细胞生长环境与生物反应器中流体力学的传递现象（热量和质量传递）和反应液的理化性质有密切关系；反应器由于其结构和尺寸不同，细胞生长环境也存在一定差异；影响生物反应过程的因素较多，比如菌龄、接种量、培养基成分、温度、pH和DO等。
细胞生长环境与生物反应器中流体力学的传递现象（热量和质量传递）和反应液的理化性质有密切关系；反应器由于其结构和尺寸不同，细胞生长环境也存在一定差异；影响生物反应过程的因素较多，比如菌龄、接种量、培养基成分、温度、pH和DO等。
为了评估不同体积生物反应器的过程可行性和结果可靠性，本研究使用实验室内成熟的大肠杆菌培养工艺，在相同菌株、菌龄、接种量、培养基、温度、pH，比拟放大的补料控制条件下，测试了500mL、1.5L、3L和15L四种不同体积一次性生物反应器。结果显示，培养过程中DO趋势相近，不同体积罐体在补料前后的OD600均表现出良好的一致性。
图1 不同体积生物反应器系统
(左：CloudReady™ 500mL云平台平行生物反应器系统；中：Intelli-Ferm mini控制器+3L&15L Endura SUB®一次性反应器硬质罐体;右：CloudReady™ 1.5L云平台平行生物反应器系统)
本实验采用的控制器为CloudReady™和Intelli-Ferm mini ，使用1.5L玻璃罐以及500mL、1.5L、3L和15L的Endura SUB®一次性生物反应器硬质罐体，明细如表1所示，实际情况见图1。
本实验8台反应器使用相同浓度的培养基和菌株；温度控制37℃，pH用氨水控制在7.0，发酵过程中溶氧控制在30%。不同尺寸的补料速度按实际工作体积比拟缩放。
补料时间可以反应菌株消耗初始培养基内碳源的快慢。由于培养初期未进行补料，蠕动泵精度不会对菌株的生长产生影响。8台反应器均在7.5±0.1h开始补料（表2），说明各尺寸罐体在发酵前期都能够满足菌体生长条件。因此，不同罐体在补料前均保持较好的一致性。
开始补料后，由于菌体生长和代谢的需要，需氧量不断增加，部分罐体根据实际情况通纯氧，使得DO维持在30%左右。最终下罐OD600（图2）在80-120之间，与历史数据相似。将不同尺寸罐体发酵全程的OD600生长数据进行Pearson相关性和显著性分析（表3，图3），不同罐体之间的相关系数大于0.95，P<0.05，说明它们之间生长情况显著相关，表现出良好的生长一致性。
注：***、**、*分别代表1%、5%、10%的显著性水平
从DO曲线（图4）上来看，不同罐体大致呈现相似趋势，补料初期生长旺盛，碳源消耗迅速，DO曲线振荡较为频繁，且振幅较大。随着发酵进行至中后期，补料速度增大，菌体生长减缓，DO曲线振幅减小。但1.5L、3L和15L相比500mL整体较为平稳，这可能与500mL反应体系有关。反应体系越小，对抗环境变化能力越弱。
不同反应器由于其结构和尺寸不同，其传质传热存在一定的差异。本次实验结果显示，培养过程中DO曲线趋势相近，不同体积罐体在补料前后的OD600均表现出良好的一致性。
迪必尔自研的CloudReady™和Intelli-Ferm mini控制器，搭配D2MS软件系统，可灵活适配500mL-15L不同体积的罐体（一次性/玻璃），为生物工艺快速迭代和放大提供了有力的软硬件基础。
唐平安、柴金言、管志欣供稿
