自动化反应器

摘要本期推文，编译了François Bertaux等发表在 Nature Communications期刊上的研究论文《使用 ReacSight 增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制》（Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight），介绍了 ReacSight，一种用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。ReacSight 利用低成本移液机器人进行样品采集、处理和装载，并提供灵活的仪器控制架构。作者展示了 ReacSight 在涉及酵母的三种实验应用中的能力，包括：基因表达的实时光遗传控制；营养缺乏对健康和细胞应激的影响；对双菌株混合群落的组成进行动态控制。引言小规模、低成本的生物反应器正在成为微生物系统和合成生物学研究的有力工具。它们允许在长时间（几天）内严格控制细胞培养参数（例如温度、细胞密度、培养基更新率）。这些独特的特点使研究人员能够进行复杂的实验,并实现实验的高度再现性。例如，当药物选择压力随着耐药性的发展而增加时，抗生素耐药性的表征，细胞间通信合成路径的细胞密度控制表征，以及使用组合敲除文库在动态变化温度下酵母适应度的全基因组表征。原位光密度测量只能提供总生物量浓度及其增长率的信息，而荧光测量的灵敏度低，背景高。通常还必须测量和跟踪培养细胞群体的关键特征，如基因表达水平、细胞应激水平、细胞大小和形态、细胞周期进程、不同基因型或表型的比例。研究人员通常需要手动提取、处理和测量培养样本，以便通过更灵敏和专业的仪器（如细胞仪、显微镜、测序仪）进行检测。手动干预通常繁琐、容易出错，并严重限制了可用的时间分辨率和范围（即夜间无时间点）。它还阻碍了培养条件对此类措施的动态适应。这种反应性实验控制目前正引起系统生物学和合成生物学的兴趣。它既可以用来维持种群的某种状态（外部反馈控制），也可以用来最大化实验的价值（反应性实验设计）。例如，外部反馈控制可用于解开复杂的细胞耦合和信号通路调控，控制微生物群落的组成，或优化工业生物生产。反应性实验设计在长时间不确定实验（如人工进化实验）的背景下特别有用。通过实现实时参数推断和优化实验设计，也有助于加速基于模型的生物系统表征。原则上，商业机器人设备和/或定制硬件可用于将生物反应器阵列连接到敏感的多样本（通常接受 96 孔板作为输入）测量设备。然而，这对设备采购、设备成本和软件集成提出了巨大挑战。当一个功能平台建立起来时，相应硬件和软件的升级和维护也极具挑战性。因此，迄今为止报告的例子很少。例如，只有两个小组展示了细菌或酵母培养物的自动细胞术和反应性光遗传学控制，设置仅限于单个连续培养物或具有有限连续培养能力的多个培养物。一组还展示了自动显微镜和反应性光遗传学控制单个酵母连续培养。ReacSight， 一种通用且灵活的策略，用于增强生物反应器阵列的自动化测量和反应实验控制。ReacSight 非常适合集成开放源代码、开放硬件组件，但也可以容纳封闭源代码、 仅限 GUI 的组件（如细胞仪）。首先，作者使用 ReacSight 组装一个平台，实现基于细胞术的特征描述和平行酵母连续培养的反应性光遗传学控制。重要的是，作者构建了两个版本的平台，要么使用定制的生物反应器阵列，要么使用最新的低成本、开放硬件、商业化的光遗传学 Chi.生物反应器。然后，作者在三个案例研究中证明了它的有用性。首先，作者在不同的生物反应器中用光实现基因表达的并行实时控制。第二，作者利用高度受控和信息丰富的竞争分析，探讨营养缺乏对健康和细胞应激的影响。第三，作者利用平台的养分稀缺性和反应性实验控制能力，实现对两个菌株混合群落的动态控制。最后，为了进一步证明 ReacSight 的通用性，作者使用它来增强具有吸液能力的平板阅读器，并对大肠杆菌临床分离物进行复杂的抗生素处理。结果测量自动化、平台软件集成和 ReacSight 的反应性实验控制ReacSight 战略旨在增强用于自动测量和反应实验控制的生物反应器阵列， 以灵活和标准化的方式将硬件和软件元素结合起来（图 1）。吸管机器人用于以通用方式在任何生物反应器阵列和任何基于平板的测量设备之间建立物理连接（图 1a）。生物反应器培养物样本通过连接在机械臂上的泵控取样管线发送至移液机器人（取样）。使用移液机器人的一个主要优点是，在测量（处理）之前，可以在培养样本上自动执行不同的处理步骤。然后，样品由移液机器人转移至测量装置（装载）。当然，这需要测量设备的物理定位，以便当其装载托盘打开时，机器人手臂可以接近设备输入板的孔。部分接近设备输入板通常不是问题，因为机器人可用于在测量之间清洗输入板孔，允许随着时间的推移重复使用相同的孔（清洗）。重要的是，如果不需要反应性实验控制，或者如果不是基于测量，机器人功能也可以用于处理和存储培养样本，以便在实验结束时进行一次性离线测量，从而实现具有灵活时间分辨率和范围的自动测量。ReacSight 还提供了一些软件挑战的解决方案，这些软件挑战应该解决，以解锁多生物反应器的自动测量和反应实验控制（图 1b）。首先，需要对平台的所有仪器（生物反应器、移液机器人、测量设备）进行程序控制。其次，一台计算机应该与所有仪器进行通信，以协调整个实验。ReacSight 将 Python 编程语言的多功能性和强大功能与 Flask web 应用程序框架的通用性和可伸缩性相结合，以应对这两个挑战。事实上，Python 非常适合轻松构建 API 来控制各种仪器：有完善的开源库用于控制微控制器（如 Arduinos），甚至用于基于“点击”的控制 GUI 专用软件驱动缺少 API 的封闭源代码仪器（pyautogui）。重要的是，开源、低成本的吸管机器人 OT-2（Opentrons）附带了本地 Python API。Hamilton 机器人也可以通过 Python API 进行控制。然后，Flask 可用于公开所有仪器 API，以便通过本地网络进行简单访问。然后，从一台计算机协调对多个仪器的控制的任务基本上简化为发送 HTTP 请求的简单任务，例如使用 Python 模块请求。HTTP 请求 还可以使用社区级数字分发平台Discord 实现从实验到远程用户的用户友好通信。这种多功能仪表控制结构是 ReacSight 的关键组件。ReacSight 的另外两个关键组件是（1）通用的面向对象的事件实现（如果发生这种情况，请这样做），以促进反应性实验控制；（2）将所有仪器操作详尽记录到单个日志文件中。ReacSight 软件以及硬件的源文件在 ReacSight-Git 存储库中公开提供。图1 ReacSight：用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。a 在硬件方面，ReacSight 利用吸管机器人（如低成本、开源 Opentrons OT-2）在任何多生物反应器设置（eVOLVER、Chi.Bio、custom……）和任何基于平板的测量设备（平板阅读器、细胞仪、高通量显微镜、pH 计……）的输入之间建立物理链接。如有必要，可使用移液机器人对生物反应器样本进行处理（稀释、固定、提取、纯化……），然后再装入测量装置。如果不需要反应实验控制，处理过的样品也可以存储在机器人平台上进行离线测量（OT-2 温度模块可以帮助保存对温度敏感的样品）。b 在软件方面，ReacSight 通过基于Python 和PythonWeb 应用程序框架 Flask 的多功能仪器控制体系结构实现了全平台集成。ReacSight 软件还提供了一个通用事件系统，以实现反应性实验控制。显示了反应实验控制的简单用例的示例代码。实验控制还可以使用Discord webhooks 将实验状态通知远程用户，并生成详尽的日志文件。曼森自动化高通量发酵实验室曼森机器人自动化技术可根据客户实际需求进行定制化（可实现硬件+软件协同）完成复杂流程自动化。机器人自动化技术与平行反应器组合为生物领域科学研究助力，是实现生物技术biofoundry的重要技术基础；曼森生物致力于满足客户自动化、高通量的需求，推进合成生物技术产品快速产业化。曼森高通量发酵平台曼森实验室自动化系列曼森高通量自动样品检测机器人未完待续文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑 内容审核：郝玉有博士

编者按跟踪智慧实验室的理论研究发展状况、产业发展动态、主要设备供应商产品研发动态、国内外智慧实验室建设成果现状等信息内容。本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿。 本期推文， 编 译 了 Franç ois Bertaux 等 发 表 在 Nature Communications 期刊上的研究论文《使用 ReacSight 增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制》（Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight），介绍了 ReacSight，一种用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。ReacSight 利用低成本移液机器人进行样品采集、处理和装载，并提供灵活的仪器控制架构。作者展示了 ReacSight 在涉及酵母的三种实验应用中的能力，包括：基因表达的实时光遗传控制；营养缺乏对健康和细胞应激的影响；对双菌株混合群落的组成进行动态控制。因文章篇幅较长，将分为三期来讲述。感谢关注！目录/CONTENT01/引言02/结果 2.1 测量自动化、平台软件集成和 ReacSight 的反应性实验控制 2.2 反应性光遗传控制和酵母连续培养的单细胞解析特性 2.3 使用光实时控制基因表达 2.4 探索营养缺乏对健康和细胞压力的影响 2.5 ReacSight 是一种通用策略：通过吸液功能增强平板阅读器03/讨论01引言小规模、低成本的生物反应器正在成为微生物系统和合成生物学研究的有力工具。它们允许在长时间（几天）内严格控制细胞培养参数（例如温度、细胞密度、培养基更新率）。这些独特的特点使研究人员能够进行复杂的实验,并实现实验的高度再现性。例如，当药物选择压力随着耐药性的发展而增加时，抗生素耐药性的表征，细胞间通信合成路径的细胞密度控制表征，以及使用组合敲除文库在动态变化温度下酵母适应度的全基因组表征。原位光密度测量只能提供总生物量浓度及其增长率的信息，而荧光测量的灵敏度低，背景高。通常还必须测量和跟踪培养细胞群体的关键特征，如基因表达水平、细胞应激水平、细胞大小和形态、细胞周期进程、不同基因型或表型的比例。研究人员通常需要手动提取、处理和测量培养样本，以便通过更灵敏和专业的仪器（如细胞仪、显微镜、测序仪）进行检测。手动干预通常繁琐、容易出错，并严重限制了可用的时间分辨率和范围（即夜间无时间点）。它还阻碍了培养条件对此类措施的动态适应。这种反应性实验控制目前正引起系统生物学和合成生物学的兴趣。它既可以用来维持种群的某种状态（外部反馈控制），也可以用来最大化实验的价值（反应性实验设计）。例如，外部反馈控制可用于解开复杂的细胞耦合和信号通路调控，控制微生物群落的组成，或优化工业生物生产。反应性实验设计在长时间不确定实验（如人工进化实验）的背景下特别有用。通过实现实时参数推断和优化实验设计，也有助于加速基于模型的生物系统表征。原则上，商业机器人设备和/或定制硬件可用于将生物反应器阵列连接到敏感的多样本（通常接受 96 孔板作为输入）测量设备。然而，这对设备采购、设备成本和软件集成提出了巨大挑战。当一个功能平台建立起来时，相应硬件和软件的升级和维护也极具挑战性。因此，迄今为止报告的例子很少。例如，只有两个小组展示了细菌或酵母培养物的自动细胞术和反应性光遗传学控制，设置仅限于单个连续培养物或具有有限连续培养能力的多个培养物。一组还展示了自动显微镜和反应性光遗传学控制单个酵母连续培养。 ReacSight， 一种通用且灵活的策略，用于增强生物反应器阵列的自动化测量和反应实验控制。ReacSight 非常适合集成开放源代码、开放硬件组件，但也可以容纳封闭源代码、 仅限 GUI 的组件（如细胞仪）。首先，作者使用 ReacSight 组装一个平台，实现基于细胞术的特征描述和平行酵母连续培养的反应性光遗传学控制。重要的是，作者构建了两个版本的平台，要么使用定制的生物反应器阵列，要么使用最新的低成本、开放硬件、商业化的光遗传学 Chi.生物反应器。然后，作者在三个案例研究中证明了它的有用性。首先，作者在不同的生物反应器中用光实现基因表达的并行实时控制。第二，作者利用高度受控和信息丰富的竞争分析，探讨营养缺乏对健康和细胞应激的影响。第三，作者利用平台的养分稀缺性和反应性实验控制能力，实现对两个菌株混合群落的动态控制。最后，为了进一步证明 ReacSight 的通用性，作者使用它来增强具有吸液能力的平板阅读器，并对大肠杆菌临床分离物进行复杂的抗生素处理。02结果2.1 测量自动化、平台软件集成和 ReacSight 的反应性实验控制ReacSight 战略旨在增强用于自动测量和反应实验控制的生物反应器阵列， 以灵活和标准化的方式将硬件和软件元素结合起来（图 1）。吸管机器人用于以通用方式在任何生物反应器阵列和任何基于平板的测量设备之间建立物理连接（图 1a）。生物反应器培养物样本通过连接在机械臂上的泵控取样管线发送至移液机器人（取样）。使用移液机器人的一个主要优点是，在测量（处理）之前，可以在培养样本上自动执行不同的处理步骤。然后，样品由移液机器人转移至测量装置（装载）。当然，这需要测量设备的物理定位，以便当其装载托盘打开时，机器人手臂可以接近设备输入板的孔。部分接近设备输入板通常不是问题，因为机器人可用于在测量之间清洗输入板孔，允许随着时间的推移重复使用相同的孔（清洗）。重要的是，如果不需要反应性实验控制，或者如果不是基于测量，机器人功能也可以用于处理和存储培养样本，以便在实验结束时进行一次性离线测量，从而实现具有灵活时间分辨率和范围的自动测量。ReacSight 还提供了一些软件挑战的解决方案，这些软件挑战应该解决，以解锁多生物反应器的自动测量和反应实验控制（图 1b）。首先，需要对平台的所有仪器（生物反应器、移液机器人、测量设备）进行程序控制。其次，一台计算机应该与所有仪器进行通信，以协调整个实验。ReacSight 将 Python 编程语言的多功能性和强大功能与 Flask web 应用程序框架的通用性和可伸缩性相结合，以应对这两个挑战。事实上，Python 非常适合轻松构建 API 来控制各种仪器：有完善的开源库用于控制微控制器（如 Arduinos），甚至用于基于“点击”的控制 GUI 专用软件驱动缺少 API 的封闭源代码仪器（pyautogui）。重要的是，开源、低成本的吸管机器人 OT-2（Opentrons）附带了本地 Python API。Hamilton 机器人也可以通过 Python API 进行控制。然后，Flask 可用于公开所有仪器 API，以便通过本地网络进行简单访问。然后，从一台计算机协调对多个仪器的控制的任务基本上简化为发送 HTTP 请求的简单任务，例如使用 Python 模块请求。HTTP 请求 还可以使用社区级数字分发平台Discord 实现从实验到远程用户的用户友好通信。这种多功能仪表控制结构是 ReacSight 的关键组件。ReacSight 的另外两个关键组件是（1）通用的面向对象的事件实现（如果发生这种情况，请这样做），以促进反应性实验控制；（2）将所有仪器操作详尽记录到单个日志文件中。ReacSight 软件以及硬件的源文件在 ReacSight-Git 存储库中公开提供。图1 ReacSight：用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。a 在硬件方面，ReacSight 利用吸管机器人（如低成本、开源 Opentrons OT-2）在任何多生物反应器设置（eVOLVER、Chi.Bio、custom……）和任何基于平板的测量设备（平板阅读器、细胞仪、高通量显微镜、pH 计……）的输入之间建立物理链接。如有必要，可使用移液机器人对生物反应器样本进行处理（稀释、固定、提取、纯化……），然后再装入测量装置。如果不需要反应实验控制，处理过的样品也可以存储在机器人平台上进行离线测量（OT-2 温度模块可以帮助保存对温度敏感的样品）。b 在软件方面，ReacSight 通过基于Python 和PythonWeb 应用程序框架 Flask 的多功能仪器控制体系结构实现了全平台集成。ReacSight 软件还提供了一个通用事件系统，以实现反应性实验控制。显示了反应实验控制的简单用例的示例代码。实验控制还可以使用Discord webhooks 将实验状态通知远程用户，并生成详尽的日志文件。03曼森自动化高通量发酵实验室曼森机器人自动化技术可根据客户实际需求进行定制化（可实现硬件+软件协同）完成复杂流程自动化。机器人自动化技术与平行反应器组合为生物领域科学研究助力，是实现生物技术biofoundry的重要技术基础；曼森生物致力于满足客户自动化、高通量的需求，推进合成生物技术产品快速产业化。曼森高通量发酵平台曼森实验室自动化系列曼森高通量自动样品检测机器人未完待续Mediacenter Editor | 曼森编辑文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑 内容审核：郝玉有博士

美国麦克公司推出"Microactivity-Refference"全自动小型催化反应器　　 　　美国麦克仪器公司于近日发布了一款全自动小型催化反应器--Microactivity-Refference.它是一款全自动计算机控制的用于催化反应的微型反应器，温度高达1000℃，压力可达100bar。该反应器可实现诸多反应，如加氢裂化，氢化处理，异构反应，加氢反应，加氢脱硫，加氢脱氮，氧化反应，聚合反应，重整(芳构化),水蒸汽重整等等　　MICROACTIVITY-Reference该装置为一体结构，包括了电路系统，控制系统和质量流量计系统及置于热箱中的六通阀和反应器。基于具有分布式控制结构的TCP/IP以太通讯技术，系统可以在线远程控制或面板控制。独立于计算机的微处理安全集成控制器。同时,该系统配置了各种选配附件供研究人员选择　　如果需要了解更详细的资料,请登陆美国麦克公司中国区网站www.mic-instrument.com.cn或致电中国区各办事处

本篇承接上文，《使用ReacSight增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制（上）》（点击查看）。2.2反应性光遗传控制和酵母连续培养的单细胞解析特性作者首次应用ReacSight策略的动机是酵母合成生物学应用。在这种情况下，精确控制合成路径并在定义明确的环境条件下测量其输出，并具有足够的时间分辨率和范围是至关重要的。光遗传学为控制合成路径提供了一种极好的方法，生物反应器支持的连续培养是对环境条件进行长时间严格控制的理想方法。为了测量单个细胞的路径输出，细胞术提供了高灵敏度和高通量。因此，借助ReacSight策略，利用台式细胞仪作为测量设备，组装了一个完全自动化的实验平台，实现了对酵母连续培养物的反应性光遗传学控制和单细胞解析表征（图2a）。补充说明2提供了平台硬件和软件的详细信息，此处仅讨论关键要素。八个反应器与移液机器人相连，这意味着每个时间点都会填满一列取样板。虽然机器人可以接触到三列细胞仪输入板，但作者仅使用一列，由机器人进行广泛清洗，以实现小于0.2%的残留，使用免疫磁珠进行验证。通常在机器人平台上安装两个倾翻箱和两个取样板（2×96=192个样本），因此，在没有任何人为干预的情况下，八个反应器中的每一个都有24个时间点。为了实现基于细胞数据的反应性实验控制，作者开发并实施了算法，以在重叠荧光团之间执行自动选通和光谱反褶积（图2b）。作者首先通过对组成性表达来自染色体整合转录单位的各种荧光蛋白的酵母菌株进行长期恒浊培养来验证平台的性能（图2c）。荧光团水平的分布是单峰的，随着时间的推移是稳定的，正如在具有组成型启动子的稳定生长条件下所预期的那样。mNeonGreen和mScarlet-I在单色和三色菌株之间的分布完全重叠。这与从强pTDH3启动子表达一个或三个荧光蛋白对细胞生理学的影响可以忽略不计的假设是一致的，并且三色菌株中转录单位的相对位置（mCerulean第一，mNeonGreen第二，mCarlet-I）对基因表达的影响很小。与单色品系相比，三色品系中测得的mCerulean水平略高（~15%）。这可能是由于反褶积中的残余误差造成的，与自荧光和mNeonGreen相比，mCerulean的亮度较低加剧了这种误差。为了验证平台的光遗传学能力，作者构建了一个基于EL222系统17的光诱导基因表达路径并对其进行了表征（图2d）。正如预期的那样，应用不同的蓝光开-关时间模式导致荧光团水平的动态分布覆盖范围很广，从接近零水平（即几乎无法与自体荧光区分）到超过强组成启动子pTDH3获得的水平。高诱导表达水平的细胞间变异性也很低，变异系数（CV）值与pTDH3启动子相当（0.22vs0.20）。作者组装的第一个平台使用了一个预先存在的定制光生生物反应器阵列。这种设置有几个优点（可靠性、工作容量范围广），但其他实验室无法轻易复制。由于ReacSight架构的模块化，可以通过将这个定制的生物反应器阵列与最近描述的开放硬件、光遗传学就绪的商用Chi.生物反应器（图2a（右图））交换，快速构建具有类似功能的平台的第二个版本。为了验证该平台的另一版本的性能，作者使用图2d中相同的菌株进行了光诱导实验，并获得了各种光诱导曲线的极好的反应器到反应器再现性。图2基于ReacSight的自动化平台组装，实现对酵母连续培养物的反应性光遗传学控制和单细胞解析表征。a平台概述。OpentronsOT-2移液机器人用于将支持光基因的多生物反应器连接到台式细胞仪（GuavaEasyCyte14HT，Luminex）。机器人用于稀释细胞仪输入板中的新鲜培养样本，并在时间点之间清洗。“点击”Python库pyautogui用于创建细胞仪仪器控制API。定制算法是在Python中开发和实现的，用于实时自动选通和去卷积细胞数据。使用定制的生物反应器装置（左图）或Chi生物反应器（右图）组装了两个版本的平台。b选通和反褶积算法说明。例如，显示了重叠荧光团mCerulean和mNeonGreen之间的反褶积。c多代单细胞基因表达分布的稳定性。从pTDH3启动子驱动的转录单位中组成性表达mCerulean、mNeonGreen或mCarlet-I的菌株（“三色”菌株），整合到染色体中，在浊度调节器模式下生长（OD设定值=0.5，上限图），每小时采集一次细胞仪（垂直绿线）。所有时间点的荧光强度分布（通过高斯核密度估计进行平滑）（选通、反褶积和前向散射归一化后，FSC）用不同的颜色阴影绘制在一起（下图）。RPU：相对启动子单位（见方法）。为了简单起见，未显示“三色”的OD数据，与其他类似。d基于EL222系统的光驱动基因表达电路的特性。应用三种不同的开-关蓝光时间剖面图（底部），每45分钟采集一次细胞仪。门控、去卷积、FSC标准化数据的中位数如图所示（顶部）。此图中显示的所有生物反应器实验均在同一天与定制生物反应器平台版本并行进行。源数据作为源数据文件提供。2.3使用光实时控制基因表达为了展示平台的反应性光遗传控制能力，作者开始动态适应光刺激，以便将荧光团水平保持在不同的目标设定点。这种用于体内基因表达调控的电子反馈有助于在存在复杂细胞调控的情况下剖析内源性路径的功能，并有助于将合成系统用于生物技术应用。作者首先构建并验证了光诱导基因表达的简单数学模型（图3a）。将三个模型参数与图2d的表征数据进行联合拟合，得到了良好的定量一致性。考虑到模型假设的简单性，这一点值得注意：光激活下的mRNA生成速率恒定，每mRNA的翻译速率恒定，mRNA（大部分降解，半衰期为20分钟）和蛋白质（大部分稀释，半衰率为1.46小时）的一级衰变。因此，当实验条件得到很好的控制并且数据得到适当的处理时，人们可以希望用一小套简单的过程来定量地解释生物系统的行为。然后，作者将拟合模型合并到模型预测控制算法中（图3b）。该算法与ReacSight事件系统一起，实现了对不同反应器中不同目标的荧光水平的精确实时控制（图3c）。为了进一步证明平台的稳健性和再现性，作者在几个月后进行了另一个单8反应器实验，涉及两个荧光团目标水平的四个重复反应器运行。所有的重复都能很好地跟踪目标，并且控制算法决定的光分布在相同目标的重复之间非常相似，但并不完全相同。作者还研究了之前使用的诱导系统在更长时间尺度上的遗传稳定性。遗传稳定性是工业生物生产的一个重要因素。作者观察到，EL222驱动的mNeonGreen蛋白的诱导可以持续5天以上，并且具有很好的稳定性（图3d顶部）。更进一步，作者测试了同一蛋白的分泌版本是否表现出类似的表达稳定性。作者观察到，诱导约2天后细胞水平显著降低。细胞异质性也增加了（图3d右侧）。为了弥补细胞水平的下降，作者将表达盒整合成多个拷贝（三次，串联染色体插入）。诱导后，获得了非常高的荧光水平（图3d底部）。令人惊讶的是，这些水平比非分泌蛋白高一个数量级，并伴随着强烈的应激，正如未折叠蛋白应激报告所反映的那样（pUPRmScarletI）。诱导后，细胞内蛋白质水平逐渐下降。细胞内蛋白质水平显示出明显的双峰分布，强烈的遗传不稳定性迹象（图3d右侧）。最后，当以最大诱导水平的三分之一诱导时，相同的三重拷贝结构表现出非单调行为：高水平初始反应，随后细胞内水平缓慢下降，如完全诱导的三重结构，随后长期内部高蛋白水平的非预期缓慢恢复（图3d底部）。这种恢复可以通过细胞适应高生产需求来解释，或者更可能的是，通过选择高产亚群来解释，该亚群能够更好地保存HIS3选择标记，即使在完全培养基中也具有轻微的生长优势。这个实验证明了作者的平台能够执行长时间的实验，并以相对较高的时间分辨率提供单小区信息。此外，它促使探索和利用营养素可用性对健康和压力的影响。图3闭环：使用光实时控制基因表达。a光驱动基因表达电路的简单ODE模型拟合到图2d的表征数据。拟合参数为γm=2.09h−1，σ=0.64RPU小时−1，γFP=0.475小时−1km被任意设置为等于γm，以仅允许从蛋白质中值水平识别参数。b实时控制基因表达的策略。每小时进行一次细胞仪采集，在选通、反褶积和FSC归一化后，数据被送入模型预测控制（MPC）算法。该算法使用该模型搜索10个周期为30分钟的工作循环（即5小时的后退地平线）的最佳占空比序列，以跟踪目标水平。c四种不同目标水平的实时控制结果，在不同的生物反应器中并行执行（自定义设置）。左：单个单元格的中位数（控制值）。右：单细胞随时间的分布。请注意，所有绘图都使用线性比例。d表达系统的长期稳定性和蛋白质分泌的影响。表达EL222驱动的mNeonGreen荧光报告子的细胞，无论是否分泌，在浊度调节器中生长5天，每2小时进行一次细胞仪测量。表示整个实验期间的平均表达水平。荧光分布也显示在选定的时间点（诱导后0、6、48和120小时）。细胞也有分泌应激的荧光报告子（pUPRmScarlet-I）。还提供了三个拷贝中整合的mNeonGreen报告蛋白的分泌形式的结果。相关蛋白（mNeonGreen水平）和应激水平（mCarlet-I水平）分布的时间演变如补充图11和12所示。源数据作为源数据文件提供。曼森生物高通量菌株筛选平台技术上海曼森生物科技公司专注于高通量、自动化、智能化实验室技术产品开发，逐步形成了全自动化的高通量菌株筛选平台技术，可根据用户需求定制化高通量全自动菌株筛选平台。每天筛选通量可从几千到10万，是人工通量的几十倍上百；在传统生物技术上，加速工业化菌株的遗传进化，帮助提高底物转化率和产量提升；在合成生物技术上，可为选择的平台化合物表达菌株的遗传稳定性、表观遗传进化提升效率。此外高通量筛选必须有高通量的自动化分析检测技术支撑方能发挥最大价值。曼森高通量自动样品检测机器人文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑内容审核：郝玉有博士

本篇承接上文。《使用ReacSight增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制（上）》（点击查看）。《使用ReacSight增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制（中）》（点击查看）。2.4 探索营养缺乏对健康和细胞压力的影响荧光蛋白可以作为报告物来评估细胞的表型特征，也可以作为条形码来标记具有特定基因型的菌株。再加上生物反应器阵列的自动细胞仪，这种能力扩展了可能的实验范围：在动态控制环境中的多重菌株特性和竞争（图 4a）。事实上，一些荧光蛋白可用于基因分型，其他可用于表型分型。然后，自动细胞仪（包括原始数据分析）将提供关于不同菌株之间竞争动态和每个菌株的细胞状态分布动态的定量信息。根据实验的目标，这些丰富的信息可以反馈给实验控制，以适应每个反应器的环境参数。作为可以进行此类实验的概念的第一个证明，作者开始探索营养缺乏对健康和细胞压力的影响（图 4b，左上角）。微生物群落中的不同物种根据其代谢多样性或专业性有不同的营养需求，因此它们的适合性不仅取决于外部环境因素，还取决于群落本身通过营养物质消耗、代谢物释放和其他细胞间耦合。与分批竞争分析相反，连续培养允许控制这些因素。例如，在恒浊器培养基中，营养素的可用性取决于营养素供应（即输入介质中的营养素水平）和细胞的营养素消耗（主要取决于 OD 设定值）。作者使用组氨酸营养不良作为营养缺乏的模型：对于 his3 突变细胞，组氨酸是一种必需的营养素。通过将 his3 突变细胞与野生型细胞在不同 OD 设定值和喂养介质中不同组氨酸浓度下进行竞争，可以测量营养缺乏如何影响适应性（图 4b，右上角）。在这两个菌株中使用应激报告子也可以了解营养缺乏情况下适应性和细胞压力之间的关系。作者将重点放在未折叠蛋白反应 （UPR）应激上，以研究营养应激是否会导致其他事先无关的应激类型，这将表明细胞生理学中的全局耦合。组氨酸浓度为 4µM 时，在考虑的 OD 设定值（0.1-0.8）范围内，his3 突变细胞被野生型细胞强烈竞争（图 4b，左下角）。当浓度为 20µM 时，情况不再如此。在这种浓度下，野生型细胞的生长速度优势在 OD 设定值 0.6 以下接近零（剩余组氨酸足以使 his3 突变细胞正常生长），在最大 OD 设定点 0.8 时超过 0.2 h −1（剩余组胺过低，限制了 his3 突变体细胞的生长）。因此，对于这种营养供应水平，细胞的营养消耗水平对 his3 突变细胞的适应性有很大影响。4µM 到 20µM 之间 的这种定性变化与组氨酸的单个高亲和力转运体 HIP1 的 Km 常数报告值 17µM 高度一致。此外，因为组氨酸浓度为 4µM 的野生型和突变型细胞之间的生长速度差异接近甚至超过野生型细胞通常观察到的生长速度（在 0.3 到 0.45 h −1之间， 取决于 OD 设定值），作者得出结论，突变细胞在这些条件下完全生长。UPR 数据显示，在组氨酸浓度为 20µM 的所有 OD 设定点上，突变细胞和野生型细胞之间几乎没有差异，但在组氨酸含量为 4µM 时，突变细胞中的 UPR 反应明显激活 （图 4b，右下角）。因此，看似相似的生长表型（例如 4 和 20µM OD 为 0.8 的突 变细胞）可能对应于不同的生理状态（如不饱和蛋白反应应激水平的差异所揭示的）。此外，为了展示基于菌株丰度数据的环境反应控制，作者着手动态控制两个菌株的比率。控制微生物培养物的组成和异质性有望实现更有效的生物加工策略。作者推断，当两种菌株中的一种对组氨酸具有营养缺陷时，培养物的 OD 可以用作方向盘。事实上，组氨酸生物合成突变生长速率在 20µM 的中等组氨酸浓度下对 OD 的强烈依赖性（图 4b，左下角）意味着可以通过切换恒浊器培养物的 OD 设定值来动态控制其生长速率。此外，如果这种菌株与组氨酸原营养菌菌株共同培养，但以 OD 独立的方式生长较慢，则可以实现两种菌株比率的双向控制（图 4c，左）。作者利用繁重的异源蛋白分泌构建了这种菌株。然后，作者构建了一个简单的模型来预测组氨酸营养不良菌株的（稳态）生长速率差异。将此模型用于模型预测控制和 ReacSight 事件系统，作者可以以完全自动化的方式在平行生物反应器（图 4c，右）中保持两种菌株的不同比率。然而，作者注意到稳态误差的系统存在。这种行为可能是由于慢菌株的生长速度意外恢复所致。由于在特征化实验中未观察到这种行为，作者假设这种差异是由于特征化或对照实验中使用的氨基酸供应混合物的组成不同（除了组氨酸外，Sigma 的组氨酸缺失补充物比 Formedium 的完整补充物更丰富）。图 4 探索和利用适应性、营养缺乏和细胞应激之间的关系。a 由于共培养、自动细胞仪和反应性实验控制，结合单细胞基因分型和表型分型的实验得以实现，以实时适应环境条件。b 左上角：必需营养素的可用性（例如 his3 突变株的组氨酸）取决于环境供应，也取决于通过营养素消耗的细胞密度。营养素供应不足会阻碍生长速度，并可能引发细胞应激。右上角：实验设计。野生型细胞（标记为 mCerulean 组成表达）与 his3 突变细胞共同培养。这两个菌株都含有一个 UPR 应激报告基因 mScarlet-I 的驱动表达。自动细胞仪能够将单个细胞分配 给其基因型，并监测菌株特异性 UPR 激活。这两种菌株相对数量的动态可以 推断突变细胞和野生型细胞在每种情况下的生长速度差异。左下图：两种不同介质组氨酸浓 度下突变细胞适应度缺陷的细胞密度依赖性。虚线表示野生型增长率对 OD 设定值的近似依赖性。右下角：每种情况下的菌株特异性 UPR 激活。c 左：双应变联合体的原理，其组成可以通过 OD 控制来控制。右：实施和演示。异源难折叠蛋白的分泌被用作营养独立的慢生长表型。使用模型预测控制和 ReacSight 事件系统对 OD 设定值进行动态控制，类似于图 3b （参见方法）。在时间 0 时开始蓝光，并在整个实验期间保持亮起，以诱导慢 his+菌株的慢 生长表型。作者注意到系统存在稳态误差，测得的比率低于目标值。在补充注释 3 中，作者 研究了限制控制性能的机制（慢生长表型的不稳定性、菌株识别错误和模型中未考虑的延 迟），还提供了其他控制实验的结果。源数据作为源数据文件提供。2.5 ReacSight是一种通用策略：通过吸液功能增强平板阅读器为了说明 ReacSight 的通用性，将其作为通过连接实验室设备来生长细胞和 /或测量细胞读数以及吸管机器人来创建实验平台的策略，作者将 Tecan 平板阅读器与 Opentrons 吸管机器人连接起来（图 5a）。移液机器人和驱动读板器的计算机通过 Flask 连接。因为无法访问平板阅读器的 API，所以再次使用了基于 pyautogui 的“点击”控制策略。在第一个应用中，作者使用移液机器人在生长条件下长时间保持细菌细胞数量。更具体地说，大肠杆菌临床分离物在两种不同的培养基（M9 葡萄糖加或不加 casamino 酸）中生长，并存在不同浓度的头孢噻肟（CTX），一种β-内酰胺抗生素。由于β-内酰胺酶的表达，所选菌株对头孢噻肟处理具有耐药性。它对 CTX 的最低抑制浓度为 2 mg/L。当细胞群 OD 的中位数达到目标水平时，介质将按照补偿蒸发的策略更新（图 5b，左）。通过所选策略，作者能够在至少 15 代细胞中 保持 OD 中值接近所选目标（0.05 或 0.1）（图 5b 右图）。有趣的是，作者观察到，当用 1 mg/L 头孢噻肟处理时，细胞在葡萄糖+酪氨酸钠中的抵抗力比单独在葡萄糖中更好。这有些令人惊讶，因为β-内酰胺类抗生素通常对快速生长的细胞有更强的影响。在第二个应用中，作者使用该平台测试了在不同细胞密度下应用第二剂量头孢噻肟的效果。这些实验在概念上非常简单，但其结果很难预测。低浓度头孢噻肟抑制参与细胞分裂的 PBP3 蛋白，从而导致细丝形成，而高浓度头孢噻肟则抑制参与细胞壁维持的 PBP1 蛋白，并导致细菌溶解。由于成丝作用，即使没有细胞分裂，种群生物量在延长的时间内也可能继续呈指数增长。此外，死亡细胞释 放的β-内酰胺酶在环境中降解抗生素。这导致了细胞死亡和抗生素降解之间的时间赛跑，丝状物有助于延迟这一赛跑，同时增加生物量（图 5c 左）。因此，在不同细胞密度下应用第二剂量抗生素的实验有可能启发人们理解不同的作用（图 5c 中间）。当以 5 10−4 的光学密度开始时，单次处理的结果与分离物的 MIC 一 致，因为高于 MIC 的处理会导致生长明显停滞，而低于 MIC 的处理不会（图 5c， “培养基处理”）。还可以观察到，在前一种情况下，生长在数小时后恢复，这是酶介导的抗生素耐受的典型行为。这两个观察结果在使用 16 mg/L CTX 进行第二次处理的情况下仍然有效。有趣的是，当处理后生长停止时，OD 大约是处理时 OD 的 25 倍：12 10−3 ,6 10−2 和 12 10−2，处理时分别为 5 10−4 , 2.5 10−3 和 5 10−3。这表明，生长停止前活细胞对抗生素的降解是有限的，因此，生长停止之前只有有限数量的细胞死亡。因此，对抗生素处理的耐受性使细胞在死亡前的生物量增加了近 25 倍，然后由于酶介导的抗生素降解，使细胞在处理中存活下来，远远 超过其 MIC。还可以观察到，当初始处理为 4 mg/L 时，生长停止和再生之间的延迟相对恒定（~5 小时），与添加的抗生素总量无关（4 或 20 mg/L CTX）。这表明，生长停止后抗生素降解非常有效，延迟主要对应于无法检测到的再生所需的时间，此时活细胞的动态被死亡生物的光密度所掩盖。在作者的条件下，当第一次处理有效（4 或 16 mg/L）时，第二次处理似乎几乎没有效果。需要进行深入研究，以更量化的方式调查这些影响。图 5 基于 ReacSight 的自动化平台组装，实现反应控制和低容量细菌培养物的表征。a 平台 概述。Opentrons OT-2 移液机器人用于提高读板器（Spark、Tecan）的容量。机器人用于在预先定义的 OD 处处理平板读取器中的培养物。b 左：大肠杆菌临床分离物可以通过以 OD 控制的方式更新培养基来维持在生长条件下。必须注意补偿延长时间范围内的蒸发。右图：富培养基中的细胞（葡萄糖+casaminoacids vs 单独葡萄糖）生长更快，但抵抗更好的亚 MIC 抗生素处理。左：由于两种效应的结合，细菌种群可能表现出对处理的恢复力。在单细胞水 平上，细胞可能通过丝状化耐受超过其 MIC 的抗生素浓度。基于纤维的耐受性允许在细胞 死亡之前增加生物量。在种群水平上，抗生素被环境中细胞死亡时释放的酶降解。最终结果 取决于细胞死亡和抗生素降解之间的竞争。中间：这两种效应的各自作用可以通过反复抗生 素处理来研究。右图：大肠杆菌临床分离物在初始 OD 为 5 10−4 时用不同浓度的 CTX（图 例）处理，第二次使用 16 mg/L CTX（红色）或单独使用介质（蓝色），使用用户定义的 OD （2.5 10−3 或 5 10−3 ). 由于仪器限制，OD 读数低于 10−3 个可靠性较差。源数据作为源数据文 件提供。03 讨论作者报道了 ReacSight 的开发，这是一种通过自动测量和反应实验控制来增 强多生物反应器设置的策略。ReacSight 通过允许研究人员将低成本开放硬件仪器（如 eVOLVER、Chi.Bio）和多功能、模块化、可编程移液机器人（如 Opentrons OT-2）与敏感但通常昂贵的独立仪器相结合，构建全自动化平台，大大拓宽了可行实验的范围。作者还证明，ReacSight 可用于增强具有吸液能力的平板阅读器。ReacSight 是通用的，易于部署，应该广泛用于微生物系统生物学和合成生物学社区。正如 Wong 及其同事所指出的，将多生物反应器装置连接到细胞仪进行自动测量，可以实现微生物培养物的单细胞分辨特性。事实上，在微生物系统和合成生物学的背景下，自动化细胞术几年前已经被少数实验室证明，但低吞吐量或依赖昂贵的自动化设备可能会阻碍这项技术的广泛采用。来自连续培养物的自动细胞仪与最近开发的光遗传学系统相结合，变得特别强大，能够对细胞过程进行有针对性、快速和成本效益的控制。作者使用 ReacSight 将两种不同的生物反应器设置（预先存在的自定义设置和最近的 Chi.Bio-optogenetic-ready 生物反应器） 与细胞仪连接起来。这证明了 ReacSight 战略的模块化，而使用 Chi Bio 生物反应器的平台版本说明了其他缺乏现有生物反应器设置的实验室如何能够以较小的时间和财务成本（不包括细胞仪的成本，尽管其价格昂贵，但即使在缺乏自动化的情况下也已经在实验室中广泛使用）构建这样的平台。作者通过以全自动方式并在不同的反应器中并行执行（1）光驱动的基因表达实时控制，展示了该平台的关键能力；（2）在严格控制的环境条件下，基于细胞状态的竞争分析；动态 控制两个菌株之间的比值。然而，作者只触及了这些平台提供的巨大潜在应用空间的表面。最近通过核 糖体移码技术证明，菌株条形码可以扩展到 20 株带有两个荧光团的菌株，甚至可以扩展到 100 株带有三个荧光团。这种多路复用能力对于并行描述各种候选路径的输入-输出响应（或菌株背景库中路径行为的依赖性）特别有用（在反应器中 使用不同的光感应）。免疫珠可用于更多样化的基于细胞术的测量（机器人可实 现自动孵化和清洗，例如使用 Opentrons OT-2 磁性模块）。表面显示或 GPCR 信号等技术也可用于设计生物传感器菌株，用单细胞仪测量更多培养物尺寸，无需试剂成本。除了高性能的定量菌株表征外，此类平台还可用于生物技术应用。基于自动细胞仪的人工微生物联合体的组成，以及培养条件的动态控制（如本文所示，使用组氨酸营养不良和 OD），可以大大减少设计稳健共存机制的需要，因此可以使用更大多样性的联合体。未来，希望许多基于 ReacSight 的平台将被组装起来，它们的设计将被广泛的社区共享，以大幅扩展实验能力，从而解决微生物学的基本问题，并释放合成生物学在生物技术应用中的潜力。参考文献：Bertaux, F., Sosa-Carrillo, S., Gross, V. et al. Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight. Nat Commun 13, 3363 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31033-9 文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑内容审核：郝玉有博士

仪器信息网讯 2016年7月3-8日，被学术界誉为“催化领域奥运会”的第十六届国际催化大会(ICC 16)在北京国家会议中心举行。这是国际催化大会首次在我国举办，来自50多个国家的近3000人出席了本次会议。麦克仪器亮相ICC 16　　作为全球催化剂表征与催化剂评价仪器的知名专业供应商，美国麦克仪器公司携Particular Systems Microactivity Effi高端实验室反应器积极亮相，为全球催化领域打造了崭新的催化剂评价整体方案，深度诠释了台式反应器自动化、智能化的发展方向。　　据了解，Microactivity Effi是一款全自动的紧凑型台式反应器，可通过电脑控制进行一系列的实验，实时获取高精度、高重现性的数据结果，适用于催化剂研发与筛选阶段的各种反应。与市场中的其他微型反应器不同的是，Microactivity Effi配备了专为此系统研发的专利高精度测微伺服阀，可精确控制压力和液面并提供微量级的测试。Particular Systems Microactivity Effi亮相ICC 16　　麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司总经理许人良介绍说，使用Microactivity Effi，用户可在催化剂活性测试前进行表征以预测催化剂性质 在活性测试后再进行表征，可帮助用户确定催化剂失活的原因。整个表征-测试-表征的实验过程均可在一台设备中自动完成，Microactivity Effi可以说是全球首款全自动的催化剂评价微反装置，可实时控制反应过程。　　在积极参展之余，美国麦克仪器公司本次还倾情赞助了ICC 16晚宴，该公司英国区域经理Steve Coulson出席晚宴，并对美国麦克仪器公司的全球概况、产品架构及技术应用优势作了简短介绍。

个前言在化学合成中，每一步反应都有其独特性。对应于其独特性，化学化工研究者需要寻找合适的反应器来研究其工艺参数，实现放大生产。今天给大家介绍一篇多步反应全连续的文章。作者应用微反应器、固定床反应器以及釜式反应器杂化，实现硝化、加氢、环化、还原全连续操作，实现了Afizagabar (S44819)关键中间体的连续生产。研究背景Afizagabar (S44819) 是一种首创的、有竞争性和选择性的 α5-GABAAR 拮抗剂。由于临床研究需要相对较高的剂量，在产品的开发阶段需要生产约150kg的Afizagabar。然而，在釜式工艺放大的过程中，特别是在硝化和氢化的步骤中，安全及放大问题阻碍了产品生产的进程。图1. Afizagabar方程式研究过程Afizagabar(S44819)的合成，涉及了两个关键中间体INT15和INT23 ，如图2所示，两者经过一系列反应最终合成产品S44819。图2. Afizagabar(S44819)合成路线INT15的合成过程：原料STM1先硝化后得到中间体11，中间体11经过Dakin−West反应、还原得到中间体13，中间体13关环、再经过硼氢化钠还原得到关键中间体INT15。本文主要介绍INT15的多步串联合成研究过程。一. 硝化工艺过程研究1. 釜式硝化工艺研究合成INT15的第一步硝化，釜式工艺是以硝酸-硫酸混酸为硝化剂，反应时间50−90分钟。但当温度升高，会生成危险的二硝基衍生物而安全风险大。硝化反应放热量大，步骤本身的反应热存在安全风险。而且后续步骤的反应热也存在安全风险。从DSC数据可知(图3)，中间体11和中间体12的分解能量非常的高， (ΔHINT11 = −745 J/g, onset: 205 °C ΔHINT12 = −1394 J/g, onset: 187 °C)，如果发生分解那么后果将会变得非常严重。图3. 中间体11和中间体12的DSC谱图2. 微反应连续硝化工艺研究作者对传统的硝化工艺进行了重新设计，使用微反应器代替间歇釜来实现硝化过程。图4.连续流硝化反应作者选用硝酸（HNO3）和冰醋酸（AcOH）作为硝化剂，对连续反应条件做了优化。通过实验得到硝化步骤的操作参数范围为：温度为35~45℃，停留时间30S，流速范围为1-6mL/min，反应转化率接近100%。该连续流工艺与传统釜式工艺相比：连续流微反应反应时间大大缩短（由釜式50−90分钟缩短到30秒）；连续流无低温操作，节省能耗（微反应可以在35~45℃下进行，釜式在-65°C下进行）；反应可控性好，易于放大；消除了二硝的产生，生产的安全性大大提升。二. 固定床加氢过程研究图5. 氢化步骤反应方程式针对INT12加氢的过程，作者采用了固定床工艺。作者选用Pd/Al2O3做为催化剂，在固定化床式加氢反应器中进行反应，通过加入HCL将INT13分批成盐的方式解决其不稳定的问题。并且，作者打通了微反应器硝化和固定床反应器氢化的两步连续过程。同时，为了减少单元操作和溶剂置换工序，作者对氢化、关环以及还原步骤的溶剂进行了优化。表1.不同溶剂对氢化和环化反应的影响研究发现，使用四氢呋喃/二氯甲烷/乙腈体系不仅有很高的氢化以及环化的转化率，而且可以将硝化、氢化、环合以及还原工序串联，实现连续化生产。多步反应全连续，溶剂的选择往往是成败的关键。三. 多步串联合成中间体INT15图6. 连续串联合成中间体INT5工艺流程图作者选用微通道反应器、固定化床加氢反应器、釜式反应器杂化的方式，经过溶剂筛选、工艺条件优化，将硝化、氢化、环化、还原反应步骤串联，中间不经过分离，实现了多步反应的全连续（图6）。多步全连续工艺不仅可以减少操作步骤，而且生产效率大幅度提高。串联后，实验室规模稳定运行5小时，并以11.95g/h的通量得到97.1%纯度的INT15。实验小结连续流技术改变了药物研究的时空产率，有了更广的参数窗口。与在线分析仪器的良好的兼容性，可以更好地实现自动化和智能化，有助于提高研发效率和快速转化，从而获得更好的技术优势；微通道连续流技术，由于其较低的持液量、强大的传质和换热能力，对于在传统间歇生产模式下具有安全风险的反应，例如涉及剧毒试剂、不稳定中间体的反应，具有较好的优势；此外，连续流生产是降低API合成工艺放大的有效工具，可以更快地应对市场变化，节省中试放大成本，提升企业的竞争力。参考文献：Org. Process Res. Dev. 2022, 26, 1223−1235编者语康宁反应器模块化的组装方式和开放的接口，非常适合与其他类型的反应器、在线检测设备以及后处理装置联用。康宁反应器无缝放大的技术，可以帮助客户实现更高效的工业化生产，尤其是硝化、加氢、重氮化、卤化等危险反应工艺。在过去的几年中，康宁已实施了多套杂化的多步连续工艺，帮助客户实现了传统间歇反应釜工艺向连续流技术的升级和改造，取得了非常好的社会效应和经济效应。

【2020康宁反应器技术年会延期通知】 期待着的2020康宁反应器技术年会，因为新冠肺炎的爆发将延期到2020年6月21日在上海举行。考虑到6月22-24日2020 CPhI& P-MEC China将在上海开幕，康宁反应器技术交流年会地点变更为上海浦东，时间定为6月21日，CPhI展会前一天。康宁真诚地为客户着想，一次出行，两场活动，让您满载而归。具体会议通知，请关注康宁反应器技术微信公众号，后续将陆续推出。 【康宁反应器技术线上讲座开播啦】 年会延期，复工延期，但化学人学习连续流新技术的热情不减。康宁反应器技术将陆续推出系列连续流技术线上讲座。实验室中的智能化-带您进入连续流的世界康宁G1反应器连续流流工艺开发案例分享康宁反应器技术工业化案例分享Zaiput连续分离技术在线核磁技术连续过滤技术连续流技术在药物研发中的应用连续流技术在农药研发及生产中的应用连续流技术在光化学中的应用连续流技术在硝化反应中的应用连续流技术在加氢反应中的应用连续流设备的安全和腐蚀 会议免费，将以微信群的形式进行。早日报名入群，即使错过会议，也可进群学习。具体会议内容以实际安排为准。敬请关注康宁反应器技术微信平台的信息发布。公众号：corningAFR 【线上讲座第一期】实验室中的智能化–Lab Reactor带您进入连续流世界 微化学工程与技术是当前化工行业科技创新的热点和重点之一，将开启医药和精细化工安全生产的新时代。微化工技术具可强化传热和传质能力，可平行放大、安全性高、易于控制等优点。在医药和精细化工领域可以大大提升研发及工业生产的效能，以自动化控制，微型化和绿色化满足化工过程的连续和高度集成的生产要求。 康宁自动化连续流化学反应快速筛选平台，自动化程度高，可对工艺条件进行快速筛选，反应结果瞬间可知。可在短时间内建立强大的化合物库，并可无缝放大，能在实验室条件下为供临床提供公斤级产品。 主办单位：康宁反应器技术有限公司 会议时间：2020年3月3日20:00-21:00 会议形式：网络微信会议 演讲嘉宾：伍辛军博士 康宁反应器技术中心主任 伍辛军，男，理学博士，2010年毕业于中国科学院成都有机化学研究所，获有机化学博士学位。2010-2013年在龙沙公司（ Lonza ）从事药物合成工艺研发与放大生产工作。2013年加入美国康宁公司，现任康宁反应器技术中心（中国）主任，从事康宁反应器技术在中国区应用与推广业务，主要负责带领康宁反应器技术团队为中国东亚太区客户提供技术培训、应用开发、工业化生产等技术支持与服务。 伍辛军博士曾在Chem. -Eur. J.等期刊发表论文10余篇，并申请多项发明专利。伍博士从事医药中间体、精细化工中间体、先进材料等合成工艺开发及工业生产工作多年，先后领导过数十个基于康宁微通道反应器技术的连续流工艺开发、工业生产项目，在康宁微通道反应器技术应用方面有丰富的经验。 【如何报名】1.请关注微信公众号：康宁反应器技术2.点击下方“产品介绍”，选择活动报名3.识别报名二维码，选择第一场：实验室中的智能化——带您进入连续流的世界4.填写完您的个人信息，即可成功报名参加我们的会议请记住3月3日，让我们相聚微信群，共享连续流技术饕餮盛宴。

如需获取原文献/补充资料 请关注曼森生物公众号英国Cleaver Scientific是由Adie Cleaver创立，proSET是Cleaver Scientific旗下的产品，该系统是台式规模的，具有大型彩色触摸屏面板和用户友好的界面。1proSET 平行发酵系统proSET Parallel Fermentation System无论是需要同时进行两个相同的实验还是不同的实验，双重加热系统都允许同时运行两个恒温器加热、两个干式加热或一个恒温器和一个干式加热。远程控制软件可以控制 16 个容器，以实现真正的并行操作。产品特点：🔻一个控制器用于两个容器；🔻用于独立或同时控制的单容器或双容器；🔻用于恒温器和干式加热兼容性的双加热系统；🔻标准包中包含免费的远程控制软件；🔻与所有可选设备完全兼容。2proSET One 发酵系统proSET One Fermentation SystemproSET One System 体积小巧，作为标准仪器提供了所有必要的工具。双重加热系统允许为任何应用需求选择高达 10L 的任何容器类型。可选的扩展模块允许添加额外的设备以增强系统的功能。所有必需品，如温度、消泡剂、pH 和 DO 探头都包含在标准包装中。PC 软件可同时连接16 个系统 16 个容器。 产品特点：🔻基于 Linux 的系统；🔻尺寸：250x510x500mm；🔻最大容量为 10 升；🔻三档速度可调，蠕动泵控制不同流量的进料；🔻SCADA 软件就绪；🔻扩展模块可用于系统升级支持可选设备。3proSET Evo 发酵系统proSET Evo Fermentation SystemproSET Evo 可提供一体化发酵解决方案和终极自动化体验，它与 0.5 至 20L 的容器完全兼容，为大多数细胞系的培养提供了广泛的覆盖范围。proSET Evo System配备最新的控制软件；这款用户友好、直观的软件结合了许多高级功能，可提高实验效率。除了手动控制搅拌、温度、pH、DO 水平和进料外，还可以对上述参数进行 15 步预定顺序控制以及 pH 和 DO 反馈控制。此外，还提供多种即插即用可选设备。产品特点： 🔻用于细胞培养和微生物学研发的通用系统； 🔻可互换的五种耐高压灭菌玻璃容器； 🔻从单个界面控制十六个系统； 🔻兼容小型中试规模 15L 和 20L 玻璃容器。4曼森生物平行生物反应器前几期已经介绍了曼森JOY4-500和JOY4-1000型号的平行生物反应器，本期介绍JOY1-2400型号反应器。JOY1-2400高通量微型生物反应器专为菌种高通量筛选、配方开发、工艺优化、原材料质量评价等研究需求设计；与摇瓶、试管、孔板、微流控芯片相比，与生产罐结构更加一致，通过参数分析获得的工艺条件，可以直接进行放大，使试验室的成果迅速获得转化；高通量微型生物反应器与实验室传统的生物反应器相比，其软件设计更加合理，除了实现一键设定参数、一键同时校准外，还可以将编制好的工艺策略一键下发到每个罐上，提高操作效率，另外通过生物反应器的平行性设计和验证，使得用户的试验结论更加可靠。高通量微型生物反应器因为体积小，所以除了节约占用空间外，还可减少试验人员和原料成本，极大的降低研发成本。 产品特点：🔻一个单元模块由1个2400ml微型反应器组成，多个模块可以并联，组成高通量微型发酵罐组；🔻每个2400ml微型反应器的参数可独立设定和控制；🔻每个反应器对应4路蠕动泵，每个泵的转速单独可调；🔻一台电脑控制所有反应器，完成参数设置、命令执行、数据记录和曲线浏览；🔻一体化设计，不需要外接其他管路和设备，插电即用；🔻具有10个基本在线参数和30个可扩展参数；🔻有参数运行中自我诊断功能；信息来源：https://www.cleaverscientific.com/electrophoresis-products/proset-parallel-fermentation-system/https://www.cleaverscientific.com/electrophoresis-products/proset-one-fermentation-system/https://www.cleaverscientific.com/electrophoresis-products/proset-evo-fermentation-system/由于篇幅受限，关于上述生物反应器具体参数详见公众号右下角底部菜单栏→补充资料，自动跳转获取Mediacenter Editor | 曼森编辑文章来源：本文由上海曼森生物整理提供排版校对：刘娟娟编辑 内容审核：郝玉有博士-END-

生物反应器的应用生物反应器在生物技术，工艺开发和研究中发挥着至关重要的作用，其主要应用包括：1. 细胞株开发：台式生物反应器可用于评估各个细胞株的性能，包括生长和表达效率，这有助于确定最适合进行进一步工艺开发和放大的候选细胞株。2. 工艺开发：台式生物反应器广泛应用于工艺开发的早期阶段，包括了参数优化和工艺放大两方面，首先在较小规模上优化温度，pH，DO等工艺控制参数，然后再进行工艺放大研究，降低放大至较大体积的生物反应器中可能存在的成本和风险。更复杂的工艺开发包括了增强型工艺，例如灌流培养和连续培养。3. 培养基优化：台式生物反应器可以用于优化培养基和补料策略，以改善细胞生长、活力和蛋白质表达，有助于实现高效，稳定且成本可控的大规模细胞培养。4. 工艺表征：台式生物反应器可进行工艺缩小研究，在较小规模上模拟较大生物反应器的条件，有助于了解和解决工艺放大过程中可能出现的限制性因素，如氧气传质、混合效率、CO2分压和剪切力。5. 质量源于设计（QbD）：可以在台式生物反应器规模实施QbD开发原则，系统地研究和优化关键工艺参数，以确保产品质量的一致性。6. 临床样品制备：符合GMP要求的台式生物反应器系统，可用于临床前研究或早期临床试验中的小规模生产，以快速、经济地生产小批量的治疗性产品。Reference:cell culture bioprocess engineering, second edition细胞生长所处的生理压力生物制药中，CHO细胞作为常用的重组蛋白的表达体系，优化其生长和产物表达效率至关重要，然而生物反应器中CHO细胞却面临着多方面的生理压力，包括培养条件、营养供应和环境参数有关的各种因素，因此需要反应器提供良好的工艺参数控制，以维持合适的细胞生长微环境。 营养限制：CHO细胞的能量和生物合成严重依赖葡萄糖，葡萄糖浓度过低会导致细胞新陈代谢压力和活力降低；氨基酸是蛋白质合成所必需的，特定氨基酸含量不足会影响细胞生长和蛋白表达；细胞培养基中的生长因子、维生素和微量元素的不足也会影响 CHO 细胞的生理机能。 温度：温度波动会影响细胞的新陈代谢，对于细胞生长和蛋白表达通常所需最适温度不同，需要制定针对性控制策略。 pH值波动：pH 值的变化会导致培养基的酸化，影响分子的电离状态，并影响细胞的新陈代谢，维持pH值在最佳范围内对细胞活力和表达至关重要。 溶解氧浓度：溶解氧浓度过低会导致供氧不足，造成细胞应激，影响细胞生长和蛋白质表达。 二氧化碳分压：二氧化碳分压影响了pH控制，细胞代谢和生理功能，需要加以及时的检测和有效的控制策略。 渗透压：代谢物积累或营养浓度过高导致的高渗透压会对细胞造成压力，这会影响细胞体积大小调节和整体细胞功能。 剪切力：生物反应器中的搅拌和通气产生的能量耗散会对细胞造成剪切应力，过大的剪切应力会损伤细胞结构并影响其生产率。 代谢副产物：细胞新陈代谢产生的有毒副产物（如乳酸、氨）的积累会对细胞活力和蛋白表达产生不利影响。 细胞密度：高细胞密度和细胞聚集会导致营养和氧气的限制，造成压力，有效的混合和充分的氧气供应对防止这些问题至关重要。理解细胞所处的生理压力环境对于工艺条件优化，增强细胞活率，获得高表达产物和目标质量属性非常关键。工艺过程参数的控制在了解了细胞所处的生理压力之后，遵循质量源于设计（QbD）的指导原则，通过风险评估的方式确定关键工艺过程参数（CPP）, 重要工艺过程参数（KPP）及非重要过程控制参数（Non-KPP），制定参数各自的设定空间（DS），并在操作范围内进行控制，这整体上需要工艺过程分析技术（PAT）及生物反应器所配置过程控制策略，以提供一致的工艺性能和产品质量（CQA）。图片来源于网络生物反应器常用控制策略 开环控制：开环控制系统应用一组预定义的控制输入或设定点，而不连续测量实际输出，系统假定输入将实现所需的输出，而无需实时反馈。该控制策略的准确度依赖于高精度及快速响应的硬件配置。 闭环（反馈）控制：闭环控制使用传感器持续监测系统输出，将其与所需设定点进行比较，并实时调整控制输入以保持所需的条件。这种方法能更好地适应过程中的变化和干扰。该控制策略的准确度依赖于控制器模式，参数的预设和调节。 前馈控制：前馈控制可预测系统中的干扰，并在干扰影响输出之前调整控制输入。它是对反馈控制策略的补充。生物反应器控制器策略的应用 PID控制：PID 控制是一种闭环控制策略的实现形式，通过比较设定值和实际值（误差），使用比例、积分和微分项来计算控制输出。比例部分使用增益（Gain）乘以误差进行输出；积分部分累积 CV（控制输出）随时间变化的程度，以纠正误差；微分部分分析参数过去的变化率，并将其推断到未来，其动作单位为秒（你想推断多远），可以让回路在发生突发事件时迅速做出反应，但很容易受到测量噪音的影响。 PID同时可以结合死区（DB, Dead Band）来使用，例如pH的PID控制，细胞对于pH有一个适应范围，设定合适的DB值，避免酸，碱的反复添加和渗透压的升高。 级联控制：级联控制涉及主控制器与子控制器，主控制器的输出作为子控制器的设定值，从而更好地抑制干扰；子控制器可以为一个或多个，通过顺序级联或同时级联，以满足不同复杂程度工艺的需求。例如DO控制中，主控制器为DO PID控制器，子控制器为Air，O2，搅拌等控制器。 Profile控制：为控制器的设定值设定随时间变化的程序，控制器接受该设定值进行开环或闭环控制。例如补料泵的控制中，根据预测的细胞密度增加情况调整补料速度供给率，从而实现对营养物质浓度的前瞻性控制。复杂工艺应用需求常见的细胞培养方式为补料分批工艺（Fed Batch），需要多级的种子扩增步骤，主反应器中也需生长至稳定期进行蛋白表达，因此所需设备成本高，占地空间大，生产效率较低且产品质量一致性存在差异。随着灌流培养基，细胞截留设备及PAT技术等方面的发展，增强型工艺（Process Intensification）在生物制药中逐渐得以应用。根据对细胞和蛋白的截留，增强型工艺分为Concentrate Fed Batch, Dynamic perfusion及Continuous Perfusion等不同形式。Reference：Perfusion Cell Culture Processes for Biopharmaceuticals灌流工艺的开发通常在台式反应器中进行，相比Fed Batch系统具有如下组成及特点： 反应器从结构设计到工艺验证上应能支持系统长时间无菌培养的要求。 反应器的通气及搅拌系统配置应当满足高细胞密度培养对于传质和混合的要求，并进行充分的表征，以评估放大过程中的限制性因素。 细胞截留装置：支持切向流或声学细胞截留装置的无菌连接，截留装置控制器可选择接受生物反应器控制，细胞在截留装置中所受的生理压力（剪切力，温度变化，溶解氧浓度等）应当加以控制。 PAT整合：系统应当支持额外的电极整合，实时监控细胞密度、活力、二氧化碳分压等关键参数。 外置设备的拓展：可拓展外置天平等设备。 自动化控制系统：系统应配置自动化灌流程序或配方，实现高精度自动化的灌流速率，反应器液位及细胞密度控制，减少灌流工艺长时间培养过程中复杂的人为操作所带来的风险。英赛斯NestoBR台式生物反应器NestoBR是一款基于生物工艺进行设计和研发的先进型台式生物反应器系统，应用于生物制药及生物技术等方向的工艺研究和开发，系统设计满足生物行业对于反应器的高性能及法规方面的要求，可降低用户实验的批次失败风险，提高工艺开发能力，加速生命科学的研究发现，实现稳健化的技术转移。NestoBR产品特点紧凑化的结构设计：集成式工业控制器，直观的用户界面与交互；减少设备空间需求，易于使用。严格的材料选择及处理：高硼硅玻璃，耐高温，耐腐蚀；316L不锈钢，表面抛光及钝化处理，，易清洗，易清洁；垫圈采用EPDM材质，符合cGMP要求。基于工艺理解的产品设计：从细胞生所处的生长微环境出发，进行功能设计，拓展工艺可操作空间，保障批次稳定。丰富的高性能硬件配置：灵活的硬件配置方案，满足不同细胞或工艺在培养体积、温度控制、搅拌控制、通气控制等工艺方面的差异化要求。高级自动化软件架构：ISA88批处理控制高级自动化软件架构，将物理硬件、操作程序和个性化工艺的紧密的结合，为控制系统提供安全性，稳定性保障。符合cGMP法规要求： 根据用户需求，提供从设计、测试、验证、文件等一系列技术服务；系统设计与验证遵循ISPE GAMP5。快速稳定的自动化参数控制：控制系统配置不同的控制策略，实现快速，稳定，灵活的工艺过程参数自动化控制完善的批次过程监控与管理：系统配置趋势图，批次报告，用户管理，审计追踪功能满足复杂工艺应用需求：NestoBR提供长时间运行的无菌保障，完善的设备表征数据，可集成PAT，外置设备与灌流装置，可新增控制回路实现自动化灌流工艺操作。全面的安全性保障：提供生物反应器在使用，批次，软件，数据，工艺等方面全方位的安全保障。

70年前的1953年4月，沃森（J.D. Watson）和克里克（F.H.C. Crick）提出遗传物质DNA的双螺旋结构，揭开神秘的生命面纱。经过70年发展，人类对生物技术的认知，从解构（re-solve）走向了重建(re-bulid)。借助合成生物学技术，我们可以对微生物进行编程以制造特定化合物，这一过程称为“生物制造（bio-made）”。此类技术的产业化可以促使生物基原料替代石化原料来制造塑料、燃料、材料和药品等产品。在技术进步推动产业变革时，新一轮的技术竞争也在全球范围内悄然展开。2022 年 9 月 12 日，美国总统拜登已经正式签署了一项行政命令，以启动“ 国家生物技术和生物制造计划” （National Biotechnology and Biomanufacturing Initiative）。预测在本世纪末之前，生物工程可能占全球制造业产出的三分之一以上，价值接近30万亿美元。同年，中国发改委也明确将合成生物学列入《“十四五”生物经济发展规划》，生物基材料、新型发酵产品、生物质能、生物制造成为备受重视的前沿领域。在此发展背景下，2022 年 6 月，由美国国防部支持美国生物制造的公私合作项目 BioMADE，发布了一份关于推进生物反应器设计和开发的特别项目呼吁。作为回应，2023 年 4 月 19 日，BIoMADE 宣布五个新项目，这些项目专注于开发更高效、成本更低廉、更灵活且可重新部署的生物反应器，以推进美国生物经济和生物制造目标的实现。BioMADE 是在美国国防部授意下于 2021 年 4 月启动的工业生物制造创新研究所，旨在打造一个可持续的、美国国内的端对端的工业生物制造生态系统。由 BioMADE 成员 Capra Biosciences 公司、Amyris 公司、Geno 公司和来自爱荷华州立大学的两个团队领导的项目团队提出了生物反应器硬件、软件、传感器、建模和自动化方面的技术创新，以在商业规模上更高效地生产生物基产品。项目包括：（1）开发连续式 Taylor Vortex 发酵-提取-分离器：通过将产品提取和分离集成到生物反应器本身，研究人员将提供灵活、模块化和可重新部署的生物反应器设计。成员：爱荷华州立大学（2）生物反应器梯度的建模和模拟以预测放大性能：该项目侧重于开发和验证工作流程，以根据实验室实验预测演示规模的产油发酵性能。成员：Geno 公司（3）将基于废物的原料转化为维生素 A 的模块化生物膜反应器：项目合作伙伴将推进关键生物反应器自动化、下一代传感和新型连续流分离方法，以将Capra Biosciences 公司的生物膜反应器扩大为自动化试验工厂。成员团队：Capra Biosciences 公司、波士顿大学、Next Rung Technology 公司（4）用于机器学习（ML）的产品质量传感器-模块化生产工厂的流程优化和控制：这个由学术和行业研究人员组成的团队将创建一个通用的机器学习框架，用于优化和控制生物反应器，以减少设计新流程和改进所需的资源产品质量贯穿整个生产过程。成员团队：爱荷华州立大学、诺维信公司（5）MONDE 项目：为了尽量减少或消除某些重组产品的抑制作用，该项目将评估对无菌生产发酵罐的设计和操作的修改。成员团队：Amyris 公司、Sudhin Biopharma 公司曼森生物平行生物反应器JOY1-500优异的平行性 同一实验在不同的反应器上获得相同的实验结果，极低的系统误差，保证了设备间重现性补料的精确性 补料控制精度高，正常＜2%，不超过5%；速度可以控制到100ul/小时操作的易用性 一个人可以操作16个发酵罐，一个100㎡的实验室可以放置200多个JOY4型反应器控制的先进性 领先的AFDP主板芯片控制技术，控制精度高、故障低、易维护检测可扩展性 可接40多个外设传感器，如拉曼、红外、活细胞等新型传感器，并实现自由通讯文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作

/// HABITAT 生物反应器能对多种细胞进行重复性和标准化培养。它集生物反应器、光生物反应器和发酵罐于一体，符合人体工程学设计并可高效运行。IKA 推出一款新的生物反应器。HABITAT 生物反应器能对多种细胞进行重复性和标准化培养。它集生物反应器、光生物反应器和发酵罐于一体，符合人体工程学设计并可高效运行。HABITAT 生物反应器整合了 IKA 核心产品研发能力，在混合、温控、自动化、安全和设计上都实现了创新。HABITAT 作为 IKA 第一款自主研发的生物反应器，该机器在设计和操作上都有显著改善。提供罐盖支架的生物反应器HABITAT 是一款提供支架的实验室生物反应器。支架可让罐盖永远不用放下。马达可挂在支架的侧面，传感器亦可安全存放于支架上。所有这些都确保了符合人体工程学的工作、整洁的实验室台面和更快的组装操作。创新混合模式IKA 工程师开发了一种新的混合模式，专门用于 HABITAT 生物反应器。在Chaotic Mode（混沌模式）下，反应器内容物的混合遵循混沌动力学系统的数学原理。这确保了更快、更有效的混合。单独的 PID 处理器单独的 PID 处理器为实验室反应过程提供控制选项。管理员也不必是有经验的专家。如果温度值被改变，软件就会检查这种改变对过程的影响并进行调控。广泛的应用根据培养细胞的类型，实验室可将 HABITAT 用作生物反应器，或与 IKA 恒温器结合用作发酵罐。通过连接 LED 灯板，HABITAT 甚至变成了一个光生物反应器。在同类生物反应器中，HABITAT 是一款马达尺寸与罐体体积匹配的生物反应器。操作简单易上手从第一次操作开始，可与主机分离的平板电脑和直观的操作软件都让工作变得更容易。HABITAT 的智能校准管理使温度、pH和DO传感器的校准变得简单。软件可存储所有测试条件（反应器尺寸、搅拌器等）和所有测量值。四个集成的蠕动泵有助于收获细胞。因此，整个操作都很简单，学习时间短。长时间的实验可在无人值守条件下安全运行。体验 HABITATHABITAT 现已上市。使用适当的设备也可通过VR虚拟实验室体验 HABITAT 的性能与构造。体验HABITAT，请与我们联系：info@ika.cn，了解更多产品信息。关于 IKA IKA 集团是实验室前处理、分析技术、 工业混合分散技术的市场领导者。电化学合成仪、磁力搅拌器、顶置式搅拌器、分散均质机、混匀器、恒温摇床、移液器、研磨机、旋转蒸发仪、加热板、恒温循环器、粘度计、量热仪、实验室反应釜等相关产品构成了IKA 实验室前处理与分析技术的产品线；而工业技术主要包括用于规模生产的混合设备、分散乳化设备、捏合设备、以及从中试到扩大生产的整套解决方案。IKA 还与全球知名大学和科学家进行着密切的合作, 支持其在科研道路上不断探索。我们致力于为客户提供更好的技术, 帮助客户获得成功。IKA 成立于1910年，集团总部位于德国南部的Staufen，在美国、中国、印度、马来西亚、日本、巴西、韩国、英国、波兰等国家都设有分公司。

一款智能高效的实验室平行生物反应器霍尔斯（HOLVES）于今年9月初推出的最新系列平行生物反应器，本周正式进入定制阶段，作为一家创新的生命科学公司，研发和生产出多款实验室科研设备，霍尔斯（HOLVES）团队表示此次新品，将为您的科研工作带来跨越式的进步。用于微生物发酵的平行高通量研究HPB Mini系列产品是一款科研型实验室平行生物反应器，是实验室实现高通量筛选的一款科研利器。非常适合条件摸索和工艺优化，提高了生物培养实验的准备效率，配置更灵活、操作更容易，运行成本低。可以广泛运用于实验室细菌发酵、细胞培养和酶生化反应。产品优势：模块化BBM搭建设计：得益于新总线技术层面的应用，产品可实现积木模块化BBM搭建设计，主控制器可控制搭建的所有BBM模块，无需更换控制器和硬件。目前可以实现BBM模块：补料泵模块、自动进气模块、尾气模块等专业模块搭建，系统可根据需求定制独家方案。 自由扩充反应堆数量： 以2组为一个单位，最多可以扩充至64组，搭配霍尔斯（HOLVES）先进的平行控制软件，可多平台同时监控数据、操控设备。 智能自动化管理： 设备融合霍尔斯（HOLVES）多项独家专利技术，实际应用在功能管理系统中，包括H-Mix®搅拌系统、Feed-Sup®补料系统、Smart-SC®智能顺控、Meta-Tri®审计追踪等在内，让设备真正实现智能自动化管理。 值得信赖的品质： 秉承霍尔斯（HOLVES）一贯的验收把关，精选国内外知名品牌部件，只为用户打造合适的系列方案。如果您对HPB Mini平行生物反应器感兴趣，可以点击此处查看咨询，也可直接联系我们！

上期讲到分批补料微型生物反应器设计的内部补料策略（点击此处查看），本期将讲述外部补料策略及结论。外部分批补料策略在外部分批补料系统中，基质从外部储器补料。该策略的主要优点是增加了灵活性和过程控制能力。然而，由于补料需要额外的基础设施，外部分批补料系统固有地更复杂且操作成本更高。3.1自动化液体处理系统使用液体处理工作站可以实现高通量采样以及向 MTP 或平行 MBR 中添加液体。例如，RoboLector®包括集成的 BioLector®（mp2-Labs，德国）MBR 筛选平台。自动取样编程为每 24 小时一次。补料和取样均在不中断摇动的情况下实现，从而最大限度地减少对氧气传输的干扰并防止细胞沉降，从而允许获得代表性的样品。与脉冲补料策略相关的关键挑战是缺乏连续的补料供应，这导致细胞代谢中的振荡并限制与工业规模发酵的可比性，在工业规模发酵中，指数补料策略更常用。Jansen 等人于 2019 年开发了一种自动反馈调节的基于酶的分批补料系统(FeedER)。可以通过控制添加来实现定义的指数生长速率。Ambr®平台通过添加泵送液体管线，可以向每个单独的反应器中连续添加液体。克服了间歇补料的局限性，有利于实施连续补料方案和更严格的 pH 控制。Bioreactor48 平台（2mag，德国）与Freedom EVO(TECAN，瑞士) LHS 相结合，以实现分批补料和过程控制。Bioreactor通过 LHS 向含有 β-呋喃果糖苷酶的培养物间歇投加蔗糖，使可代谢的果糖和葡萄糖得以连续释放。对间歇葡萄糖和酶促摄食策略的比较表明，生物量累积非常相似，但是，连续(酶促)摄食增强了 GFP 荧光。DO 振荡在间歇补料培养物中显著更大。3.2 用于分批补料微生物反应器系统的微流体和微型阀技术与自动 LHS相关的一个关键挑战是补料的间歇性。近来，微流体技术已经被实施，其目的在于开发更精确的工业过程的按比例缩小模型。微流控生物反应器系统涉及对小体积流体的受控操作。在 Mardanpour 和 Yaghmae 研究中，使用大肠杆菌作为生物催化剂，在微流控微生物燃料电池(MFC)中以分批补料模式从葡萄糖和尿素产生生物电。为了构建微流控 MFC，使用具有单个微通道的聚甲基丙烯酸甲酯板作为主体，使用镍基阳极和负载铂的碳覆盖阴极作为主体顶部和底部的电极，通过这种方式，亲水性镍表面吸收阳极电解液并促进细胞附着，从而促进生物膜的生长。为了确定最适合再现大型生物反应器波动条件的微流体系统，Ho 等人比较了三种广泛使用的微流体设计。该研究表明，微流体系统的设备设计在定量和灵敏地再现典型工业规模生物反应器中的不均匀性方面起着关 键作用，可能会影响分批补料系统的工艺产率。微流控FlowerPlate 技术最近被用于优化谷氨酸棒杆菌的绿色荧光蛋白(GFP) 生产。Morschett 等人开发了一种高通量、并行化的 pH 控制分批补料培养工作流程，可在线监测微孔板中的生物量、pH 值、DO 和荧光。每排的两个容器中分别加入葡萄糖-尿素补料溶液和 3M 磷酸(单侧 pH 控制)。将具有不同补料策略(脉冲、恒定、指数)的分批补料工艺与标准分批工艺进行了比较。商业微基质(Applikon Biotechnology，荷兰)平台是一种接近连续补料的替代方法，这种方法便于通过微型阀对每种单独的 μBR 进行独立的液体添加。该最先进系统基于标准 24 孔深孔板，工作体积为 2–7mL，具有集成的荧光团 pH 和溶解氧传感器，以及每个单独孔的独立气体和液体添加量。3.3 外部补料策略总结具有自动外部补料和严格控制工艺参数的新型 MBR 技术的最新进展，使得能够更接近地模拟工业规模的生物过程。通过自动化，实验的吞吐量和精确度得到了显著的提高。机器人 LHS 已证明了在微尺度下有效高通量分批补料培养的潜力。它们可以与现有硬件相结合，并易于编程，以实现广泛的实验应用。通过安装液体处理机器人和分析设备，对 Bioreactor 培养平台进行了改造，实现了全自动受控分批补料培养，并具有自动取样和在线样本分析功能。Mühlmann 等人的一项研究也证明了 RoboLector®平台的适应性，为了实现自动补料培养基制备和细胞培养，安装了额外的冷却器、加热器摇动器和真空站。移液操作可以预先编程以执行定义的补料配置文件并以高精度重复多次。LHS 补料的另一个限制是它的间歇性。微流体设备提供连续的补料供应，以更接近地代表工业规模条件。可以使用微流体装置分配小体积，使得它们对单个细胞的研究特别有吸引力。由于对分离细胞的研究允许将细胞内效应与细胞间或群体效应区分开来，因此这可能有利于菌株的发育。具有外部补料和无创在线监测的自动化并行MBR 平台允许在相对短的时间内生成大量高质量数据集。然而，由于高设备成本和广泛的编程要求，投资比更简单的内部系统要大得多。结论在过去的十年中，微量高通量分批补料培养技术取得了长足的进步。已经开发了各种复杂性和硬件要求不同的补料机制，使得流式分批培养越来越容易获得。由于与传统的分批培养系统相比，分批补料系统可以更接近地模拟工业规模条件，因此它们可以最大限度地降低与生物工艺规模相关的风险。尽管成本相对较低且易于实施，在整个培养过程中不可能进行精确的补料速率控制，并且补料通常仅限于单一基质。通过引入外部硬件，可以实现更复杂的补料分布和过程参数(如 pH)控制。自动液体处理机器人可被编程为响应于过程参数与指定设定点的偏差或根据预定义的补料曲线执行液体添加。最近，自动化液体处理机器人的可负担性有了显著提高，然而，为确保其广泛应用，有必要开发标准化操作程序和直观的软件，以便于其简单操作。尽管它们的高精度和灵活性很有优势，因为补料是通过间歇推注进行的，但无法实现工业相关的连续补料曲线。然而，这可以很容易地通过耦合 LHS 和酶控制的补料策略来解决。微流体技术也被开发出来，以便于非常小体积的连续精确补料。通过将自动化的高通量分批补料培养平台与实验的战略设计和基于模型的 优化策略相结合，可以显著增强对过程的理解，同时最大限度地减少实验负担。结合实时数据来重新确定最佳补料添加和工艺控制策略显示出增强生物工艺开 发的巨大潜力。然而，关键工艺参数的在线和在线分析技术应得到改进，以充分发挥基于模型的优化，在大多数情况下，对优化至关重要的底物利用率和产物形成等参数仅限于离线分析。对传统技术（如色谱）的快速在线替代品的开发将特别有利于重新设计实验策略。尽管该综述中讨论的技术显示出高效和低风险生物工艺开发的巨大潜力，但目前自动化培养平台的高成本和复杂性限制了它们的广泛应用。此外，这些技术和方法的标准化对于学术界和工业界的共同使用和接受至关重要，未来的工作还应侧重于开发 FOSS 和 FOSH 以提高可访问性。曼森平行生物反应器分批补料应用曼森采用Watson-malow 400A高精度泵头，16 路补料，平均每个罐有四路补料，蠕动泵流量可设定，连续可调；每个蠕动泵的功能可单独分配，可以作为酸泵、碱泵、补料泵、消泡泵、液位控制泵。信息来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975021001944?ref=pdf_download&fr=RR-2&rr=747c4db53ee4ddb1文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑内容审核：郝玉有博士

财富500强美国康宁公司 (Corning Incorporated)，在康宁欧洲技术中心（法国）经过十几年潜心专研，反复试验，开发出基于微反应器原理的全系列反应器设备，全面支持从实验室研发到工业化生产。康宁反应器技术重点解决了传统搅拌釜的低效传质和换热性能，并能实现工艺从研发到生产的直线放大，而无放大效应。同时，康宁反应器改变了传统的间歇式操作，由自动化控制的连续流生产方式，大大减少了员工的使用并能提升产品质量。康宁反应器技术作为一个创新的研发平台，为科研单位提供了产品开发新途径，进一步缩短开发周期，加快科研成果的转化。变不可能的工艺为可能，提高收率，减少三废，生产安全，让化工研发和生产绿色化可持续发展是康宁反应器技术和所有化学化工人共同的目标。 自2010年起，康宁反应器技术（AFR）进入中国市场，过硬的产品质量，持续不断的市场宣传和强大的技术服务团队，康宁反应器技术已成为该行业的领头羊。越来越多的国内用户，从科研到生产，已从这项新技术中获益。至目前为止，康宁反应器技术已经取得了丰富的业绩。为了更好的服务国内客户，更快的促进产品的推广，使更多的中国用户能够快速的从这个革命性的新技术中受益。康宁反应器技术诚邀东北、西南地区的经销商朋友加盟我们的营销网络，共同开发市场。 合作目标区域： 东北地区（辽宁、吉林、黑龙江） 西南地区（四川、重庆、云南、贵州）合作时间： 2015年6月开始 如果您致力于服务本地的客户，代理化工领域最具创新精神的技术，让化工变得更加美丽，请联系我们： 联系信息：康宁(上海)管理有限公司浦东金桥出口加工区鲁桥路358号 (4号门)Email：reactor.asia@corning.com电话：021-22152888 分机1408（薛小姐）

又到了一年一度的七夕节！最近几天，小编夜观天象，明显感受到一股强大的气场——情侣们纷纷蓄势待发，准备在即将开幕的秀恩爱大赛上拔得头筹！康宁反应器也不甘示弱，AFR的仪器纷纷组成最强CPs。强强联手，珠联璧合。你会Pick谁呢？Couple 1：最佳拍档：连续反应+在线分离康宁微通道反应器 & Zaiput 液-液分离器Zaiput流动技术最早起源于美国麻省理工大学。改技术依靠流体表面张力而不是重力，不依赖密度差来实现分离。Zaiput高效液液分离器以流体专利技分离膜为基础，提供不互溶流体的连续在线分离。Zaiput高效液液分离器以流体，分离技术依靠流体表面张力而不是重力，，因此可实现乳液的分离。康宁连续流反应器+Zaiput 高效液液分离器，它们共同合作： 能实现“微反应+微分离”的化工过程全连续。 工艺平台高度自动化，减少人为误差，缩短工艺时间，提高效率，彻底改变传统“一人一个通风橱，一天一个实验”的局面。 无需中试，优化后的工艺实现无缝放大生产。 此外，该平台也非常适用于不稳定中间体或有毒有害物质的合成和分离。真正做到把安全、质量牢牢抓在手中，帮助客户在激烈的市场竞争中保持优势！模范情侣非它们莫属啦！Couple 2：神仙眷侣 连续反应+在线检测康宁微通道反应器 & Magritek Spinsolve台式核磁共振（NMR）波谱仪Spinsolve台式NMR波谱仪无需使用液体冷却剂和氘代试剂，设计精巧、使用便捷、维护成本低并拥有出色的软件系统，反应器结果瞬间可知，可用于在线分析。与康宁微通道反应器配套使用， 能对工艺条件进行快速筛选，在短时间内建立强大的化合物库。 并从源头上对化工反应进行深度风险分析，找出问题所在，给出有效的解决方案并在过程中实施监控。康宁与Magritek 共同携手，开创出连续流、智能化工新时代！这对神仙眷侣一定要锁住呀！ Couple 3：天合之作 光化学反应配套康宁G1玻璃反应器 & 康宁高效光源经科学家们精心设计的高效光源系统， 可提供多种单一波长阵列的可调LED光源，满足用户对光化学反应以及特定光源的要求。 光源强度可达100毫瓦/平方厘米。 低温紫外照明技术和高效的液体冷却技术保障了反应运行的安全，延长了LED光源的使用寿命。 康宁G1玻璃反应器与康宁高效光源的结合，成功地为连续流光化学合成领域带来了技术突破。康宁是世界领先的材料科技创新者之一，康宁反应器使用的特种玻璃具有优秀的抗腐蚀性能和良好的透光性。玻璃模块双侧照明，确保光化学合成在分布均匀的紫外光照射下取得更高的收率和生产效率。从G1光化学反应器开发的工艺，可以在康宁G3光化学反应器上无缝放大，实现千吨级连续光化学生产 Lab光化学反应器 G1光化学反应器 G3光化学反应器 康宁反应器祝大家七夕快乐！美好的爱情能让彼此成为更好的人，精妙的仪器组合也能发挥出1+1大于2的功效。康宁十多年来始终专注于微反应技术的创新，致力于帮助化工、制药企业享受微反应技术带来的巨大优势，创造效益。我们不光提供高品质的连续流反应器，同事还提供多学科多领域的设备、技术和技能组合解决方案。康宁反应器技术愿携手大家开创智能化工新时代！以上三对CP中，谁是你心中的最佳CP呢？

在多相催化中，对催化剂活性状态的测量是揭示复杂催化剂结构与活性关系的关键。目前，大多数的催化研究以测量催化剂的结构信息和分析反应器出口的产物为主，对于物质在“黑匣子”式固定床反应器内部不同位置的实时状态监测仍为研究难题。 近期，德国REACNOSTICS公司研究推出的多功能原位空间分辨固定床原位反应器，可实现测量和/或模拟反应器内的浓度、温度和流场，可视化呈现出物质在反应器不同位置的实时状态，并通过原位即时空间分辨光谱（Operando Spectroscopy）实现对催化反应动力学的监测与控制。设备有效解决了传统“黑匣子”式反应器内部动态无法监测的难题，使得催化反应各项性能指标“透明”。该催化反应器可以与拉曼光谱、质谱、气/液相色谱等仪器联用，达到不断优化催化反应的目的。多功能原位空间分辨反应器-紧凑型反应器 CPR（多种用途、小巧紧凑的设计、带光学接口） 汉堡工业大学联合德国DESY同步辐射光源使用了德国REACNOSTICS公司的多功能原位空间分辨反应器，研究监测了C2H6 在MoO3 /γ-Al2O3上氧化脱氢反应过程中的温度、气体浓度梯度和高能 X 射线衍射 (XRD)的变化过程。该设备助力科研人员实现了空间分辨的材料结构与催化活性的构效关系分析。 多功能原位空间分辨反应器通过催化固定床实时测量空间分辨气体组成、温度和X射线衍射物相。空间梯度是通过毛细管采样技术获得的，用一根带有小采样口的采样毛细管穿过催化剂固定床的中心，放置在反应器管中，如图1所示。产物通过取样孔从反应区连续抽出。毛细管以及取样孔和热电偶被固定在空间中，反应管沿被探测的样品轴方向平移。通过这种方式，整个催化剂反应区可以沿着包括取样孔、热电偶尖端和X射线束的测量区域移动，从而实现空间分辨的测量。图表 1 多功能原位空间分辨反应器实现空间分辨原位测量的工作原理示意图图表 2 实验装置示意图 如图3所示，分步测量能够有效地区分不同的气态反应物和产物及其在催化剂固定床的每个内部位置的浓度。反应物和产物的浓度比符合C2H6氧化脱氢为C2H4的预期。图表 3 (a)催化剂分布图；(b) 不同的气态反应物和产物及其在每个内部位置的浓度 随着催化剂固定床床沿线反应进程的增加，催化剂暴露在强烈变化的局部气体成分中，这导致催化剂在气相转化时的反应动力学和视觉外观发生变化。然而，这些观察结果只关注了化学反应系统的一部分。因此，作者结合空间分辨 XRD，记录了38 mm长的催化剂反应区的27 个衍射图，形成相应的 XRD 分布（图4）。图表 4 不同位置的XRD图谱 根据结构相似性，催化剂床可以分为三个区域（0-18 mm；18-24 mm；24-38 mm）。第一个工作区 (0–18 mm) 和第三个工作区 (24–38 mm) 的 XRD 图非常稳定，显示出各自相同定性的衍射结果。在第二个工作区（即中间体过渡区）， XRD 揭示了一个明显的相变，如图 5 所示，超过36 mm的X射线衍射图显示，具有单斜晶系结构的MoO2是与氧化钼有关的晶相。出现MoO2衍射的同时MonO3n-x信号减少，在19 mm处开始观察到MonO3n-x还原为MoO2。图表 5 不同工作区位置的XRD结果 本项研究中作者以MoO3 /γ-Al2O3催化剂上的乙烷脱氢制乙烯为例，利用德国REACNOSTICS公司的多功能原位空间分辨反应器同时进行温度、气体组成和高能XRD的测量，验证了该装置在原位测量中的优越性。集成的全自动设计可以与一系列光束线兼容，且样品转换和操作十分简便。此外，该技术还适用于对高压和高温有要求的多种反应体系，可以搭配联用各种气/液相/质谱、红外拉曼光谱和X射线衍射、X射线吸收光谱、拉曼光谱、SAXS等表征方法，从而多角度促进对催化反应体系的优化。

我们非常荣幸地为您介绍EasyMax&trade 新一代合成反应器。 EasyMax&trade 是第一台仅需少量培训就可轻松使用的自动化学合成反应器。 触摸屏控制界面 无需油浴和冰水浴 新的控温原理 良好的控制功能 实时数据记录功能 清晰的视窗：超强的背景灯保证清晰的视窗 强大的控温：高效的固态控温系统无需外界冷却器，可以精确、反复地控制反应体系的温度。 灵活的体积：可适配不同工作体积的反应釜（10ml &ndash 150ml），即相应的操作体积为1ml到150ml。 方便触摸屏：只要触摸一下屏幕，所有操作（温度、搅拌和加料）即可轻松完成。 多语言界面：轻点按键即可激活其用语言选择功能。 轻松的数据：记录整个实验过程每一操作步骤的所有测量数据，并利用USB传输到电脑，进行分析处理。 2009年5月31日前参加问卷调查，将有机会赢取精美琉璃制品一个。

实用新型专利--气固相光催化反应器 专利号：ZL 2023 2 0652037.7 泊菲莱科技又推出一项实用新型专利——气固相光催化反应器，这一独特的创新设备，是泊菲莱科技在光催化技术领域的一大突破，旨在解决现有反应器在催化剂与反应气体接触不充分、反应效率低下的问题。近年来，光催化技术在清洁能源、空气污染物治理、CO₂ 还原等领域的应用越来越广泛。然而，现有的气固相光催化反应器常采用被动式的气体扩散，催化剂与反应气体的接触不充分，导致反应效率较低。为了解决这一问题，泊菲莱科技研发了这款新型的气固相光催化反应器。 该反应器包括反应器主体、催化剂支架、进气管路、出气管路和控制管路。 反应器主体具有反应容腔，催化剂支架设置在反应容腔内，用于盛放催化剂；控制管路与反应容腔相连，用于输送反应气体至反应容腔内；进气管路连通反应容腔的进口和流体泵的出口，出气管路连通反应容腔的出口和流体泵的进口，形成循环回路，使得反应气体能够在循环回路中循环流动，更加充分地接触催化剂，从而提高反应效率。 这种设计的优点体现在：反应气体可在循环回路中循环流动，与催化剂接触的机会大大增加。通过控制管路将反应气体精确输送至反应容腔内，确保了准确性和稳定性。 此专利应用于“PLR OTPR-I在线测温气固相光催化反应器”，该反应器是适配Labsolar-6A系统使用的光催化光热耦合的气固相反应器，其采用低散热设计，兼容粉末、多孔薄膜和薄层块状材料，由入射强光加热受热材料，可实现催化剂表面温度的实时在线检测，并对反应中的气体成分进行取样送检。 PLR OTPR-I在线测温气固相光催化反应器主要包括PLR OTPR-1型和PLR OTPR-2型两种型号：&bull PLR OTPR-1型适配于Labsolar-6A全玻璃自动在线微量气体分析系统使用； Labsolar-6A系统搭载在线气固相光催化反应器现场实物图 &bull PLR OTPR-2型适配于流动体系的光催化、光热催化气-固相实验。有别于被动式扩散形式，PLR OTPR气固相光催化反应器采用气体“穿透”形式，可有效保证反应气体与光催化剂的充分接触，提高传质效率。PLR OTPR气固相光催化反应器设有专用的原位红外测温口，非接触式实时测量光催化剂表面温度并记录，配有恒温夹套，最大程度降低热耗散。 已发表文章：反应器参数

聚合酶链式反应 (The polymerase chain reaction ,PCR) 彻底改变了 DNA 分析和扩增的方式。自 20 世纪 80 年代推出以来，PCR 已发展成为分子生物学中最重要的技术之一。它是一种快速、定向扩增特定 DNA 序列的方法，基于 DNA 变性、引物杂交和耐热 DNA 聚合酶合成 DNA 的原理。PCR 在科学和医学领域有着广泛的应用。在基因表达分析中，它可用于量化特定基因的表达并研究其调控。在基因分型中，PCR 能够识别基因变异并将基因型分配给特定性状或疾病。在法医 DNA 分析中，PCR 还可用于放大 DNA 的微小痕迹，并利用它们来识别嫌疑人或分析亲属关系。PCR也用于传染病的诊断。这样可以快速、准确地检测病毒或细菌等病原体，从而实现早期诊断和针对性治疗。在产前诊断中，PCR 还用于识别未出生婴儿的遗传异常或染色体疾病。PCR 基础知识PCR 由几个步骤组成。在第一步变性中，双链 DNA 通过加热分离，形成单链。当溶液冷却时，短的合成 DNA 引物特异性结合两条单链并标记要扩增的区域（退火）。在随后的延伸过程中，DNA 聚合酶与标记位点结合并沿着模板合成新的 DNA 链。该酶通过添加核苷酸（DNA 的组成部分）来激活。通过重复变性、退火和延伸步骤，复制的 DNA 片段数量可以呈指数增长。因此，经过多次PCR循环后，原始DNA序列可以被扩增成数千或数百万个拷贝。PCR 可以通过多种方式进行修改，以适应特定的应用，例如，通过使用特定的酶或标记。PCR 具有许多优点，使其成为现代分子生物学中不可或缺的工具。这里首先要提到的是高灵敏度和低材料要求。PCR 可以扩增最少量的 DNA 或 RNA，从而可以非常灵敏地检测病原体或特定序列。为此只需要少量的 DNA 或 RNA，这简化了采样和样品制备，并减少了所需起始材料的数量。通过使用与精确定义的 DNA 或 RNA 序列结合的特异性引物，PCR 可以非常具有特异性并选择性地扩增目标材料。快速获得结果；扩增过程通常可在数小时内完成。自动化 PCRPCR 的最大优势之一是其自动化能力，可以更轻松地检查大量样本并减少相关工作量。自动化 PCR 包括自动化系统和仪器执行的所有经典子步骤。所需试剂（DNA 模板、引物、DNA 聚合酶、核苷酸和缓冲溶液）的精确配量和添加是在受控环境中进行的，以最大程度地减少污染。热循环仪用于精确控制温度循环，包括变性（将 DNA 分离成单链）、退火（引物与目标 DNA 结合）和延伸（由引物合成互补 DNA 链）的步骤。 DNA 聚合酶）。现代自动化 PCR 系统可以实时检测和评估 PCR 结果。这可以使用与特定 DNA 序列反应的荧光探针或染料来完成。该系统在 PCR 过程中检测荧光信号，以确定目标 DNA 的存在和定量。使用特殊软件分析从自动 PCR 获得的数据。该软件可以解释 PCR 结果、计算扩增曲线、确定阈值以及对目标 DNA 进行定量。市场上有各种各样的自动化 PCR 仪器，每种仪器都提供不同的功能和功能。Thermo Fisher Scientific（美国沃尔瑟姆）是提供各种自动化 PCR 系统的领先供应商之一，其中包括 Veriti Dx 96 孔热循环仪以及 Applied Biosystems QuantStudio 3 和 5 实时 PCR 系统。这些系统具有从实时 PCR 到数字 PCR 的各种功能，可用于研究实验室和临床环境。Bio-Rad（美国赫拉克勒斯）也是著名的实验室仪器制造商，提供自动化 PCR 系统，例如 CFX Opus 实时 PCR 检测系统和 QX200 微滴式数字 PCR 系统。除此之外，这些系统能够实时或以数字液滴格式进行精确的 DNA 扩增和检测。Roche Diagnostics（瑞士巴塞尔）提供用于实时 PCR 的 LightCycler 仪器。这些仪器可快速扩增和检测 DNA 序列，广泛应用于分子诊断。Illumina（美国圣地亚哥）是新一代测序 (NGS) 领域的领先公司，其产品组合中拥有自动化 PCR 系统。MiseqDx 仪器是一款自动测序仪，可在一个集成系统中实现基于 PCR 的扩增和 DNA 测序。为了进一步提高自动化程度，可以通过提取、清洗和选择性片段化来制备 DNA。Maxwell 仪器（Promega，麦迪逊，美国）等适合此目的，因为它能够自动提取和纯化可用于 PCR 的核酸。QIAcube 自动化系统（Quiagen，希尔登，德国）还可以自动纯化 DNA 样品。还有许多其他制造商提供自动化 PCR 系统。该领域的市场正在迅速发展。因此，在选择系统时，建议考虑具体要求、所需功能以及与计划应用程序的兼容性。自动化 PCR 系统应具有几个重要特性，以实现高效可靠的 PCR 结果。这首先包括精确的温度控制。它对于正确实施 PCR 各个步骤（变性、退火和延伸）至关重要。该系统应提供对温度循环的精确控制并保持严格的耐受温度范围。自动化 PCR 系统必须提供可靠的检测技术来测量 PCR 结果。这可以通过荧光探针、染料或其他检测方法来实现。检测的高灵敏度、特异性和重现性对于准确的 PCR 结果至关重要。质量保证和污染控制机制还应结合起来，以确保结果的准确性和可靠性。这可以通过使用阴性对照、自动移液、封闭反应管或其他方式来实现。其他要求包括灵活性和适应性。该系统应支持不同的 PCR 格式（例如实时 PCR、数字 PCR 或等温 PCR），并提供设置和定制不同 PCR 反应和方案的可能性。根据应用，必须保证与常用试剂和耗材的适当兼容性。与不同 PCR 试剂盒制造商和试剂的兼容性是能够使用各种测定和方案的优势。自动化 PCR 系统还应该具有可扩展性，以适应 PCR 反应的通量以满足要求。它们应该提供并行处理大量样品以实现高通量的可能性。用户友好的软件具有直观的用户界面，是易于操作的标准配置。该软件应该能够对 PCR 方案进行编程、监测反应进度并分析数据。通常内置用于量化、阈值和分析扩增曲线的强大数据分析功能。与手动实施相比，自动 PCR 具有多种优势。通过使用热循环仪和 PCR 机器人等自动化系统可以提高 PCR 的准确性和重现性。温度循环的精确控制和试剂的准确剂量可以提高效率并减少错误和污染。此外，自动化允许同时进行多个 PCR 反应，从而节省大量时间。自动化还可以实现复杂的 PCR 方案，例如多重 PCR [1] 和巢式 PCR [2]，广泛应用于研究和诊断。图 1：自动 PCRPCR 技术的最新发展 尽管 PCR 是分子生物学中的一项成熟技术，但它仍在不断得到进一步发展，以提高效率、灵敏度和应用领域。与经典 PCR 相比，等温 PCR 保持恒定温度，这使得过程更容易、更快 [3]。环介导等温扩增 (LAMP) 等等温 PCR 技术无需热循环仪即可扩增 DNA。这些方法用于快速诊断传染病和遗传性疾病。此外，数字PCR（dPCR）的发展进一步扩大了PCR的可能性[4]。DNA 不是在单个反应中扩增，而是被分解为数千或数百万个单独的反应。对结果进行统计分析可以精确确定 DNA 拷贝的绝对数量。dPCR 可用于检测癌症中的微小残留病、测定基因拷贝数以及准确测定病毒载量等应用。数字液滴 PCR (ddPCR) 是数字 PCR 的一种变体，其中 PCR 反应分为数千或数百万个水滴 [5]。每个液滴都含有一个或几个 DNA 拷贝。通过分析阳性和阴性液滴可以精确确定DNA拷贝的绝对数量。ddPCR 具有高灵敏度、精确度和重现性，可用于非侵入性产前诊断和癌症液体活检等应用。小型便携式 PCR 系统的开发使得 PCR 可以在实验室外使用。即时 PCR 设备用于医疗诊断，特别是在偏远地区或快速诊断传染病。这些系统易于使用，不需要复杂的基础设施，并能在短时间内提供可靠的结果。PCR 和 NGS 技术的结合彻底改变了 DNA 测序 [6]。通过使用基于PCR的方法，例如测序前的PCR扩增，可以有针对性地扩增和分析特定的DNA序列。这样可以识别突变、遗传变异，并对 DNA 序列进行详细研究。参考文献[1] Hasan, M. R., Kalikiri, M. K. R., Mirza, F. (2021). Real-Time SARS-CoV-2 Genotyping by High-Throughput Multiplex PCR Reveals the Epidemiology of the Variants of Concern in Qatar. International Journal of Infectiuos Diseases. 112, pp. 52-54. DOI: 10.1016/j.ijid.2021.09.006.[2] Green, M.R. (2019). Nested Polymerase Chain Reaction (PCR). Cold Spring Harbor Protocols. DOI:10.1101/pdb.prot095182.[3] Asielle, P. J., Baeumer, A. J. (2012). Miniaturized isothermal nucleic acid amplification, a review. Lab Chip, 11, pp. 1420-1430, DOI:10.1039/C0LC00666A.[4] Morley, A. A. (2014). Digital PCR: A brief history, Biomolecular Detection and Quantification, 1(1), pp. 1-2, DOI: 10.1016/j.procbio.2012.11.007.[5] Kojabad, A. A., Farzanepour, M. Galeh, H. E. G. et al. (2021). Droplet digital PCR for viral DNA/RNA, current progress, challenges, and future perspectives. Journal of Medical Virology, DOI: 10.1016/j.bdq.2014.06.001.[6] Ladetto, M., Brüggemann, M., Monitillo, L. et al. (2013). Next-generation sequencing and real-time quantitative PCR for minimal residual disease detection in B-cell disorders, Leukemia, 28, 1299-1307, DOI: 10.1038/leu.2013.375.关于作者Kerstin ThurowCenter for Life Science Automation, Universität Rostock, Rostock, DeutschlandRostock, Germany教授、博士、工程师。于 1995 年在慕尼黑路德维希马克西米利安大学获得博士学位。1999 年，她取得了测量与控制工程的资格。同年，她被任命为罗斯托克大学工程学院“实验室自动化”教授。自 2004 年以来，她一直担任罗斯托克大学“自动化技术/生命科学自动化”系主任，并担任罗斯托克大学生命科学自动化中心主任。她的研究主题包括生命科学过程的自动化、机器人技术、移动机器人技术以及系统集成和系统工程。原文：Automation of Polymerase Chain Reaction (PCR)，Wiley Analytical Science newsletter，8 February 2024供稿：符 斌

前沿先进的分批补料微生物反应器可降低扩大规模的风险，并更接近模拟工业培养实践。近年来，已经开发了高通量微量补料策略，无论实验预算如何，都可以提高微量分批补料培养的可及性。该综述探讨了这些技术及其在加速生物过程开发中的作用。扩散和酶控制的补料可实现基质的连续供应，且简单实惠。更复杂的补料曲线和更强的过程控制需要额外的硬件。自动液体处理机器人可被编程为预定义的补料曲线，并具有响应过程参数偏差的灵敏度。研究显示，微流体技术可促进连续和精确补料。将自动化高通量分批补料培养与实验设计和基于模型的优化相结合的整体方法极大地增强了过程理解，同时最大限度地减少了实验负担。为在线优化补料条件引入实时数据可进一步细化筛选。尽管该综述中讨论的技术有望实现高效、低风险的生物过程开发，但自动化培养平台的费用和复杂性限制了其广泛应用。未来的关注点应该集中在开源软件的开发上，减少硬件的排他性。介绍许多公司依赖于不可再生的石化原料以及更复杂工艺的天然产品所需的大量步骤可能会阻碍经济可行性，将可再生原料生物转化为此类天然产物的微生物细胞工厂的建设，引起了人们的极大兴趣。生物工艺开发的初始阶段涉及广泛筛选各种菌株和工艺参数。使用简单的批量微量滴定板(MTP)或摇瓶培养在此阶段仍然很普遍，这主要是由于与实验室规模的搅拌反应器相比，它们的成本相对较低且通量较高。然而，由于体积小和缺乏用于在线监测和控制基础设施，分析通常限于端点分析，限制了过程洞察力。在这种情况下，先进的微型生物反应器MBR 系统越来越多地被采用，其目的是克服这些关键的瓶颈。使用新的混合策略，尽管空间和资源要求显著降低，但仍有可能有效模拟较大的实验室生物反应器。许多装置可以并行运行，便于高通量筛选应用。通过将 MBR 技术与战实验设计(DoE)方法相结合，可以进一步最大化过程洞察力，同时最小化实验负担。DoE 促进了对生物系统中无处不在的因素相互作用的系统评估，以及对设计空间的更广泛探索。为确保工业规模的最佳性能，应在生物过程开发的早期阶段应用 DoE 同时优化遗传和环境。微规模培养和工业规模培养之间的培养策略的主要不一致性可导致在生物过程开发的最早阶段选择次优菌株和过程条件。因此，必须将过程控制策略和分批补料操作纳入高通量筛选，以确保更接近地模拟工业规模的培养条件。最近开发了几种具有内置补料、控制和采样能力的新型 MBR，以克服这一关键瓶颈。已经研究了创新的内部和外部补料策略及其模仿不同常用工业补料策略的潜力，例如脉冲、指数、修正指数和线性补料。内部分批补料策略包括扩散和酶控制的补料，通常涉及由半透膜分开的双相培养基和多糖基质的生物催化分解。通过使用微流体和自动化液体处理系统(LHSs)。这种系统提供了改进的补料控制，允许更有效地模仿工业相关的脉冲、线性和指数进给策略。引入基于模型的优化算法以实时分析过程数据并重新确定最佳培养策略也获得了极大的兴趣，以进一步加快生物过程开发。将新型分批补料 MBR 与统计 DoE 和基于模型的优化策略相结合的整体方法可能是稳健菌株开发和优化的最佳方法。通过对大量遗传和环境因素组合进行战略性高通量筛选，可以确保设计质量，同时监测和控制工业相关工艺参数。与传统方法相比，这种增加的过程洞察力有可能通过减少所需的筛选阶段的数量来大大加快生物过程的开发。内部补料策略在内部分批补料系统中，基质在培养容器内逐渐释放，无需外部补料。这些系统的主要特点是它们与现有基础设施的兼容性。由于不需要先进的微型泵、微流体或液体处理机器人技术，因此可以显著降低成本和复杂性。这种系统通常利用扩散或催化现象。2.1扩散控制补料扩散控制进料涉及将截留的营养物从聚合物吸附剂或通过人工膜缓慢释放。培养基中的营养物质扩散穿过半透性透析膜，然后被细胞利用。Philip 等人 2017年阐明了作为影响补料速率的关键因素的两个参数，储器中的初始基质浓度和膜几何形状。这有助于更好的补料速率控制，并且发现尽管培养体积放大了 100 倍。然而，使用透析膜的扩散控制补料方法的一个主要限制是其对摇瓶培养的限制， 这限制了生产量。Jeude等人2006 年开发了 FeedBead技术，这项技术最初也是为了在摇瓶中使用而开发的，但 Scheidle 等人 2009 年证明了 FeedBead技术适用于 MTP 应用。Keil 等人于 2019 年开发了一种 MTP FeedPlate系统，该系统在每个孔的底部包含一个固定的固体有机硅基质和嵌入的葡萄糖晶体。在这些 FeedPlates中，GFP 产量提高了 245 倍。该板以 24、48 或 96 孔形式上市，允许以分批补料模式直接进行高通量培养。然而，培养基 pH、温度和渗透压等外部因素对葡萄糖释放速率有主要影响。因此，使用该技术时，对基质释放速率的精确控制受到限制。2016 年，Flitsch 等人研发了一种改进的 μ-RAMOS 设备，其目的是克服原始设备的瓶颈。更新后的系统在 48 孔 MTP 的每个孔中配备了气体入口和出口阀以及光学传感器，便于对所有 48 种培养物同时进行 OTR 监测。该技术最近被进一步扩展用于 96 孔深孔 MTP，使研究人员能够实现比原始摇瓶规模的RAMOS 系统增加 15 倍的实验通量。Habicher 等人 2020 年证明了最先进的 μ- RAMOS 和 FeedPlate对于工程化用于蛋白酶生产的地衣芽孢杆菌菌株的葡萄糖限制培养的兼容性。OTR 的在线监测极大地改善了 MTP 培养物的信息含量，发现其在 MTP 和摇瓶规模下的性能相当。使用该平台生成的数据可用于在开发的最早阶段生成数学模型，从而根据设计原则显著改善了过程质量。Wilming 等人 2014 年使用 96 孔 MTP 开发了一种替代的基于扩散的分批补料系统。每个培养孔通过填充有聚丙烯酰胺水凝胶的扩散通道连接至储层孔，便于每个平板进行多达 44 次平行分批补料培养。用浓缩基质溶液填充储器，以实现逐步扩散驱动补料。通过改变储器中的浓度并由此改变驱动浓度梯度。然而， 发现补料浓度和葡萄糖释放速率之间的关系是非线性的。这种使补料速率微调复杂化的非线性归因于水的反向扩散。尽管如此，板的透明底座提供了与板读取技术兼容的主要优势，例如用于通过散射光测量生物量和荧光的 BioLector 系统(mp2-Labs，德国)。使用该系统证明了大肠杆菌和多形嗜血杆菌菌株的分批补料培养。与分批对照相比，用最佳 300g/L 葡萄糖补料进行大肠杆菌的分批补料培养分别导致生物量和基于黄素单核苷酸的荧光报告蛋白信号增加约5 倍和14 倍。2.2酶控补料淀粉在液体培养基中的溶解度差，需要在原始 EnBase工艺中使用固相。为了消除对双相系统的需求，开发了具有完全可溶性聚合物基材的 EnBase Flo。葡萄糖释放方法与矿物盐和复杂培养基添加剂的精心优化组合相结合，以产生高细胞密度和产品滴度。Glazyrina 等人 2012 年通过在 3mL 至 60L 的范围内培养经工程改造过量生产模型酶醇脱氢酶的大肠杆菌菌株，研究了 EnBase Flo 系统的可扩展性。在所有测试规模下均实现了相当的增长率和蛋白质滴度，突出了可扩展性。在所有测试规模上都实现了可比的生长速率和蛋白质滴度，突出了可扩展性。EnBase系统还提供了在大型生物反应器的初始培养阶段控制葡萄糖释放的额外好处，完全消除了溢出代谢。EnBase技术还以方便的片剂形式在市场上销售。该 EnPresso系统与 D- optimal DoE 方法相结合，可优化 24 孔板中工程大肠杆菌的缬诺霉素生产。与原始分批培养相比，DoE 驱动的平行分批补料培养策略使缬氨霉素滴度提高了 33 倍。2.3内部补料策略小结扩散和酶控制的补料策略提供了一种相对简单和低成本的方法来模拟更大规模的分批补料过程。它们提供了恒定基质补料的关键优势，但在整个培养过程中通常不可能精确控制补料速率。结果，更复杂(例如指数)的进给曲线不能使用内部补料策略。此外，补料通常限于单一基质，这可能导致培养基中的其他营养物变得有限。特别是基于酶的补料依赖葡萄糖作为碳源，这可能不是所有过程的最佳选择。此外，在此类系统中，酸和碱补料通常是不可能的，从而限制了过程控制能力。曼森平行生物反应器分批补料应用曼森采用Watson-malow 400A高精度泵头，16 路补料，平均每个罐有四路补料，蠕动泵流量可设定，连续可调；每个蠕动泵的功能可单独分配，可以作为酸泵、碱泵、补料泵、消泡泵、液位控制泵。信息来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975021001944?ref=pdf_download&fr=RR-2&rr=747c4db53ee4ddb1文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑内容审核：郝玉有博士

背景介绍环氧苯乙烷又称氧化苯乙烯，可用作环氧树脂稀释剂、UV-吸收剂、增香剂，也是有机合成，制药工业、香料工业的重要中间体。如环氧苯乙烷催化加氢制得的β-苯乙醇是玫瑰油、丁香油、橙花油的主要成分，广泛应用于食品、烟草、肥皂及化妆品香精。 二、传统工艺分析环氧苯乙烷工业上主要通过卤醇法和过氧化氢催化环氧化合成。卤醇法由于其能耗高，污染重，是一个急需改进的工艺；而借助有机金属催化进行的过氧化氢环氧化因其环保，无污染等优点，使得该工艺具备广阔前景。但其缺点也很明显，反应时间过长，过氧化氢用量过大，制约了其工业化应用。 三、连续流工艺探讨福州大学的连续流专家郑辉东团队就苯乙烯环氧化进行了一系列连续流研究，希望借助微反应器技术解决苯乙烯催化环氧化存在的问题。首先作者对2,2,2 -三氟苯乙酮的催化机理作了探讨。氟原子是一个良好的吸电子基团，2,2,2-三氟苯乙酮能与MeCN和H2O2反应后，生成一个更具活性的五元环氧化剂中间体，稳定这种过渡态是提高反应转化率和选择性的关键。?接着郑教授团队用该催化剂进行了釜式工艺的对照实验，确定了反应的催化剂，溶剂及缓冲液体系（如上图所示），并完成了20mmol的放大实验。这里，作者进行了釜式条件下，反应时间和转化率相关性的研究，如下：结果表明，只有通过延长反应时间至5小时，且增加反应浓度（减小反应体系的溶剂和缓冲液用量），才能得到90.3%转化率，95.7%选择性（Fig 1b）；此外，过氧化氢的用量需4个当量。作者分析原因，认为是非均相反应放大过程中，两相无法快速有效地混合以及换热效率低下导致局部反应差异化过大所致。因此，作者希望借助Corning 反应器高效优异的传质传热特性来解决这一问题。作者根据釜式工艺，在筛选优化了反应温度，催化剂比例，溶剂配比和流速等参数后，最终确定以模式3进行连续流环氧化，如下图所示，在模式3下，反应在80℃，背压8bar，总流速30ml/min，缓冲液流速8.5ml/min，通过过氧化氢的二次进料以及首次反应液的二次反应，可实现96.7%转化率，95%选择性，最终收率可达91.8%。整个反应耗时仅需3.17min，与釜式工艺的5小时相比，反应时间大大缩短，且反应效果更好（釜式工艺下，转化率仅90.3%），此外过氧化氢用量减小至3个当量。究其原因在于Corning反应器独特的心形结构设计，从而大大强化了反应过程中的传质和传热，使得反应速度大大提升。实验结论：●通过Corning连续流反应器发展并优化出一种新的苯乙烯环氧化工艺；●使用该连续流工艺，可获得较之釜式更为优异的反应结果，转化率96.7%，选择性95%；●该连续流工艺反应耗时更短（3.17min），安全性更高；●该工艺可以无缝放大，非常适合苯乙烯环氧化的工业化应用。参考资料：Journal of Flow Chemistry (2020). DOI:10.1007 /s41981 -019-00065-62018年9月5日，福州大学和美国康宁公司就微反应器应用创新达成战略合作伙伴协议，成立了福州大学-康宁反应器应用认证实验室。这是美国康宁公司在中国高校系统搭建的第一家反应器应用认证实验室，也是全球第6家反应器应用认证实验室。福州大学是国家“双一流”、国家“211工程”重点建设大学。石油化工学院在坚持发展创新的同时，一直把环保和安全作为专业教育的重要内涵，同时积极推进“产学研”深度融合，实现了多方的互利共赢、共同发展。福州大学-康宁反应器应用认证实验室成立一年多，在郑辉东教授的带领下，完成了多项研究，实验室成果的技术转化正在稳步推进中。康宁反应器技术有限公司版权所有未经许可，不得做任何形式的转载和出版

微通道反应器技术被公认为是21世纪化学合成技术的革命性成果,在多个应用领域已经实现了化学品的连续合成生产。在原料药、精细化学品和新材料等行业，纯度直接影响到产品的性能与效益。康宁独特的“心型”微通道反应模块极大促进物料高效混合与萃取，帮助客户研发并生产高纯度、高品质的产品。在刚刚结束的API期间举办的制药&精细化工连续流本质安全及自动化生产发展论坛上，来自河南省科学院高新技术研究中心的李中贤博士分享了康宁反应器的一项新的应用研究成果"鱼油残液连续提取高纯度胆固醇的方法"。该研究已经获得中国发明专利（专利号ZL201910160333.3和ZL201910160334.8）本文将为大家介绍这一创新应用案例！胆固醇是一种重要的医药中间体，主要用于维生素D2、D3、人工牛黄、合成激素、抗癌药物等生产，还可作为虾的蜕皮激素、养殖饲料的添加剂以及光化学、电子液晶材料。这些应用都对胆固醇的纯度有很严格的要求。目前胆固醇是从羊毛脂、动物的脑干和鱼油中提取，其中都含有较多的24-脱氢胆固醇、7-烯胆烷醇、二氢胆固醇等杂质，难以满足医药生产的质量要求。这些杂质尤其是24-去氢胆固醇与胆固醇性质接近，通过传统的重结晶提纯方法难以去除，为达到医药级别的胆固醇含量需经过多次重结晶，收率较低。有研究者采用熔融结晶和溶剂重结晶相结合的方法得到了含量99 .0%以上的高纯度羊毛脂胆固醇，但收率只有60-75%，也难于实现连续工业化生产。胆固醇是一种重要的医药中间体，主要用于维生素D2、D3、人工牛黄、合成激素、抗癌药物等生产，还可作为虾的蜕皮激素、养殖饲料的添加剂以及光化学、电子液晶材料。这些应用都对胆固醇的纯度有很严格的要求。目前胆固醇是从羊毛脂、动物的脑干和鱼油中提取，其中都含有较多的24-脱氢胆固醇、7-烯胆烷醇、二氢胆固醇等杂质，难以满足医药生产的质量要求。这些杂质尤其是24-去氢胆固醇与胆固醇性质接近，通过传统的重结晶提纯方法难以去除，为达到医药级别的胆固醇含量需经过多次重结晶，收率较低。有研究者采用熔融结晶和溶剂重结晶相结合的方法得到了含量99 .0%以上的高纯度羊毛脂胆固醇，但收率只有60-75%，也难于实现连续工业化生产。研究内容河南省科学院高新技术研究中心余学军主任研究团队创新性的应用康宁微通道反应器实现了连续高效萃取制备高纯度胆固醇的方法。并基于此开发出从鱼油残夜中萃取制备高纯胆固醇,同时联产饲料添加剂过瘤胃脂肪，无含盐废水排放，清洁高效, 有利于满足高回收率的工业化生产需求。1.将正庚烷、乙酸乙酯、甲醇和水按0.9-1.2: 1.1-1.3: 0.8-1.0: 1体积比混合，静置后分开上、下相，用上相溶液溶解胆固醇粗品，下相溶液用乙酸调节PH=3.7-4.5作为萃取剂。2.将萃取剂泵入微通道萃取系统，所述微通道萃取系统包括n个康宁微通道混合模块M和n个分离模块S，混合模块和分离模块依次间隔，分离模块下相溶液出口连接前一级混合模块的进口，上相溶液出口连接下一级混合模块的进口，如此重复连接。3.具体进料操作步骤：1. 用进料泵分别连接萃取剂和胆固醇粗品溶液储液罐，且每个分离模块下相出口连接进料泵控制流速；2. 萃取剂依次进入混合模块Mn、分离模块Sn；待萃取剂占有分离模块Sn体积的约二分之一时，打开Sn下相溶液出料口，通过进料泵进入上一级混合模块Mn-1；3. 依此操作，逐级逆流至康宁微通道混合模块M1；4. 此时开始向混合模块M1泵入粗胆固醇溶液，二者在混合模块M1中充分混合萃取；5. 混合溶液进入分离模块S1分层，上相溶液进入微通道混合模块M2，下相溶液进入回收罐蒸发回收使用，下相液体流速与萃取剂流速相同；6. 如此逐级连续逆流萃取分离。过程中用气相色谱对每级分离模块上相的胆固醇纯度进行分析，直至纯度≥99.0%，收集该分离模块上相溶液，蒸馏回收溶剂，剩余物用乙醇重结晶得到目标产品。4. 基于上述方法，研究者成功实现从鱼油残夜中萃取制备高纯胆固醇。研究结果及讨论 利用康宁微通道反应/混合模块提高萃取效率，胆固醇的回收率≥80%，产品纯度完全满足医药级原料的要求 连续化操作，高效快速，质量稳定，适合大量制备 从鱼油废液中提取胆固醇，变废为宝 减少使用有机溶剂，无含盐废水排放，绿色高效。

康宁反应器技术全球业务总监姜毅荣登2014年度中国石油和化工企业公民楷模榜 在11.30-12.1天津举行的“新常态、新动力、新格局”石油和化工行业高峰论坛暨《中国化工报》理事会第十次年会期间，隆重召开了“美丽化工”大型专题活动年度发布会。康宁反应器技术全球业务总监姜毅荣登2014年度中国石油和工企业公民楷模榜，与其他9位优秀企业家一同被授予“杰出企业家”殊荣。 财富500强美国康宁公司，凭借强大的在材料领域的研发实力，以及十多年来不懈的投入，成功开发出基于微反应器原理的全系列反应器设备，全面支持从实验室研发到工业化生产。康宁反应器技术重点解决了传统搅拌釜的低效传质和低效换热性能问题，并能实现工艺从研发规模到生产规模的直线放大，而无放大效应。同时，康宁反应器将传统的间歇式操作方式改造成连续化进出料方式，在生产的自动化控制、质量控制和安全控制等方面彰显出卓越的优势。康宁反应器技术在中国的目标是持续为中国医药、农化、日化等精细化工和部分基础化工产业的技术升级，提供技术支撑，使化工研发与生产做到安全、清洁、高效和节能。

借创新冲出“围城”开创新纪元—美国康宁反应器技术在中国步入新佳境化工报记者 陈鸿应 概念变产品，造福于医药化工研发和生产 历经160多年的风雨，康宁凭借自己在特殊玻璃、陶瓷、光学物理领域的精湛专业知识，开发出了众多创造新行业并改变人类生活的产品。14年前，刚从杜邦公司来康宁执掌CTO和Executive VP（首席技术官和执行副总裁）的Joe Miller博士十分惊诧于康宁在玻璃和陶瓷领域卓越的表现和深厚的技术积累，在走访康宁科学家时，Miller博士提出：康宁如此精湛的材料功底能否为医药化工行业设备的技术创新做点什么？Miller 博士在化学行业三十年，深知医药化工行业的发展，设备的创新已刻不容缓。发达国家迫于环保的压力，往往转移危化产品的生产到世界其它地区，但终究不是长久之计，只有创新才能做到可持续发展。康宁的科学家们经过反复的研究确定了微通道反应器的创新方向。微通道反应器，通道直径小，能保证反应液有非常好的混合也即反应效率高；换热面积大，反应放出的热量能及时移走以减少副反应的发生而提高产品质量；反应持液量小，和传统的反应器相比，本质上安全，避免恶性事故的发生；连续流自动化控制，减少人员，节省占地，整个工艺的操作费用大大降低。当时微通道反应器的现状还只是处于研究阶段，微米级的通道，无法放大生产，只适用于一些简单反应的实验室研究。针对当时的现状，康宁科学家在材料的选择，反应器加工的工艺及通道形状的设计上做了大量的工作，终于在2006年推出了第一台具有康宁心形专利设计的G1玻璃反应器。康宁玻璃反应器不但具有极好的耐腐蚀性，能承受18公斤的安全操作压力，而且具有透明可视性。独特的心形结构设计，突破了原有微米级通道反应器低流速，不适宜含固体体系的瓶颈，为医药化工的放大生产提供了高效的解决方案。康宁的创新永无止境，在康宁G1玻璃反应器的基础上，为了适应市场广泛的需求，在过去的十年里，康宁已经成功完成了从实验室LF（每年5吨通量）和G1（每年80吨通量）工艺平台开发到G3（每年1000吨通量）和G4（每年3500吨通量）的工业化示范的重要进程，而且康宁特种耐温耐压玻璃具备透明可视性，便于观察反应现象，提高了工艺的开发效率。2015年新推出的康宁特种碳化硅（SiC）陶瓷反应器更具有特别强的耐腐蚀性能-远远胜过哈氏等合金材料，不仅能够处理多种化学品腐蚀体系，而且适用于处理氟化工和高温强碱体系。革命性技术 – 开启高效精细化时代“对传统化工装置而言，微通道反应器是一项革命性的颠覆技术，将为化工产业开启崭新的高效精细化时代，为行业转型升级、提升创新能力、实现绿色发展提供有效的技术手段。”这是2016年 11月21日由在南京召开的微通道反应技术研讨和产业化推进会上，学术界和产业界代表共同发出的声音。该会议由中国化工学会、中国化工产业发展研究院和中橡联合工程技术研究院共同主办。中国石油和化学工业联合会原会长李勇武在致辞中表示：“微化学工程与技术是当前化工行业科技创新的热点和重点之一，将开启高效精细化工的新时代。微通道反应器对传统化工装置而言是革命性的颠覆，被认为是21世纪化工产业的革命性技术。” 康宁反应器技术全球业务总监、亚洲新产业开发总监姜毅博士介绍说，康宁高通量-微通道AFR反应器技术一经推出，在全球医药和化工领域引起了强烈的反响。美国FDA多次声明对连续流动制造的支持，曾联合多家企业及研究机构以康宁反应器为基础对连续流工艺进行深入研究，提出了“质量源于设计QbD”的理念，同时积极倡导各大药企走连续流动制造之路。美国食品医药管理局（FDA）2016年4月8日正式批准了Janssen公司位于波多黎各的工厂,采用连续生产工艺(Continuous Manufacturing Production)来生产的，用于治疗HIV-1感染的600mg规格的Prezista（darunavir，地瑞那韦片）。2016年12月9日美国能源部宣布通过美国化学工程师协会（AIChE）资助新成立的RAPID研究院7000万美元用于加速模块化工艺强化（Modular Process Intensification），项目总投资高达1.4亿美元。 康宁反应器技术很荣幸作为微反应器的供应商被选参与该国家级项目。目前康宁反应器技术在欧美已建有多套连续流生产装置，正在为医药化工的绿色化生产发挥着积极的作用。康宁反应器技术进入中国6年以来，在国内医药合成，农药合成和精细化工领域受到了广泛青睐，已经在多家企业的研发和生产装置上实现应用，为国内传统化工行业研发和生产过程带来了颠覆性的创新。微反应器技术的创新性和先进性也越来越得到医药化工界的认可。用心做反应-人才技术齐创新 一项“颠覆性”创新技术的应用和发展离不开非常关键的“思维方式”的创新和改变（mindset change）。也就是说，将“颠覆性”创新发挥出它的“潜在”效能，需要一批或一代具有创新思维能力的人才。早在2009年，以麻省理工学院为代表的欧美多所重点大学的化学和化工系领导注意到了这一趋势，并在有关科研，大学生和研究生教学项目中引入康宁AFR技术和设备，旨在培养全球医药和化工领域急需的微通道连续流化学合成人才。去年五月麻省理工学院化学系主任 Tim Jamison教授在接受In-Pharma Technologist杂志采访时就表示：“现在，连续流化学并没有成为普通高校化学专业课程和培训课程的一部分。尽管有些高校已经意识到培养连续流人才的重要性，我们不解决这一问题，行业在未来的连续制造进程中就会面临这一技能的缺乏”。Jamison 教授为此专门成立了一家公司：Snapdragon Chemistry，旨在帮助企业通过专业化平台进入“连续流化学”领域。康宁反应器技术今年早些时候已宣布了和Snapdragon Chemistry在AFR连续流应用领域的合作。“正因为工业界对该技能的需要强劲，（相信）教育届和培训机构会做出相应的改变来满足行业的这一需求”Jamison教授接着说。康宁自2009年起，已经和10多所欧美名校建立了连续流微通道反应器应用发展合作关系，为了加快连续流化学合成技术在国内的普及，培养更多的微反应器连续流合成方面的人才以适应越来越强劲的市场需求。康宁会在2017年第一季度会推出一款用于科研实验室和院校课堂的全新连续流化学入门系统，重在帮助直观，方便，快捷的连续流化学技能的培养，使更多的研究院所科研人员和大专院校学生尽快掌握这一热门技术，满足日益增长的企业需求。并旨在帮助国内的高校和研究院所建立国际连续流化学交流平台。康宁AFR Lab-Flow 反应器系统不但设计新颖，操作方便，性价比在同类产品中具有很强的竞争力，而且系统产生的结果能够有效地用于工艺放大。配合该款反应器系统的推广，康宁将结合多年与欧美高校合作的经验，为引入康宁AFR Lab-Flow反应器的院校同步提供配套教材及人才交流和培养计划。康宁反应器技术全球业务总监姜毅博士说：“我们倡导的 ‘用心做反应’，是康宁全球团队自2015年推出来的宣言。它有两层意思：一层意思是，康宁团队一直是非常‘用心地做这一创新技术及推广’。一直要求每个团队成员‘要用心去做好每一个技术推广环节的服务’，让更多的企业能享受这样创新成果带来的利益。另外一层意思是，我们康宁的反应器模块通道技术创新是建立于‘心形’设计基础上的。这个‘心形’设计是我们最骄傲的一个设计：美国麻省理工学院化工系团队，法国和比利时著名高校化工系团队多年的基础研究都证明康宁的‘心形’设计流体动力学性能和放大一致性性能都是目前世界上最高效的流体模块设计”。在中国经济新常态下，康宁将如何来更好地服务中国市场的发展战略？姜毅表示：中国的发展现状对我们AFR反应器技术的需求非常显著，主要是整个工业制造体系譬如化工产业对技术升级具体方案的需求很强。同时康宁也会更加注重与各行业协会及高等院校的紧密结合，共同提升对创新技术的认知及创新人才的培养。海阔任鱼跃，天高任鸟飞。“用心做反应”不仅反映了康宁基于“心形”微通道的设计技术高度，同时也是康宁反应器技术部对所有康宁的现有和潜在客户售前——售中——售后的全程承诺。姜博士最后表示，愿大家一起努力来打造医药和精细化工制造4.0技术平台，坚守初心，持续创新，迎接挑战，不断开拓市场，为客户、员工以及社会创造更大的价值，让“化工成就美好生活，创新成就美丽化工”的诺言和梦想变成现实。

&mdash &mdash Vapourtec流动合成仪亮相Analitica ChinaVapourtec参展Demo Vapourtec Flow Chemistry: Vapourtec连续流动合成仪。在进入中国市场以来，我们关注每一位拜访客户对这款仪器的肯定、批评与建议。突破传统，是我们流动化学的出现形式；带来进步，是流动化学之所以出现的本质。我们期待这款全自动的流动合成仪器能为您的研发和生产带来质的飞跃！ 应用微通道反应的原理，结合自动化的高效泵和产物收集装置，加上调节精确的温控系统，可以使用少量、纯试剂连续进行一系列化学反应的合成。让您的化学反应在安全、快速、少浪费的宗旨下轻松完成。整个合成仪主要溶剂泵送模块、反应加热模块、系统控制模块及产物收集装置及适合各种不同反应类型的多种反应器组成。 其中泵送模块可以根据研究者的试剂需求增添；标配的反应加热模块具有四个独立温控加热位点，从而满足无间歇多步反应和同时进行不同条件的反应；系统控制模块应用高效智能软件，使我们的多个反应程序化进行、无人值守，自带热量转换公式给出传统反应模式基础上的流动反应条件参考；各种不同类型反应器的设计满足了化学合成反应中会出现的液液、液固、气液等多种反应类型。 目前国内已有两家购买者，有多位使用者和意向购买客户。我们期待Vapourtec流动合成仪能在中国的化学合成仪器市场上占有一席之地，更希望这款仪器能真正为您的科研生产提供帮助。更多产品请登陆德祥官网：www.tegent.com.cn德祥热线：4008 822 822联系我们(直接用户)联系我们(经销商)邮箱：info@tegent.com.cn

微反应器技术近年来在研究、生产化合物及中间体中的应用快速增长，与传统的间歇反应相比，具有快速混合，传质传热性好以及放大无需再优化条件等优势，是目前化学领域的研究热点，代表绿色化学和试验自动化的发展。 浙江工业大学药学院一致致力于化学应用产业化，微反应器技术可以将实验室摸索的条件直接放大，无需优化，将化学应用产业化可以推广的更好。在这种前提下，经过近1个月的试运行，2015年6月30日，浙江工业大学药学院&深圳市一正科技有限公司微反应器技术联合实验室正式挂牌成立，旨在建立教学、研究、产业化的示范中心，在大学教学、研究生教育阶段给学生们引进新的理念，为今后的制药行业、化工行业培养出相应的人才，更好地为制药化工行业服务。联合实验室将开发出更多适用于微反应器的试验及工艺，将微反应器技术更多地应用于工业化生产。

2020年11月12日，贝克曼库尔特生命科学签署了一项最终协议，收购位于德国Baesweiler的微型生物反应器制造商m2p-labs。m2p-labs是一家位于德国Baesweiler的私有微型生物反应器制造商，以其基于BioLector平板的转化型生物反应器而闻名，该反应器支持用于筛选和生物过程开发的自动化解决方案。 “创新决定了我们的未来，”贝克曼库尔特生命科学事业部总裁Greg Milosevich说。 “m2p labs产品线补充了我们现有的细胞健康、液体处理和实验室自动化业务。我们的团队将可以为细胞系的筛选和工艺过程开发提供更加优质的解决方案。”m2p-labs董事总经理Matthias Eggers说：“ m2p-labs和Beckman Coulter Life Sciences共同拥有加快答案的共同愿景，从而能够更快地发现和发展改变生命的医学进步。” “我们很高兴加入并扩展一支强大的团队，为全球生物制剂客户提供宝贵的资源。”关于M2P Labs GmbH该公司成立于2005年11月，总部位于德国Baesweiler（靠近亚琛），是亚琛工业大学的分公司，商品化产品为BioLector，BioLector Pro和FlowerPlate，它们提供了智能的微发酵平台。这项专有技术使生物技术，化学和制药行业能够增加微生物实验（有氧，微需氧和严格厌氧）的数量和信息含量。它使客户能够以低成本高效，高效地进行微型化实验。 BioLectorII高通量微型生物反应器 o BioLectorII高通量微型生物反应器是一种独特的专为细菌、酵母、真菌、植物和昆虫细胞而开发的适用于好氧、微氧和严格厌氧培养的高通量发酵系统 o 它采用标准的微孔板配合非侵入式光学传感器进行操作 o 可在0.8-2.4mL体积下，同时进行多达48个平行培养，除具有常规的温度、湿度、振荡功能和氧气、二氧化碳浓度调控外，还可实时在线监测生物量浓度、pH 值、溶氧值 (DO) 以及荧光蛋白或底物等发酵参数 BioLector Pro微流控高通量微型生物反应器BioLector Pro微流控高通量微型生物反应器，除具有BioLectorII功能外 o 使用先进的带微流控芯片的48孔微孔板，通过微阀控制系统还可调控 pH 和持续补料 o 在应用于菌种筛选时，这种高通量的，等同于工艺生产条件下的动态菌种筛选，可获得工艺生产条件下表现最优的菌种，且工艺条件可直接用于后续放大的小罐优化环节。上述2款产品均已成功应用于生物技术、制药、食品等行业，具体应用种类包括： 菌株和细胞系筛选 培养基筛选与优化 发酵参数优化 厌氧发酵和微需氧发酵 合成生物学和系统生物学 实验设计 (DoE) 生长特性分析 蛋白质结构动力学 高通量蛋白质表达 酶和细胞活性测试 功能基因组学 蛋白质组学研究 生长抑制和毒性测试 质量控制贝克曼库尔特生命科学中国以赋能中国每一位生命科学工作者为使命，在全球收购m2p labs后，积极部署产品、应用和售后服务的能力。我们将从即日起在全国范围内正式运营m2p-labs高通量微型生物反应器，欢迎广大客户垂询。贝克曼库尔特联系热线：400-821-8899贝克曼库尔特生命科学官方网站：https://www.mybeckman.cn/

p style="text-indent: 0em text-align: justify "strong——新款摇摆式一次性生物反应器系统能够培养工作容积达5升的细胞产品；Flexsafe® RM TX生物工艺袋具有可靠的工艺性能，满足最佳细胞生长/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "生物制药国际供应商赛多利斯斯泰帝 (Sartorius Stedim Biotech，SSB) 于1月21日宣布推出BIOSTATsup® /sup RM TX一次性生物反应器，这款新型波浪式混合系统专为封闭、自动扩增质量稳定的细胞产品而开发，比如体外细胞免疫疗法。该新型GMP平台融合了SSB所建立的一次性Flexsafesup® /sup工艺袋技术与其在生物制药自动化方面的专长。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/3b759400-714c-470f-8157-957e0278c4a6.jpg" title="BIOSTAT ® RM TX自动化双系统，用于培养质量稳定的细胞.jpg" alt="BIOSTAT ® RM TX自动化双系统，用于培养质量稳定的细胞.jpg" width="631" height="354" style="width: 631px height: 354px "//pp style="text-align: center"span style="color: rgb(0, 112, 192) font-size: 14px "BIOSTAT sup® /sup RM TX自动化双系统，用于培养质量稳定的细胞/span/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/70b19094-3949-4ac1-abe9-e9ea4006eabc.jpg" title="Flexsafe® RM 2L TX工艺袋，配有一次性BioPAT® ViaMass、Sartopore® 通风口过滤器和获得专利的灌注过滤器.jpg" alt="Flexsafe® RM 2L TX工艺袋，配有一次性BioPAT® ViaMass、Sartopore® 通风口过滤器和获得专利的灌注过滤器.jpg" width="521" height="347" style="width: 521px height: 347px "//pp style="text-align: center"span style="font-size: 14px color: rgb(0, 112, 192) "Flexsafe® RM 2L TX工艺袋，配有一次性BioPAT® ViaMass、Sartopore® 通风口过滤器和获得专利的灌注过滤器/span/pp style="text-align: justify "　　SSB的新型生物反应器设计用于扩增包括患者特异性T细胞在内的细胞，是由一个自动控制装置和最多两个摇摆式平台组成的封闭系统，可用于温和搅拌一次性Flexsafesup® /sup RM TX工艺袋(工作容积达5升)。该工艺袋是系统的核心，由SSB的Flexsafesup® /sup薄膜制作而成，该膜材已经在全球各大生物制药公司从临床开发到疫苗和生物制剂的GMP生产中得到了充分的确证。该膜成分开发的主要目的是最大限度的降低浸出物和可提取物，确保即使是敏感细胞类型(如转基因T细胞)，批次间的培养表现也保持一致。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/b4a365a9-95ed-431d-a444-c4a32ca3a9c8.jpg" title="Flexsafe® RM TX收获装置在尽可能确保细胞收率情况下进行细胞培养的非手动重力收获.jpg" alt="Flexsafe® RM TX收获装置在尽可能确保细胞收率情况下进行细胞培养的非手动重力收获.jpg" width="549" height="366" style="width: 549px height: 366px "//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 112, 192) font-size: 14px "Flexsafe® RM TX收获装置在尽可能确保细胞收率情况下进行细胞培养的非手动重力收获/span/pp style="text-align: justify "　　专有的Flexsafesup® /supRM TX工艺袋在设计上采用一个特殊端口，用于非手动重力收获。配合创新的Flexsafesup® /supRM TX收获装置，可以降低手动操作带来的污染风险、保持细胞完整性和细胞活性。与其它使用泵进行细胞收集的细胞治疗扩增系统不同，这种独特的重力收获理念降低了脆弱细胞受到剪应力的风险，最大限度地回收细胞。/pp style="text-align: justify "　　使用BIOSTATsup® /sup RM TX生物反应器和Flexsafesup® /supRM TX袋进行细胞培养的一项好处是可以远程监测和培养控制。这些工艺袋包含一次性pH、DO和活性生物量传感器。这些传感器集成在BIOSTATsup® /sup B控制装置中，系统的复杂软件可用于对气体、流速、培养量和基质添加进行全自动工艺控制。如果培养体积大于500毫升，还可以通过连接一次性BioPATsup® /supViaMass传感器在线分析活性生物量。这些传感器使系统适合在流加培养或灌注培养模式下保持连续运行，节省手动取样的人力、时间和精力，同时也最大限度地降低了宝贵的患者细胞受污染的风险。/pp style="text-align: justify "　　利用这款生物反应器系统，生产企业可为每个BIOSTATsup® /supB控制装置安装第二个摇摆式平台和Flexsafesup® /sup RM TX工艺袋，扩大生产规模。系统还为常规监控和数据采集系统以及分布式控制系统(如BioPATsup® /sup MFCS和DeltaV™ )提供标准接口。/pp style="text-align: justify "　　Sartorius Stedim Biotech全球再生医学和RM生物反应器产品经理Franziska Faulstich博士解释说：“将一次性技术与先进的自动化技术相结合以扩培细胞产品，确保控制工艺变异性，并实现了安全、稳健和经济实惠的细胞生产。”她补充说道：“我们与细胞免疫治疗领域的领军者开展广泛合作，确定了相应技术和最佳实践工作流程，并将其纳入到我们的新型BIOSTATsup® /sup RM TX生物反应器中。”/pp style="text-align: justify "　　strong关于赛多利斯斯泰帝/strong/pp style="text-align: justify "　　赛多利斯斯泰帝 (Sartorius Stedim Biotech) 是国际领先的生物制药行业设备和服务的供应商，为全球生物制药的开发与生产提供安全、及时、经济的一体化解决方案。作为完整解决方案的供应商， 赛多利斯斯泰帝提供几乎涵盖生物制药工艺所有步骤的产品组合。公司致力于推广一次性使用技术和增值服务，满足生物制药行业快速发展的技术需求。公司总部位于法国欧巴涅，在巴黎的欧洲交易所上市 因其位于欧洲、北美和亚洲的生产与研发中心以及遍布全球的销售网络而享誉世界。/p

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