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1、第22卷第1期无锡轻工大学学报Vol.22No.12003年1月JournalofWuxiUniversityofLightIndustryJan.2003文章编号:1009-038X(2003)01-0033-04生物反应过程在线检测系统的研制杨海麟, 吕霞付, 王龙刚, 杨胜利, 王武(江南大学工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡214036)摘 要:计算机控制的微型生物传感器分析系统可以实现生物反应过程中多参数的在线检测.系统包含在线微量取样、级联稀释、微型生物传感器、生化工程数据处理和分析软件与计算机.系统实现的指标为取样10～10
2、00μL/min,稀释倍数1010.54,相对误差小于2.5%;在线测量酵母发酵的葡萄糖质量浓度,最大误差率为3.88%.关键词:微型生物传感器;在线测量;级联稀释中图分类号:Q811.4文献标识码:ATheDesignandStudyonBioprocessOn2LineMicro2BiosensorsAnalyzerSystemYANGHai2lin,LUXia2fu,WANGLong2gang,YANGSheng2li,WANGWu(TheKeyLaboratoryofIndustralBiotechnology,MinistryofE
3、ducation,SouthernYangtzeUniversity,Wuxi214036,China)Abstract:Themicro2biosensoranalysissystemcanbeappliedtoon2linemulti2parametersidentificationinbioprocesses.Theon2lineanalysissystemconsistedofamicro2flowsampler,acascadedilutionunit,amicro2biosensor,asoftwareforbioprocessd
4、ataprocessing,andacomputer.Theflowrateofthesamplerrangesfran10～1000μL/min,therelativeerrorwaslessthan2.5%,andthedilutiontimeswereupto1010.54.Theglucoseconcentrationwasdeterminedbytheon2linemicro2biosensorduringtheyeastfermentation,withthemaximumrelativeerrorof3.88%.Keywords
5、:micro2biosensors;on2lineanalysis;cascadedilution 至今为止,生物反应过程控制依赖于pH值、温无菌,高温灭菌会严重破坏生物传感器生物活性物度(T)、紫外线(OD)等传感器测得的少数物理参质如酶的活性;发酵时pH、温度等条件与生物传感数,由控制专家经过数学建模对生物反应过程进行器上酶测定条件不符造成的测量偏差;发酵液的底过程曲线拟合,对生物反应体系而言,就是在线分物浓度往往超出传感器线性范围;(3)膜长期与底[1～3]析检测.在线调控主要受制于生化反应系统的复杂物接触活性下降,使电极寿命缩短等.
6、因此,在性,易造成生化反应中生物信息无法及时得到.复生化反应体系中实现在线检测生物、化学量的分析杂性体现在:(1)菌体生长和代谢的机制模糊以及系统尚未见报道.发酵系统所包含的参数多,且为时间函数;往往包生物传感器具有专一性好、酶可以重复多次使含气、液、固三相体系;(2)发酵系统经常要求保持用、分析速度快、准确度高、操作系统比较简单等特收稿日期:2002-06-12;修回日期:2002-09-13. 基金项目:无锡市工业攻关项目(W00048).作者简介:杨海麟(1971-),男,江苏无锡人,工学博士,讲师. 无
7、锡 轻 工 大 学 学 报 34第22卷点,为计算机直接控制生物反应系统准备了可行的传感器条件.生物、化学量无法实现在线测量,究其2 在线分析系统的工作性能原因是由于生物传感器与复杂的生物反应过程的2.1 在线取样、稀释系统的研制检测接口技术尚未过关,这成为生物传感器实现在目前生物反应过程研发的取样系统多为分批[4]线检测的“瓶颈”技术.取样过程,其流程如下:本研究的目的是发酵在线分析和控制系统的吸去取样小室死样(阀或泵)关闭阀或泵关键技术,包含微量取样器、级联稀释器、微型生物开启取样阀门,让样品液充满小室计量泵传感器组和
8、生化工程数据处理及分析软件,为进一抽取样品,转移到稀释器内待下一次操作,循环步实现生物过程优化和自动控制打下基础.如上.分批取样的优缺点:(1)所有操作依赖阀和泵,
