Solutiheyden mittaaminen bioreaktoreissa

Abstract

Bioprosessin optimointia varten solutiheyden seuraaminen on kriittistä. Solutiheyttä mittaamalla saadaan tietoa solukasvatuksesta, jolloin voidaan arvioida miten bioreaktorin olosuhteita kannattaa säädellä tuotannon kannalta ihanteelliseksi. Biotuotanto ja sen kannattavuuden optimointi on tuonut painetta uusien solutiheys mittausmenetelmien kehittämiseen. Nykyään menetelmissä painotetaan varsinkin reaaliaikaisuutta. Tutkielman tavoitteena on käsitellä erilaisia nykyaikaisia solutiheyden mittausmenetelmiä sekä niiden ominaisuuksia.

Solutiheyden mittausmenetelmät perustuvat eri tekniikoihin kuten optiseen mittaukseen, virtaussytometriaan, kapasitanssi- tai ultraäänimittauksiin. Optiset mittaustekniikat, kuten turbidimetria, nefelometria, keskitetty sädereflektanssimittaus, valokerroskuvaus ja Raman-spektroskopia, käyttävät valoa arvioimaan solutiheyttä. Virtaussytometriassa voidaan käyttää myös valoa solukasvatusten arviointiin, mutta myös fluoresenssisignaaleita sekä solujen kykyä toimia sähköisinä eristeinä. Kapasitanssimittaustekniikat perustuvat sähkökentän muutoksiin ja ultraäänitekniikat äänen takaisinheijastukseen. Mittaustekniikoiden lisäksi tutkielmassa käydään läpi erilaisia lähestymistapoja solutiheyden mittaamiseen kuten in-, on-, at- ja offline-mittaukset, kajoava ja kajoamaton mittaus sekä reaaliaikaisuus.

Yleisesti menetelmien soveltuvuus riippuu solutyypistä, bioreaktorin vaatimista olosuhteista sekä kasvatuksen koosta, joten siksi monenlaisia mittaustekniikoita on markkinoilla. Tutkielma pyrkii antamaan kattavan kuvan eri solutiheyden mittausmenetelmistä, niiden ominaisuuksista ja soveltuvuudesta erilaisiin bioprosesseihin.