Նորություններ - pH մակարդակի մոնիթորինգ կենսադեղագործական խմորման գործընթացում

pH էլեկտրոդը կարևոր դեր է խաղում խմորման գործընթացում, հիմնականում ծառայելով խմորման արգանակի թթվայնության և ալկալիականության մոնիթորինգին և կարգավորմանը: pH արժեքը անընդհատ չափելով՝ էլեկտրոդը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ վերահսկել խմորման միջավայրը: Տիպիկ pH էլեկտրոդը բաղկացած է զգայուն էլեկտրոդից և հղման էլեկտրոդից, որոնք գործում են Ներնստի հավասարման սկզբունքով, որը կարգավորում է քիմիական էներգիայի էլեկտրական ազդանշանների փոխակերպումը: Էլեկտրոդային պոտենցիալը ուղղակիորեն կապված է լուծույթում ջրածնի իոնների ակտիվության հետ: pH արժեքը որոշվում է չափված լարման տարբերությունը ստանդարտ բուֆերային լուծույթի լարման հետ համեմատելով, ինչը թույլ է տալիս ճշգրիտ և հուսալի կարգաբերում: Այս չափման մոտեցումը ապահովում է pH-ի կայուն կարգավորում խմորման ողջ գործընթացի ընթացքում, դրանով իսկ նպաստելով օպտիմալ մանրէային կամ բջջային ակտիվությանը և ապահովելով արտադրանքի որակը:

pH էլեկտրոդների ճիշտ օգտագործումը պահանջում է մի քանի նախապատրաստական քայլեր, այդ թվում՝ էլեկտրոդի ակտիվացումը, որը սովորաբար իրականացվում է էլեկտրոդը թորած ջրի կամ pH 4 բուֆերային լուծույթի մեջ ընկղմելով՝ օպտիմալ արձագանքման և չափման ճշգրտությունն ապահովելու համար: Կենսաֆարմացևտիկական խմորման արդյունաբերության խիստ պահանջները բավարարելու համար pH էլեկտրոդները պետք է ցուցաբերեն արագ արձագանքման ժամանակ, բարձր ճշգրտություն և կայունություն խիստ ստերիլիզացման պայմաններում, ինչպիսին է բարձր ջերմաստիճանի գոլորշու ստերիլիզացումը (SIP): Այս բնութագրերը հնարավորություն են տալիս հուսալի աշխատանք կատարել ստերիլ միջավայրերում: Օրինակ, գլուտամինաթթվի արտադրության մեջ pH-ի ճշգրիտ մոնիթորինգը կարևոր է հիմնական պարամետրերի, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, լուծված թթվածինը, խառնման արագությունը և pH-ը, վերահսկման համար: Այս փոփոխականների ճշգրիտ կարգավորումը անմիջականորեն ազդում է վերջնական արտադրանքի ինչպես բերքատվության, այնպես էլ որակի վրա: Որոշակի առաջադեմ pH էլեկտրոդներ, որոնք ունեն բարձր ջերմաստիճանին դիմացկուն ապակե թաղանթներ և նախնական ճնշման տակ գտնվող պոլիմերային գելային հղման համակարգեր, ցուցաբերում են բացառիկ կայունություն ծայրահեղ ջերմաստիճանի և ճնշման պայմաններում, ինչը դրանք դարձնում է հատկապես հարմար SIP կիրառությունների համար կենսաբանական և սննդային խմորման գործընթացներում: Ավելին, դրանց ուժեղ հակաաղտոտման հնարավորությունները թույլ են տալիս կայուն աշխատանք տարբեր խմորման արգանակներում: Shanghai Boqu Instrument Co., Ltd.-ն առաջարկում է էլեկտրոդների միացման տարբեր տարբերակներ, որոնք բարելավում են օգտագործողի հարմարավետությունը և համակարգի ինտեգրման ճկունությունը:

Ինչո՞ւ է pH-ի մոնիթորինգը անհրաժեշտ կենսադեղագործական միջոցների խմորման գործընթացում։

Կենսադեղագործական խմորման մեջ pH-ի իրական ժամանակի մոնիթորինգը և վերահսկումը կարևոր են հաջող արտադրության և թիրախային արտադրանքի, ինչպիսիք են հակաբիոտիկները, պատվաստանյութերը, մոնոկլոնալ հակամարմինները և ֆերմենտները, բերքատվությունն ու որակը մաքսիմալացնելու համար: Ըստ էության, pH-ի վերահսկումը ստեղծում է օպտիմալ ֆիզիոլոգիական միջավայր մանրէային կամ կաթնասունների բջիջների համար, որոնք գործում են որպես «կենդանի գործարաններ», որոնք կարող են աճեցնել և սինթեզել թերապևտիկ միացություններ, նման այն բանին, թե ինչպես են ֆերմերները կարգավորում հողի pH-ը՝ ըստ բերքի պահանջների:

1. Պահպանել բջջային օպտիմալ ակտիվությունը
Խմորումը հիմնված է կենդանի բջիջների (օրինակ՝ CHO բջիջների) վրա՝ բարդ կենսամոլեկուլներ արտադրելու համար: Բջջային նյութափոխանակությունը խիստ զգայուն է շրջակա միջավայրի pH-ի նկատմամբ: Ֆերմենտները, որոնք կատալիզացնում են բոլոր ներբջջային կենսաքիմիական ռեակցիաները, ունեն նեղ pH օպտիմալներ. այս միջակայքից շեղումները կարող են զգալիորեն նվազեցնել ֆերմենտային ակտիվությունը կամ առաջացնել դենատուրացիա՝ խաթարելով նյութափոխանակության գործառույթը: Բացի այդ, բջջային թաղանթի միջոցով սննդանյութերի կլանումը, ինչպիսիք են գլյուկոզան, ամինաթթուները և անօրգանական աղերը, կախված է pH-ից: pH-ի ոչ օպտիմալ մակարդակը կարող է խոչընդոտել սննդանյութերի կլանումը, ինչը հանգեցնում է ոչ օպտիմալ աճի կամ նյութափոխանակության անհավասարակշռության: Ավելին, pH-ի ծայրահեղ արժեքները կարող են վտանգել թաղանթի ամբողջականությունը, ինչը հանգեցնում է ցիտոպլազմային արտահոսքի կամ բջջային լիզիսի:

2. Նվազագույնի հասցնել ենթամթերքների առաջացումը և ենթաշերտի թափոնները
Խմորման ընթացքում բջջային նյութափոխանակությունը առաջացնում է թթվային կամ հիմնային մետաբոլիտներ: Օրինակ, շատ միկրոօրգանիզմներ գլյուկոզի կատաբոլիզմի ընթացքում արտադրում են օրգանական թթուներ (օրինակ՝ կաթնաթթու, քացախաթթու), ինչը հանգեցնում է pH-ի անկման: Եթե այն չշտկվի, ցածր pH-ը կասեցնում է բջիջների աճը և կարող է նյութափոխանակության հոսքը տեղափոխել ոչ արտադրողական ուղիներ՝ մեծացնելով կողմնակի արգասիքների կուտակումը: Այս կողմնակի արգասիքները սպառում են արժեքավոր ածխածնային և էներգետիկ ռեսուրսներ, որոնք այլապես կաջակցեին թիրախային արգասիքի սինթեզին, դրանով իսկ նվազեցնելով ընդհանուր բերքատվությունը: pH-ի արդյունավետ կարգավորումը օգնում է պահպանել ցանկալի նյութափոխանակության ուղիները և բարելավում է գործընթացի արդյունավետությունը:

3. Ապահովեք արտադրանքի կայունությունը և կանխեք քայքայումը
Շատ կենսադեղագործական արտադրանք, մասնավորապես սպիտակուցներ, ինչպիսիք են մոնոկլոնալ հակամարմինները և պեպտիդային հորմոնները, զգայուն են pH-ի առաջացրած կառուցվածքային փոփոխությունների նկատմամբ: Իրենց կայուն pH միջակայքից դուրս այս մոլեկուլները կարող են ենթարկվել դենատուրացիայի, ագրեգացիայի կամ ինակտիվացման, հնարավոր է՝ առաջացնելով վնասակար նստվածքներ: Բացի այդ, որոշ արտադրանքներ հակված են քիմիական հիդրոլիզի կամ ֆերմենտատիվ քայքայման թթվային կամ ալկալային պայմաններում: Համապատասխան pH-ի պահպանումը նվազագույնի է հասցնում արտադրանքի քայքայումը արտադրության ընթացքում՝ պահպանելով արդյունավետությունը և անվտանգությունը:

4. Գործընթացի արդյունավետության օպտիմալացում և խմբաքանակից խմբաքանակ հետևողականության ապահովում
Արդյունաբերական տեսանկյունից, pH-ի կարգավորումը անմիջականորեն ազդում է արտադրողականության և տնտեսական կենսունակության վրա: Կատարվում են լայնածավալ հետազոտություններ՝ տարբեր խմորման փուլերի համար, ինչպիսիք են բջիջների աճը և արտադրանքի արտահայտումը, իդեալական pH սահմանային արժեքները որոշելու համար, որոնք կարող են զգալիորեն տարբերվել: Դինամիկ pH կարգավորումը թույլ է տալիս օպտիմալացնել փուլը, մեծացնելով կենսազանգվածի կուտակումը և արտադրանքի տիտրերը: Ավելին, կարգավորող մարմինները, ինչպիսիք են FDA-ն և EMA-ն, պահանջում են խիստ հետևողականություն լավ արտադրական պրակտիկայի (GMP) նկատմամբ, որտեղ պարտադիր են հետևողական գործընթացային պարամետրերը: pH-ը ճանաչվում է որպես կարևորագույն գործընթացային պարամետր (CPP), և դրա շարունակական մոնիթորինգը ապահովում է վերարտադրելիություն տարբեր խմբաքանակներում՝ երաշխավորելով դեղագործական արտադրանքի անվտանգությունը, արդյունավետությունը և որակը:

5. Ծառայել որպես խմորման առողջության ցուցիչ
pH-ի փոփոխության միտումը արժեքավոր պատկերացում է տալիս կուլտուրայի ֆիզիոլոգիական վիճակի մասին: pH-ի հանկարծակի կամ անսպասելի փոփոխությունները կարող են ազդարարել աղտոտման, սենսորի անսարքության, սննդանյութերի սպառման կամ նյութափոխանակության անոմալիաների մասին: pH-ի միտումների վրա հիմնված վաղ հայտնաբերումը հնարավորություն է տալիս ժամանակին միջամտել օպերատորին, նպաստել խնդիրների լուծմանը և կանխել թանկարժեք խմբաքանակի ձախողումները:

Ինչպե՞ս պետք է ընտրվեն pH սենսորները կենսադեղագործական արտադրանքում խմորման գործընթացի համար։

Կենսաֆարմացևտիկական խմորման համար համապատասխան pH սենսոր ընտրելը կարևորագույն ճարտարագիտական որոշում է, որը ազդում է գործընթացի հուսալիության, տվյալների ամբողջականության, արտադրանքի որակի և կարգավորիչ պահանջների համապատասխանության վրա: Ընտրությանը պետք է մոտենալ համակարգված՝ հաշվի առնելով ոչ միայն սենսորների աշխատանքը, այլև համատեղելիությունը կենսամշակման ամբողջ աշխատանքային հոսքի հետ:

1. Բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դիմադրություն
Կենսադեղագործական գործընթացներում սովորաբար կիրառվում է տեղում գոլորշու ստերիլիզացիա (SIP), սովորաբար 121°C ջերմաստիճանում և 1–2 բար ճնշման պայմաններում՝ 20–60 րոպե։ Հետևաբար, ցանկացած pH սենսոր պետք է դիմակայի նման պայմանների կրկնակի ազդեցությանը՝ առանց խափանման։ Իդեալական դեպքում սենսորը պետք է նախագծված լինի առնվազն 130°C ջերմաստիճանի և 3–4 բար ճնշման համար՝ անվտանգության սահման ապահովելու համար։ Հուսալի կնքումը կարևոր է ջերմային ցիկլի ընթացքում խոնավության ներթափանցումը, էլեկտրոլիտի արտահոսքը կամ մեխանիկական վնասը կանխելու համար։

2. Սենսորի տեսակը և հղման համակարգը
Սա հիմնական տեխնիկական նկատառում է, որը ազդում է երկարաժամկետ կայունության, սպասարկման կարիքների և կեղտոտման դիմադրության վրա։
Էլեկտրոդի կոնֆիգուրացիա. Կոմպոզիտային էլեկտրոդները, որոնք մեկ մարմնում ինտեգրում են չափիչ և հղման տարրերը, լայնորեն կիրառվում են տեղադրման և կառավարման հեշտության շնորհիվ:
Հղման համակարգ՝
• Հեղուկով լցված հղման լուծույթ (օրինակ՝ KCl լուծույթ): Առաջարկում է արագ արձագանք և բարձր ճշգրտություն, բայց պահանջում է պարբերական լրացում: SIP-ի ընթացքում կարող է տեղի ունենալ էլեկտրոլիտի կորուստ, և ծակոտկեն միացումները (օրինակ՝ կերամիկական ֆրիտները) հակված են խցանվել սպիտակուցներով կամ մասնիկներով, ինչը հանգեցնում է շեղման և անվստահելի ցուցանիշների:
• Պոլիմերային գել կամ պինդ վիճակում գտնվող հղման համակարգ. Ավելի ու ավելի նախընտրելի է ժամանակակից կենսառեակտորներում: Այս համակարգերը վերացնում են էլեկտրոլիտի լրացման անհրաժեշտությունը, նվազեցնում են սպասարկումը և ունեն ավելի լայն հեղուկային միացումներ (օրինակ՝ PTFE օղակներ), որոնք դիմադրում են կեղտոտմանը: Դրանք ապահովում են գերազանց կայունություն և ավելի երկար ծառայության ժամկետ բարդ, մածուցիկ խմորման միջավայրերում:

3. Չափման միջակայք և ճշգրտություն
Սենսորը պետք է ընդգրկի լայն գործառնական միջակայք, սովորաբար pH 2-12, որպեսզի հարմարվի տարբեր գործընթացների փուլերին: Հաշվի առնելով կենսաբանական համակարգերի զգայունությունը, չափման ճշգրտությունը պետք է լինի ±0.01-ից մինչև ±0.02 pH միավորների սահմաններում, որը ապահովվում է բարձր թույլտվությամբ ազդանշանի ելքով:

4. Արձագանքման ժամանակը
Արձագանքի ժամանակը սովորաբար սահմանվում է որպես t90՝ pH-ի փուլային փոփոխությունից հետո վերջնական ցուցմունքի 90%-ին հասնելու համար անհրաժեշտ ժամանակը: Չնայած գելային տիպի էլեկտրոդները կարող են ցուցաբերել մի փոքր ավելի դանդաղ արձագանք, քան հեղուկով լցվածները, դրանք ընդհանուր առմամբ բավարարում են խմորման կառավարման ցիկլերի դինամիկ պահանջները, որոնք գործում են ժամային ժամանակացույցով, այլ ոչ թե վայրկյանային:

5. Կենսահամատեղելիություն
Կուլտուրային միջավայրի հետ շփվող բոլոր նյութերը պետք է լինեն ոչ թունավոր, չարտահոսող և իներտ՝ բջիջների կենսունակության կամ արտադրանքի որակի վրա բացասական ազդեցություններից խուսափելու համար: Քիմիական դիմադրությունը և կենսահամատեղելիությունն ապահովելու համար խորհուրդ է տրվում օգտագործել կենսամշակման կիրառությունների համար նախատեսված մասնագիտացված ապակե բանաձևեր:

6. Ազդանշանի ելք և ինտերֆեյս
• Անալոգային ելք (mV/pH). Ավանդական մեթոդ՝ օգտագործելով անալոգային փոխանցում կառավարման համակարգին: Արդյունավետ է, բայց խոցելի է էլեկտրամագնիսական միջամտության և ազդանշանի թուլացման նկատմամբ երկար հեռավորությունների վրա:
• Թվային ելք (օրինակ՝ MEMS-ի վրա հիմնված կամ խելացի սենսորներ). Ներառում է ներկառուցված միկրոէլեկտրոնիկա՝ թվային ազդանշաններ փոխանցելու համար (օրինակ՝ RS485-ի միջոցով): Ապահովում է աղմուկի նկատմամբ գերազանց դիմադրողականություն, աջակցում է երկար հեռավորության վրա հաղորդակցությանը և հնարավորություն է տալիս պահպանել կարգաբերման պատմությունը, սերիական համարները և օգտագործման գրանցամատյանները: Համապատասխանում է էլեկտրոնային գրառումների և ստորագրությունների վերաբերյալ կարգավորող ստանդարտներին, ինչպիսին է FDA 21 CFR Part 11-ը, ինչը այն ավելի ու ավելի նախընտրելի է դարձնում GMP միջավայրերում:

7. Տեղադրման միջերես և պաշտպանիչ պատյան
Սենսորը պետք է համատեղելի լինի կենսառեակտորի վրա նախատեսված միացման հետ (օրինակ՝ եռակի սեղմակ, սանիտարական միացում): Խորհուրդ է տրվում օգտագործել պաշտպանիչ թևքեր կամ պաշտպանիչներ՝ մեխանիկական վնասը կանխելու համար մշակման կամ շահագործման ընթացքում և հեշտացնելու համար փոխարինումը՝ առանց ստերիլությունը վտանգելու: