Name: De Input metingen van de macht in Stirred bioreactoren op laboratoriumschaal (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-16T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 49 s
Description: Leer het meten van vermogensinvoer in geroerde laboratoriumbioreactoren via koppelmetingen met een luchtlager. Deze methode minimaliseert wrijfingsverliezen en verbetert de nauwkeurigheid voor schaalvergrotingsstudies.

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

De auteurs bedank Dieter Häussler en Beat Gautschi voor hun hulp tijdens de experimentele set up. Wij zijn ook dankbaar Caroline Hyde voor Engelse bewijs lezen.

1. bereiding van sacharose oplossingen
Opmerking: De sacharose oplossingen worden gebruikt als goedkope, Newtoniaanse model media met verhoogde viscositeit en dichtheid voor minder turbulentie voorwaarden (Zie tabel 1).
<ol><li>Vul een Duran glazen fles met water en sacharose van verschillende concentraties (20-60 %w/w).</li>
	<li>Meng de inhoud met een magneetroerder totdat de sacharose is volledig is opgelost.<ol>
<li>Voor de concentraties van saccharose dan 40 %w/w, voeg de sacharose met tussenpozen en verwarm de glazen fles lichtjes (~ 50 ° C). Laat het sacharose oplossing afkoelen tot kamertemperatuur vóór gebruik.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. bereiding van een recept van de meting en de gegevensregistratie

<ol><li>Na het starten van de software, de communicatie met de controle-eenheid te initiëren door te selecteren van de juiste seriële COM-poort van het dropdownmenu en te klikken op de knop verbinden . Opmerking: De knop verbinden verandert de kleur in groen en de LED onder het dropdownmenu zal overschakelen op, zodra de communicatie met de controle-eenheid wordt gestart.</li>
	<li>Het bestandspad van de gegevens binnen de bioreactor besturingssoftware eenheid opgezet om het opslaan van de gegevens op de exploitant PC.<ol>
<li>Open het tabblad instellingen en druk op het symbool van de map naast het tekstveld gegevens locatie van de bestanden .</li>
		<li>In het dialoogvenster bestand, blader naar de map verlangen, typ een bestandsnaam in het veld bestandsnaam en klik op de knop OK . Opmerking: Het pad naar foutenlogboekbestand gegevens en de naam worden weergegeven in het tekstvak en de knop DAQ start is ingeschakeld, zodra een geldig bestandspad is gedefinieerd.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Een routine binnen de manager van het recept van de bioreactor besturingssoftware eenheid opgezet om het automatiseren van de meetprocedure.<ol>
<li>Open de tabpagina recept en typt u de gewenste invoerwaarden voor het recept fase verstreken tijd (min) en de bijbehorende waaier-snelheid (rpm) in de tekstvakken voor het veld. Het profiel wordt automatisch weergegeven in de grafiek. Opmerking: bijvoorbeeld de snelheid van de roerder wordt stapsgewijs verhoogd met 20 rpm uit 100 rpm tot 300 tpm, en elke waarde wordt gehandhaafd voor 4 minuten met het oog op een stabiele koppel signaal (zie bespreking hieronder). De minimale en maximale snelheden, alsmede het bedrag van de verhoging, kan worden aangepast voor verschillende roerwerken en vaartuigen. Opmerking: Selecteer de snelheidsbereik zorgvuldig met betrekking tot de resolutie van de sensor van het koppel, het nominaal koppel en vortex vorming. De laatste vaak treedt op in unbaffled bioreactoren opgewonden bij hogere snelheden en kan leiden tot schade aan de koppel-meter.</li>
		<li>Klik op de knop Opslaan , blader naar het gewenste bestandspad en typ een bestandsnaam in het tekstveld. Druk op de knop OK om het bestand te slaan.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. installatie van de koppel-sensor
Opmerking: De experimentele opstelling wordt schematisch weergegeven in Figuur 1.
<ol><li>Installeer de transducer koppel in een speciaal ontworpen houder waarin de lucht gezien (Zie Figuur 1) met behulp van schroeven vast de sensor op zijn plaats te stellen. De invloed van de lucht gebruikt in deze studie heeft een poreuze koolstof bus materiaal met een inwendige diameter van 13 mm.<ol>
<li>Monteer de borstelloze servomotor met roerwerk op de bovenkant van de houder. De transducer koppel aan de verticale houder montage met vier schroeven vast te stellen.</li>
		<li>De motoras verbinden met de aandrijfas van de koppel omvormer met behulp van een metalen balg die koppeling kan compenseren kleine axiale onjuiste wisselkoersenverhoudingen van de schachten en draai de koppeling met schroeven. De roerder schacht sluit aan op de schacht van de meting van het koppel transducer met behulp van een andere metalen balg koppeling. Opmerking: In deze studie, speciaal ontworpen waaier assen met een diameter van 13 mm (tolerantie:-0.0076 mm) en met een lengte van tussen 270 en 520 mm werden gebruikt voor de verschillende schepen onderzocht.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Monteren van de houder van de sensor op de bioreactor hoofd bord en installeer de waaiers op de schacht van de roerder met de gewenste uit beneden-goedkeuring. Mount baffles en extra installaties (bv. bemonstering en oogst buizen, elektrochemische sensoren, enz.) binnen de bioreactor indien nodig.</li>
	<li>Installeer de gewenste bioreactor in de houder van het schip indien nodig (bioreactoren #1, #3 tot en met #10) of plaats de hoofd plaat op de bioreactor tank (bioreactor #2) en draai het hoofd plaat met schroeven.<ol>
<li>Voor onderzoeken van glas bioreactoren, plaatst u de bioreactor glas vaartuig in de houder.</li>
		<li>Voor onderzoeken voor eenmalig gebruik bioreactoren, demonteren de top gemonteerde slang poorten en de hoofd kunststofplaten huisvesting waaier schacht met behulp van passende snijgereedschappen. Het kunststof vaartuig in de houder plaatsen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Plaatst u een temperatuursensor in de bioreactor en sluit deze aan op de controle-eenheid. Sluit de slang voor de perslucht aan de perszijde gas van de lucht lager en een druk van ongeveer 5,5 bar geboden door een compressor toe te passen. De transducer koppel sluit aan op de A/D converter en de macht van de zender.</li>
</ol>4. configuraties in de data-acquisitie software
<ol><li>Open de software voor de data-acquisitie van koppel sensor signaal en de meting voorkeuren configureren.<ol>
<li>Zorg ervoor dat de eerste twee kanalen in het venster DAQ kanalen geïnitialiseerd en actief zijn. In deze studie werd het koppel signaal op kanaal 0 en het toerental signaal op kanaal 1 is ingesteld.<ol>
<li>Klik op de knop Live bijwerken om de huidige waarden van de meting weer te geven.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Het signaal van de zender koppel tot nul gezet als het absolute koppel signaal zonder rotatie groter dan 0,1 mN·m is met behulp van de rechtermuisknop Klik op het kanaal-item in de lijst met zenders en de optie Zero evenwicht .</li>
		<li>Navigeer naar de tabpagina DAQ baan en een overname gegevenssnelheid van 2 Hz uit het dropdown menulijst definiëren. Gebruik de opties onmiddellijk op baan start en duur van de dropdown-lijsten instellen voor het starten en stoppen van de data-acquisitie, respectievelijk.</li>
		<li>Definieert een tijdspanne voor de duur van de steekproef die langer is dan de benodigde tijd voor het voltooien van de meting (bijvoorbeeld gebruik 1 h 0 m 30 s voor een recept van de één uur in de tweede stap is gedefinieerd).</li>
		<li>Navigeer naar de gegevensopslag instellingspagina en selecteer de optie ASCII + kanaal info uit de dropdown lijst om de bestandsindeling voor de gegevens bestand opslaan. Het bestandspad van een op de harde schijf van PC voor het meten van de Output bestandinstellen</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. het uitvoeren van de meting van het koppel
<ol><li>Start de data-acquisitie voor het koppel signaal in het besturingselement en gegevens acquisitie software voor de koppel meter door te klikken op de knop Start op de menupagina DAQ baan .</li>
	<li>Start de data-acquisitie voor de snelheid van de roerder en de temperatuur in de bioreactor controle eenheid-software door te klikken op de knop DAQ start op het tabblad instellingen .</li>
	<li>Start het roerwerk besturingselement in de controle-eenheid-software met een manuele instelpunt of de vooraf gedefinieerde recept-regeling.<ol>
<li>Als een enkele meting wordt uitgevoerd, gebruiken de control box entry op de hoofdpagina van het tabblad van de bioreactor besturingssoftware . Typ de gewenste set-punt in het tekstvak en klik op het item 'Agitator controle op'.</li>
		<li>Als meerdere metingen met een recept zijn uitgevoerd, navigeer naar de tabpagina fasen en klik op de knop Start . Opmerking: De software automatisch schakelt alle handmatige invoervakken voor de duur van het recept en een venster opent automatisch om te bevestigen het einde van het proces.</li>
	</ol>
</li>
	<li>In de data acquisitie software, een venster wordt geopend automatisch nadat de duur van de vooraf gedefinieerde meting. Gegevens voor elke meting op de exploitant PC, bij voorkeur op de harde schijf opslaan door te klikken op de knop opslaan gegevens nu .</li>
	<li>Herhaal de meting voor elke gewenste roerwerk snelheid zonder en met vloeistof binnen de bioreactor vaartuig.<ol>
<li>Giet water (of de sacharoseoplossing) via een trechter in de bioreactor. Opmerking: Zorg ervoor dat de vloeistof de waaiers volledig bedekt aangezien (gedeeltelijk) blootgestelde waaiers kunnen resulteren in ongewenste axiale krachten die de sensor koppel beschadigen kunnen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. de gegevensevaluatie
Opmerking: De verkregen koppelwaarden in het lege schip (dode koppel) komen overeen met de resterende wrijvingsverliezen van het lager en moeten worden afgetrokken van de waarden bepaald in de vloeistof met het oog op de effectieve koppelwaarden (Zie Eq. 1).
<ol><li>Gemiddelde de koppelwaarden voor elke roerder snelheid gemeten nadat een quasi stabiel signaal is bereikt (zie bespreking hieronder). In het ideale geval berekenen de gemiddelde waarde over een periode van ten minste 2 min. voor elke voorwaarde, die overeenkomt met 240 gegevenspunten in een tempo van de meting van 2 Hz.</li>
	<li>Een Matlab-code gebruiken voor de verwerking van gegevens door de code uit te voeren vanaf de opdrachtregel van de software. Opmerking: De code is beschikbaar voor download in de sectie van de aanvulling van dit manuscript. Dit script het ruwe data-bestand wordt geïmporteerd uit de registratie van de gegevens, berekent de gemiddelde rotatiesnelheid fase, Reynolds (van Eq. 3 op basis van input van de gebruiker) en koppel waarden voor elk van de fasen, visualiseert de resultaten en de resultaten worden opgeslagen in een tweede tekst bestand, die vervolgens kan worden gebruikt voor het verder verwerken van de gegevens.</li>
	<li>De koppelwaarden verkregen in het lege schip van die gemeten in de vloeistof te verkrijgen van de effectieve koppelwaarden aftrekken.</li>
	<li>Bereken de ingangsvermogen en de dimensieloze macht nummer uit de tijd-gemiddeld koppelwaarden volgens Eq. 1 en Eq. 2.</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>

De auteurs hebben verklaard geen belangenconflicten.

Ondanks het belang van de (specifieke) ingangsvermogen voor de karakterisering van het engineering en schaal-up/down van bioreactoren, alleen een paar publicaties over experimentele onderzoeken in benchtop schaal bioreactoren, met name eenmalig gebruik systemen in de één cijfer liter volume variëren, kan worden gevonden in de literatuur. Een van de redenen voor dit gebrek aan gegevens kan worden gezien in de moeilijkheden van de input metingen accuraat macht in dergelijke kleine schalen. Om het aantal van deze moeilijkheden verhelpen, voorziet de huidige studie in een gedetailleerd protocol koppel gebaseerd macht input metingen die worden ondersteund door een invloed van de lucht om te minimaliseren van de wrijvingsverliezen in het lager. De toepasbaarheid van de methode was aangetoond door middel van drie verkrijgbare eenmalig gebruik bioreactoren evenals multi-use bioreactoren in schalen tussen de 1 L en 10 L werken volume.
Gebaseerd op onze ervaring met de koppel op basis metingen, de meest cruciale factoren naar adres zijn: 1) de vermindering van de dode koppel door het minimaliseren van de wrijvingsverliezen in de lagers en afdichtingen, in het bijzonder in laboratorium schaal bioreactoren, en 2) de selectie van een geschikte koppel meter voor de gewenste bioreactor grootte en agitatie voorwaarden. Zoals is aangetoond eerder35, kan de dode koppel drastisch worden verminderd door het gebruik van een lucht-lager. In de huidige studie, werd een low-cost air bus gemaakt van poreus carbon materiaal gebruikt. De residuele koppel in de lege bakken getest waren meestal onder 0.5 mN·m met agitatie tarieven voor maximaal 900 rpm, overeenkomt met de waaier tip snelheden van maximaal 3 m·s-1. In tegenstelling, de dode koppel van de bioreactor #6 met het ingebouwde mechanische as lager was, bijvoorbeeld tussen 9,4 mN·m en 20 mN·m, en vergelijkbare waarden van ongeveer 3 mN·m voor de bioreactor #732zijn ook gerapporteerd. Dit is ongeveer één orde van grootte hoger zijn dan de waarden die zijn verkregen in de voorgestelde experimentele opzet.
Naast het dragen van de lucht is de koppel meter gebruikt de meest kritische component. Een commercieel beschikbare koppel meter dat is ontworpen voor het meten van statische en dynamische koppel, de rotatiesnelheid en de rotatiehoek werd geselecteerd voor deze studie. Gezien de bioreactoren van belang met maximale werken volumes van 10 L en de bijbehorende roerwerken, werd een nominaal koppel van 0,2 nm gekozen. Bleek dat hoge reproduceerbaarheid met relatieve standaardafwijking van gerepliceerd < 5% en betrouwbare metingen kunnen worden verkregen voor effectieve koppels zo laag als 2 mN·m, overeenkomt met slechts 1% van het nominale koppel. Vandaar, het meetbereik van de sensor die toegepast in de huidige studie was aanzienlijk breder zijn dan de resultaten die zijn gepubliceerd op basis van een interlaboratorium studie van leden van de werkgroep van de Duitse GVC-VDI op het mengen van41.
Niettemin, het bereik van de snelheid van de roerder moet zorgvuldig worden geselecteerd met betrekking tot de resolutie van de sensor van het koppel, het nominaal koppel en vortex vorming. De laatste vaak treedt op in unbaffled bioreactoren opgewonden bij hogere snelheden en kan leiden tot schade aan de koppel-meter. Zowel de minimale en maximale haalbare roerwerk snelheden kunnen factoren van de methode beschreven in deze studie worden beperkt. Naast onze eerdere werken35, deze studie betrokken ook de bioreactor #3, het kleinste lid in glas bioreactor familie geleverd door de fabrikant, die door twee-traps waaiers met een diameter van 42 mm wordt geschud. Een kenmerk van de vergelijkbare macht aan die in het geometrisch soortgelijke bioreactor #4 werd verkregen met de gepresenteerde experimentele opzet. Dit is opmerkelijk aangezien het koppel met M schalen <img alt="Proportional to" src="/files/ftp_upload/56078/56078pro.jpg"> d5 voor een bepaalde vloeibare dichtheid, de waaier meetkunde (d.w.z. macht nummer) en de rotatiesnelheid (Zie Eq. 1 en Eq. 2). Bijgevolg een ongeveer 40% lagere waaier koppel voortvloeit uit een 10% kleinere waaier diameter, bijvoorbeeld. Echter dienden hogere toerentallen in de 1 L schaal dan in de schaal 2 L tijdens operatie voor het oplossen van het geproduceerde koppel met de beschikbare koppel meter. Vanwege de ingebouwde baffles van de bioreactor #3, geen vortex vorming werd waargenomen, maar dit kan worden een probleem met unbaffled schepen. Benadrukt moet worden dat de constante gecompenseerd in de getallen van de macht die werd gevonden tussen de twee schalen zou kunnen uit meting onnauwkeurigheden veroorzaakt door de beperkte Sensorresolutie (naast de geometrische verschillen voortvloeien). Verdere onderzoeken zijn verplicht om definitieve conclusies te trekken inzake de minimale omvang waartegen de voorgestelde opstelling nog steeds haalbaar is.
Echter werd hetzelfde protocol gebruikt voor de invoer metingen van de macht in verschillende glas vaartuigen van verschillende fabrikanten met werkende hoeveelheden tussen de 1 L en 10 L in ons laboratorium. Hieruit blijkt de overdraagbaarheid van de gebruikte methode voor de karakterisering van verschillende bioreactor systemen. De experimentele inspanning zou kunnen worden verminderd door geautomatiseerde metingen met behulp van het recept beheer binnen het automatiseringssysteem geboden door de controle-eenheid-software en de geautomatiseerde verwerking van gegevens, gebaseerd op de universele Matlab-taal.
Verder moet opgemerkt worden dat, door gebruik te maken van de sucrose, goedkope Newtoniaanse model media, een breed scala van Reynolds die getallen bevatten (100 < Re < 6·104), afhankelijk van de roerder en schaal, was bedekt. Het moet ook onderstreept worden dat de ondergrens van het bereik van de turbulentie meestal niet van toepassing op dierlijke celculturen met water-achtige media, is zelfs als zeer lage waaier snelheden worden gebruikt. Echter beduidend de toename in de Bouillon viscositeit, waardoor turbulentie demping, en zelfs niet-Newtoniaanse gedrag zijn beschreven voor schimmels en planten van cel-gebaseerde culturen. Bijvoorbeeld, schijnbare viscositeiten in plant culturen van maximaal 400-fold in vergelijking met water geweest gerapporteerde42, die leidt tot veel lagere Reynolds getallen.
Ten slotte, met behulp van de bioreactor #7 als een eerste case study, is gebleken dat de voorgestelde experimentele opstelling kan worden gebruikt voor het bestuderen van het effect van ontwerpwijzigingen aanbrengen op het ingangsvermogen op laboratoriumschaal. In combinatie met snelle prototyping technieken, kan dit zijn een krachtig hulpmiddel voor waaier ontwerpstudies, die delen van de toekomstige werkzaamheden zal vormen.

Ingangsvermogen is een belangrijke technische parameter voor de karakterisering en de schaalvergroting van bioreactoren omdat het betrekking op vele bewerkingen, zoals homogenisering1,2,3, gas-vloeistof dispersie2 heeft , 4 , 5, warmte overdracht6 en solide schorsing7. Ingangsvermogen is ook gekoppeld aan schuifspanning, die met name invloed op groei en productvorming in shear gevoelige cellen culturen8,9,10,11.
De meest gebruikte technieken trekken voor de meting van het opgenomen vermogen in stirred bioreactoren zijn gebaseerd op elektrische stroom12,13,14, calorimetrie12,15 (d.w.z. stationaire warmte saldo of dynamische verwarming via de agitatie) of het koppel op de roerder. De laatste kan worden experimenteel bepaald door traagheidssimulering, koppel meter of spanningsmeters, die getroffen zijn voor een verscheidenheid van roerwerken, met inbegrip van één of meerdere fasen Rushton turbines1,16,17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25, hellende blade waaiers19,20,23,26,27, InterMig19,21 en28 waaiers Scaba , 29. een gedetailleerd overzicht wordt verzorgd door Ascanio et al. (2004)30.
Van het koppel (T), kan het vermogen (P) worden geraamd van Eq. 1, waarbij N staat voor het toerental van de roerder.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56078/56078eq1.jpg">(1)
Om de rekening voor verliezen die zich voordoen in de agitatie (in lagers, afdichtingen en de motor zelf), moet het effectieve koppel (TEVF) worden bepaald als het verschil tussen de waarde die is gemeten in het lege schip (TD) en in de vloeistof (TL ). Tenslotte kan de dimensieloze macht nummer (P0, ook wel bekend als Newton nummer), die wordt gedefinieerd door Eq. 2 waar ρL duidt de vloeibare dichtheid en d vertegenwoordigt de waaier diameter, worden gebruikt om te vergelijken verschillende roerwerken.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56078/56078eq2.jpg">(2)
Het is bekend dat het nummer van de macht een functie van het getal van Reynolds (dat wil zeggen de turbulentie is) en constant volledig turbulente omstandigheden wordt. De waaier Reynolds getal wordt gedefinieerd door Eq. 3, waar ηL de viscositeit van de vloeistof is.
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56078/56078eq3.jpg">(3)
De input metingen van de macht in kleinschalige bioreactoren zijn echter nog steeds uitdagend vanwege de relatief hoge wrijvingsverliezen binnen mechanische lagers van de assen van de waaier en de beperkte nauwkeurigheid van meest commercieel beschikbare koppel meter. Dus, alleen een paar rapporten over macht ingang metingen in benchtop schaal bioreactoren geweest gepubliceerd17,18,22,24,31,32. Er is ook een gebrek aan gegevens over de ingangsvermogen in eenmalig gebruik bioreactoren, die worden geleverd door de fabrikanten voorgemonteerd, gesteriliseerde en kant-en-klare33,34. In tegenstelling tot hun herbruikbare tegenhangers, zijn de meeste eenmalig gebruik bioreactoren geschud door de speciaal ontworpen waaiers, waardoor vergelijkingen moeilijk.
Om deze kloof te dichten, een betrouwbare methode voor macht input metingen met speciale aandacht voor laboratorium schaal stirrers ontwikkeld onlangs35. De koppelwaarden gemeten in de lege bakken, die werden veroorzaakt door de wrijvingsverliezen, waren effectief verminderd door het gebruik van een lucht-lager. Bijgevolg, een brede waaier van operationele voorwaarden met lage tot matige turbulentie (100 < Re < 2·104) kan worden onderzocht en de ingangsvermogen van verschillende multi-gebruik en eenmalig gebruik bioreactoren heeft gekregen.
De huidige studie biedt een protocol voor gedetailleerde meting van de eerder ontwikkelde methode en wordt beschreven hoe u kunt instellen, uitvoeren en evalueren van een koppel gebaseerde invoer vermogensmeting in laboratorium schaal bioreactoren. Speciale aandacht is op verkrijgbare single - en multi - hergebruik-systemen. Een geautomatiseerde meting procedure wordt gebruikt om de experimentele inspanning te verminderen.

<table><tbody><tr><td>T20WN-draaimomentmeter</td><td>HBM Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH</td><td></td><td>Nomineel draaimoment 0,2 Nm</td></tr><tr><td>Spider-8</td><td>HBM Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH</td><td></td><td>HBM Spider8 is niet langer verkrijgbaar voor verkoop. QuantumX DAQ-systeem (met name de QuantumX-modules MX840A en MX440A) worden aanbevolen.</td></tr><tr><td>Catman easy software</td><td>HBM Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH</td><td></td><td>Versie 4.2.2</td></tr><tr><td>Luchtlager</td><td>IBS precision engineering</td><td></td><td>13 mm luchtbus</td></tr><tr><td>Roestvrijstalen waaierspil</td><td>Bioengineering AG</td><td></td><td>Astolerantie -0,0076 mm</td></tr><tr><td>Borstelloze motor AKM2</td><td>Kollmorgen</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Metalen krulkoppeling</td><td>Uiker AG</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Finesse RDPDmini-besturingseenheid</td><td>Finesse, onderdeel van Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>Niet langer ondersteund (het vervangende product G3Lab universele controller kan worden gebruikt)</td></tr><tr><td>Sucrose</td><td>Migros Schweiz AG</td><td></td><td>Voedingskwaliteit</td></tr><tr><td>Matlab-software</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Versie R2017a</td></tr><tr><td>Finesse &mu;TruBio PC-software</td><td>Finesse, onderdeel van Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>Versie 3.1 (niet langer ondersteund)</td></tr><tr><td>SmartGlass 1L</td><td>Finesse, onderdeel van Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>genoemd als Bioreactor 1L in Tabel 2</td></tr><tr><td>SmartGlass 3L</td><td>Finesse, onderdeel van Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>genoemd als Bioreactor 3L in Tabel 2</td></tr><tr><td>SmartVessel 3L</td><td>Finesse, onderdeel van Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td>genoemd als Single-Use 3L Bioreactor in Tabel 2</td></tr><tr><td>Mobius CellReady 3L</td><td>Merck Millipore</td><td></td><td>genoemd als Cell Ready Single-Use 3L Bioreactor in Tabel 2</td></tr><tr><td>UniVessel SU 2L</td><td>Sartorius Stedim Biotech</td><td></td><td>genoemd als Single-Use 2L Bioreactor in Tabel 2</td></tr></tbody></table>

de input metingen van de macht in stirred bioreactoren op laboratoriumschaal

Power Input Measurements in Stirred Bioreactors at Laboratory Scale

De ingangsvermogen in stirred bioreactoren is een belangrijke parameter van schaalvergroting en kan worden gemeten door middel van het koppel dat op de schacht van de waaier tijdens rotatie werkt. De experimentele bepaling van de ingangsvermogen in kleine vaartuigen is echter nog steeds uitdagend vanwege de relatief hoge wrijvingsverliezen binnen meestal gebruikte bussen, lagers en/of asafdichtingen en de nauwkeurigheid van commercieel beschikbare koppel meter. Er is dus slechts beperkte gegevens voor kleinschalige bioreactoren, in het bijzonder eenmalig gebruik systemen, beschikbaar in de literatuur, waardoor vergelijkingen tussen verschillende systemen voor eenmalig gebruik en hun conventionele tegenhangers moeilijk.
Dit manuscript biedt een protocol over hoe te meten kracht ingangen in benchtop schaal bioreactoren over een brede waaier van voorwaarden van de turbulentie, die kan worden beschreven door de dimensieloos getal van Reynolds (Re). De bovengenoemde wrijvingsverliezen zijn effectief verminderd door het gebruik van een lucht-lager. Het volgen van de procedure bij het instellen, uitvoeren en evalueren van een koppel gebaseerde macht ingang meting, met speciale aandacht voor typische agitatie cel kweekomstandigheden met lage tot matige turbulentie (100 < Re < 2·104), wordt in detail beschreven. De ingangsvermogen van verschillende multi-gebruik en eenmalig gebruik bioreactoren wordt verzorgd door de dimensieloze macht nummer (ook wel Newton nummer, P0genoemd), die wordt bepaald in het bereik van P0 ≈ 0.3 en P0 ≈ 4.5 voor de maximale Reynolds getallen in de verschillende bioreactoren.

De ingangsvermogen in stirred bioreactoren kan worden gemeten door middel van het koppel dat op de schacht van de waaier tijdens rotatie werkt. Dit manuscript wordt beschreven hoe een dragende lucht kan worden gebruikt om effectief te verminderen de wrijvingsverliezen waargenomen in mechanische afdichtingen en verbeteren van de nauwkeurigheid van de input metingen van de macht in kleine vaartuigen.

De Input metingen van de macht in Stirred bioreactoren op laboratoriumschaal

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 ...

Het algemene doel van dit protocol is om het opgenomen vermogen in geroerde laboratoriumbioreactoren te bepalen op basis van koppelmetingen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat commercieel beschikbare sensoren kunnen worden gebruikt voor onderzoeken op bankschaal, waardoor de gebruiker metingen kan uitvoeren voor opschalingsstudies. Een visuele demonstratie van deze techniek is essentieel, omdat de juiste installatie van de koppeltransducer belangrijk is voor betrouwbare metingen.Plaats de bioreactorelementen en de regelapparatuur op een laboratoriumbank. Voor dit experiment zijn er een mengtank van twee liter en de houder voor het vat. Er is ook een speciaal ontworpen houder voor de motor van de roerder.Naast een bevestiging voor de motor is er een bevestiging voor een koppelmeter. Het speciale ontwerp omvat een luchtlager met een aansluiting voor perslucht. Gebruik een computer en een bioreactor-besturingseenheid voor gegevensverwerving en besturing.Zorg daarnaast voor een vloeistof met een gedefinieerde dichtheid en viscositeit, zoals puur water of een sucrose-oplossing. De eerste stap is het monteren van de roermotor en de koppelsensor. Plaats eerst de borstelloze servo-roermotor bovenop de houder.Zet de motor met schroeven vast, richt vervolgens de koppelsensor correct uit en breng deze op positie aan. Bevestig de sensor op de houder met vier schroeven. Bevestig de metalen harmonica-koppeling om de motoras met de aandrijfas van de koppelsensor te verbinden.Zodra dit is voltooid, pakt u de roeras. Installeer de impellers op de roeras voordat u verdergaat. Plaats vervolgens de roeras in de luchtbushing.Bevestig de tweede metalen balgkoppeling om de roeras aan de meetas van de koppeltransducer te verbinden. Plaats de houder met de geïnstalleerde koppeltransducer en de motoraandrijving op de kopplaat van de bioreactor. Na het selecteren van de juiste sensor en testcondities is de meest kritische stap de juiste installatie van de koppeltransducer en de impelleras, die op zijn plaats wordt gehouden door een luchtlager.Plaats nu een temperatuursensor in de bioreactor. Sluit de sensor aan op de A/D-converter. Sluit vervolgens de motoraansturing aan op de besturingseenheid.Bereid het luchtlager voor door de slang voor perslucht aan te sluiten. Breng de juiste luchtdruk aan op het lager. De voltooide opstelling is weergegeven in dit schema.Computersoftware maakt gebruik van de besturingseenheid om de motorsnelheid in te stellen en de temperatuur te bewaken. De computer verzamelt gegevens van de koppeltransducer via een analoog-digitaal converter. Open de besturingssoftware op de computer.Het startscherm is de tabpagina Instellingen. Ga naar het vervolgkeuzemenu voor de COM-poort en selecteer hiermee de juiste poort. Klik op de knop Verbinden om de communicatie met de besturingseenheid te starten.Ga op dezelfde tabbladpagina naar het mappenpictogram naast het tekstveld Locatie gegevensbestand. Klik hierop, waarna er automatisch een laatste dialoogvenster wordt geopend. Blader naar de gewenste map en typ een bestandsnaam voor het gegevenslogbestand.Bevestig door op de knop Okay te klikken. Het bestandspad en de bestandsnaam worden weergegeven in het tekstveld Data File Location. Ga nu naar het tabblad Recipes en breng deze pagina naar de voorgrond.Zoek de velden met het label PhaseDuration en Agitator. Typ de gewenste waarden voor de duur van de receptfase in minuten en de bijbehorende roerdersnelheden in de tekstvelden. Klik op Save om het recept op te slaan.Select in het bestandsdialoogvenster het gewenste bestandspad. Typ de gewenste bestandsnaam. Klik op Ok; het bestandsdialoogvenster zal automatisch sluiten.Open de software voor gegevensverwerving om deze te configureren. Een groene indicator naast een kanaal geeft aan dat dit is geïnitialiseerd en actief is. Klik op de knop Live Update.Eén kanaal toont het koppelsignaal, dat correct genulled moet worden. Selecteer het tabblad voor de pagina Data Acquisition Job om over te schakelen naar de tabpagina Data Acquisition. Selecteer daar, onder Sample Rate Groups, een gegevensacquisitiesnelheid van 2 Hz.Selecteer bij Start of Data Recording de optie Immediately at Job Start. Ga vervolgens naar Stop of Data Recording en selecteer Duration. Definieer een tijd die iets langer is dan de meting.Navigeer nu naar de tabbladpagina Data Storage. Ga naar het vervolgkeuzemenu File Format en kies de optie ASCII Channel Info. Stel in het overeenkomstige tekstveld een bestandspad in voor de meetgegevens.Keer terug naar de bioreactor om het experiment uit te voeren. Gebruik een trechter om water of de sucrose-oplossing aan het vat toe te voegen. Het experiment is nu klaar om te worden gestart.Ga in de software voor gegevensverwerving naar de pagina Data Acquisition Job. Klik daar op Start en schakel vervolgens over naar de software van de besturingseenheid om de agitator te starten. Om een recept te gebruiken, gaat u naar het tabblad Recipe.Select daar een vooraf gedefinieerd recept voor het experiment. Klik op dezelfde pagina op de Start-knop. Het proces start automatisch en de snelheid van de agitator wordt ingesteld volgens de instellingen die in het recept zijn gedefinieerd.Wanneer het experiment is voltooid, wordt er een venster in de software voor gegevensverwerving geopend. Sla de gegevens op door op de knop Save Data Now te klikken. In de software van de besturingseenheid verschijnt een berichtvenster waarin staat dat het proces is beëindigd.Klik op Oké, ga naar het tabblad Recept en klik op de Stop-knop om het recept te voltooien. Voor de verwerking van de ruwe gegevens kan een Matlab-script worden gebruikt, dat wordt geleverd in de sectie Supplement van dit manuscript. Navigeer na het openen van de Matlab-software naar de werkmap waarin de experimentele gegevens zijn opgeslagen.Typ het commando Torque Results in het opdrachtvenster en druk op Enter. Hiermee wordt het Matlab-script gestart dat de gebruiker door de gegevensverwerking leidt. Selecteer het datalogbestand voor de gegevens van de momentsensor en klik op Open.Voer de procesparameters in de betreffende tekstvelden in wanneer daarom wordt gevraagd. De resultaten worden grafisch weergegeven en de verwerkte gegevens worden automatisch opgeslagen in een nieuw tekstbestand in de werkmap. Deze gegevens laten zien hoe het koppelsignaal toenam bij elke stapsgewijze verhoging van de rotatiesnelheid.Na een kortstondige piek verstrijkt ongeveer één minuut voordat de metingen quasi-stabiel zijn. Dit was afhankelijk van de rotatiesnelheid en de impeller. De stippellijnen geven een betrouwbaarheidsinterval van 5% aan rond de tijdsgemiddelde waarden.Deze grafiek vergelijkt het voorspelde en gemeten opgenomen vermogen als functie van het getal van Reynolds voor verschillende sucroseconcentraties. De doorgetrokken lijnen vertegenwoordigen een model waarin wordt aangenomen dat het vermogen proportioneel is aan de derde macht van het getal van Reynolds. De cirkels vertegenwoordigen de meetgegevens.De bioreactor was een glazen vat met een werkvolume van twee liter en een configuratie met één enkele Rushton-turbine impeller. De driehoeken in deze grafiek zijn gegevens van een glazen bioreactor met een werkvolume van twee liter. De cirkels zijn gegevens van een roestvrijstalen bioreactor met een werkvolume van 10 liter.Beiden beschikken over een enkele Rushton-turbine. De vermogensgetallen voor volledig turbulente omstandigheden zijn op beide schalen gelijk. Een vergelijking van gegevens van bioreactoren met een werkvolume van één en twee liter, uitgerust met gemodificeerde Rushton-turbines en segmentblad-roerders, laat zien dat beide een vergelijkbare afname van de vermogensgetallen vertonen bij toenemende Reynolds-getallen.Het verschil tussen de twee kan worden veroorzaakt door de geometrie van het vat of de roerder. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u koppelmetingen opstelt om de energie-input in bioreactoren op laboratoriumschaal te bepalen. Door deze procedure te volgen, kunnen metingen worden uitgevoerd in zowel disposable systemen als conventionele systemen.Door gebruik te maken van geautomatiseerde metingen kan de experimentele inspanning aanzienlijk worden verminderd en kunnen veel datapunten op een snelle, betrouwbare en reproduceerbare manier worden verkregen.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Fermentoren worden gebruikt voor cultuur opbrengst en productiviteit van bioengineered cellen te verhogen. Na het screenen van meerdere microbiële en dierlijke celkweek kandidaten in schudflessen, de volgende logische stap is om biomassa de geselecteerde cultuur met de vergister te verhogen. Deze video toont de installatie en bediening van een typisch benchtop bioreactor systeem.

Exploitatie van een tafelmodel Bioreactor

Met behulp van een pneumatische bioreactor demonstreren we de assemblage, werking en prestaties van dit bioreactorsysteem voor eenmalig gebruik voor de groei van zoogdiercellen.

Teelt van zoogdiercellen met behulp van een Single-use Pneumatische bioreactorsysteem

Een nieuw reactorontwerp, een zogenaamde bioreactor met hoge dichtheid (HDBR), wordt gepresenteerd voor het kweken en bestuderen van microbiële gemeenschappen met hoge dichtheid. Hier wordt de HDBR met succes toegepast in een fotobioreactor (PBR) configuratie voor de studie van stikstofmetabolisme door een gemengde algengemeenschap met hoge dichtheid.

A Novel Bioreactor voor High Density Teelt van Diverse microbiële gemeenschappen

Dit document beschrijft het montageproces en de werking van een fotokinetische biotactor met een schaalvergroting, die in combinatie met andere methoden kan worden gebruikt om de relevante kinetische groeiparameters te schatten. Dit systeem controleert de pH, het licht en de temperatuur voortdurend met behulp van sensoren, een dataverzamelings- en besturingseenheid en open-source data acquisition software.

Constructie en opstelling van een Benchschaal Alg Photosynthetic Bioreactor met Temperatuur, Licht en pH Monitoring voor Kinetische Groeitesten

Een gedetailleerd protocol voor de gelijktijdige werking van 48 parallelle celculturen onder uiteenlopende omstandigheden in een systeem van microbioreactor wordt gepresenteerd. Proces van de cultuur van de cel, oogst en latere antilichaam titer analyse worden beschreven.

Gebruik van High-Throughput geautomatiseerd Microbioreactor-systeem voor de productie van Model IgG1 in CHO cellen

Bench-Scale, Axenische teelt vergemakkelijkt microalgal karakterisering en productiviteit optimalisatie voor verdere proces scale-up. Photobioreactoren zorgen voor de nodige controle voor betrouwbare en reproduceerbaar microalgal experimenten en kunnen worden aangepast om microalgen veilig te cultiveren met de corrosieve gassen (CO2, dus2, No2) van gemeentelijke of industriële verbrandingsemissies.

Microalgen teelt en biomassa kwantificering in een Fotobioreactor met een tafel schaal met corrosieve rookgas

Hier presenteren we een gedetailleerde procedure om een ontwerp van experiment uit te voeren in een geautomatiseerde micro-bioreactor gevolgd door celoogst en eiwitkwantificering met behulp van een Protein A-kolom.

Proces optimalisatie met behulp van high throughput geautomatiseerde micro-bioreactoren in de Chinese Hamster Eierstok celteelt

Deze publicatie beschrijft het ontwerp van laboratoriumfotobioreactoren (PBR's) met aanpasbare lichtregimes. De groei van cyanobacteriën of microalgen, met bicarbonaat als koolstofbron, wordt continu bewaakt door de volumetrische zuurstofproductie te meten. Deze PBR's maken snelle, gerepliceerde laboratoriumgroeivergelijkingen mogelijk met weinig tussenkomst van de gebruiker tijdens experimenten.

Werking van laboratoriumfotobioreactoren met online groeimetingen en aanpasbare lichtregimes

Luchtverontreiniging heeft invloed op de kwaliteit van leven van alle organismen. Hier beschrijven we het gebruik van microalgenbiotechnologie voor de behandeling van biogas (gelijktijdige verwijdering van kooldioxide en waterstofsulfide) en de productie van biomethaan door middel van semi-industriële open algenvijvers met hoge snelheid en de daaropvolgende analyse van behandelingsefficiëntie, pH, opgeloste zuurstof en microalgengroei.

Biogaszuivering door het gebruik van een microalgenbacterieel systeem in semi-industriële algenvijvers met hoge snelheid

De focus van dit artikel ligt op het beschrijven van best practices voor het maken van media voor veeleisende anaërobe micro-organismen die uit een omgeving zijn verkregen. Deze methoden helpen bij het beheren van anaërobe culturen en kunnen worden toegepast om de groei van ongrijpbare niet-gekweekte micro-organismen, de 'microbiële donkere materie', te ondersteunen.

Een set van in situ geïnformeerde gesimuleerde mediumformaten voor het kweken van milieuvriendelijke anaërobe micro-organismen

Leer het meten van vermogensinvoer in geroerde laboratoriumbioreactoren via koppelmetingen met een luchtlager. Deze methode minimaliseert wrijfingsverliezen en verbetert de nauwkeurigheid voor schaalvergrotingsstudies.

De Input metingen van de macht in Stirred bioreactoren op laboratoriumschaal

Meer video's verkennen