समाचार - जैविक औषधि किण्वन प्रक्रियामा घुलनशील अक्सिजन स्तरको अनुगमन

घुलित अक्सिजन भनेको के हो?

घुलित अक्सिजन (DO) ले आणविक अक्सिजन (O) लाई जनाउँछ।_₂) जुन पानीमा घुलनशील हुन्छ। यो पानीका अणुहरूमा रहेका अक्सिजन परमाणुहरू भन्दा फरक छ (H_₂O), किनकि यो पानीमा स्वतन्त्र अक्सिजन अणुहरूको रूपमा अवस्थित हुन्छ, या त वायुमण्डलबाट उत्पन्न हुन्छ वा जलीय बिरुवाहरू द्वारा प्रकाश संश्लेषण मार्फत उत्पन्न हुन्छ। DO को सांद्रता तापक्रम, लवणता, पानीको प्रवाह, र जैविक गतिविधिहरू सहित विभिन्न कारकहरूद्वारा प्रभावित हुन्छ। त्यसैले, यसले जलीय वातावरणको स्वास्थ्य र प्रदूषण स्थितिको मूल्याङ्कन गर्न एक महत्वपूर्ण सूचकको रूपमा काम गर्दछ।

घुलनशील अक्सिजनले माइक्रोबियल मेटाबोलिज्मलाई प्रवर्द्धन गर्न, कोषीय श्वासप्रश्वास, वृद्धि र चयापचय उत्पादनहरूको जैवसंश्लेषणलाई प्रभाव पार्न महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। यद्यपि, घुलनशील अक्सिजनको उच्च स्तर सधैं लाभदायक हुँदैन। अतिरिक्त अक्सिजनले संचित उत्पादनहरूको थप चयापचय निम्त्याउन सक्छ र सम्भावित रूपमा विषाक्त प्रतिक्रियाहरू निम्त्याउन सक्छ। विभिन्न ब्याक्टेरिया प्रजातिहरूमा इष्टतम DO स्तरहरू फरक-फरक हुन्छन्। उदाहरणका लागि, पेनिसिलिनको जैवसंश्लेषणको समयमा, DO सामान्यतया लगभग 30% हावा संतृप्तिमा कायम राखिन्छ। यदि DO शून्यमा झर्छ र पाँच मिनेटको लागि त्यो स्तरमा रहन्छ भने, उत्पादन गठनमा उल्लेखनीय रूपमा बिगार्न सक्छ। यदि यो अवस्था २० मिनेटसम्म रह्यो भने, अपरिवर्तनीय क्षति हुन सक्छ।

हाल, सबैभन्दा धेरै प्रयोग हुने DO सेन्सरहरूले घुलनशील अक्सिजनको पूर्ण सांद्रताको सट्टा सापेक्षिक हावा संतृप्ति मात्र मापन गर्न सक्छन्। कल्चर माध्यमको निर्जंतुकीकरण पछि, सेन्सर रिडिङ स्थिर नभएसम्म वातन र हलचल गरिन्छ, जुन बिन्दुमा मान १००% हावा संतृप्तिमा सेट गरिन्छ। किण्वन प्रक्रियाको क्रममा पछिल्ला मापनहरू यस सन्दर्भमा आधारित हुन्छन्। मानक सेन्सरहरू प्रयोग गरेर निरपेक्ष DO मानहरू निर्धारण गर्न सकिँदैन र पोलारोग्राफी जस्ता थप उन्नत प्रविधिहरू आवश्यक पर्दछ। यद्यपि, किण्वन प्रक्रियाहरूको निगरानी र नियन्त्रणको लागि वायु संतृप्ति मापन सामान्यतया पर्याप्त हुन्छ।

फर्मेन्टर भित्र, DO स्तरहरू विभिन्न क्षेत्रहरूमा फरक हुन सक्छन्। एक बिन्दुमा स्थिर पठन प्राप्त गर्दा पनि, केही संस्कृति मिडियामा उतारचढाव हुन सक्छ। ठूला फर्मेन्टरहरूले DO स्तरहरूमा बढी स्थानिय भिन्नताहरू प्रदर्शन गर्छन्, जसले सूक्ष्मजीव वृद्धि र उत्पादकतालाई उल्लेखनीय रूपमा असर गर्न सक्छ। प्रयोगात्मक प्रमाणहरूले देखाएको छ कि, औसत DO स्तर 30% हुन सक्छ, तर उतारचढावपूर्ण अवस्थाहरूमा किण्वन प्रदर्शन स्थिर अवस्थाहरू भन्दा उल्लेखनीय रूपमा कम हुन्छ। त्यसकारण, फर्मेन्टरहरूको स्केल-अपमा - ज्यामितीय र शक्ति समानताको विचारभन्दा बाहिर - स्थानिय DO भिन्नताहरूलाई न्यूनतम गर्नु एक प्रमुख अनुसन्धान उद्देश्य रहन्छ।

बायोफार्मास्युटिकल किण्वनमा घुलनशील अक्सिजन अनुगमन किन आवश्यक छ?

१. सूक्ष्मजीव वा कोषहरूको लागि इष्टतम वृद्धि वातावरण कायम राख्ने
औद्योगिक किण्वनमा सामान्यतया एस्चेरिचिया कोलाई र यीस्ट जस्ता एरोबिक सूक्ष्मजीवहरू, वा चाइनिज ह्याम्स्टर ओभरी (CHO) कोषहरू जस्ता स्तनधारी कोषहरू समावेश हुन्छन्। यी कोषहरूले किण्वन प्रणाली भित्र "कामदार" को रूपमा काम गर्छन्, जसलाई श्वासप्रश्वास र चयापचय गतिविधिको लागि अक्सिजन चाहिन्छ। अक्सिजनले एरोबिक श्वसनमा टर्मिनल इलेक्ट्रोन स्वीकारकर्ताको रूपमा काम गर्दछ, जसले ATP को रूपमा ऊर्जा उत्पादनलाई सक्षम बनाउँछ। अपर्याप्त अक्सिजन आपूर्तिले कोशिका निसास्सिने, वृद्धि रोकिने, वा कोशिका मृत्यु पनि निम्त्याउन सक्छ, अन्ततः किण्वन विफलताको परिणामस्वरूप। DO स्तरहरूको अनुगमनले दिगो कोशिका वृद्धि र व्यवहार्यताको लागि अक्सिजन सांद्रता इष्टतम दायरा भित्र रहन्छ भन्ने कुरा सुनिश्चित गर्दछ।

२. लक्षित उत्पादनहरूको कुशल संश्लेषण सुनिश्चित गर्न
बायोफार्मास्युटिकल किण्वनको उद्देश्य केवल कोशिकाको प्रसारलाई बढावा दिनु मात्र होइन तर इन्सुलिन, मोनोक्लोनल एन्टिबडी, खोप र इन्जाइम जस्ता इच्छित लक्षित उत्पादनहरूको कुशल संश्लेषणलाई सहज बनाउनु हो। यी बायोसिंथेटिक मार्गहरूलाई प्रायः पर्याप्त ऊर्जा इनपुट चाहिन्छ, जुन मुख्यतया एरोबिक श्वसनबाट प्राप्त हुन्छ। थप रूपमा, उत्पादन संश्लेषणमा संलग्न धेरै इन्जाइम्याटिक प्रणालीहरू प्रत्यक्ष रूपमा अक्सिजनमा निर्भर हुन्छन्। अक्सिजनको कमीले यी मार्गहरूको दक्षतालाई बाधा पुर्‍याउन वा कम गर्न सक्छ।

यसबाहेक, DO स्तरले नियामक संकेतको रूपमा काम गर्दछ। अत्यधिक उच्च र कम DO सांद्रता दुवैले निम्न गर्न सक्छ:
- कोशिका मेटाबोलिक मार्गहरू परिवर्तन गर्नुहोस्, उदाहरणका लागि, एरोबिक श्वसनबाट कम कुशल एनारोबिक किण्वनमा सर्दै।
- कोषीय तनाव प्रतिक्रियाहरू ट्रिगर गर्दछ, जसले गर्दा अवांछनीय उप-उत्पादनहरू उत्पादन हुन्छन्।
- बाह्य प्रोटीनको अभिव्यक्ति स्तरलाई प्रभाव पार्नुहोस्।

किण्वनको विभिन्न चरणहरूमा DO स्तरहरूलाई सटीक रूपमा नियन्त्रण गरेर, सेलुलर मेटाबोलिज्मलाई अधिकतम लक्ष्य उत्पादन संश्लेषणतर्फ निर्देशित गर्न सम्भव छ, जसले गर्दा उच्च-घनत्व र उच्च-उपज किण्वन प्राप्त हुन्छ।

जैविक औषधिहरूको लागि पानी प्रवाह चार्टको परिचय

३. अक्सिजनको कमी वा अत्यधिक मात्रा रोक्न
अक्सिजनको कमी (हाइपोक्सिया) ले गम्भीर परिणामहरू निम्त्याउन सक्छ:
- कोषको वृद्धि र उत्पादन संश्लेषण बन्द हुन्छ।
- मेटाबोलिज्म एनारोबिक मार्गहरूमा सर्छ, जसले गर्दा ल्याक्टिक एसिड र एसिटिक एसिड जस्ता जैविक एसिडहरू जम्मा हुन्छन्, जसले कल्चर माध्यमको pH कम गर्छ र कोषहरूलाई विषाक्त बनाउन सक्छ।
- लामो समयसम्म हाइपोक्सियाले अपरिवर्तनीय क्षति निम्त्याउन सक्छ, अक्सिजन आपूर्ति पुनर्स्थापित भएपछि पनि रिकभरी अपूर्ण रहन्छ।

अत्यधिक अक्सिजन (अतिसंतृप्ति) ले पनि जोखिमहरू निम्त्याउँछ:
- यसले अक्सिडेटिभ तनाव र प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजाति (ROS) को गठनलाई उत्प्रेरित गर्न सक्छ, जसले कोशिका झिल्ली र जैविक अणुहरूलाई क्षति पुर्‍याउँछ।
- अत्यधिक वातन र हलचलले ऊर्जा खपत र सञ्चालन लागत बढाउँछ, जसले गर्दा अनावश्यक स्रोतको बर्बादी हुन्छ।

४. वास्तविक-समय अनुगमन र प्रतिक्रिया नियन्त्रणको लागि एक महत्वपूर्ण प्यारामिटरको रूपमा

DO एक वास्तविक-समय, निरन्तर, र व्यापक प्यारामिटर हो जसले किण्वन प्रणालीको आन्तरिक अवस्थाहरूलाई प्रतिबिम्बित गर्दछ। DO स्तरहरूमा परिवर्तनले संवेदनशील रूपमा विभिन्न शारीरिक र सञ्चालन अवस्थाहरूलाई संकेत गर्न सक्छ:
- तीव्र कोष वृद्धिले अक्सिजन खपत बढाउँछ, जसले गर्दा DO स्तर घट्छ।
- सब्सट्रेट डिप्लेशन वा निषेधले मेटाबोलिज्मलाई सुस्त बनाउँछ, अक्सिजन खपत घटाउँछ र DO स्तर बढाउँछ।
- विदेशी सूक्ष्मजीवहरूबाट हुने प्रदूषणले अक्सिजन खपतको ढाँचामा परिवर्तन ल्याउँछ, जसले गर्दा असामान्य DO उतारचढाव हुन्छ र यो प्रारम्भिक चेतावनी संकेतको रूपमा काम गर्छ।
- स्टिरर फेल हुनु, भेन्टिलेसन पाइप अवरुद्ध हुनु, वा फिल्टर फाउलिंग जस्ता उपकरणको खराबीले पनि असामान्य DO व्यवहार निम्त्याउन सक्छ।

स्वचालित प्रतिक्रिया नियन्त्रण प्रणालीमा वास्तविक-समय DO अनुगमनलाई एकीकृत गरेर, निम्न प्यारामिटरहरूको गतिशील समायोजन मार्फत DO स्तरहरूको सटीक नियमन प्राप्त गर्न सकिन्छ:
- हलचलको गति: गति बढाउनाले बुलबुले फुटाएर ग्यास-तरल सम्पर्क बढ्छ, जसले गर्दा अक्सिजन स्थानान्तरण दक्षतामा सुधार हुन्छ। यो सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने र प्रभावकारी विधि हो।
- वातन दर: इनलेट ग्यासको प्रवाह दर वा संरचना समायोजन गर्ने (जस्तै, हावा वा शुद्ध अक्सिजनको अनुपात बढाउने)।
- ट्याङ्कीको चाप: बढ्दो चापले अक्सिजनको आंशिक चाप बढाउँछ, जसले गर्दा घुलनशीलता बढ्छ।
- तापक्रम: तापक्रम घटाउँदा संस्कृति माध्यममा अक्सिजनको घुलनशीलता बढ्छ।

जैविक किण्वनको अनलाइन अनुगमनको लागि BOQU को उत्पादन सिफारिसहरू: