高通量平行生物反应器是一种能够同时处理多个平行实验的设备，每个反应器独立控制参数如温度、pH、溶氧等。这种多通道设计使得高通量生物反应器在实验室研究中广泛应用。
色谱技术是一种分离和分析的方法，常见设备包括高效液相色谱（HPLC）、超高效液相色谱（UPLC）、气相色谱（GC）等。色谱技术在分析化学和生物技术中应用广泛，用于分离、识别和定量分析混合物中的成分。
随着生物技术的发展，对生物反应过程的实时监控和精确控制变得越来越重要。本研究提出了一种创新的集成系统，将迪必尔生物全新推出的QuickFlow HT自动取样器和CloudReady™云平台平行生物反应器及Waters Patrol™ UPLC从硬件到软件全方位结合，组成一套闭环生态系统，所有设备数据均可在D2MS（设备和数据管理系统）中自由流转，实现了自动化的生物工艺过程在线分析和反馈控制。
通过这一系统，我们能够连续监测关键代谢物的浓度变化，有助于更深入的理解生物反应过程。本文详细介绍了系统的构建过程与实际案例，旨在为生物制药和生物工程领域的研究人员提供一种新的实验平台。
系统具体技术路线如图1。通过高通量平行生物反应器优化微生物培养环境，提供最适宜的生长条件，并利用上位机中的D2MS（设备和数据管理系统）软件实现全过程的实时监控。搭配迪必尔全新推出的QuickFlow HT自动取样器（图2），实现样品的高效抽滤、定量和传送，确保样品处理的精确，连接Patrol™ UPLC对样品进行分析，将关键参数数据上传至上位机，实现培养过程的精准控制和优化。
图1 技术路线:高通量反应器→自动取样器→UPLC
系统使用0.1微米陶瓷滤膜取样杆抽滤样品（图3），可以有效替代12000r/min 5分钟的离心和0.22微米滤膜过滤的传统处理步骤。
使用Patrol™ UPLC工作站(Empower)自有的定时取样序列，导出上传模板至微型自动取液器上位机，完成取样进样同步（图4）。Patrol™ UPLC工作站与高通量反应器上位机组网，创建同一局域网下的共享文件夹。我们在系统内配置相关参数，运行数据采集程序向高通量反应器下位机写入数据，利用上位机的高级自动化控制功能实现反馈控制（图5）。
干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）是一种广泛应用于食品工业和医学领域的益生菌。它能够发酵多种糖类，特别是乳糖，生成乳酸。本案例采用CloudReady™(1.5L)平行生物反应器联用Waters Patrol™ UPLC分析乳酸含量的方案优化发酵工艺（图6）。
实验菌种：干酪乳杆菌（GDMCC 1.80）购自广东省微生物菌种保藏中心。
实验条件：该批次筛选pH，固定搅拌50rpm后通氮气，并设置四种不同的pH梯度，过程中使用Patrol™ UPLC检测乳酸（1.25-50g/L），控制参数如表1。
色谱柱：HSS T3(Waters), 2.5 µm, 4.6 mm *150 mm
流动相：0.1%磷酸和甲醇，梯度洗脱程序如图7所示。乳酸在4min左右出峰（图8）。
图6 CloudReady™(1.5L)联用Waters Patrol™ UPLC
图片拍摄于迪必尔“应用技术与工程研究中心”
实验发现采用氮气培养，pH控制5.5的培养条件有益于干酪乳杆菌产乳酸，下罐时乳酸含量达32.13g/L,湿重达到66.3g/L。从pH和乳酸曲线图（图9）中可以看出，pH控制在3.5时发酵前12h乳酸含量高于其他条件，后续积累缓慢最终产量为最低值。
初步推断，乳酸产生会导致培养基酸化，pH的降低影响了乳杆菌的生长和乳酸产率。乳酸含量大于15时，粗略估计基础培养基耗尽，开启时序补料,最终乳酸含量达33.77g/L
迪必尔全新推出的QuickFlow HT 自动取样系统，通过D2MS（设备和数据管理系统）从底层将CloudReady™云平台平行生物反应器和Patrol™ UPLC液相分析串联起来，实现了自动化的取样、样品分析和实时反馈控制，使研发人员能够更快速地表征影响菌株基因调控和最终产率的过程参数和反馈补料。这套由迪必尔和Waters联合推出的自动化工艺过程分析控制解决方案将成为研发人员解放双手、提升效率的绝佳工具。
后续我们将推出更多基于该方案的应用案例，请持续关注！
应用技术与工程研究中心（CARE） 许志国 柴金言 供稿
感谢沃特世中国技术团队在本案例开发中的支持
