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

背景:調(diào)節(jié)生物反應(yīng)器中的氧氣和二氧化碳水平
較小的生物反應(yīng)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(yīng)器，因?yàn)檩^低的表面積與體積比會導(dǎo)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(tǒng)是有用的，因?yàn)樗鼈兛梢詽M足不同的過程需求。例如，宏觀噴霧器產(chǎn)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(qiáng)烈的攪拌才能使其破裂并釋放氧氣。
雖然這對耐寒的細(xì)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(xì)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(lián)微型分散器產(chǎn)生更小的氣泡，從而更有效地輸送氧氣。

挑戰(zhàn):氣泡特性影響氧氣傳質(zhì)和CO2溶出
氣泡的形成和大小影響氧氣在整個生物反應(yīng)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(zhì)和壓力等因素的影響。例如，微型噴射器傾向于產(chǎn)生較小的球形氣泡，而宏觀噴射器傾向于產(chǎn)生稍大且形狀不均勻的氣泡。
氣泡的形狀和大小決定了細(xì)胞將經(jīng)歷的剪切應(yīng)力的大小，二氧化碳剝離的有效性，以及氧氣的傳質(zhì)。因此，優(yōu)化噴霧器以確保氧氣氣泡大小和分布均勻且不會損壞細(xì)胞是很重要的。這可能是一個挑戰(zhàn)，因?yàn)閲娚淦鞯臍馀葺敵隹赡軙鶕?jù)流量和容器尺寸而發(fā)生顯著變化。這種不可預(yù)測的行為使得確定剪切力和氧傳質(zhì)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(tǒng)O2S-FR-T2-18BM-C產(chǎn)品特性：

1.傳感器快速響應(yīng) T90<4s，不需要環(huán)境溫度和氣壓穩(wěn)定。
2.維護(hù)簡單，在新鮮空氣中單點(diǎn)校準(zhǔn)即可滿足全量程精度（默認(rèn)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(tǒng)。
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(shù)，請?jiān)谶@里了解更多關(guān)于Rotronic如何測量CO2的信息。紅外吸收的問題是，如果發(fā)生冷凝，那么光源可能會被水折射，無法到達(dá)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(fā)生冷凝，很可能會出現(xiàn)正氣體讀數(shù)，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(fù)。Rotronic采用紅外吸收技術(shù)，確保對二氧化碳進(jìn)行準(zhǔn)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(yīng)用：
制藥工業(yè)
沼氣廠
任何類型的發(fā)酵過程
實(shí)驗(yàn)室規(guī)模化監(jiān)控
大型工業(yè)工廠
平行生物反應(yīng)器
一次性搖擺反應(yīng)器

審核編輯黃宇