Der INTEGRATOR - zuverlässigere Informationen zum Metabolismus

Mehr zu... Quantifizierung von Flüssigkeiten (mit Glucose-, Säure- & Basepumpen) bzw. von Gasen (mit MASSFLOW)

Der LAMBDA INTEGRATOR erlaubt die Quantifizierung der gepumpten Flüssigkeit im Verlauf der Zeit und lässt so auf Folgendes schliessen:

• Quantifizierung und Steuerung der metabolischen Aktivität von Zellen während der Fermentation bzw. in Zellkulturen (pH-Steuerung, Redoxpotential, pO2, pCO2, Leitfähigkeit,...)
• Messung der Enzymaktivität (Esterasen, Acylasen, Lipasen, Proteasen und anderen Enzyme)
• Informationen zur Reaktionskinetik
• Indikator für das Ende von chemischen, biochemischen Reaktionen und Biotransformationen
• Informationen über mögliche Störungen während der Fermentation
• Informationen zum Zellwachstum
• Informationen über die Kinetik der Mikroorganismen

Der LAMBDA INTEGRATOR erlaubt die einfache und genaue Bestimmung der durch eine Pumpe zugegebenen Flüssigkeitsmenge bzw. durch einen MASSFLOW zugegebene Gasmenge. Er ist klein und platzsparend und indem er ganz einfach unter die Pumpe oder den MASSFLOW geschoben wird, nimmt er keine kostbare Laborfläche in Anspruch.

Wie funktioniert ein Integrator?

Der Integrator registriert die elektrischen Impulse, die vom Massenflusssensor generiert werden bzw. welche an den Pumpenantrieb geleitet werden, und wandelt diese in Gleichstrom um. Die resultierende Spannung kann dann gemessen und aufgezeichnet werden. Damit liefert das Gerät die Quantifizierung der gepumpten Flüssigkeit bzw. der durchgehenden Gasmenge im Verlauf der Zeit.

Wozu wird der Integrator verwendet?

Wissenschaftler brauchen oft zusätzliche Informationen über das Wachstum und die metabolische Aktivität Ihrer zu untersuchenden Zellen. Für diesen Zweck halten sie zum Beispiel Ausschau nach Instrumenten, die die optische Dichte (OD) einer Zellkultur messen.

Die Optische Dichte (OD) ist eine logarithmische Funktion. Deshalb bedeutet die Erhöhung der OD um 1 eine zehnfache Abnahme des Lichts, das durch die Messprobe dringt. Bei einer OD von 4 ist die Lichtintensität um einen Faktor 10'000 gesenkt. Da besteht kein weiterer Erklärungsbedarf, dass ein so schlechtes Lichtsignal präzise zu messen, eine ganz besondere Herausforderung an die Elektronik stellt. In industriellen Biotransformationen mit Bakterien werden sogar Zelldichten zwischen OD 20 und OD 100 angestrebt. Auch wenn heutzutage unterschiedliche Lösungen zur optischen Messung im Bioreaktor und im Fermenter angeboten werden, so ist unter solchen Bedingungen bisher keine wirklich befriedigend.

In Tat und Wahrheit existieren viele Interferenzen während einer solchen Online-Messung:

1) Als erstes sei auch die wichtigste Fehlerquelle genannt: die Optische Dichte bezieht sich auf die Gesamtzellzahl und damit auch die toten Zellen. Die gemessenen OD650nm Resultate ersetzen somit nicht die Lebendzellzahl-Bestimmung, die durch Zellfärbung unter dem Mikroskop bzw. durch das Ausplattieren der verdünnten Fermenterprobe auf Nährböden ermittelt wird. Wenn viele tote Zellen in der Zellkultur vorhanden sind, ist die daraus berechnete metabolische Aktivität sicherlich falsch.

2) Ebenfalls können kleine Gasbläschen fälschlich als Zellen gemessen werden! Die Anzahl von mikroskopisch kleinen Gasbläschen ist für die Online-Messung ein besonders großes Problem in Fermentationen mit hoher Zelldichte, starker Belüftung bzw. hohem Gaseintrag ins Flüssigmedium (siehe Zunahme des Arbeitsvolumens durch die Gasaufnahme)

3) Während der Biotranformation kommt es nicht selten zu Ausfällungen oder Verfärbungen, die ebenfalls die Schätzung der Zellaktivität verfälscht.

Was wirklich gebraucht wird, ist ein Parameter, der einfach gemessen werden kann und eine klare Einschätzung der Zellaktivität zulässt. Mit dem LAMBDA INTEGRATOR bieten wir Ihnen ein solches Instrument:

Der Metabolismus aller lebenden Organismen ist schlussendlich mit der Produktion oder dem Verbrauch von Säuren bzw. Basen verbunden. Dieser Verbrauch ist messbar und steht mit dem Zellwachstum oder der Zellaktivität in Zusammenhang.

Die metabolische Aktivität der Mikroorganismen und tierischen Zellkulturen resultiert schlussendlich in einer pH-Veränderung des Mediums. Der pH des Mediums wird deshalb mit Hilfe der automatischen pH-Regelung des MINIFORs durch die laufende Zugabe von Säure- und / oder Base konstant gehalten.

LAMBDA INTEGRATOR erlaubt die Darstellung der zugegebenen Säure- oder Basemenge als Funktion der Zeit. Die Konzentration der Säure oder Base ist bekannt, und durch die vom INTEGRATOR gelieferten Daten kann die genaue zugefügte Base- oder Säuremenge mit der nötigen analytischen Präzision berechnet werden.

Aus dem gemessenen Säure- und Baseverbrauch kann die metabolische Aktivität weitaus genauer berechnet werden als es die Messung einer OD-Sonde erlaubt. Die Anschaffungskosten für einen INTEGRATOR liegen mindestens zwanzigfach tiefer als jene einer OD-Sonde für ihren Fermentor, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung bei der Geräteanschaffung führt.

Sie können den Verlauf einer Biotransformation und den Zustand Ihrer Zellkultur durch die Summierung des Säureverbrauchs verfolgen:

Im Diagramm unten finden Sie die Aufzeichnung der Säurepumpenaktivität während der Biotransformation als rote Messkurve. Ihr exponentieller Verlauf verweist auf die richtige Messung der Zellaktivität, die in dieser Biotransformation zu erwarten ist.

Diese durch den INTEGRATOR aufgezeichnete Information ist ein wichtiges Instrument zur laufenden Kontrolle Ihrer Fermentation auf Ihrem Bildschirm, um notfalls unverzüglich eingreifen zu können. Die Aufzeichnung dient nebst der Versuchskontrolle auch zur Überprüfung der Wiederholbarkeit mehrerer Versuche.

LAMBDA–Kunden sind überzeugt vom INTEGRATOR und installieren ihn auf nahezu jeden Parameter. Kein Wunder, denn Zellen sind so komplex, dass jede zusätzliche Information hilfreich ist.