氧气是需氧培养过程中最关键的底物。由于氧气在水相中的溶解度较低,必须确保持续供应,以保证培养过程不受限。 了解你的培养系统的最大氧气转移能力(OTRmax)对实验计划和优化至关重要。
OTRmax(氧气转移速率最大值,Oxygen Transfer Rate Maximum)是一个重要的参数, 定义了振动容器内气体和液体之间氧气转移的最大容量,用于衡量在摇动容器内气体与液体之间氧气转移的最大能力, 通常以每单位时间每单位体积的氧气量(例如 mg/L·h)来表示。一旦气态氧气溶解到培养基中,它就可以作为生物体的一种营养物质来消耗。 有氧生物在液体中消耗溶解氧的速率称为吸氧速率(OUR)。当我们的OUR大于OTRmax时,我们对氧的代谢需求没有得到满足,培养物的生长将受到OTRmax的限制。 这种现象被称为“氧限制”,可以通过优化振荡条件来解决,以确保OTRmax大于我们对培养物的要求。 OTRmax 主要用于生物反应器、发酵过程以及细胞培养等领域,以评估反应器中的氧气供应能力, 确保微生物或细胞在培养过程中获得足够的氧气以维持生长和代谢活动。
Meier等人(2016)提出了一个计算摇瓶中OTRmax的数学模型,该方程可以作为计算和比较不同介质OTRmax值的有价值的工具。 方程中涉及的关键参数包括:(1)溶液渗透压、(2)振荡频率、(3)填充体积、(4)振动直径和(5)容器直径。 此外该方程还包括烧瓶中绝对压力的变量(𝑝R),常规条件下等于环境压力(1 bar), 以及环境空气中O2的摩尔分数(𝑦𝑂2),常规条件下为0.21。
您也可以通过本公司网页提供的小程序直接进行OTRmax计算。
例如,如果用户在250 mL摇瓶中采用ProCHOTM 5培养基中培养中国仓鼠卵巢(CHO)细胞,
培养体积40mL(转速150rpm,轨道直径50mm),他的OTRmax值应为10.5 mmol/L/h。
如果用户随后决定切换到ExpiCHOTM稳定生产介质并保持相同的振荡条件,并将体积减少到30ml,
我们将只需要将方程中的渗透压值从0.350 Osmol/kg 改变为0.295 Osmol/kg,并将培养体积改为30ml。
这将使OTRmax增加到值为13.3mmol/L/hr。通过调整该方程中不同参数的值,用户可以很容易地预测不同工艺条件下的OTRmax。
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