應用案例

如何正确的選擇搖床振幅?

導語:搖床的振幅指托盤在做圓周運動時候的直徑,有時候我們也叫“振蕩直徑”或“軌道直徑”符号:Ø。作為标準,Infors提供振幅為3mm,25mm和50mm的搖床。


什麼是搖床的振幅?

搖床的振幅指托盤在做圓周運動時候的直徑,有時候我們也叫“振蕩直徑”或“軌道直徑”符号:Ø。作為标準,Infors提供振幅為3mm,25mm和50mm的搖床。

什麼是氧氣傳遞效率(OTR)?
氧氣傳遞效率是指,氧氣從大氣中傳入到液體中的效率。 OTR數值越高,氧傳遞效率越高。

振幅和轉速的影響
這兩個因素都會影響培養瓶中培養基的混合。 混合效果越好,氧傳遞速率(OTR)就越好。遵循這些指導原則,可以選擇最适合的振幅和轉速。
一般來說,選擇25mm振幅可以作為萬能振幅應用于所有培養。
正因為如此,大多搖床的振幅都是25毫米。在一些應用中,如果對氧傳遞/細胞生長有特殊的限制,可能會選擇一些特殊的振幅。

細菌,酵母和真菌培養:
搖瓶中的氧氣傳遞效率比生物反應器低得多。多數情況下氧傳遞可能是搖瓶培養的限制因素。 振幅與錐形培養瓶的大小相關:大瓶使用大振幅。
建議:25mm振幅應用于從25毫升到2升的錐形培養瓶
50mm振幅應用于2升至5升的錐形培養瓶

細胞培養:
* 然而,哺乳動物細胞培養對氧氣的需求相對較低,較低的功率輸入即可。
* 對于250mL搖瓶,在較為寬廣的振幅和振速範圍(20-60mm振幅;100-300rpm)都可以提供足夠的氧氣傳遞。
* 如果直徑較大的燒瓶(Fernbach燒瓶)推薦使用50毫米振幅
* 使用一次性培養袋,推薦使用50mm振幅。


微孔闆和深孔闆:
對微孔闆和深孔闆有兩種不同的方法可以獲得最大的氧氣轉移!
* 50mm振幅,轉速不低于250rpm 
* 使用3mm振幅,轉速在800-1000rpm

請注意以下幾點

在許多情況下即使選擇了合理的振幅,也未必能增加生物培養量,因為培養量的增加會受到多個因素影響。舉例:如果十個因素中有一兩個不理想,那麼無論其他因素有多好,培養量的增長都是有限的,或者可以這樣說,如果培養量的受限因素隻有氧傳遞時,振幅的正确選擇會得到明顯的培養箱增加。比如,碳源若是受限因素,無論氧傳遞效果多好,也不會達到理想的培養量。

振幅和轉速
振幅和轉速都會對氧傳遞造成影響。如果在轉速很低(比如100rpm)的細胞培養中,振幅的不同對氧傳遞幾乎沒有明顯影響。要達到最高的氧傳遞效果,首先是盡可能的提高轉速,托盤會适當的平衡轉速。并不是所有的培養物都能夠在高速震蕩下良好生長,一些對剪切力敏感的培養物,高轉速會導緻培養物死亡。

其他影響因素
其他因素對氧傳遞也會有影響: 
* 裝液量,錐形燒瓶的裝液量為不超過總體積的三分之一。如果要達到最大氧傳遞,裝液量不能超過10%。永遠不要将裝液量達到50%。
* 擾流闆:在所有類型的培養中,擾流闆都有效提高氧傳遞。有些廠家推薦使用“超高産量”培養瓶。這種瓶的擾流闆會增大液體摩擦力,搖床可能會達不到最大設定轉速。

振幅和轉速的關聯關系
搖瓶中的離心力可以通過下面公式計算
FC=rpm2 ×振幅
離心力和振幅間存在線性關系:如果使用25mm振幅 到 50mm振幅(轉速相同),離心力增加了2倍
離心力和轉速存在平方關系:
如果轉速提高到2倍(振幅相同),離心力提高4倍。如果轉速提高到3倍,離心力則提高9倍!
如果用振幅25mm,在給定的速度下,進行培養。如果希望用振幅50mm,達到相同的離心力,轉速應該用1/2的平方根計算,因此您應該使用70%的轉速,達到形同的培養條件。

請注意上述隻是理論上的計算離心力的方法。現實應用中會有其他影響因素。這種計算方法可以得到近似值,供操作參考。

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