分批補(bǔ)料微型生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的最新進(jìn)展

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01/介紹

02/內(nèi)部補(bǔ)料策略

1.擴(kuò)散控制補(bǔ)料

2.酶控補(bǔ)料

3.內(nèi)部補(bǔ)料策略小結(jié)

03/外部補(bǔ)料策略

1.自動(dòng)化液體處理系統(tǒng)

2.用于分批補(bǔ)料微生物反應(yīng)器系統(tǒng)的微流體和微型閥技術(shù)

3.外部補(bǔ)料策略小結(jié)

04/結(jié)論

前言

先進(jìn)的分批補(bǔ)料微生物反應(yīng)器可降低擴(kuò)大規(guī)模的風(fēng)險(xiǎn)，并更接近模擬工業(yè)培養(yǎng)實(shí)踐。近年來，已經(jīng)開發(fā)了高通量微量補(bǔ)料策略，無論實(shí)驗(yàn)預(yù)算如何，都可以提高微量分批補(bǔ)料培養(yǎng)的可及性。該綜述探討了這些技術(shù)及其在加速生物過程開發(fā)中的作用。擴(kuò)散和酶控制的補(bǔ)料可實(shí)現(xiàn)基質(zhì)的連續(xù)供應(yīng)，且簡(jiǎn)單實(shí)惠。更復(fù)雜的補(bǔ)料曲線和更強(qiáng)的過程控制需要額外的硬件。自動(dòng)液體處理機(jī)器人可被編程為預(yù)定義的補(bǔ)料曲線，并具有響應(yīng)過程參數(shù)偏差的靈敏度。

研究顯示，微流體技術(shù)可促進(jìn)連續(xù)和精確補(bǔ)料。將自動(dòng)化高通量分批補(bǔ)料培養(yǎng)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和基于模型的優(yōu)化相結(jié)合的整體方法極大地增強(qiáng)了過程理解，同時(shí)最大限度地減少了實(shí)驗(yàn)負(fù)擔(dān)。為在線優(yōu)化補(bǔ)料條件引入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可進(jìn)一步細(xì)化篩選。盡管該綜述中討論的技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)高效、低風(fēng)險(xiǎn)的生物過程開發(fā)，但自動(dòng)化培養(yǎng)平臺(tái)的費(fèi)用和復(fù)雜性限制了其廣泛應(yīng)用。未來的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該集中在開源軟件的開發(fā)上，減少硬件的排他性。

01介紹

許多公司依賴于不可再生的石化原料以及更復(fù)雜工藝的天然產(chǎn)品所需的大量步驟可能會(huì)阻礙經(jīng)濟(jì)可行性，將可再生原料生物轉(zhuǎn)化為此類天然產(chǎn)物的微生物細(xì)胞工廠的建設(shè)，引起了人們的極大興趣。

生物工藝開發(fā)的初始階段涉及廣泛篩選各種菌株和工藝參數(shù)。使用簡(jiǎn)單的批量微量滴定板(MTP)或搖瓶培養(yǎng)在此階段仍然很普遍，這主要是由于與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的攪拌反應(yīng)器相比，它們的成本相對(duì)較低且通量較高。然而，由于體積小和缺乏用于在線監(jiān)測(cè)和控制基礎(chǔ)設(shè)施，分析通常限于端點(diǎn)分析，限制了過程洞察力。

在這種情況下，先進(jìn)的微型生物反應(yīng)器MBR 系統(tǒng)越來越多地被采用，其目的是克服這些關(guān)鍵的瓶頸。使用新的混合策略，盡管空間和資源要求顯著降低，但仍有可能有效模擬較大的實(shí)驗(yàn)室生物反應(yīng)器。許多裝置可以并行運(yùn)行，便于高通量篩選應(yīng)用。通過將 MBR 技術(shù)與戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DoE)方法相結(jié)合，可以進(jìn)一步最大化過程洞察力，同時(shí)最小化實(shí)驗(yàn)負(fù)擔(dān)。DoE 促進(jìn)了對(duì)生物系統(tǒng)中無處不在的因素相互作用的系統(tǒng)評(píng)估，以及對(duì)設(shè)計(jì)空間的更廣泛探索。為確保工業(yè)規(guī)模的最佳性能，應(yīng)在生物過程開發(fā)的早期階段應(yīng)用 DoE 同時(shí)優(yōu)化遺傳和環(huán)境。

微規(guī)模培養(yǎng)和工業(yè)規(guī)模培養(yǎng)之間的培養(yǎng)策略的主要不一致性可導(dǎo)致在生物過程開發(fā)的最早階段選擇次優(yōu)菌株和過程條件。因此，必須將過程控制策略和分批補(bǔ)料操作納入高通量篩選，以確保更接近地模擬工業(yè)規(guī)模的培養(yǎng)條件。

最近開發(fā)了幾種具有內(nèi)置補(bǔ)料、控制和采樣能力的新型 MBR，以克服這一關(guān)鍵瓶頸。已經(jīng)研究了創(chuàng)新的內(nèi)部和外部補(bǔ)料策略及其模仿不同常用工業(yè)補(bǔ)料策略的潛力，例如脈沖、指數(shù)、修正指數(shù)和線性補(bǔ)料。內(nèi)部分批補(bǔ)料策略包括擴(kuò)散和酶控制的補(bǔ)料，通常涉及由半透膜分開的雙相培養(yǎng)基和多糖基質(zhì)的生物催化分解。通過使用微流體和自動(dòng)化液體處理系統(tǒng)(LHSs)。這種系統(tǒng)提供了改進(jìn)的補(bǔ)料控制，允許更有效地模仿工業(yè)相關(guān)的脈沖、線性和指數(shù)進(jìn)給策略。引入基于模型的優(yōu)化算法以實(shí)時(shí)分析過程數(shù)據(jù)并重新確定最佳培養(yǎng)策略也獲得了極大的興趣，以進(jìn)一步加快生物過程開發(fā)。

將新型分批補(bǔ)料 MBR 與統(tǒng)計(jì) DoE 和基于模型的優(yōu)化策略相結(jié)合的整體方法可能是穩(wěn)健菌株開發(fā)和優(yōu)化的最佳方法。通過對(duì)大量遺傳和環(huán)境因素組合進(jìn)行戰(zhàn)略性高通量篩選，可以確保設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)監(jiān)測(cè)和控制工業(yè)相關(guān)工藝參數(shù)。與傳統(tǒng)方法相比，這種增加的過程洞察力有可能通過減少所需的篩選階段的數(shù)量來大大加快生物過程的開發(fā)。

02 內(nèi)部補(bǔ)料策略

在內(nèi)部分批補(bǔ)料系統(tǒng)中，基質(zhì)在培養(yǎng)容器內(nèi)逐漸釋放，無需外部補(bǔ)料。這些系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是它們與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性。由于不需要先進(jìn)的微型泵、微流體或液體處理機(jī)器人技術(shù)，因此可以顯著降低成本和復(fù)雜性。這種系統(tǒng)通常利用擴(kuò)散或催化現(xiàn)象。

2.1擴(kuò)散控制補(bǔ)料

擴(kuò)散控制進(jìn)料涉及將截留的營(yíng)養(yǎng)物從聚合物吸附劑或通過人工膜緩慢釋放。培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散穿過半透性透析膜，然后被細(xì)胞利用。Philip 等人 2017年闡明了作為影響補(bǔ)料速率的關(guān)鍵因素的兩個(gè)參數(shù)，儲(chǔ)器中的初始基質(zhì)濃度和膜幾何形狀。這有助于更好的補(bǔ)料速率控制，并且發(fā)現(xiàn)盡管培養(yǎng)體積放大了 100 倍。然而，使用透析膜的擴(kuò)散控制補(bǔ)料方法的一個(gè)主要限制是其對(duì)搖瓶培養(yǎng)的限制，這限制了生產(chǎn)量。

Jeude等人2006 年開發(fā)了 FeedBead®技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)最初也是為了在搖瓶中使用而開發(fā)的，但 Scheidle 等人 2009 年證明了 FeedBead®技術(shù)適用于 MTP 應(yīng)用。Keil 等人于 2019 年開發(fā)了一種 MTP FeedPlate®系統(tǒng)，該系統(tǒng)在每個(gè)孔的底部包含一個(gè)固定的固體有機(jī)硅基質(zhì)和嵌入的葡萄糖晶體。在這些 FeedPlates®中，GFP 產(chǎn)量提高了 245 倍。該板以 24、48 或 96 孔形式上市，允許以分批補(bǔ)料模式直接進(jìn)行高通量培養(yǎng)。然而，培養(yǎng)基 pH、溫度和滲透壓等外部因素對(duì)葡萄糖釋放速率有主要影響。因此，使用該技術(shù)時(shí)，對(duì)基質(zhì)釋放速率的精確控制受到限制。

2016 年，F(xiàn)litsch 等人研發(fā)了一種改進(jìn)的 μ-RAMOS 設(shè)備，其目的是克服原始設(shè)備的瓶頸。更新后的系統(tǒng)在 48 孔 MTP 的每個(gè)孔中配備了氣體入口和出口閥以及光學(xué)傳感器，便于對(duì)所有 48 種培養(yǎng)物同時(shí)進(jìn)行 OTR 監(jiān)測(cè)。該技術(shù)最近被進(jìn)一步擴(kuò)展用于 96 孔深孔 MTP，使研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)比原始搖瓶規(guī)模的RAMOS 系統(tǒng)增加 15 倍的實(shí)驗(yàn)通量。Habicher 等人 2020 年證明了最先進(jìn)的 μ- RAMOS 和 FeedPlate®對(duì)于工程化用于蛋白酶生產(chǎn)的地衣芽孢桿菌菌株的葡萄糖限制培養(yǎng)的兼容性。OTR 的在線監(jiān)測(cè)極大地改善了 MTP 培養(yǎng)物的信息含量，發(fā)現(xiàn)其在 MTP 和搖瓶規(guī)模下的性能相當(dāng)。使用該平臺(tái)生成的數(shù)據(jù)可用于在開發(fā)的最早階段生成數(shù)學(xué)模型，從而根據(jù)設(shè)計(jì)原則顯著改善了過程質(zhì)量。

Wilming 等人 2014 年使用 96 孔 MTP 開發(fā)了一種替代的基于擴(kuò)散的分批補(bǔ)料系統(tǒng)。每個(gè)培養(yǎng)孔通過填充有聚丙烯酰胺水凝膠的擴(kuò)散通道連接至儲(chǔ)層孔，便于每個(gè)平板進(jìn)行多達(dá) 44 次平行分批補(bǔ)料培養(yǎng)。用濃縮基質(zhì)溶液填充儲(chǔ)器，以實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)補(bǔ)料。通過改變儲(chǔ)器中的濃度并由此改變驅(qū)動(dòng)濃度梯度。然而，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)料濃度和葡萄糖釋放速率之間的關(guān)系是非線性的。這種使補(bǔ)料速率微調(diào)復(fù)雜化的非線性歸因于水的反向擴(kuò)散。盡管如此，板的透明底座提供了與板讀取技術(shù)兼容的主要優(yōu)勢(shì)，例如用于通過散射光測(cè)量生物量和熒光的 BioLector 系統(tǒng)(mp2-Labs，德國(guó))。使用該系統(tǒng)證明了大腸桿菌和多形嗜血桿菌菌株的分批補(bǔ)料培養(yǎng)。與分批對(duì)照相比，用最佳 300g/L 葡萄糖補(bǔ)料進(jìn)行大腸桿菌的分批補(bǔ)料培養(yǎng)分別導(dǎo)致生物量和基于黃素單核苷酸的熒光報(bào)告蛋白信號(hào)增加約5 倍和14 倍。

2.2酶控補(bǔ)料

淀粉在液體培養(yǎng)基中的溶解度差，需要在原始 EnBase®工藝中使用固相。為了消除對(duì)雙相系統(tǒng)的需求，開發(fā)了具有完全可溶性聚合物基材的 EnBase® Flo。葡萄糖釋放方法與礦物鹽和復(fù)雜培養(yǎng)基添加劑的精心優(yōu)化組合相結(jié)合，以產(chǎn)生高細(xì)胞密度和產(chǎn)品滴度。Glazyrina 等人 2012 年通過在 3mL 至 60L 的范圍內(nèi)培養(yǎng)經(jīng)工程改造過量生產(chǎn)模型酶醇脫氫酶的大腸桿菌菌株，研究了 EnBase® Flo 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。在所有測(cè)試規(guī)模下均實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)?shù)脑鲩L(zhǎng)率和蛋白質(zhì)滴度，突出了可擴(kuò)展性。在所有測(cè)試規(guī)模上都實(shí)現(xiàn)了可比的生長(zhǎng)速率和蛋白質(zhì)滴度，突出了可擴(kuò)展性。EnBase®系統(tǒng)還提供了在大型生物反應(yīng)器的初始培養(yǎng)階段控制葡萄糖釋放的額外好處，完全消除了溢出代謝。

EnBase®技術(shù)還以方便的片劑形式在市場(chǎng)上銷售。該 EnPresso®系統(tǒng)與 D- optimal DoE 方法相結(jié)合，可優(yōu)化 24 孔板中工程大腸桿菌的纈諾霉素生產(chǎn)。與原始分批培養(yǎng)相比，DoE 驅(qū)動(dòng)的平行分批補(bǔ)料培養(yǎng)策略使纈氨霉素滴度提高了 33 倍。

2.3內(nèi)部補(bǔ)料策略小結(jié)

擴(kuò)散和酶控制的補(bǔ)料策略提供了一種相對(duì)簡(jiǎn)單和低成本的方法來模擬更大規(guī)模的分批補(bǔ)料過程。它們提供了恒定基質(zhì)補(bǔ)料的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，但在整個(gè)培養(yǎng)過程中通常不可能精確控制補(bǔ)料速率。結(jié)果，更復(fù)雜(例如指數(shù))的進(jìn)給曲線不能使用內(nèi)部補(bǔ)料策略。此外，補(bǔ)料通常限于單一基質(zhì)，這可能導(dǎo)致培養(yǎng)基中的其他營(yíng)養(yǎng)物變得有限。特別是基于酶的補(bǔ)料依賴葡萄糖作為碳源，這可能不是所有過程的最佳選擇。此外，在此類系統(tǒng)中，酸和堿補(bǔ)料通常是不可能的，從而限制了過程控制能力。

03 外部分批補(bǔ)料策略

在外部分批補(bǔ)料系統(tǒng)中，基質(zhì)從外部?jī)?chǔ)器補(bǔ)料。該策略的主要優(yōu)點(diǎn)是增加了靈活性和過程控制能力。然而，由于補(bǔ)料需要額外的基礎(chǔ)設(shè)施，外部分批補(bǔ)料系統(tǒng)固有地更復(fù)雜且操作成本更高。

3.1自動(dòng)化液體處理系統(tǒng)

使用液體處理工作站可以實(shí)現(xiàn)高通量采樣以及向 MTP 或平行 MBR 中添加液體。例如，RoboLector®包括集成的 BioLector®（mp2-Labs，德國(guó)）MBR 篩選平臺(tái)。自動(dòng)取樣編程為每 24 小時(shí)一次。補(bǔ)料和取樣均在不中斷搖動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)，從而最大限度地減少對(duì)氧氣傳輸?shù)母蓴_并防止細(xì)胞沉降，從而允許獲得代表性的樣品。

與脈沖補(bǔ)料策略相關(guān)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是缺乏連續(xù)的補(bǔ)料供應(yīng)，這導(dǎo)致細(xì)胞代謝中的振蕩并限制與工業(yè)規(guī)模發(fā)酵的可比性，在工業(yè)規(guī)模發(fā)酵中，指數(shù)補(bǔ)料策略更常用。Jansen 等人于 2019 年開發(fā)了一種自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)的基于酶的分批補(bǔ)料系統(tǒng)(FeedER)�？梢酝ㄟ^控制添加來實(shí)現(xiàn)定義的指數(shù)生長(zhǎng)速率。

Ambr®平臺(tái)通過添加泵送液體管線，可以向每個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)器中連續(xù)添加液體�？朔碎g歇補(bǔ)料的局限性，有利于實(shí)施連續(xù)補(bǔ)料方案和更嚴(yán)格的 pH 控制。

Bioreactor48 平臺(tái)（2mag，德國(guó)）與Freedom EVO(TECAN，瑞士) LHS 相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)分批補(bǔ)料和過程控制。Bioreactor通過 LHS 向含有 β-呋喃果糖苷酶的培養(yǎng)物間歇投加蔗糖，使可代謝的果糖和葡萄糖得以連續(xù)釋放。對(duì)間歇葡萄糖和酶促攝食策略的比較表明，生物量累積非常相似，但是，連續(xù)(酶促)攝食增強(qiáng)了 GFP 熒光。DO 振蕩在間歇補(bǔ)料培養(yǎng)物中顯著更大。

3.2 用于分批補(bǔ)料微生物反應(yīng)器系統(tǒng)的微流體和微型閥技術(shù)

與自動(dòng) LHS相關(guān)的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是補(bǔ)料的間歇性。近來，微流體技術(shù)已經(jīng)被實(shí)施，其目的在于開發(fā)更精確的工業(yè)過程的按比例縮小模型。微流控生物反應(yīng)器系統(tǒng)涉及對(duì)小體積流體的受控操作。

在 Mardanpour 和 Yaghmae 研究中，使用大腸桿菌作為生物催化劑，在微流控微生物燃料電池(MFC)中以分批補(bǔ)料模式從葡萄糖和尿素產(chǎn)生生物電。為了構(gòu)建微流控 MFC，使用具有單個(gè)微通道的聚甲基丙烯酸甲酯板作為主體，使用鎳基陽極和負(fù)載鉑的碳覆蓋陰極作為主體頂部和底部的電極，通過這種方式，親水性鎳表面吸收陽極電解液并促進(jìn)細(xì)胞附著，從而促進(jìn)生物膜的生長(zhǎng)。

為了確定最適合再現(xiàn)大型生物反應(yīng)器波動(dòng)條件的微流體系統(tǒng)，Ho 等人比較了三種廣泛使用的微流體設(shè)計(jì)。該研究表明，微流體系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計(jì)在定量和靈敏地再現(xiàn)典型工業(yè)規(guī)模生物反應(yīng)器中的不均勻性方面起著關(guān) 鍵作用，可能會(huì)影響分批補(bǔ)料系統(tǒng)的工藝產(chǎn)率。

微流控FlowerPlate 技術(shù)最近被用于優(yōu)化谷氨酸棒桿菌的綠色熒光蛋白(GFP) 生產(chǎn)。Morschett 等人開發(fā)了一種高通量、并行化的 pH 控制分批補(bǔ)料培養(yǎng)工作流程，可在線監(jiān)測(cè)微孔板中的生物量、pH 值、DO 和熒光。每排的兩個(gè)容器中分別加入葡萄糖-尿素補(bǔ)料溶液和 3M 磷酸(單側(cè) pH 控制)。將具有不同補(bǔ)料策略(脈沖、恒定、指數(shù))的分批補(bǔ)料工藝與標(biāo)準(zhǔn)分批工藝進(jìn)行了比較。

商業(yè)微基質(zhì)(Applikon Biotechnology，荷蘭)平臺(tái)是一種接近連續(xù)補(bǔ)料的替代方法，這種方法便于通過微型閥對(duì)每種單獨(dú)的 μBR 進(jìn)行獨(dú)立的液體添加。該最先進(jìn)系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn) 24 孔深孔板，工作體積為 2–7mL，具有集成的熒光團(tuán) pH 和溶解氧傳感器，以及每個(gè)單獨(dú)孔的獨(dú)立氣體和液體添加量。

3.3 外部補(bǔ)料策略總結(jié)

具有自動(dòng)外部補(bǔ)料和嚴(yán)格控制工藝參數(shù)的新型 MBR 技術(shù)的最新進(jìn)展，使得能夠更接近地模擬工業(yè)規(guī)模的生物過程。通過自動(dòng)化，實(shí)驗(yàn)的吞吐量和精確度得到了顯著的提高。機(jī)器人 LHS 已證明了在微尺度下有效高通量分批補(bǔ)料培養(yǎng)的潛力。它們可以與現(xiàn)有硬件相結(jié)合，并易于編程，以實(shí)現(xiàn)廣泛的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。通過安裝液體處理機(jī)器人和分析設(shè)備，對(duì) Bioreactor 培養(yǎng)平臺(tái)進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)受控分批補(bǔ)料培養(yǎng)，并具有自動(dòng)取樣和在線樣本分析功能。Mühlmann 等人的一項(xiàng)研究也證明了 RoboLector®平臺(tái)的適應(yīng)性，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)料培養(yǎng)基制備和細(xì)胞培養(yǎng)，安裝了額外的冷卻器、加熱器搖動(dòng)器和真空站。移液操作可以預(yù)先編程以執(zhí)行定義的補(bǔ)料配置文件并以高精度重復(fù)多次。LHS 補(bǔ)料的另一個(gè)限制是它的間歇性。微流體設(shè)備提供連續(xù)的補(bǔ)料供應(yīng)，以更接近地代表工業(yè)規(guī)模條件�？梢允褂梦⒘黧w裝置分配小體積，使得它們對(duì)單個(gè)細(xì)胞的研究特別有吸引力。由于對(duì)分離細(xì)胞的研究允許將細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)與細(xì)胞間或群體效應(yīng)區(qū)分開來，因此這可能有利于菌株的發(fā)育。

具有外部補(bǔ)料和無創(chuàng)在線監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化并行MBR 平臺(tái)允許在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)生成大量高質(zhì)量數(shù)據(jù)集。然而，由于高設(shè)備成本和廣泛的編程要求，投資比更簡(jiǎn)單的內(nèi)部系統(tǒng)要大得多。

04 結(jié)論

在過去的十年中，微量高通量分批補(bǔ)料培養(yǎng)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。已經(jīng)開發(fā)了各種復(fù)雜性和硬件要求不同的補(bǔ)料機(jī)制，使得流式分批培養(yǎng)越來越容易獲得。由于與傳統(tǒng)的分批培養(yǎng)系統(tǒng)相比，分批補(bǔ)料系統(tǒng)可以更接近地模擬工業(yè)規(guī)模條件，因此它們可以最大限度地降低與生物工藝規(guī)模相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

盡管成本相對(duì)較低且易于實(shí)施，在整個(gè)培養(yǎng)過程中不可能進(jìn)行精確的補(bǔ)料速率控制，并且補(bǔ)料通常僅限于單一基質(zhì)。通過引入外部硬件，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的補(bǔ)料分布和過程參數(shù)(如 pH)控制。自動(dòng)液體處理機(jī)器人可被編程為響應(yīng)于過程參數(shù)與指定設(shè)定點(diǎn)的偏差或根據(jù)預(yù)定義的補(bǔ)料曲線執(zhí)行液體添加。最近，自動(dòng)化液體處理機(jī)器人的可負(fù)擔(dān)性有了顯著提高，然而，為確保其廣泛應(yīng)用，有必要開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化操作程序和直觀的軟件，以便于其簡(jiǎn)單操作。盡管它們的高精度和靈活性很有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檠a(bǔ)料是通過間歇推注進(jìn)行的，但無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)相關(guān)的連續(xù)補(bǔ)料曲線。然而，這可以很容易地通過耦合 LHS 和酶控制的補(bǔ)料策略來解決。微流體技術(shù)也被開發(fā)出來，以便于非常小體積的連續(xù)精確補(bǔ)料。

通過將自動(dòng)化的高通量分批補(bǔ)料培養(yǎng)平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)的戰(zhàn)略設(shè)計(jì)和基于模型的優(yōu)化策略相結(jié)合，可以顯著增強(qiáng)對(duì)過程的理解，同時(shí)最大限度地減少實(shí)驗(yàn)負(fù)擔(dān)。結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來重新確定最佳補(bǔ)料添加和工藝控制策略顯示出增強(qiáng)生物工藝開發(fā)的巨大潛力。然而，關(guān)鍵工藝參數(shù)的在線和在線分析技術(shù)應(yīng)得到改進(jìn)，以充分發(fā)揮基于模型的優(yōu)化，在大多數(shù)情況下，對(duì)優(yōu)化至關(guān)重要的底物利用率和產(chǎn)物形成等參數(shù)僅限于離線分析。對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)（如色譜）的快速在線替代品的開發(fā)將特別有利于重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)策略。

盡管該綜述中討論的技術(shù)顯示出高效和低風(fēng)險(xiǎn)生物工藝開發(fā)的巨大潛力，但目前自動(dòng)化培養(yǎng)平臺(tái)的高成本和復(fù)雜性限制了它們的廣泛應(yīng)用。此外，這些技術(shù)和方法的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的共同使用和接受至關(guān)重要，未來的工作還應(yīng)側(cè)重于開發(fā) FOSS 和 FOSH 以提高可訪問性。

曼森平行生物反應(yīng)器分批補(bǔ)料應(yīng)用

曼森采用Watson-malow 400A高精度泵頭，16 路補(bǔ)料，平均每個(gè)罐有四路補(bǔ)料，蠕動(dòng)泵流量可設(shè)定，連續(xù)可調(diào)；每個(gè)蠕動(dòng)泵的功能可單獨(dú)分配，可以作為酸泵、堿泵、補(bǔ)料泵、消泡泵、液位控制泵。