每個生物反應器系統都依賴于向細胞培養物中引入氧氣，并去除二氧化碳以防止細胞毒性。
各種生物反應器的特性和組件對這些過程的優化至關重要，包括分散器、葉輪、擋板和生物反應器形狀。在這里，我們將介紹在生物反應器中的使用，并討論它們面臨的尾氣監控的技術挑戰和解決方案。

背景:調節生物反應器中的氧氣和二氧化碳水平
較小的生物反應器可以有效地分配氧氣和去除二氧化碳，而不需要噴霧器。然而，這些措施不適用于大型生物反應器，因為較低的表面積與體積比會導致二氧化碳積聚并阻礙氧氣的滲透。因此，需要噴霧器來引入氧氣和去除二氧化碳。
通常，同時具有微觀和宏觀分散器的系統是有用的，因為它們可以滿足不同的過程需求。例如，宏觀噴霧器產生的較大氣泡可以有效地去除溶液中的溶解二氧化碳，而大氣泡需要強烈的攪拌才能使其破裂并釋放氧氣。
雖然這對耐寒的細胞系來說可能沒問題，但這種攪動可能會對更脆弱的哺乳動物細胞造成損害。在這種情況下，首先可以使用功率較低的宏觀分散器去除二氧化碳，然后使用串聯微型分散器產生更小的氣泡，從而更有效地輸送氧氣。

挑戰:氣泡特性影響氧氣傳質和CO2溶出
氣泡的形成和大小影響氧氣在整個生物反應器中的分散方式。氣泡的特征受孔隙大小和分布、噴淋材料、流速、液氣性質和壓力等因素的影響。例如，微型噴射器傾向于產生較小的球形氣泡，而宏觀噴射器傾向于產生稍大且形狀不均勻的氣泡。
氣泡的形狀和大小決定了細胞將經歷的剪切應力的大小，二氧化碳剝離的有效性，以及氧氣的傳質。因此，優化噴霧器以確保氧氣氣泡大小和分布均勻且不會損壞細胞是很重要的。這可能是一個挑戰，因為噴射器的氣泡輸出可能會根據流量和容器尺寸而發生顯著變化。這種不可預測的行為使得確定剪切力和氧傳質變得困難。
ZrO2氧化鋯氧氣傳感器和紅外IR傳感器測量CO2濃度

一、氧氣傳感器（ZrO2傳感器）
氧化鋯氧氣傳感器系統O2S-FR-T2-18BM-C產品特性：

1.傳感器快速響應 T90<4s，不需要環境溫度和氣壓穩定。
2.維護簡單，在新鮮空氣中單點校準即可滿足全量程精度（默認空氣為20.7%氧濃度）。
3.工作電壓24Vdc和輸出4-20mA線性信號，和ModbusRTU 485信號便于接入PLC系統。
4.測量氧濃度范圍0-25%Vol，50%可選擇，整體耐溫范圍 -40 to80℃

二、二氧化碳傳感器（IR紅外CO2傳感器）：%CO2

紅外吸收（IR）是用于CO2測量的十分常見的傳感技術，請在這里了解更多關于Rotronic如何測量CO2的信息。紅外吸收的問題是，如果發生冷凝，那么光源可能會被水折射，無法到達光探測器。為了避免這個問題，CCA-S-20X被加熱以避免形成冷凝。如果發生冷凝，很可能會出現正氣體讀數，而不是傳感器故障。一旦傳感器充分加熱以排出水，它們就會從冷凝中恢復。Rotronic采用紅外吸收技術，確保對二氧化碳進行準確的測量。CCA-S-20X Set傳感器可以測量0…10%的二氧化碳，0-20%以及其他濃度可選。

典型應用：
制藥工業
沼氣廠
任何類型的發酵過程
實驗室規模化監控
大型工業工廠
平行生物反應器
一次性搖擺反應器

審核編輯黃宇