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生物反應器的控溫系統選擇

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在抗體藥物、細胞治療、免疫治療的高速發展的現在,需要通過高度控制的方式工業化培養細胞。生物反應器成爲制藥行業不可或缺的一部分。

生物反應器的環境條件包括氣體流量、溫度、pH值、溶氧水平和攪拌速度,需要密切監測和控制,以提供最佳的生長條件。溫度作爲關鍵變量之一,必須嚴格控制,以確保生物反應的的一致性和可靠性。一個生物反應通常即需要加熱又需要冷卻,要在較爲寬泛的溫度範圍內嚴格的控制溫度和快速的升溫降溫。

 

爲了計算達到目標溫度所需的加熱或冷卻能力,必須確定由特定內能組成的熱負荷,這是與給定質量的溫度變化有關的能量。用戶必須確保最終的計算包括所有被冷卻或加熱的東西,包括培養基、生物反應器、夾套、管道和溫度控制單元的液體。

 

 熱負荷計算如下

Q = MCΔT

Q =熱負荷(千卡/千卡)

M =物質改變溫度的質量(千克)

C =物質的比熱容變化溫度(卡路裏/克/°開爾文,水是1)

ΔT =溫度變化量(℃)

 

而熱負荷卡路裏和熱量單位焦耳的換算爲:

1卡路裏=4.184焦耳

而1焦耳=1瓦特·秒 

我們可以得出 1kcal=1.16w*h
 

舉個“栗子”

計算100 L不鏽鋼生物反應器,裝量60L培養基,反應器單重100公斤,9L的夾克,3L在制冷加熱循環系統和3L軟管,導熱劑爲水,需要降溫10℃,我們可以計算出熱負荷:

 

培養基(可視作水)和夾套,軟管和制冷循環系統需是:

75kg*1cal/ g°K*10℃=750kcal

 

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

 

總的需要能量是860kcal,需要的功率是1000w*h

 

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

 

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

 

生物反應器通常需要一個位于培養溶液中的外置溫度探頭來控制溫度。因此,溫控系統能夠感知和控制內部環境,並准確地保持生物反應器內的最佳狀態。

 

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

 

德國Huber制造的UniChiller-H系列就擁有極佳的穩定性和寬泛的控溫範圍,使其成爲生物反應器的優選應用。根據生物反應器的大小和以往客戶的使用情況,我們有相應型號的UniChiller-H冷卻加熱循環系統推薦。

 

生物反應大小(L)

Unichiller-H型號

50

UC040-60 H6

100

UC080-100 H10

250

UC130-200 H30

500

UC260-300 H30

1000

UC400-500 H48

2000

UC500-1000

 

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