在生物制藥領(lǐng)域，灌流生物反應(yīng)器因其能夠?qū)崿F(xiàn)高細(xì)胞密度、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，已成為單克隆抗體和重組蛋白生產(chǎn)的重要工藝平臺(tái)。然而，傳統(tǒng)灌流運(yùn)行高度依賴人工取樣、離線分析和經(jīng)驗(yàn)調(diào)參，不僅耗時(shí)耗力，還增加了污染和人為差錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。
在這項(xiàng)研究中，賽默飛將Thermo Scientific MarqMetrix一體化過程拉曼分析儀深度集成至5 L HyPerforma玻璃生物反應(yīng)器中，僅依靠一個(gè)在線拉曼傳感器，就在無任何人工干預(yù)的情況下，實(shí)現(xiàn)了灌流過程中的多模式反饋控制。
圖1.MarqMetrix一體化過程拉曼分析儀與5 L DynaDrive一次性生物反應(yīng)器（點(diǎn)擊圖片查看產(chǎn)品詳情及索取報(bào)價(jià)）
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)&控制的關(guān)鍵參數(shù)包括
葡萄糖濃度
乳酸濃度
活細(xì)胞密度（VCD）
這些關(guān)鍵工藝參數(shù)通過拉曼光譜實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，并直接驅(qū)動(dòng)多個(gè)泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
1
多泵聯(lián)動(dòng)的“閉環(huán)控制”是如何實(shí)現(xiàn)的？
通過與TruBio生物過程控制軟件和OPC-UA通信平臺(tái)的集成，過程拉曼數(shù)據(jù)被用于實(shí)時(shí)反饋控制。
四大核心控制邏輯
葡萄糖泵：
實(shí)時(shí)維持葡萄糖濃度在目標(biāo)值（譬如3.5 g/L），避免欠喂或過喂
剔除泵：
基于在線VCD預(yù)測(cè)，自動(dòng)將細(xì)胞密度控制在設(shè)定區(qū)間
收獲泵：
根據(jù)VCD動(dòng)態(tài)計(jì)算廢培養(yǎng)基移除速率
補(bǔ)料泵：
在稱重反饋基礎(chǔ)上，結(jié)合拉曼高頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的質(zhì)量平衡控制
結(jié)果：四個(gè)泵在整個(gè)灌流周期內(nèi)均處于直接或間接的拉曼反饋控制之下，全程無需人工調(diào)節(jié)。
2
結(jié)果說明一切：穩(wěn)定、精準(zhǔn)、可靠
葡萄糖控制
整個(gè)調(diào)控期間葡萄糖濃度穩(wěn)定維持在3.5 g/L，預(yù)測(cè)誤差（RMSEP）僅為0.52 g/L
活細(xì)胞密度控制
在0.6–95 ×10? cells/mL范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)多階段自動(dòng)調(diào)控，VCD預(yù)測(cè)R2高達(dá)0.92
乳酸趨勢(shì)
乳酸曲線符合健康灌流工藝特征，峰值受控，表明細(xì)胞代謝狀態(tài)良好
這些結(jié)果充分證明：過程拉曼不僅“看得準(zhǔn)”，更“控得穩(wěn)”。
3
為什么選擇過程拉曼做PAT？
與傳統(tǒng)離線/在線分析方式相比，在線過程拉曼帶來了顯著優(yōu)勢(shì)：
無需取樣，降低污染風(fēng)險(xiǎn)
高頻、近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，支持真正的連續(xù)過程控制
減少人工操作，節(jié)省時(shí)間和運(yùn)行成本
更嚴(yán)格的工藝控制，提升產(chǎn)品一致性與質(zhì)量
一個(gè)拉曼傳感器=多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)+多個(gè)控制回路
基于在線過程拉曼的多模式反饋控制，是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化灌流生物反應(yīng)器的可行路徑。
它不僅符合FDA對(duì)PAT的發(fā)展方向，也為未來連續(xù)化、數(shù)字化、智能化生物制造奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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