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在線監(jiān)測(cè)培養(yǎng)參數(shù)
BioLector微型生物反應(yīng)器適用于高通量篩選、培養(yǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)（如pH、生物量、溶氧值、振搖速度、熒光強(qiáng)度）以及補(bǔ)料策略優(yōu)化等。能夠在連續(xù)的振搖及補(bǔ)料控制下實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)所有參數(shù)。
在本示例中，我們采用BioLector微型生物反應(yīng)器確定培養(yǎng)體系的補(bǔ)料策略。以及搭配儀器搭載精密光照模塊（LAM）BioLector XT微型生物反應(yīng)器，用于微藻小球藻（Chlorella vulgaris）的光合自養(yǎng)培養(yǎng)。
細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果
圖2為長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)過(guò)程中散射光（生物量）、葉綠素?zé)晒夂蚿H的在線測(cè)量結(jié)果。如圖所示，為期16天的培養(yǎng)監(jiān)測(cè)中，生物量濃度（顯示為灰線）持續(xù)增加，直至CO2供應(yīng)被關(guān)閉。圖中可觀察到五個(gè)不同的生長(zhǎng)階段：首先是滯后和指數(shù)生長(zhǎng)期（I.），之后是三個(gè)不同速度的線性生長(zhǎng)期（II.至IV.），最后是CO2耗盡后進(jìn)入的死亡階段（V.）。pH和葉綠素信號(hào)（分別顯示為紅線和綠線）的變化過(guò)程與觀察到的生長(zhǎng)階段相關(guān)。
在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，散射光信號(hào)的平均變異系數(shù)為5.2%，變異系數(shù)較低，表明BioLector中的設(shè)置適用于并行光營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)。
上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，BioLector XT微型生物反應(yīng)器適用于微藻的長(zhǎng)期培養(yǎng)與監(jiān)測(cè)。在測(cè)量過(guò)程中連續(xù)振搖，可確保懸浮細(xì)胞的持續(xù)傳質(zhì)和均質(zhì)。并且，該微型生物反應(yīng)器可并行處理多達(dá)48個(gè)樣品的高通量篩選。在微藻培養(yǎng)過(guò)程中，BioLector XT可精準(zhǔn)調(diào)控重要培養(yǎng)參數(shù)，如光照、氣體流量、氣體組分、溫度、pH和碳源補(bǔ)給等。
細(xì)胞生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)
細(xì)胞大小是了解細(xì)胞周期、滲透應(yīng)激補(bǔ)償、細(xì)胞凋亡、發(fā)病機(jī)理、吞噬作用、物種多樣性等各種細(xì)胞機(jī)制的關(guān)鍵參數(shù)。
Multisizer 4e庫(kù)爾特計(jì)數(shù)器是一款可檢測(cè)粒徑為200nm至1,600μm的多功能顆粒計(jì)數(shù)和表征系統(tǒng)。
該系統(tǒng)基于庫(kù)爾特原理，通過(guò)電感應(yīng)區(qū)檢測(cè)待測(cè)顆粒，無(wú)論該顆粒的性質(zhì)或光學(xué)特性如何。懸浮在0.9%電解質(zhì)溶液中的顆粒可通過(guò)小圓孔。小孔兩側(cè)溶液中的兩根電極產(chǎn)生電流。每個(gè)顆粒通過(guò)小孔時(shí)，均取代相同體積的導(dǎo)電溶液，使小孔電阻瞬時(shí)增大，從而產(chǎn)生與顆粒體積成比例的電壓脈沖。脈沖數(shù)量即表示顆粒數(shù)量，而產(chǎn)生的脈沖的高度取決于顆粒體積。4這使得研究人員可準(zhǔn)確測(cè)定樣品的體積、數(shù)量和細(xì)胞濃度，并實(shí)時(shí)檢測(cè)大小變化。在下面的例子中， Multisizer 4e被用來(lái)評(píng)估微藻細(xì)胞培養(yǎng)中細(xì)胞大小的范圍。
將藻類細(xì)胞培養(yǎng)樣品置入10mL Accuvette ST樣品杯中，并使用Isoton 2電解液按1∶200進(jìn)行稀釋。每次測(cè)量取500μL稀釋液。所用小孔管為100μm，每次測(cè)量持續(xù)13秒。利用數(shù)字脈沖處理（DPP）技術(shù)對(duì)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。DPP能夠采集、存儲(chǔ)和顯示每個(gè)脈沖信號(hào)。這意味著后續(xù)可以單獨(dú)評(píng)估脈沖頻譜的各個(gè)區(qū)域。
圖3所示的實(shí)驗(yàn)DPP數(shù)據(jù)表明，此次培養(yǎng)的微藻大小在2~11.5μm之間。
DPP技術(shù)可提供超高分辨率和準(zhǔn)確度，如能檢測(cè)1mL樣品中的1個(gè)顆粒。這是目前其他技術(shù)無(wú)法企及的檢測(cè)水平。因此，該技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛。例如，Multisizer 儀器已被用于評(píng)估微藻小球藻 (Chlorella vulgaris) 在培養(yǎng)pH值變化后的生長(zhǎng)性能。5此外，Multisizer還被用來(lái)評(píng)估用于研究甾醇生物合成的四種淡水綠藻（Chlorella variabilis、Chlorella sorokiniana、Chlamydomonas reinhardtii和Coccomyxa subellipsoide）的培養(yǎng)細(xì)胞豐度。6在另一項(xiàng)研究中，研究人員使用Multisizer建立了一個(gè)模型，用以預(yù)測(cè)微藻在珠磨機(jī)中的細(xì)胞破碎率。7破碎是藻類生物煉制的第一步，因?yàn)槠扑楹笊锓肿硬裴尫诺浇橘|(zhì)中，因此該模型對(duì)珠磨機(jī)優(yōu)化和放大研究很有意義。
結(jié)論
BioLector XT高通量微型生物反應(yīng)器和Multisizer 4e庫(kù)爾特顆粒計(jì)數(shù)器均為具有直觀用戶界面的臺(tái)式設(shè)備，可在實(shí)驗(yàn)室中用于優(yōu)化和監(jiān)測(cè)藻類細(xì)胞培養(yǎng)。
● 參考文獻(xiàn)：
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5. Filali R, Tian H, Micheils E, Taidi B. Evaluation of the growth performance of microalgae based on fine pH changes. Austin J. Biotechnol. Bioeng. 2021;8. doi: 10.26420/austinjbiotechnolbioeng.2021.1109 .
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