一次性生物反應器如何高精度控制罐內pH 值

在生物制藥和生物工程領域，細胞培養的規模化生產對工藝參數的控制要求較高，尤其是對pH值的精確控制。pH 值是影響細胞生長、代謝和產物形成的關鍵因素之一。一次性生物反應器因其便捷、高效和成本效益高的特點，在細胞培養中得到了廣泛應用。本文將探討一次性生物反應器如何通過PID控制系統實現罐內pH 值的高精度控制。

一、一次性生物反應器的特點

一次性生物反應器采用一次性使用的袋子或容器，避免了傳統不銹鋼反應器在清洗、消毒和交叉污染方面的風險。它適合從實驗室規模到商業化生產的各種體積需求，如楚怡BioCore-SUB一次性生物反應器，就能適應從12.5L至2000L的工作體積。此外，一次性生物反應器支持批次培養、補料培養和灌注培養等多種培養模式，為細胞規模化生產提供了靈活的選擇。

二、PID控制系統概述

PID（Proportional-Integral-Derivative）控制系統是一種廣泛應用于工業自動化領域的控制策略，它通過比例（P）、積分（I）和微分（D）三個環節的配合，實現對過程變量的精確控制。在細胞培養過程中，PID控制系統可以有效地維持pH值的穩定。

三、PID控制系統在一次性生物反應器中的應用

1. 高精度pH傳感器

楚怡BioCore-SUB一次性生物反應器采用進口metele系列的數字智能pH傳感器，這種傳感器具有耐高溫殺菌、適應CIP清洗、耐腐蝕等特點。數字傳感器通過數字信號傳輸，減少了信號干擾和衰減，確保了測量信號的準確性和及時性。

2. PID控制策略

（1）比例控制（P）：比例控制是PID控制的基礎，它根據pH值與設定值的偏差，按比例調節酸堿液的添加量，以減少偏差。

（2）積分控制（I）：積分控制是對偏差的累積，用于消除長時間存在的偏差。在pH控制中，積分作用可以補償比例控制無法消除的小偏差。

（3）微分控制（D）：微分控制是基于偏差變化率的預判，用于預測偏差的未來趨勢，并提前做出調節，從而減少系統的超調和振蕩。

3. 實現高精度pH控制的步驟

（1）設定pH目標值：根據細胞培養的具體需求，設定適宜的pH目標值。

（2）實時監測：pH傳感器實時監測罐內pH值，并將數據傳輸至控制系統。

（3）偏差計算：控制系統計算實時pH值與目標值的偏差。

（4）PID調節：控制系統根據偏差和PID參數，調節酸堿液的添加量，以維持pH值的穩定。

（5）反饋調整：控制系統不斷接收新的pH值數據，調整PID參數，以適應培養過程中pH變化的需求。

四、PID控制系統的優勢

1. 精度高：通過PID控制，可以實現罐內pH值的精確控制，精度達到±0.01。

2. 穩定性好：PID控制系統可以有效減少pH值的波動，為細胞生長提供穩定的環境。

3. 自動化程度高：PID控制系統可以實現自動調節，減少人工干預，提高生產效率。

一次性生物反應器通過配備高精度的pH傳感器和PID控制系統，實現了罐內pH值的高精度控制。這種控制策略不僅提高了細胞培養的穩定性和效率，而且為生物制藥和生物工程領域的規模化生產提供了強有力的技術支持。

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