英国Aber活细胞浓度在线分析仪技术交流

英国Aber活细胞浓度在线分析仪技术交流

一、 品牌与产品概述

英国Aber Instruments有限公司是一家专注于生物过程监测技术的高科技企业，自1989年成立以来，长期服务于全球生物制药、发酵工业及学术研究领域。公司致力于为细胞培养和微生物发酵过程提供可靠的过程分析工具，其核心技术围绕电容法测量原理展开，该技术能够有效区分活细胞与死细胞或其他颗粒，实现对生物反应器中活细胞浓度（Viable Cell Density, VCD） 的在线、实时、无损监测。

除了核心的电容法在线分析系统，Aber也提供基于其他原理的辅助监测产品，形成了一套从实验室研发到大规模生产的生物过程监测解决方案。其产品线设计旨在满足不同规模、不同通量和不同预算的用户需求。

二、 主要产品与型号列举

Aber的产品体系主要可分为在线监测系统、实验室用测量设备以及配套的附件与软件。

1. 主要产品类型

Ø 在线活细胞浓度（电容法）分析仪

Ø 在线生物量（电导法）分析仪

Ø 实验室用手持式生物量传感器

Ø 多通道并行微型生物反应器监测系统

Ø 原位取样与离线分析接口系统

Ø 一次性使用（一次性生物反应器用）电容传感器

Ø 生物过程数据采集与监控软件

Ø 传感器校准与验证套件

Ø 用于高压灭菌的在线传感器

Ø 适用于玻璃罐体的在线传感器组装件

2. 主要产品型号

Ø FUTURA系列：经典的在线单参数（活细胞浓度）分析仪主力型号，如FUTURA Single。

Ø FLEXI系列：模块化、可扩展的多参数分析系统，可集成电容、pH、溶氧等传感器。

Ø OPTURA系列：新一代在线及实验室用产品线，提升了信号处理与连接能力。

Ø OPTURA PALM：手持式、非侵入式的实验室用生物量（基于近红外反射原理）测量仪。

Ø BIOMASS SYSTEM 2100/2200：早期的生物量（总细胞）在线监测系统型号。

Ø Aber® Micro：专为微型生物反应器或多通道平行反应系统设计的小型化电容传感器。

Ø Aber® S.U.B. Sensor：专为一次性生物反应器（Single-Use Bioreactor）设计的预灭菌、即插即用型电容传感器。

Ø AberLOG Data System：生物过程数据记录与管理软件。

Ø FUTURA-Duo：可同时连接两个电容探头的双通道分析仪。

Ø Calibration Verification Kit：用于确保电容传感器测量准确性的标准验证工具包。

三、 产品介绍与技术原理

以下选取两个代表性产品进行介绍：

1. FUTURA 单参数在线分析仪

产品介绍：FUTURA系列是Aber Instruments的核心在线监测产品，用于在生物反应器生产过程中，对活细胞浓度进行持续不断的测量。它通过专用电缆与浸入反应液中的电容传感器探头连接，将实时的测量数据传送至控制系统或记录仪。

技术参数：

Ø 测量范围：通常覆盖0.1%至70%的细胞体积浓度，具体取决于细胞类型和探头型号。

Ø 输出信号：4-20 mA模拟量输出及数字通讯接口（如Modbus）。

Ø 探头耐受性：可耐受高压蒸汽灭菌（SIP），适用于长期在位灭菌的生产环境。

工作原理：

其核心基于电容法。当对细胞悬浮液施加一个高频电场时，活细胞的完整细胞膜会像微小的电容器一样被极化，产生可测量的电容信号。而死细胞、细胞碎片或培养基中的其他非活性物质的细胞膜已破损，对此信号贡献极小。因此，仪器测得的电容值与样品中活细胞的体积浓度成正比。

2. OPTURA PALM 手持式生物量测量仪

产品介绍：OPTURA PALM是一款为实验室研发和工艺开发设计的便携式设备。它无需取样，可直接在培养瓶（如摇瓶）外部进行快速测量，为研究人员提供细胞生长趋势的即时反馈。

技术参数：

Ø 测量原理：近红外（NIR）生物反射技术。

Ø 测量深度：光信号可穿透培养容器壁并深入培养基约2.5厘米。

Ø 数据存储：设备本地可存储大量单次测量数据。

Ø 测量时间：每次读数仅需数秒。

工作原理：

该设备发射特定波长的近红外光，光线穿透培养容器壁后进入培养液。溶液中的细胞会将部分光线反射回来。检测器接收反射光强度，该强度与光路中的细胞密度（生物量）相关，通过内置算法计算出相对生物量单位。

四、 核心特点

综合来看，Aber的活细胞浓度分析方案具备以下几个特点：

Ø 过程信息的直接性与实时性：在线电容法能够每分每秒提供活细胞浓度的真实变化，无需等待耗时的离线取样分析，有助于即时发现异常、优化控制策略。

Ø 测量的区分能力：电容原理对完整细胞膜的特异性响应，使其数据更能直接反映过程的“健康"状态——即活细胞群体的动态，而不仅仅是总细胞数。

Ø 适用于多种工艺场景：产品线覆盖了从微型反应器到大规模生产罐，从可重复使用的玻璃/不锈钢罐到一次性生物反应器，为用户提供了连贯的技术方案。

Ø 支持工艺开发与放大：实验室手持设备与在线系统的数据可以相互参考，有助于建立从小试到生产的可靠工艺放大模型。

五、 应用领域

Aber的分析仪在以下领域有较为广泛的应用：

Ø 哺乳动物细胞培养：在单克隆抗体、重组蛋白、病毒疫苗等生物制品的生产过程中，精准监测CHO、HEK293等细胞的生长与存活状态，用于确定最佳补料时间、病毒感染时间点和收获终点。

Ø 微生物发酵：在工业酶制剂、抗生素、氨基酸等产品的发酵中，监控酵母、细菌等菌体的活细胞浓度，优化发酵周期，提高产物得率。

Ø 细胞与基因治疗（CGT）：在CAR-T细胞、干细胞等治疗产品的扩增工艺中，实时了解免疫细胞的生长情况，对控制产品质量和工艺一致性有帮助。

Ø 工艺开发与优化：在研发机构的生物过程开发实验室，用于快速评估不同培养基、培养条件或细胞株对生长动力学的影响，加速工艺开发流程。

Ø 学术研究：在高校和科研院所的基础生命科学研究中，作为精确量化细胞生长的手段，用于生理学、代谢工程等研究。

总结

英国Aber Instruments提供的活细胞浓度在线分析技术，通过电容法等原理，为现代生物制造提供了一个关键的“过程感知"窗口。其从实验室到生产线的产品组合，使研究人员和工程师能够更清晰地洞察细胞培养过程的“黑箱"，从而在提升工艺理解、保证产品一致性、提高生产效率和降低风险方面发挥作用。在实际选型和应用中，需结合具体的细胞类型、工艺规模、反应器类型及数据整合需求进行综合考虑。