生物过程分析仪的原理及在培养过程中的意义

细胞培养和微生物发酵是生物制药至关重要的步骤，复杂的过程受到多重因素影响。随着生物制药产业的高速发展，不同细胞系在工艺优化和生产过程中及时、准确地监测营养物的消耗情况、代谢物的产生情况和蛋白产物的浓度，在药物研发中试生产过程中举足轻重。在开发和控制工业化生产重组蛋白的生物过程中，一项基本要素是要提供快速、准确且可靠的过程数据。对动物和细菌细胞培养物中的营养物和代谢物进行准确的监控，是避免在发酵过程中营养不足，或有毒代谢终产物积聚的关键。不受控制的代谢物可对细胞生长及存活以及蛋白的质量和产量产生不良影响。因此，精确跟踪发酵过程能确保可重现性，且是优化过程开发和验证的关键。测试的典型参数包括葡萄糖、乳酸、谷氨酸、谷氨酰胺、氨、钠和钾等。目前，检测基质、代谢物和产物的多参数分析系统——生物过程分析仪，根据检测原理主要分为酶膜法和分光光度法两种。

1.酶膜法

采用固定化酶膜过氧化氢电极和离子选择电极来检测待测样品的浓度。将与所述试验底物相对应的氧化酶固定在酶膜中，催化所述底物产生过氧化氢。过氧化氢通过过氧化氢电极测量，仪器获取到过氧化氢电极测量的电信号，测试底物的浓度由过氧化氢浓度计算得到。

酶膜法生物过程分析仪具有所需样本量少，少量样本检测时间短的优势。主要缺点是酶膜随着时间的推移准确度会下降，材料成本较高，检测结果呈非线性，而且总体灵敏度和准确度较低。此外，酶膜分析仪需要进行较繁琐的维护、校准和频繁的质控。

2.分光光度法

依据朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律，当一束平行单色光（只有一种波长的光）照射有色溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液。当液层的厚度b确定，溶液吸光度的变化△A与溶液的浓度变化△C成正比。

分光光度法生物过程分析仪具有仪器稳定性好，准确度高；大量样本检测速度快；维护简便等优势。具体表现如下：1）稳定性：日间平行对照实验结果表明，分光光度法分析仪具备更佳的准确性和线性。此外，试剂无需反复定标，机器稳定，维护成本低，操作简单；2）多样性：检测参数更多，达30种以上。能够分析样本的产品质量参数，如LDH（代表细胞裂解程度）和IgG（产物表达量）等； 3）灵活性：检测参数试剂单独包装，可根据需要购买，检测参数可自由组合，可自定义检测方案。

生物过程分析仪可在数分钟内对同一个样本进行多参数测试。自动化稀释功能可减少偏差，方便易用且稳定的全自动测定过程既可靠又具备可重现性。由此得到的灵敏、精密且准确的分析数据能确保对细胞培养和微生物发酵过程进行高水平的控制。

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