細菌和哺乳動物細胞的懸浮培養在多個領域中廣泛應用，例如在生物技術中用于化合物的生產，以及作為基礎研究中的模型系統。特別是在醫學研究中，液體培養仍然是理解和治療疾病的重要手段。

了解懸浮培養的優缺點、為什么需要嚴格監測、可用于測量的不同方法，以及康濟爾科技提供的可能解決方案。

概述

在許多應用中，培養通常是在液體培養基中進行的。這種方法既可以用于特定物種的富集，也可以用于獲得更多的細胞量。目前市場上有各種各樣的容器可用于懸浮培養，例如埃爾倫邁耶瓶、旋轉瓶、帶擋板的瓶子、滾瓶和多孔板。為了進行小規模的篩選和工藝優化，好氧微生物和細胞通常在搖瓶中培養，因為這是一種低成本且易于操作的方式，可以進行大量并行實驗。此外，搖動可以防止沉降、生物膜形成和細胞聚集，并促進營養物質的均勻分布。然而，錐形搖瓶的主要缺點是瓶內培養條件的動態變化，例如營養物質的可用性、氧氣的消耗和代謝產物的積累。過量代謝、pH 值的變化以及氧氣的限制在小規模搖瓶培養中常常被忽視，最終可能導致后續放大培養中的失敗。因此，持續監測培養狀態至關重要。

圖 1 顯示了使用帶四重擋板傳感器的搖瓶（250 毫升）在 100 和 150 rpm 下培養谷氨酸棒狀桿菌 ATCC 13287 的應用。此圖改編自 Wittmann 等人的研究：“Characterization and application of an optical sensor for quantification of dissolved O2 in shake-flasks”，發表在《Biotechnol Lett.》期刊

實時測量

康濟爾科技 提供了 SFR vario 和 SFR 搖瓶讀數儀，這些系統采用光學化學傳感器技術，能夠以非侵入的方式測量搖瓶中的 pH 值和氧氣濃度。SFR 系統還可以記錄溫度和攪拌速度（rpm），為實驗分析提供更多有價值的參考數據。

圖 2 顯示了在 37°C 條件下使用合成培養基在埃爾倫邁耶瓶中培養大腸桿菌 K12 的時間變化過程。在整個培養過程中，使用 SFR vario 監測了氧氣濃度和 pH 值。

為了解決氧氣限制問題，需要增大培養基的表面積，因為氧氣的交換僅發生在培養基的表面。氧氣的輸入依賴于對培養基表面的攪拌，使空氣形成小氣泡進入培養基中。有效的措施包括提高攪拌速度、優化培養基體積與瓶體積的比例，以及使用帶擋板的搖瓶。這些措施都有助于提高氧氣的輸入效率。

圖 3 顯示了在 LB 復合培養基中，對兩瓶平行培養的大腸桿菌 DH5alpha 進行在線氧氣監測的結果。通過持續監控和及時調整轉速（rpm），可以有效避免氧氣限制。在線測量還可以實現及時響應，并對氧氣供應進行控制。同時，實時驗證所采取措施的效果是否達到預期。

多通道搖瓶監測設置

針對搖瓶培養的需求，康濟爾科技提供兩種不同的測量系統（如下圖所示）：

1. SFR vario：可同時監測和測量氧氣、pH 值、生物量，并可選地測量二氧化碳。

2. SFR 搖瓶讀數儀：可在多達 9 個搖瓶中測量 pH 值和氧氣濃度。

通過軟件最多可控制 4 臺 SFR vario 系統，因此可以同時讀取 4 個搖瓶的數據。使用 SFR 搖瓶讀數儀時，最多可將 7 臺設備連接在一起，從而同時監測多達 63 個搖瓶。這兩種系統都支持自動氧氣消耗率（OUR）計算，并適用于埃爾倫邁耶瓶、培養管或 T 型瓶中的樣品監測。

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