Name: מידות קלט כוח ריאקטורים מנוער בקנה מידה מעבדה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-16T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 49 s
Description: למדו כיצד למדוד קלט כוח בביוריאקטורים מנוערים באמצעות מדידות מומנט. הפרוטוקול מדגים התקנת חיישן מומנט עם מיסב אוויר להפחתת חיכוך ושיפור הדיוק.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים רוצה להודות דיטר Häussler, Gautschi לנצח לסיוע שלהם במהלך הצילומים ניסיוני למעלה. אנחנו גם מודה קרוליין הייד על הוכחה אנגלית-קריאה.

1. הכנת סוכרוז פתרונות
הערה: הפתרונות סוכרוז משמשים מודל זול, הניוטונית מדיה עם צמיגות צפיפות התנאים מערבולת מופחתת (ראה טבלה 1).
<ol><li>למלא בקבוק זכוכית דוראן עם מים וסוכרוז של ריכוזים שונים (20-60 %w/w).</li>
	<li>מערבבים את התוכן עם פגים עד סוכרוז יש התפרקה לחלוטין.<ol>
<li>עבור סוכרוז בריכוזים מעל 40 %w/w, הוסף את סוכרוז לסירוגין וחום בקבוק הזכוכית במקצת (~ 50 ° C). תן פתרון סוכרוז מגניב עד לטמפרטורת החדר לפני השימוש.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. הכנת מתכון מדידה ורישום נתונים

<ol><li>לאחר הפעלת התוכנה, ליזום את התקשורת עם יחידת שליטה על ידי בחירת יציאת ה-COM טורית הנכונה מתוך התפריט הנפתח ולחיצה על לחצן התחבר . הערה: לחצן התחבר תשנה את הצבע הירוק, ה-LED מתחת לתפריט הנפתח תתחלף, ברגע התקשורת עם יחידת הבקרה מאותחלת.</li>
	<li>להגדיר את הנתיב לקובץ נתונים בתוך התוכנה יחידת הבקרה ביוריאקטור כדי לאחסן את הנתונים על המפעיל PC.<ol>
<li>פתח את דף הכרטיסיה הגדרות ופגע סמל התיקייה בסמוך לשדה טקסט מיקום קבצי נתונים .</li>
		<li>בחלון שיח קובץ, דפדף אל התיקיה תשוקה, הקלד שם קובץ לתוך שדה הטקסט של שם הקובץ ולחץ על הלחצן אישור . הערה: נתיב קובץ יומן רישום הנתונים ואת שם מוצגים בתיבת הטקסט, לחצן התחל DAQ זמין, ברגע נתיב קובץ חוקי מוגדר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>להגדיר שגרה בתוך מנהל מתכון של התוכנה יחידת הבקרה ביוריאקטור כדי להפוך לאוטומטי את הליך המדידה.<ol>
<li>פתח את דף הכרטיסיה ' מתכון ' והקלד ערכי הקלט הרצוי עבור הזמן שחלף שלב מתכון (דקות) ואת המהירות המדחף המתאים (סל ד) לתוך תיבות שדה הטקסט. הפרופיל מוצג באופן אוטומטי בתרשים. הערה: לדוגמה, המהירות מסית מתגברת stepwise על ידי סל ד 20 מתוך 100 סל"ד עד 300 סל ד, ו כל ערך נשמר במשך 4 דקות על מנת להבטיח מומנט יציב אות (ראה דיון להלן). המהירויות מינימום ומקסימום, כמו גם את כמות הגידול ניתן לכוונן את התועמלנים שונים וכלי. הערה: בחר את טווח מהירות בקפידה ביחס הרזולוציה חיישן מומנט כוח, מומנט הנומינלי ויצירת מערבולת. האחרון לעיתים קרובות מתהווה נסער במהירויות גבוהות unbaffled ריאקטורים והיא יכולה לגרום נזק מד מומנט.</li>
		<li>לחץ על הלחצן ' שמור ', חפש את הנתיב של הקובץ הרצויה, הקלד שם קובץ בשדה הטקסט. לחץ על כפתור אישור כדי לשמור את הקובץ.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. התקנה של החיישן מומנט
הערה: ההגדרה ניסיוני מוצג סכמטי באיור1.
<ol><li>התקנה מתמר מומנט ב בעל שתוכנן במיוחד, המשלבת את האוויר הנושאת (ראה איור 1) באמצעות ברגים כדי לתקן את החיישן לתוך המקום. מיסב אוויר השתמשו במחקר זה יש העתק נקבובי התותב חומר עם הקוטר הפנימי של 13 מ מ.<ol>
<li>הר המנוע מסית brushless servo על החלק העליון של בעל. לתקן את המתמר מומנט על המחזיק אנכי הרכבה באמצעות ארבעת הברגים.</li>
		<li>להתחבר הפיר מנוע מוט כונן של ממירי מומנט באמצעות מתכת לשאוג צימוד זה יכול לפצות על כך misalignments צירית קטן של המוטות והדק המושבים באמצעות ברגים. להתחבר הפיר מסית מוט מדידה של המתמר מומנט באמצעות צימוד לשאוג מתכת אחרת. הערה: במחקר זה, שתוכננה המדחף פירים בקוטר של 13 מ מ (סובלנות:-0.0076 מ מ), עם אורך בין 270 מ מ 520 מ מ שימשו כלי אחר חקר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הר בעל חיישן לצלחת ראש ביוריאקטור ולהתקין את המדחפים על הפיר מסית עם הסיווג את המדרגה הרצוי. הר שובל הזרימה ואת התקנות נוספות (כגון צינורות דגימה ו הקציר, חיישנים אלקטרוכימי, וכו ') בתוך ביוריאקטור במידת הצורך.</li>
	<li>להתקין את ביוריאקטור הרצוי בעל כלי השיט במידת הצורך (ריאקטורים #1, #3 #10) או להציב את הצלחת ראש לתוך המיכל ביוריאקטור (ביוריאקטור #2) והדק את הצלחת ראש עם ברגים.<ol>
<li>לחקירה של זכוכית ריאקטורים, למקם את כלי זכוכית ביוריאקטור למחזיק.</li>
		<li>לחקירה של ריאקטורים לשימוש יחיד, לפרק את היציאות אבובים הנטען העליון ואת דיור פיר המדחף מן הלוחות ראש פלסטיק באמצעות כלי חיתוך המתאים. מניחים בכלי פלסטיק למחזיק.</li>
	</ol>
</li>
	<li>מקום חיישן הטמפרטורה בפנים ביוריאקטור וחבר אותו ליחידת הבקרה. להתחבר לאורך צינור האוויר בלחץ ליציאה כניסת הגז של מיסב אוויר ולהחיל בלחץ של בר בסביבות 5.5 המסופקים על ידי מדחס. להתחבר מתמר מומנט A/D ממיר והכוח מהמשדר.</li>
</ol>4. תצורות בתוכנה רכישת נתונים
<ol><li>פתח את התוכנה עבור רכישת נתונים אות חיישן מומנט, להגדיר את העדפות מדידה.<ol>
<li>ודא הערוצים הראשון שני בחלון DAQ ערוצי מאותחל ופעיל. במחקר זה, האות מומנט הוגדר בערוץ 0 ולהגדיר האות מהירות הסיבוב היה בערוץ 1.<ol>
<li>לחץ על לחצן עדכן Live כדי להציג את הערכים הנוכחיים של המדידה.</li>
		</ol>
</li>
		<li>הגדר את האות ערוץ מומנט אפס אם האות מומנט כוח מוחלט ללא סיבוב גדול יותר 0.1 mN·m באמצעות לחצן העכבר הימני על לחץ על הפריט ערוץ הרשימה ערוץ, בחירה באפשרות ' ' אפס לאזן .</li>
		<li>לנווט דף הכרטיסיה DAQ העבודה ולהגדיר את קצב רכישת נתונים של 2hz מהרשימה הנפתחת תפריט. השתמש באפשרויות מיד בעבודה התחלה ומשך זמן מתוך הרשימות הנפתחות כדי לקבוע את להתחיל לעצור של רכישת נתונים, בהתאמה.</li>
		<li>להגדיר תקופת זמן עבור משך דגימת ארוך יותר מהזמן הנדרש לסיום המדידה (למשל, שימוש 1 h 0 מ' 30 s עבור מתכון שעה מוגדרת בשלב השני).</li>
		<li>נווט לדף הגדרות אחסון נתונים ובחר באפשרות ASCII + ערוץ מידע מתוך הרשימה הנפתחת כדי להגדיר את תבנית קובץ עבור הנתונים שמור קובץ. להגדיר נתיב קובץ כונן קשיח של מחשב עבור המידה קובץ הפלט.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. לבצע את המדידה מומנט
<ol><li>להתחיל רכישת נתונים עבור האות מומנט התוכנה רכישת שליטה ונתונים עבור מד מומנט על-ידי לחיצה על לחצן התחל בעמוד התפריט DAQ העבודה .</li>
	<li>להתחיל רכישת נתונים עבור המהירות מסית ואת הטמפרטורה ביוריאקטור הבקרה יחידת התוכנה על ידי לחיצה על לחצן התחל DAQ בדף הכרטיסיה הגדרות .</li>
	<li>להתחיל את הפקד מסית התוכנה יחידת בקרה עם נקודת קבע ידנית או ערכת מתכון מוגדרים מראש.<ol>
<li>אם התנהלה מידה יחיד, השתמש הערך תיבת בקרה בדף הכרטיסיה הראשי של תוכנת שליטה ביוריאקטור. הקלד נקודת-הסט הרצוי לתוך תיבת הטקסט ולחץ על הפריט 'מסית פקד'.</li>
		<li>אם מדידות מרובות עם מתכון מתנהלים, נווט אל דף ' כרטיסיה ' שלבים ולחץ על לחצן התחל . הערה: התוכנה מבטלות באופן אוטומטי בכל הפעלה ידנית תיבות משך המתכון ופותחת חלון באופן אוטומטי כדי לאשר את סופו של התהליך.</li>
	</ol>
</li>
	<li>בתוכנה רכישת נתונים, חלון יפתח באופן אוטומטי לאחר משך מדידה מוגדרת מראש. לשמור את הנתונים עבור כל אחת מהמידות על המפעיל את המחשב, רצוי על הכונן הקשיח, על-ידי לחיצה על הלחצן לשמור את הנתונים עכשיו .</li>
	<li>חזור על המדידה עבור כל מהירות מסית הרצוי ללא ועם נוזלי בתוך הכלי ביוריאקטור.<ol>
<li>שופכים מים (או הפתרון סוכרוז) דרך משפך לתוך ביוריאקטור. הערה: ודא כי הנוזל מכסה לחלוטין את המדחפים מאז המאיץ חשוף (חלקית) יכול לגרום כוחות צירית רצויה יכול לגרום נזק החיישן מומנט.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. נתוני הערכה
הערה: ערכי מומנט שהושג כלי ריק (מומנט מת) מתאימות את ההפסדים חיכוך שיורית של מיסב לבין חייב להיות מופחתים מתוך הערכים נקבע בתוך הנוזל על מנת לקבל את הערכים מומנט כוח יעיל (ראה 1 הציוד).
<ol><li>ממוצע הערכים מומנט עבור כל מהירות מסית נמדד אות יציב ומעין היתה מושגת (ראה דיון להלן). באופן אידיאלי, לחשב את הערך הממוצע על פני תקופה של פחות 2 דקות עבור כל תנאי, המתאימה לנקודות נתונים 240 בקצב מדידה של 2 הרץ.</li>
	<li>להשתמש בקוד Matlab עבור עיבוד נתונים על-ידי הפעלת הקוד מתוך שורת הפקודה תוכנה. הערה: הקוד מסופק להורדה בסעיף תוספת של כתב היד הזה. קובץ script זה מייבאת את קובץ הנתונים הגולמיים ההקלטה נתונים, מחשבת את שלב מהירות הסיבוב הממוצע, מספר ריינולדס (מתוך 3 הציוד בהתאם לקלט מהמשתמש) מקפיא את הערכים עבור כל אחד מהשלבים, מדמיין את התוצאות ואני מאחסן את התוצאות בטקסט השני קובץ, ואז שיכולה לשמש עוד יותר לעיבוד הנתונים.</li>
	<li>חיסור הערכים של מומנט שהושג כלי ריק מאלה נמדד הנוזל כדי להשיג את הערכים מומנט כוח יעיל.</li>
	<li>לחשב את כניסת מתח ומספר שהוא כוח מתוך הערכים מומנט זמן ממוצע לפי הציוד 1 ו- 2 הציוד.</li>
</ol>

<ol><li>Shiue, S. J., Wong, C. W. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cjce.5450620505/full">Studies on homogenization efficiency of various agitators in liquid blending.</a> Can. J. Chem. Eng. 62, 602-609 (1984).</li>
<li>Zlokarnik, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aZlokarnik%2C+M+%22R%C3%BChrtechnik+--+Theorie+und+Praxis%22">Rührtechnik -- Theorie und Praxis</a>. , Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg, New York. (1999).</li>
<li>Ghotli, A. R., Raman, A. A. A., Ibrahim, S., Baroutian, S. <a target="_blank" href="http://eprints.um.edu.my/9432/">Liquid-liquid mixing in stirred vessels: a review.</a> Chem. Eng. Commun. 200, 595-627 (2013).</li>
<li>Arjunwadkar, S. J., Sarvanan, K., Kulkarni, P. R., Pandit, A. B. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894797000831">Gas-liquid mass transfer in dual impeller bioreactor.</a> Biochem. Eng. J. 1, 99-106 (1999).</li>
<li>Hari-Prajitno, D., Mishra, V. P., Takenaka, K., Bujalski, W., Nienow, A. W., McKemmie, J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cjce.5450760612/abstract">Gas-liquid mixing studies with multiple up- and down-pumping hydrofoil impellers: power characteristics and mixing time.</a> Can. J. Chemical Eng. 76, 1056-1068 (1998).</li>
<li>Wichterle, K. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0009250994850755">Heat transfer in agitated vessels.</a> Chem. Eng. Sci. 49, 1480-1483 (1994).</li>
<li>Angst, R., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250905009000">Experimental investigations of stirred solid/liquid systems in three different scales: particle distribution and power consumption.</a> Chem. Eng. Sci. 61, 2864-2870 (2006).</li>
<li>Cherry, R., Papoutsakis, E. T. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF00369462">Hydrodynamic effects on cells in agitated tissue culture reactors.</a> Bioprocess Eng. 1, 29-41 (1986).</li>
<li>Chalmers, J. J. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF00350397">Shear sensitivity of insect cells.</a> Cytotechnology. 20, 163-171 (1996).</li>
<li>Ma, N., Mollet, M., Chalmers, J. J. Aeration, mixing and hydrodynamics in bioreactors. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMa%2C+N+%22Cell+Culture+Technology+for+Pharmaceutical+and+Cell-Based+Therapies%22">Cell Culture Technology for Pharmaceutical and Cell-Based Therapies</a>. Ozturk, S. S., Hu, W. -S. , Taylor & Francis. New York (NY). 225-248 (2006).</li>
<li>Chisti, Y. Shear Sensitivity. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChisti%2C+Y+%22Encyclopedia+of+Bioprocess+Technology%22">Encyclopedia of Bioprocess Technology</a>. Flickinger, M. C., Drew, S. W. , John Wiley & Sons. Hoboken, NJ, USA. 1719-1762 (2002).</li>
<li>Oosterhuis, N. M. G., Kossen, N. W. F. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00158694">Power input measurements in a production scale bioreactor.</a> Biotechnol. Lett. 3, 645-650 (1981).</li>
<li>King, R. L., Hiller, R. A., Tatterson, G. B. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.690340320/abstract">Power consumption in a mixer.</a> AIChE J. 34, 506-509 (1988).</li>
<li>Brown, D. E. <a target="_blank" href="https://www.tib.eu/en/search/id/ceaba%3ACEAB1970060610/The-measurement-of-fermenter-power-input/">The measurement of fermenter power input.</a> Ind. Chem. 16, 684-688 (1997).</li>
<li>Bourne, J. R., Buerli, M., Regenass, W. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0009250981850142">Heat transfer and power measurements in stirred tanks using heat flow calorimetry.</a> Chem. Eng. Sci. 36, 347-354 (1981).</li>
<li>Böhme, G., Stenger, M. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ceat.270110127/abstract">Consistent scale-up procedure for the power consumption in agitated non-newtonian fluids.</a> Chem. Eng. Technol. 11, 199-205 (1988).</li>
<li>Reséndiz, R., Martínez, A., Ascanio, G., Galindo, E. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ceat.270140206/abstract">A new pneumatic bearing dynamometer for power input measurement in stirred tanks.</a> Chem. Eng. Technol. 14, 105-108 (1991).</li>
<li>Distelhoff, M. F. W., Laker, J., Marquis, A. J., Nouri, J. M. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00190598">The application of a strain gauge technique to the measurement of the power characteristics of five impellers.</a> Exp. Fluids. 20, 56-58 (1995).</li>
<li>Ibrahim, S., Nienow, A. W. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/279596070_Power_curves_and_flow_patterns_for_a_range_of_impellers_in_Newtonian_fluids_40Re5105">Power curves and flow patterns for a range of Impellers in Newtonian fluids: 40 < Re < 5x10^5.</a> Chem. Eng. Res. Des. 73, 485-491 (1995).</li>
<li>Karcz, J., Major, M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0255270198000336">An effect of a baffle length on the power consumption in an agitated vessel.</a> Chem. Eng. Process. Process Intensif. 37, 249-256 (1998).</li>
<li>Houcine, I., Plasari, E., David, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1521-4125(200007)23:7%3C605::AID-CEAT605%3E3.0.CO;2-0/abstract">Effects of the stirred tank's design on power consumption and mixing time in liquid phase.</a> Chem. Eng. Technol. 23, 605-613 (2000).</li>
<li>Chen, Z. D., Chen, J. J. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChen%2C+ZD+%22A+study+of+agitated+gas-liquid+reactors+with+concave+blade+impellers%22">A study of agitated gas-liquid reactors with concave blade impellers</a>. Gupta, B., Ibrahim, S. , Kluwer Academic Publishers. 43-56 (2000).</li>
<li>Chapple, D., Kresta, S. M., Wall, A., Afacan, A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263876202721965">The effect of impeller and tank geometry on power number for a pitched blade turbine.</a> Chem. Eng. Res. Des. 80, 364-372 (2002).</li>
<li>Gill, N. K., Appleton, M., Baganz, F., Lye, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+power+consumption+and+oxygen+transfer+characteristics+of+a+stirred+miniature+bioreactor+for+predictive+fermentation+scale-up%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Quantification of power consumption and oxygen transfer characteristics of a stirred miniature bioreactor for predictive fermentation scale-up.</a> Biotechnol. Bioeng. 100, 1144-1155 (2008).</li>
<li>Cudak, M. <a target="_blank" href="https://www.degruyter.com/view/j/cpe.2014.35.issue-1/cpe-2014-0007/cpe-2014-0007.xml">Hydrodynamic characteristics of mechanically agitated air - aqueous sucrose solutions.</a> Chem. Process Eng. 35, 97-107 (2014).</li>
<li>Kuboi, R., Nienow, A. W., Allsford, K. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00986448308940043">A multipurpose stirred tank facility for flow visualisation and dual impeller power measurement.</a> Chem. Eng. Commun. 22, 29-39 (1983).</li>
<li>Wu, J., Zhu, Y., Pullum, L. <a target="_blank" href="http://www.cherd.ichemejournals.com/article/S0263-8762(01)72140-5/pdf">Impeller geometry effect on velocity and solids suspension.</a> Chem. Eng. Res. Des. 79, 989-997 (2001).</li>
<li>Amanullah, A., Serrano-Carreon, L., Castro, B., Galindo, E., Nienow, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+impeller+type+in+pilot+scale+xanthan+fermentations%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">The influence of impeller type in pilot scale xanthan fermentations.</a> Biotechnol. Bioeng. 57, 95-108 (1998).</li>
<li>Saito, F., Nienow, A. W., Chatwin, S., Moore, I. P. T. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/238145132_Power_Gas_Dispersion_and_Homogenisation_Characteristics_of_SCABA_SRGT_and_Rushton_Turbine_Impellers">Power, gas dispersion and homogenisation Characteristics of SCABA SRGT and Rushton turbine impellers.</a> J. Chem. Eng. Japan. 25, 281-287 (1992).</li>
<li>Ascanio, G., Castro, B., Galindo, E. <a target="_blank" href="http://www.cherd.ichemejournals.com/article/S0263-8762(04)72615-5/pdf">Measurement of power consumption in stirred vessels - a review.</a> Chem. Eng. Res. Des. 82, 1282-1290 (2004).</li>
<li>Vilaça, P. R., Badino, A. C., Facciotti, M. C. R., Schmidell, W. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s004490050730">Determination of power consumption and volumetric oxygen transfer coefficient in bioreactors.</a> Bioprocess Eng. 22, 261-265 (2000).</li>
<li>van Eikenhorst, G., Thomassen, Y. E., van der Pol, L. A., Bakker, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+mass+transfer+and+mixing+in+rigid+lab-scale+disposable+bioreactors+at+low+power+input+levels%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Prog%22%5BJournal%5D)">Assessment of mass transfer and mixing in rigid lab-scale disposable bioreactors at low power input levels.</a> Biotechnol. Prog. 30, 1269-1276 (2014).</li>
<li>Eibl, D., Peuker, T., Eibl, R. Single-use equipment in biopharmaceutical manufacture: A brief introduction. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEibl%2C+D+%22Single-Use+Technology+in+Biopharmaceutical+Manufacture%22">Single-Use Technology in Biopharmaceutical Manufacture</a>. Eibl, R., Eibl, D. , John Wiley & Sons. Hoboken, NJ, USA. 3-11 (2010).</li>
<li>Eibl, R., Kaiser, S., Lombriser, R., Eibl, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disposable+bioreactors%3A+the+current+state-of-the-art+and+recommended+applications+in+biotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Microbiol.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Disposable bioreactors: the current state-of-the-art and recommended applications in biotechnology.</a> Appl. Microbiol. Biotechnol. 86, 41-49 (2010).</li>
<li>Kaiser, S. C., Werner, S., Jossen, V., Kraume, M., Eibl, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+method+for+reliable+power+input+measurements+in+conventional+and+single-use+stirred+bioreactors+at+laboratory+scale%5BTitle%5D)+AND+%22Eng.+Life+Sci%22%5BJournal%5D)">Development of a method for reliable power input measurements in conventional and single-use stirred bioreactors at laboratory scale.</a> Eng. Life Sci. 17 (5), 500-511 (2016).</li>
<li>Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH. Drehmoment-Messwelle T20WN product description. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.hbm.com/en/0264/torq">http://www.hbm.com/en/0264/torq</a> (2016).</li>
<li>Nienow, A. W., Miles, D. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/i260037a007">Impeller power numbers in closed vessels.</a> Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 10, 41-43 (1971).</li>
<li>Liepe, F., Sperling, R., Jembere, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLiepe%2C+F+%22R%C3%BChrwerke+-+Theoretische+Grundlagen%2C+Auslegung+und+Bewertung%22">Rührwerke - Theoretische Grundlagen, Auslegung und Bewertung</a>. , Eigenverlag FH. Anhalt, Köthen, Germany. (1998).</li>
<li>Kaiser, S. C., Werner, S., Eibl, D. CFD as tool to characterize single-use bioreactors. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKaiser%2C+SC+%22Single-Use+Technology+in+Biopharmaceutical+Manufacture%22">Single-Use Technology in Biopharmaceutical Manufacture</a>. Eibl, R., Eibl, D. , John Wiley & Sons. Hoboken, NJ, USA. 264-279 (2010).</li>
<li>Liepe, F. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/zfch.19880281120/abstract">Verfahrenstechnische Berechnungsmethoden Teil 4: Stoffvereinigen in fluiden Phasen - Ausrüstungen und ihre Berechnung.</a> VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie. , Leipzig, Germany. (1988).</li>
<li>Kraume, M., Zehner, P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026387620172117X">Experience with experimental standards for measurements of various parameters in stirred tanks: a comparative test.</a> Chem. Eng. Res. Des. 79, 811-818 (2001).</li>
<li>Werner, S., Greulich, J., Geipel, K., Steingroewer, J., Bley, T., Eibl, D. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/elsc.201400024/abstract">Mass propagation of Helianthus annuus suspension cells in orbitally shaken bioreactors: Improved growth rate in single-use bag bioreactors.</a> Eng. Life Sci. 14, 676-684 (2014).</li>
</ol>

המחברים הכריזו שאין ניגודי אינטרסים.

למרות החשיבות של הקלט (ספציפיים) החשמל עבור אפיון הנדסי, שינוי קנה מידה-למעלה/למטה של ריאקטורים, רק כמה פרסומים על חקירות ניסיוני benchtop סולם ריאקטורים, במיוחד לשימוש יחיד מערכות ספרה אחת ליטר נפח טווח, ניתן למצוא בספרות. אחת הסיבות חוסר נתונים ניתן לראות את הקשיים של מידות קלט כוח מדויק קשקשים קטנים כאלה. על מנת להתגבר על קשיים אלה, המחקר הנוכחי מספק נוהל מפורט מומנט המבוסס על כוח הקלט מדידות הנתמכים על-ידי מיסב אוויר כדי למזער את התביעות חיכוך ב הנושאת. תחולתה של השיטה הודגם באמצעות שלושה ריאקטורים חד-פעמיים זמינים מסחרית, וכן לשימוש רב ריאקטורים לטאה בין 1 ליטר 10 L אמצעי אחסון של עבודה.
על סמך הניסיון שלנו עם המדידות מומנט מבוסס, הגורמים הקריטיים ביותר לכתובת הם: 1) לצמצם את מומנט מת על-ידי מזעור ההפסדים החיכוך בתוך המיסבים חותמות, בפרט במעבדה קנה מידה ריאקטורים, ומבחר 2) מד מומנט מתאימים עבור התנאים גודל ועצבנות ביוריאקטור הרצוי. כפי שהוצגה קודם35, מומנט מת יכול להיות מופחת באופן דרמטי על ידי שימוש מיסב אוויר. במחקר הנוכחי, שימש את התותב אוויר בעלות נמוכה עשוי מחומר פחם נקבובי. מומנט שיורית של כלי ריק שנבדקו היו בדרך כלל מתחת mN·m 0.5 עם עצבנות שיעור של עד 900 סל ד, המתאים המדחף עצה במהירויות של עד 3 m·s-1. לעומת זאת, היה מת לפיתול ביוריאקטור #6 עם מיסב מובנה פיר מכני, לדוגמה, בין 9.4 mN·m 20 mN·m, ערכי השוואה של mN·m סביב 3 דווחו גם עבור ביוריאקטור #732. זהו אחד בסדר גודל גבוה יותר מאשר הערכים שהתקבלו בכיוונון ניסיוני המוצע.
מלבד מיסב אוויר, מד מומנט בשימוש הוא המרכיב הקריטי ביותר. מד מומנט זמין מסחרית המיועד למדידת מומנט סטטיים ודינמיים, מהירות הסיבוב, זווית הסיבוב נבחר במחקר זה. בהתחשב ריאקטורים עניין עם נפחי עבודה מרבי 10 L ואת התועמלנים המתאימים, מומנט הנומינלי של 0.2 N·m נבחר. התברר כי הפארמצבטית גבוהה עם סטיית תקן היחסי של משכפל < 5%, ניתן לקבל מדידות אמין עבור המתחילים mN·m 2, המתאימים בלבד 1% מומנט כוח נומינלי אפקטיבי torques. לפיכך, טווח מדידה של החיישן ליישם את המחקר הנוכחי היה משמעותי יותר מאשר תוצאות אשר פורסמו מבוסס על מחקר inter-laboratory של חברי קבוצת העבודה GVC גרמני-VDI על ערבוב41.
יחד עם זאת, טווח מהירות מסית צריך שנבחרו בקפידה ביחס הרזולוציה חיישן מומנט כוח, מומנט הנומינלי ויצירת מערבולת. האחרון לעיתים קרובות מתהווה נסער במהירויות גבוהות unbaffled ריאקטורים והיא יכולה לגרום נזק מד מומנט. שתי המהירויות מסית ריאלי מינימלי ומקסימלי יכול להיות הגבלת גורמים של השיטה המתוארים במחקר זה. בנוסף קודמים שלנו לעבוד35, מחקר זה מעורב גם את ביוריאקטור #3, האיבר הקטן ביותר במשפחה ביוריאקטור זכוכית המסופקים על ידי היצרן, אשר סוער על ידי שני שלבים המאיץ עם קטרים של 42 מ מ. מאפיין כוח דומה לזה ב ביוריאקטור גאומטרית דומה #4 הושג עם הגדרת ניסיוניים שהוצגו. זה בולט מאז מומנט מאזני באות M <img alt="Proportional to" src="/files/ftp_upload/56078/56078pro.jpg"> d5 נתון צפיפות נוזל, גיאומטריה המדחף (קרי מספר כוח), מהירות הסיבוב (ראה הציוד 1 ו- 2 הציוד). כתוצאה מכך, כ-40% נמוך המדחף מומנט נובעת 10% קטן קוטר המדחף, לדוגמה. למרות זאת, במהירויות גבוהות המסתובבת בסולם 1 ליטר יותר בסולם 2 ל' נדרשו במהלך פעולה כדי לפתור את מומנט המיוצר עם מד מומנט זמין. שובל הזרימה מובנה של ביוריאקטור #3, היווצרות מערבולת לא נצפתה, אלא זה יכול להיות בעיה עם כלי unbaffled. יודגש כי הקבוע לקזז את המספרים כוח שנמצא בין שתי המאזניים יכול לנבוע אי-דיוקים המדידה הנגרמת על ידי הרזולוציה חיישן מוגבלת (בנוסף הבדלים גיאומטריים). חקירות נוספות נדרשים להסיק מסקנות הסופי בסולם המינימלי שבו ההגדרה המוצעת תהיה עדיין ריאלי.
למרות זאת, באותו הפרוטוקול שימש למדידות קלט כוח בכלי זכוכית שונים מיצרנים שונים עם עבודה בנפחים של בין 1 ליטר L 10 במעבדה שלנו. זה מדגיש את transferability של שיטת בשימוש עבור אפיון מערכות ביוריאקטור שונים. המאמץ ניסיוני יכול להיות מופחת על ידי מדידות אוטומטיות באמצעות ניהול מתכון בתוך מערכת אוטומציה שמספקת התוכנה יחידת בקרה, עיבוד נתונים אוטומטי בהתבסס על השפה האוניברסלית של Matlab.
עוד, יצוין כי על-ידי שימוש של סוכרוז המכיל, מדיה זולה דגם הניוטונית, מספר רחב טווח של ריינולדס (100 < מחדש < 6·104), בהתאם מסית, קנה מידה, היה מכוסה. חשוב גם להדגיש כי הגבול התחתון של הטווח מערבולת הוא בדרך כלל לא רלוונטי עבור תרביות תאים בעלי חיים עם המדיה, כמו מים, אפילו אם במהירויות נמוכות מאוד המדחף משמשים. עם זאת, עליות משמעותיות צמיגות מרק, כשהתוצאה היא מערבולת השיכוך, אפילו לא-ניוטונים והתנהגות תוארו פטריות- ולשתול מבוססת תא תרבויות. לדוגמה, לכאורה צמיגויות בתרבויות צמח של עד 400-fold לעומת מים כבר דווח על42, אשר מוביל להורדת הרבה מספרי ריינולדס.
לבסוף, בעזרת את ביוריאקטור #7 כמקרה הראשון, זה הוכח כי הגדרת הניסוי המוצע יכול לשמש כדי לחקור את ההשפעה של שינויים עיצוב על הקלט כוח בקנה מידה מעבדה. בשילוב עם טכניקות שטנץ מהירה, זה יכול להיות כלי רב עוצמה עבור לימודי העיצוב המדחף, שתהווה חלקי העבודה בעתיד.

כניסת מתח הוא פרמטר הנדסה מפתח כדי להפוך את אפיון דרוג-up של ריאקטורים כי הוא מתייחס לפעולות יחידה רבים, כגון המגון1,2,3, פיזור גז נוזלי2 , 4 , 5, העברת חום6 והשעיה מוצק7. כוח קלט מזוהה גם עם גזירה, אשר יכול במיוחד משפיעים על הצמיחה ואת המוצר במערך הטיה תא רגיש תרבויות8,9,10,11.
הטכניקות הנפוצות ביותר עבור המדד של הקלט כוח ריאקטורים מנוער מבוססים על חשמל לצייר13,12,14,12,calorimetry15 (קרי נייח חום איזון או חימום דינאמי דרך התסיסה) או את מומנט על התועמלן. האחרון יכול השפעול להיקבע על ידי גובלי עומס, מומנט מטר או מאבחנים המתח, אשר הוחלו למגוון התועמלנים, כולל יחיד או רב שלבית ראשטון טורבינות1,16,17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25, להב משופע המאיץ19,20,23,26,27, InterMig19,21 ו Scaba המאיץ28 , 29. סקירה מפורטת מסופק על ידי Ascanio et al. (2004)30.
מ מומנט כוח (T), תשומות כוח (P) יכול להיות מוערך מן הציוד 1, כאשר N הוא מספר מהירות הסיבוב של התועמלן.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56078/56078eq1.jpg">(1)
כהתאמה הפסדים המתרחשים התסיסה (במיסבים, חותמות, המנוע עצמו), מומנט כוח יעיל (Teff) צריך להיות נחוש כהפרש בין הערך שנמדד בכלי ריק (TD) וב -הנוזל (TL ). בסופו של דבר, המספר שהוא כוח (P0, הידוע גם בשם ניוטון מספר), אשר מוגדר על ידי 2 הציוד כאשר ρL מציין את צפיפות נוזל ו d מייצג את קוטר המדחף, יכול לשמש כדי להשוות התועמלנים שונים.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56078/56078eq2.jpg">(2)
זה ידוע כי המספר כוח הוא פונקציה של מספר ריינולדס (קרי מהתסיסה) והופך קבוע בתנאים הסוערים באופן מלא. המדחף מספר ריינולדס מוגדרת על-ידי 3 הציוד, איפה ηL צמיגות הנוזל.
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56078/56078eq3.jpg">(3)
למרות זאת, מידות קלט כוח ריאקטורים בקנה מידה קטן הם עדיין מאתגר עקב ההפסדים חיכוך גבוה יחסית בתוך מסבים מכני של המוטות המדחף ואת הדיוק מוגבלת של מומנט הנמכרים ביותר מטר. כתוצאה מכך, רק כמה דוחות על כוח קלט מדידות בקנה מידה benchtop ריאקטורים כבר פורסם17,18,22,24,31,32. יש גם חוסר נתונים אודות הקלט כוח ריאקטורים חד-פעמיים, אשר מועברים על ידי היצרנים preassembled, מעוקר, מוכן לשימוש33,34. לעומת עמיתיהם הניתן לשימוש חוזר, ריאקטורים חד-פעמיים רוב הם נסער על ידי המאיץ שתוכנן במיוחד, מקשה על השוואות.
על מנת לסגור את הפער, שיטה אמינה למדידות קלט כוח, עם דגש מיוחד על חימום/קירור קנה מידה מעבדה פותחה לאחרונה35. הערכים מומנט כוח נמדד כלי ריק, אשר נגרמו הפסדים חיכוך, הצטמצם באופן יעיל על ידי שימוש מיסב אוויר. כתוצאה מכך, מגוון רחב של תנאים מבצעיים נמוך. מערבולות אוויר (100 < מחדש < 2·104) יכולה להיחקר, קלט כוח של ריאקטורים חד-פעמיים ושימוש רב מספר סופק.
המחקר הנוכחי מספק פרוטוקול מדידה מפורט של השיטה שפותחה בעבר, מאמר זה מתאר כיצד להגדיר, לנהל ולהעריך מידה קלט מבוסס-מומנט כוח בתוך ריאקטורים סולם מעבדה. דגש מיוחד הוא במערכות זמינים מסחרית יחיד - ו מולטי - use. שגרת מדידה אוטומטיות משמש כדי להפחית את המאמץ ניסיוני.

<table><tbody><tr><td>מד מומנט T20WN</td><td>HBM Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH</td><td></td><td>מומנט נומינלי 0.2 ננומטר</td></tr><tr><td>Spider-8</td><td>HBM Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH</td><td></td><td>HBM Spider8 אינו זמין עוד למכירה. מערכת QuantumX DAQ (במיוחד מודולי QuantumX MX840A ו-MX440A) מומלצת.</td></tr><tr><td>Catman קל תוכנה</td><td>HBM Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH</td><td></td><td>גרסה 4.2.2</td></tr><tr><td>מיסב אוויר</td><td>IBS דיוק הנדסה</td><td></td><td>13 מ"מ תותב אוויר</td></tr><tr><td>פיר אימפלר נירוסטה Bioengineering</td><td>AG</td><td></td><td>סובלנות פיר פיר -0.0076 מ"מ</td></tr><tr><td>מנוע ללא מברשות AKM2</td><td>Kollmorgen</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מתכת צימוד מפוח</td><td>Uiker AG</td><td></td><td></td></tr><tr><td>יחידת בקרה עדינה RDPDmini</td><td>Finesse, חלק מ-Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>כבר לא נתמך (ניתן להשתמש במוצר החלופי G3Lab בקר אוניברסלי)</td></tr><tr><td>סוכרוז</td><td>Migros Schweiz AG</td><td></td> תוכנת Matlab <td>בדרגת מזון</td></tr><tr><td></td><td>Mathworks</td><td></td><td>גרסת R2017a</td></tr><tr><td>Finesse &mu; תוכנת TruBio PC</td><td>Finesse, חלק מ-Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>גרסה 3.1 (כבר לא נתמכת)</td></tr><tr><td>SmartGlass 1L</td><td>Finesse, חלק מ-Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>המכונה Bioreactor 1L בטבלה 2</td></tr><tr><td>SmartGlass 3L</td><td>Finesse, חלק מ-Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>המכונה Bioreactor 3L בטבלה 2</td></tr><tr><td>SmartVessel 3L</td><td>Finesse, חלק מ-Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>המכונה ביו-ריאקטור חד-פעמי 3L בטבלה 2</td></tr><tr><td>Mobius CellReady 3L</td><td>Merck Millipore</td><td></td><td>המכונה ביו-ריאקטור חד-פעמי חד-פעמי 3L בטבלה 2</td></tr><tr><td>UniVessel SU 2L</td><td>Sartorius Stedim Biotech</td><td></td><td>המכונה ביו-ריאקטור חד-פעמי 2L בטבלה 2</td></tr></tbody></table>

מידות קלט כוח ריאקטורים מנוער בקנה מידה מעבדה

Power Input Measurements in Stirred Bioreactors at Laboratory Scale

הקלט כוח ריאקטורים מנוער הוא פרמטר חשוב דרוג-up, ניתן למדוד באמצעות מומנט שפועל על הפיר המדחף במהלך הסיבוב. עם זאת, בקביעה ניסויית של הקלט כוח בכלי בקנה מידה קטן הוא עדיין מאתגר עקב חיכוך גבוה יחסית הפסדים בתוך תותבים בדרך כלל בשימוש, מיסבים ו/או חותמות פיר, לדיוק של מטרים מומנט זמין מסחרית. לפיכך, רק נתונים מוגבלים עבור ריאקטורים בקנה מידה קטן, מערכות לשימוש יחיד בפרט, זמין בספרות, מקשה על השוואות בין מערכות שונות לשימוש יחיד ואת עמיתיהם קונבנציונלי.
כתב יד זה מספק פרוטוקול על כיצד למדוד תשומות כוח benchtop סולם ריאקטורים בטווח רחב של תנאי זרימה טורבולנטית, אשר יכול להיות מתואר על ידי מספר ריינולדס שהוא (Re). התביעות הנ ל חיכוך מופחתים בצורה יעילה על ידי שימוש מיסב אוויר. ההליך כיצד להקים, לנהל ולהעריך מבוסס-מומנט כוח קלט המדידה, עם דגש מיוחד על התנאים עצבנות טיפוסי התרבות תא נמוך. מערבולות אוויר (100 < מחדש < 2·104), מתואר בפירוט. קלט כוח של ריאקטורים חד-פעמיים ושימוש רב מספר מסופק על ידי כוח שהוא המספר (נקרא גם ניוטון מספר, P0), אשר נקבע להיות בטווח של P0 ≈ 0.3 ו P0 ≈ 4.5 עבור מספרי ריינולדס המרבי ב ריאקטורים שונים.

ניתן למדוד הקלט כוח ריאקטורים מנוער דרך מומנט שפועל על הפיר המדחף במהלך הסיבוב. כתב יד זה מתאר כיצד ניתן להשתמש ברינג אוויר להפחית את החיכוך הפסדים שנצפתה החותמות מכני ביעילות את רמת הדיוק של מדידות קלט כוח בכלי בקנה מידה קטן.

The power input in stirred bioreactors is an important scaling-up parameter and can be measured through the torque that acts on the impeller shaft during ...

המטרה הכללית של פרוטוקול זה היא לקבוע את הספק הכניסה בביוראקטורים מעבדה עם ערבוב על בסיס מדידות מומנט. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להשתמש בחיישנים זמינים מסחרית למחקרים בקנה מידה של שולחן מעבדה, מה שמאפשר למשתמש לבצע מדידות עבור מחקרי הגדלה (scaling up). הדגמה ויזואלית של טכניקה זו היא קריטית מכיוון שהתקנה נכונה של חיישן המומנט חשובה לקבלת מדידות מהימנות.התקינו את רכיבי הביוראקטור ומערכת הבקרה על שולחן מעבדה. עבור ניסוי זה, ישנו מיכל ערבוב בנפח של שני ליטר ומחזיק לכלי הריאקטור. כמו כן, קיים מחזיק שתוכנן במיוחד עבור מנוע הבערבוב.בנוסף למתקן עבור המנוע, קיים מתקן עבור מד מומנט. העיצוב המיוחד כולל מיסב אוויר עם כניסה לאוויר בלחץ. השתמש במחשב וביחידת בקרה של ביו-ראקטור עבור רכישת נתונים ובקרה.בנוסף, ספקו נוזל בעל צמיגות וצפיפות ידועים, כגון מים מזוקקים או תמיסת סוכרוז. השלב הראשון הוא התקנת מנוע המערבל ומתמר המומנט. תחילה, הניחו את מנוע מערבל הסרוו ללא מברשות (brushless-servo) בחלקו העליון של התומך.הדק את המנוע למקומו באמצעות ברגים, ולאחר מכן כוון את מתמר המומנט כראוי והצב אותו במיקומו. קבע אותו על התושבת באמצעות ארבעה ברגים. התקן את מחבר אבקת המתכת (metal bellow coupling) כדי לחבר את ציר המנוע לציר ההנעה של מתמר המומנט.לאחר מכן, קחו את ציר המערבל. התקינו את האימפלרים על ציר המערבל לפני ההמשך. לאחר מכן, הכניסו את ציר המערבל לתוך תושבת האוויר.חברו את מחבר הבלון המתכתי השני כדי לחבר את ציר המערבל לציר המדידה של חיישן המומנט. הניחו את התושבת עם חיישן המומנט המותקן וההנעה של המנוע על לוחית הראש של הביוראקטור. לאחר בחירת החיישן ותנאי הבדיקה המתאימים, השלב הקריטי ביותר הוא התקנה נכונה של חיישן המומנט ושל ציר האימפלר המוחזק במקומו על ידי מיסב אוויר.כעת הכניסו חיישן טמפרטורה לתוך הביוראקטור. חברו את החיישן לממיר A/D. לאחר מכן, חברו את מנוע ההנעה ליחידת הבקרה.הכינו את מיסב האוויר על ידי חיבור צינורות לאוויר בלחץ. גרמו להפעלת לחץ אוויר מתאים על המיסב. המערך המלא מוצג בסכימה זו.תוכנת מחשב משתמשת ביחידת הבקרה כדי לקבוע את מהירות המנוע ולנטר את הטמפרטורה. המחשב אוסף נתונים מהמתמר המומנט באמצעות ממיר מאנלוגי לדיגיטלי. פתחו את תוכנת הבקרה במחשב.מסך הפתיחה הוא דף הלשונית הגדרות (Settings). עברו לתפריט הגלילה של יציאת ה-COM ובחרו באמצעותו את היציאה הנכונה. לחצו על כפתור Connect כדי להתחיל את התקשורת עם יחידת הבקרה.באותו דף לשונית, עברו לסמל התיקייה לצד שדה הטקסט של מיקום קובץ הנתונים (Data File Location). לחצו עליו, ותיבה סופית תיפתח באופן אוטומטי. דפדפו לתיקייה הרצויה והקלידו שם קובץ עבור קובץ רישום הנתונים.אשרו על ידי לחיצה על כפתור Okay. נתיב הקובץ ושמו יוצגו בשדה הטקסט Data File Location. כעת עברו ללשונית Recipes והביאו דף זה לקדמה.אתרו את השדות המסומנים כ-PhaseDuration ו-Agitator. הקלידו בשדות הטקסט את הערכים הרצויים למשך שלב המתכון בדקות ואת מהירויות האימפלר המתאימות. כדי לשמור את המתכון, לחצו על Save.בחלון בחירת הקובץ, בחרו את נתיב הקובץ הרצוי. הקלידו את שם הקובץ הרצוי. לחצו על אישור, וחלון בחירת הקובץ ייסגר באופן אוטומטי.פתחו את תוכנת רכישת הנתונים כדי להגדירה. מחוון ירוק לצד ערוץ מציין כי הוא אותחל ופעיל. לחצו על כפתור ה-Live Update.ערוץ אחד מציג את אות המומנט, אותו יש לאפס כראוי. בחר בלשונית עבור דף Data Acquisition Job כדי לעבור לדף הלשונית Data Acquisition. שם, תחת Sample Rate Groups, בחר בקצב רכישת נתונים של two hertz.תחת Start of Data Recording, בחרו באפשרות Immediately at Job Start. לאחר מכן, עברו ל-Stop of Data Recording ובחרו ב-Duration. הגדירו זמן שיהיה ארוך מעט מזמן המדידה.כעת עברו ללשונית Data Storage. בתפריט הנפתח File Format בחרו באפשרות ASCII Channel Info. הגדירו נתיב קובץ עבור נתוני המדידה בשדה הטקסט המתאים.כדי לבצע את הניסוי, חזרו לב bioreactor. השתמשו במשפך כדי להוסיף מים או את תמיסת הסוכרוז לכלי. הניסוי מוכן להתחלה.בתוכנת רכישת הנתונים, עברו לדף Data Acquisition Job. שם, לחצו על Start, וכעת עברו לתוכנת יחידת הבקרה כדי להפעיל את המערבל. כדי להשתמש במתכון, עברו ללשונית Recipe.שם, בחרו מתכון מוגדר מראש עבור הניסוי. באותו עמוד, לחצו על כפתור Start. התהליך יתחיל באופן אוטומטי ומהירות המערבל תיקבע בהתאם להגדרות שנקבעו במתכון.עם השלמת הניסוי, ייפתח חלון בתוכנת רכישת הנתונים. שמור את הנתונים על ידי לחיצה על כפתור Save Data Now. בתוכנת יחידת הבקרה, תופיע תיבת הודעה המציינת כי התהליך הסתיים.לחצו על Okay, עברו לדף הלשונית Recipe ולחצו על כפתור ה-Stop כדי לסיים את המתכון. לעיבוד הנתונים הגולמיים ניתן להשתמש בסקריפט Matlab, המסופק בסעיף ההשלמות (Supplement) של כתב יד זה. לאחר פתיחת תוכנת ה-Matlab, נווטו לספריית העבודה שבה נשמרו הנתונים הניסיוניים.הקלידו את הפקודה Torque Results בחלון הפקודות ולחצו על Enter. פעולה זו תפעיל את סקריפט Matlab המנחה את המשתמש בתהליך עיבוד הנתונים. בחרו את קובץ רישום הנתונים (data logging) עבור נתוני חיישן המומנט ולחצו על Open.הקלידו את פרמטרי התהליך בשדות הטקסט המתאימים כאשר תתבקשו לעשות כן. התוצאות מוצגות באופן גרפי והנתונים המעובדים נשמרים באופן אוטומטי בקובץ טקסט חדש בתוך ספריית העבודה. נתונים אלו מראים כיצד אות המומנט עלה עם כל הגדלה של מהירות הסיבוב.לאחר שיא חולף, חולפת כדקה אחת עד שהמדידות הופכות לכמעט יציבות. הדבר תלוי במהירות הסיבוב ובמדחף. הקווים המקווקווים מצביעים על רווח סמך של 5% סביב הערכים הממוצעים בזמן.תרשים זה משווה בין הספק הכניסה החזוי למדוד כפונקציה של מספר ריינולדס עבור ריכוזי סוכרוז שונים. הקווים הרצופים מייצגים מודל המניח שההספק פרופורציונלי לקובייה של מספר ריינולדס. העיגולים מייצגים את הנתונים.הביוריאקטור היה כלי זכוכית עם נפח עבודה של שני ליטרים ובתצורת בקיע (impeller) של טורבינת Rushton אחת. המשולשים בגרף זה הם נתונים מביוריאקטור זכוכית עם נפח עבודה של שני ליטרים. העיגולים הם נתונים מביוריאקטור פלדת אל-חלד עם נפח עבודה של 10 ליטרים.לשניהם טורבינת Rushton אחת. מספרי ההספק עבור תנאים טורבולנטיים מלאים שווים בשני קני המידה. השוואה של נתונים מביוראקטורים עם נפח עבודה של ליטר אחד ושני ליטרים, בעלי טורבינות Rushton משופרות ואימפלרים עם להבים מקטעיים, מראה ששניהם מציגים ירידות דומות במספרי ההספק עם עליית מספרי Reynolds.ההיסט between השניים עשוי לנבוע מהגאומטריה של המכל או של המערבל. לאחר צפייה בסרטון זה, תהיה לכם הבנה טובה לגבי אופן הגדרת מדידות מומנט לקביעת הספק הכניסה בביוריאקטורים בקנה מידה מעבדתי. בהתאם לנוהל זה, ניתן לבצע מדידות הן במערכות לשימוש חד-פעמי והן במערכות קונבנציונליות.באמצעות מדידות אוטומטיות, ניתן להפחית משמעותית את המאמץ הניסויי ולהשיג נקודות נתונים רבות באופן מהיר, אמין וניתן לשחזור.

power-input-measurements-in-stirred-bioreactors-at-laboratory-scale

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

Fermentors משמשים כדי להגדיל את תשואת התרבות והפרודוקטיביות של תאים מהונדסים גנטיים. לאחר הקרנת מועמדי תרבית תאים של חיידקים או של בעלי חיים רבים בצלוחיות לרעוד, הצעד ההגיוני הבא הוא להגדיל ביומסה של התרבות שנבחרה עם fermentor. סרטון זה מדגים את ההקמה ותפעול של מערכת bioreactor המעבדתיים אופיינית.

מבצע של Bioreactor Benchtop

באמצעות ביו-ריאקטור פנאומטי, אנו מדגימים את ההרכבה, התפעול והביצועים של מערכת ביו-ריאקטור חד-פעמית זו לגידול תאי יונקים.

טיפוח של תאי יונקים באמצעות מערכת פניאומטיים Bioreactor יחיד שימוש

תכנון כור חדשני, שנטבע ביו-ריאקטור בצפיפות גבוהה (HDBR), מוצג לגידול ומחקר של קהילות מיקרוביאליות בצפיפות גבוהה. כאן, ה-HDBR מיושם בהצלחה בתצורת פוטו-ביו-ריאקטור (PBR) לחקר חילוף החומרים של חנקן על ידי קהילת אצות מעורבת בצפיפות גבוהה.

Bioreactor רומן לטיפוח צפיפות גבוה של קהילות חיידקים מגוונות

מאמר זה מתאר את תהליך ההרכבה והפעלה של bioreactor פוטוסינתטית בקנה מידה הספסל, שניתן להשתמש בהם, בשילוב עם שיטות אחרות, כדי להעריך את הפרמטרים הצמיחה הקינטית הרלוונטי. מערכת זו עוקבת ברציפות אחר ה- pH, האור והטמפרטורה באמצעות חיישנים, רכישת נתונים ויחידת בקרה, וקוד פתוח.

בנייה והתקנה של אלגורית מידה של אלגוריה ביאוריאקטור פוטוסינתטי עם טמפרטורה, אור, וניטור pH עבור בדיקות צמיחה קינטית

פרוטוקול מפורט עבור הפעולה בו-זמניות של תרביות תאים מקבילים 48 בתנאים מגוונים במערכת microbioreactor מוצג. תהליך התרבות תאים, קציר וניתוח כייל נוגדנים הבאים מתוארים.

השימוש תפוקה גבוהה אוטומטית Microbioreactor מערכת לייצור של מודל IgG1 בתאים צ'ו

מרחב הספסל, הטיפוח-תרגול מסייע לאפיון מיקרוראלגל ולמיטוב הפרודוקטיביות לפני המשך התהליך העוקב. Photobioreactors חקנים לספק את השליטה הנחוצה עבור ניסויים מיקרוראלגל אמין ולאחר והוא יכול להיות מותאם בבטחה לטפח מיקרואצות עם גזים מאכל (CO2, כך2, לא2) מתוך העירונית או התעשייה בעירה.

מיקרואצות וטיפוח ביומסה ביופיקציה בפוטובילקטור הספסל עם גזים בארובה מאכל

כאן, אנו מציגים הליך מפורט כדי להריץ עיצוב של ניסוי במיקרו-bioreactor חקן אוטומטי ואחריו הקציר התאים וכימות החלבון באמצעות חלבון A עמודה.

מיטוב תהליכים באמצעות תפוקה גבוהה מיקרו-Bioreactors שחקנים בסינית טיפוח תא שחלה אוגר

פרסום זה מתאר את התכנון של פוטו-ביוריאקטורים מעבדתיים (PBRs) עם משטרי אור הניתנים להתאמה אישית. הצמיחה של ציאנובקטריה או מיקרו-אצות, תוך שימוש בביקרבונט כמקור הפחמן שלהם, מנוטרת באופן רציף על ידי מדידת ייצור חמצן נפחי. PBRs אלה מאפשרים השוואות מהירות ומשוכפלות של צמיחת מעבדה עם התערבות מועטה של משתמשים במהלך ניסויים.

הפעלת פוטו-ביוריאקטורים מעבדתיים עם מדידות צמיחה מקוונות ומשטרי אור הניתנים להתאמה אישית

זיהום אוויר משפיע על איכות החיים של כל האורגניזמים. במאמר זה נתאר את השימוש בביוטכנולוגיה של מיקרו-אצות לטיפול בביו-גז (סילוק סימולטני של פחמן דו-חמצני ומימן גופרתי) ואת ייצור הביו-מתאן באמצעות בריכות אצות פתוחות חצי-תעשייתיות בקצב גבוה, וניתוח עוקב של יעילות הטיפול, pH, חמצן מומס וגידול מיקרו-אצות.

טיהור ביוגז באמצעות שימוש במערכת מיקרו-אצות-חיידקים בבריכות אצות חצי תעשייתיות בקצב גבוה

המוקד של מאמר זה הוא לפרט שיטות עבודה מומלצות להכנת מדיה עבור מיקרואורגניזמים אנאירוביים מהירים שנרכשו מסביבה. שיטות אלה מסייעות בניהול תרביות אנאירוביות וניתן ליישם אותן כדי לתמוך בצמיחה של מיקרואורגניזמים חמקמקים ולא מתורבתים, "החומר האפל המיקרוביאלי".

קבוצה של פורמטים מדומים מדומים באתרם לטיפוח מיקרואורגניזמים אנאירוביים שנרכשו בסביבה

למדו כיצד למדוד קלט כוח בביוריאקטורים מנוערים באמצעות מדידות מומנט. הפרוטוקול מדגים התקנת חיישן מומנט עם מיסב אוויר להפחתת חיכוך ושיפור הדיוק.

מידות קלט כוח ריאקטורים מנוער בקנה מידה מעבדה

גלה סרטונים נוספים