成生物學(xué)開展的新型發(fā)酵,其本質(zhì)都是使用微生物來生產(chǎn)有用的化學(xué)品,如藥物、食品添加劑和能源等。在這一過程中,監(jiān)測各種關(guān)鍵參數(shù),如有機(jī)酸的產(chǎn)生、葡萄糖的消耗,以及細(xì)胞的生長狀態(tài)是至關(guān)重要的。經(jīng)典的高效液相色譜等精密儀器在分析代謝產(chǎn)物方面顯示出非常高的準(zhǔn)確性。但受制于檢測速度,無法及時掌握發(fā)酵過程中微生物的狀態(tài)。因此利用生物傳感器實時監(jiān)測關(guān)鍵代謝物的濃度,可以實時調(diào)整培養(yǎng)條件,優(yōu)化生產(chǎn)過程。在線近紅外利用反應(yīng)中有機(jī)物與近紅外光的相互作用,實現(xiàn)對多個指標(biāo)的同時監(jiān)測。
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相關(guān)儀器
▲ BUCHI 在線近紅外主機(jī)
BUCHI NIR-Online? 在線近紅外光譜儀主機(jī)探頭為固定光柵結(jié)構(gòu),內(nèi)部無可移動部件,檢測速度快,適用于各種工業(yè)現(xiàn)場在線監(jiān)測。通過法蘭將其固定在發(fā)酵罐上,實現(xiàn)對發(fā)酵過程的實時監(jiān)控。
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實驗內(nèi)容
收集兩批生物發(fā)酵反應(yīng)時樣品中的多種有機(jī)酸、葡萄糖、pH 及 OD 值含量,每批實驗在固定時間間隔取樣測量,結(jié)合取樣時的近紅外光譜建立相應(yīng)模型,其化學(xué)值與近紅外預(yù)測值的分布圖如下:
▲ 甲酸參考值與預(yù)測值分布圖
▲ 丁二酸參考值與預(yù)測值分布圖
▲ 乙酸參考值與預(yù)測值分布圖
▲ 葡萄糖參考值與預(yù)測值分布圖
▲ 乳酸參考值與預(yù)測值分布圖
▲ pH 參考值與預(yù)測值分布圖
▲ OD 參考值與預(yù)測值分布圖
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結(jié)論
通過以上模型效果圖不難發(fā)現(xiàn),在線近紅外對于發(fā)酵過程中的多種有機(jī)酸以及葡萄糖、pH 和能夠反應(yīng)微生物密度的 OD 值等多個指標(biāo)都有較好的線性關(guān)系,說明 BUCHI 在線近紅外能夠在生物發(fā)酵過程中實時反映多種指標(biāo)的結(jié)果,從而幫助企業(yè)及時調(diào)整工藝參數(shù),優(yōu)化發(fā)酵過程。
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