[发明专利]一种生物培养液透射光谱获取方法及适用该方法的反应器

说明书

技术领域

本发明属于光谱检测领域，特别涉及透射光谱数据快速实时获取方法及工具。

技术背景

生物反应器中生物培养液里成分含量的定量信息的快速实时获取，是进行其生产过程控制决策的基础，是实现其高效、低成本自动化生产管理的关键因素之一。光谱分析技术是一种已经被证明了的，可以快速获取物质内部成分的无损检测方法。传统的生物培养液光谱获取方法主要有以下几种：

第一种是将培养液从生物反应器中抽提出来，放入样品池内，然后进行光谱的测量。但是这样的采样过程，会造成生物反应器内部与外界接触，从而很容易污染生物反应器。而且采样过程无法实现实时在线的信息获取，测量过程耗费时间，且不易实现自动化采样。

第二种是将光谱测量探头插入生物反应器内。这个方法需要对光谱探头进行杀菌后，长时间地将光谱探头插入反应器内，如果需要测量很多个样本点的话，就需要很多个光谱探头，成本较高。此外，杀菌方法一般都要求高温高压，这会对探头造成伤害，而用化学试剂杀菌的话，残留的化学试剂会对生物反应器中的生物造成很大的影响，同时由于生物反应器中生物培养液一般需要搅动，而流动的培养液对光谱信号的采集影响非常大。

第三种是直接将光谱探头放置接触到生物反应器的表面，从而测量生物培养液的反射光谱，由于长方体与圆柱体相比，相同体积下耗费的材料多，且反应器有棱角的话搅拌时会有阻力，并且搅拌死角，不利于液体搅拌，所以反应器一般为圆柱体，表面为曲面，检测时反应器的反射光会对检测结果造成影响，且信号较差，同时生物培养液搅动对光谱测量的影响依然存在。

对于需要封闭培养的生物培养液来说，采用上述三种方法都很难准确而快速地获取光谱数据。

S．Alison Arnold等人于2003年在《生物技术与生物工程》（《BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING》， VOL. 84， NO. 1， OCTOBER 5，2003）上发表的论文“哺乳动物细胞培养关键成分的原位近红外光谱监测”（In-Situ Near Infrared Spectroscopy to Monitor Key Analytes in Mammalian Cell Cultivation）中提到，在光谱数据的获取中，将光谱探头伸入培养液中，这种方法对光谱探头会有损伤，且要对光谱探头进行严格消毒，否则将对培养液中的培养物造成很大影响。

中国专利局2006年7月12日公告的CN1802120A号专利，名称为利用近红外光谱对溶液和分散液进行定量分析的方法和装置，该专利所用的方法类似于上述第三种检测方法，从容器表面进行照射并对产品的反射或传输的射线进行检测，该方法使用过程中，由于容器表面为曲面，每个角度对射线的反射特性不同，对每次检测获取的数据都有不同程度的影响。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的生物培养液的光谱数据获取方法误差较大且效率低的问题，设计一种生物培养液透射光谱快速实时的获取方法及适用该方法的反应器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种生物培养液透射光谱获取方法，使用光源和光谱探头来获取透射光谱数据，生物培养液在反应器中培养，并定时对生物培养液进行搅动，反应器侧壁上设有抽筒，透射光谱获取步骤为：将生物培养液抽取到抽筒内，光源和光谱探头分别放置在抽筒两侧，获取抽筒内生物培养液的透射光谱数据，数据获取后将抽筒内的生物培养液重新送入反应器中进行培养。对生物培养液进行搅动来保持培养液均匀，搅拌后将生物培养液抽取到抽筒中，由于抽筒容量小且相对独立，生物培养液在抽筒中相对稳定，将搅拌后液体流动对透射光谱数据的影响减少到可以忽略的程度，获取的数据更为准确，在获取数据后将培养液重新送入反应器中，整个透射光谱获取过程中生物培养液无需与外界接触，即不会对生物培养液造成污染，又省略了取样过程，避免样品与外界接触后获得数据与实际数据不符。

作为优选，光源发出的射线依次穿过抽筒一侧壁、生物培养液、抽筒另一侧壁后被光谱探头获取，射线穿过的两侧壁与射线方向垂直。射线在穿过抽筒侧壁时，如果抽筒侧壁为弧形，不与射线方向垂直，射线会产生折射，而每次检测时很难做到将光源和光谱探头对准抽筒侧壁的同一个位置，那么每次检测过程中射线的折射角度都会不同，对最后获取的透射光谱数据造成影响。所以保持抽筒侧壁与射线方向垂直，可以将这种影响减小。