Process Mass Spectrometry in Biotechnology

Význam tématu

Online sledování složení plynné fáze fermentorů a bioreaktorů je klíčové pro řízení biotechnologických procesů v reálném čase. Použití procesní hmotnostní spektrometrie umožňuje včasnou detekci kontaminace, optimalizaci dýchání buněk a přesné odhady klíčových parametrů (viabilní biomasa, spotřeba glukózy, produkce metabolitů) bez zachodilých odběrů vzorků.

Cíle a přehled studie / článku

Představení nové generace přístroje Thermo Scientific Prima PRO process mass spectrometer s magnetickým sektorem. Hodnocení jeho schopností v oblasti rychlé online analýzy plynů, spolehlivosti provozu, přesnosti měření a finanční návratnosti investice (ROI) při monitorování až 60 fermentorů/bioreaktorů.

Použitá metodika a instrumentace

Prima PRO vychází z magnetického sektoru pro separaci iontů s vysokou energií paprsku (1 kV), kombinuje detektor Faraday Cup pro koncentrace v procentech a vysokých ppm a SEM pro nízké ppm/ppb. Ionizace probíhá elektronovým paprskem ve vakuu.

• Rapid Multi-Stream Sampler (RMS): přepínání až 64 vstupů, tepelně stabilizovaný na +120 °C, až šest milionů cyklů/rok
• Integrované řízení přes PLC/DCS s možností napojení na FT-NIR
• Metodika měření OUR, CER a výpočet RQ

Hlavní výsledky a diskuse

Prima PRO dosahuje dostupnosti >99,7 % a automatizované kalibrace každých 30–90 dní. Analýza klíčových plynů (N₂, O₂, Ar, CO₂) trvá 1–20 s, doplnění metanol/ethanol +3 s. Stabilita měření O₂: 13 ppm (30 s), 27 ppm (3 s). Reálná data umožňují sledování změn kLa, detekci driftu DO₂ sondy a přesné řízení krmných režimů vyvolaných hodnotou RQ.

Přínosy a praktické využití metody

• Včasná signalizace kontaminace před inokulací
• Optimalizace přechodu inokula a krmných přídavků
• Podpora pokročilých metod řízení (MPC, ANN, PCA, PLS)
• Sledování metabolit (methanol, ethanol, amoniak) jako ukazatelů metabolismu
• Kontrola a optimalizace kLa, agitačního režimu a složení sparge plynu

Budoucí trendy a možnosti využití

Další integrace s umělou inteligencí a hybridními modely pro plně uzavřené smyčky řízení. Rozšíření multiplexu a miniaturizace senzoriky přispěje k širokému nasazení v oblasti buněčných terapií, bioprodukce vysoce čistých proteinů a personalizované medicíny.

Závěr

Prima PRO process mass spectrometer představuje robustní, rychlý a přesný nástroj pro online procesní analýzu v biotechnologii. Umožňuje zvýšit produktivitu, snížit náklady na údržbu a zajistit spolehlivé řízení fermentačních i kultivačních procesů.

Reference

Nejsou uvedeny.