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生物反应器的控温系统选择

时间:2019-07-15 浏览次数:325

在抗体药物、细胞治疗、免疫治疗的高速发展的现在,需要通过高度控制的方式工业化培养细胞。生物反应器成为制药行业不可或缺的一部分。

生物反应器的环境条件包括气体流量、温度、pH值、溶氧水平和搅拌速度,需要密切监测和控制,以提供适宜的生长条件。温度作为关键变量之一,必须严格控制,以确保生物反应的的一致性和可靠性。一个生物反应通常即需要加热又需要冷却,要在较为宽泛的温度范围内严格的控制温度和快速的升温降温。

 

为了计算达到目标温度所需的加热或冷却能力,必须确定由特定内能组成的热负荷,这是与给定质量的温度变化有关的能量。用户必须确保计算结果包括所有被冷却或加热的东西,包括培养基、生物反应器、夹套、管道和温度控制单元的液体。

 

 热负荷计算如下

Q = MCΔT

Q =热负荷(千卡/千卡)

M =物质改变温度的质量(千克)

C =物质的比热容变化温度(卡路里/克/°开尔文,水是1)

ΔT =温度变化量(℃)

 

而热负荷卡路里和热量单位焦耳的换算为:

1卡路里=4.184焦耳

而1焦耳=1瓦特·秒 

我们可以得出 1kcal=1.16w*h
 

举个“栗子”

计算100 L不锈钢生物反应器,装量60L培养基,反应器单重100公斤,9L的夹克,3L在制冷加热循环系统和3L软管,导热剂为水,需要降温10℃,我们可以计算出热负荷:

 

培养基(可视作水)和夹套,软管和制冷循环系统需是:

75kg*1cal/ g°K*10℃=750kcal

 

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

 

总的需要能量是860kcal,需要的功率是1000w*h

 

如果加热时间是1h,我们选择功率1000w的制冷加热循环系统。如果加热时间是0.5h,我们选择功率2000w的制冷加热循环系统。

 

一次所需的温度或温度范围和热量确定,和操纵来补偿所需的时间,我们需要考虑冷却或加热所需的传导效率,从外部环境的热辐射或者冷辐射而导致的额外的加热或者制冷需求。所以,一般选择的控温系统功率会比计算功率要大,否则升温或降温时间会延长。

 

生物反应器通常需要一个位于培养溶液中的外置温度探头来控制温度。因此,温控系统能够感知和控制内部环境,并准确地保持生物反应器内的状态。

 

此外,在生物反应器压力的范围内,应选择具有较高循环泵泵速的控温系统,这样可以快速充分的进行热交换,加快升温降温速率。

 

德国Huber制造的UniChiller-H系列就拥有的稳定性和宽泛的控温范围,使其成为生物反应器的优选应用。根据生物反应器的大小和以往客户的使用情况,我们有相应型号的UniChiller-H冷却加热循环系统推荐。

 

生物反应大小(L)

Unichiller-H型号

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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