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生物反應器的控溫系統(tǒng)選擇

更新時間:2019-07-15 瀏覽次數(shù):3207

在抗體藥物、細胞治療、免疫治療的高速發(fā)展的現(xiàn)在,需要通過高度控制的方式工業(yè)化培養(yǎng)細胞。生物反應器成為制藥行業(yè)*的一部分。

生物反應器的環(huán)境條件包括氣體流量、溫度、pH值、溶氧水平和攪拌速度,需要密切監(jiān)測和控制,以提供適宜的生長條件。溫度作為關鍵變量之一,必須嚴格控制,以確保生物反應的的一致性和可靠性。一個生物反應通常即需要加熱又需要冷卻,要在較為寬泛的溫度范圍內(nèi)嚴格的控制溫度和快速的升溫降溫。

 

為了計算達到目標溫度所需的加熱或冷卻能力,必須確定由特定內(nèi)能組成的熱負荷,這是與給定質(zhì)量的溫度變化有關的能量。用戶必須確保計算結(jié)果包括所有被冷卻或加熱的東西,包括培養(yǎng)基、生物反應器、夾套、管道和溫度控制單元的液體。

 

 熱負荷計算如下

Q = MCΔT

Q =熱負荷(千卡/千卡)

M =物質(zhì)改變溫度的質(zhì)量(千克)

C =物質(zhì)的比熱容變化溫度(卡路里/克/°開爾文,水是1)

ΔT =溫度變化量(℃)

 

而熱負荷卡路里和熱量單位焦耳的換算為:

1卡路里=4.184焦耳

而1焦耳=1瓦特·秒 

我們可以得出 1kcal=1.16w*h
 

舉個“栗子”

計算100 L不銹鋼生物反應器,裝量60L培養(yǎng)基,反應器單重100公斤,9L的夾克,3L在制冷加熱循環(huán)系統(tǒng)和3L軟管,導熱劑為水,需要降溫10℃,我們可以計算出熱負荷:

 

培養(yǎng)基(可視作水)和夾套,軟管和制冷循環(huán)系統(tǒng)需是:

75kg*1cal/ g°K*10℃=750kcal

 

生物反應器是:100kg* 0.11cal/ g°K * 10℃ = 110kacl

 

總的需要能量是860kcal,需要的功率是1000w*h

 

如果加熱時間是1h,我們選擇功率1000w的制冷加熱循環(huán)系統(tǒng)。如果加熱時間是0.5h,我們選擇功率2000w的制冷加熱循環(huán)系統(tǒng)。

 

一次所需的溫度或溫度范圍和熱量確定,和操縱來補償所需的時間,我們需要考慮冷卻或加熱所需的傳導效率,從外部環(huán)境的熱輻射或者冷輻射而導致的額外的加熱或者制冷需求。所以,一般選擇的控溫系統(tǒng)功率會比計算功率要大,否則升溫或降溫時間會延長。

 

生物反應器通常需要一個位于培養(yǎng)溶液中的外置溫度探頭來控制溫度。因此,溫控系統(tǒng)能夠感知和控制內(nèi)部環(huán)境,并準確地保持生物反應器內(nèi)的狀態(tài)。

 

此外,在生物反應器壓力的范圍內(nèi),應選擇具有較高循環(huán)泵泵速的控溫系統(tǒng),這樣可以快速充分的進行熱交換,加快升溫降溫速率。

 

德國Huber制造的UniChiller-H系列就擁有的穩(wěn)定性和寬泛的控溫范圍,使其成為生物反應器的優(yōu)選應用。根據(jù)生物反應器的大小和以往客戶的使用情況,我們有相應型號的UniChiller-H冷卻加熱循環(huán)系統(tǒng)推薦。

 

生物反應大小(L)

Unichiller-H型號

50

UC040-60 H6

100

UC080-100 H10

250

UC130-200 H30

500

UC260-300 H30

1000

UC400-500 H48

2000

UC500-1000

 

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