Надежный контроль биопроцессов с анализаторами Vi-Cell MetaFLEX

Получение максимального количества продукта самого высокого качества – общая цель любого биологического про­изводства. Для ее достижения необходимо осуществлять контроль и мониторинг сред в биореакторах.

Vi-Cell MetaFLEX – это автоматизированный бионализатор, используемый для анализа среды, в которой осуществляется культивирование клеток млекопитающих и насекомых. Он по­зволяет измерять самые важные для жизнеспособности куль­тур клеток параметры: pH, pCO₂, pO₂, концентрацию глюкозы, лактата и электролитов. Мощная технология Vi-CELL MetaFLEX разработана на основе технологии анализаторов газов крови для клинической диагностики компании Radiometer.

Для проведения измерения с помощью анализатора MetaFLEX достаточно 65 мкл образца, а результаты готовы уже через 35 с. Проба, предназначенная для подачи в систему, мо­жет находиться в шприце, капиллярной пробирке, чашечке или другом подобном контейнере. Образец отбирается из ем­кости с помощью иглы входного модуля анализатора. Анализ выполняется сразу после забора. Образец пропускается через сменную кассету миниатюрных датчиков, в которой осуществляются измерения. Все необходимые для этого жидкости нахо­дятся в сменном контейнере с растворами. Здесь же находятся растворы, необходимые для выполнения внутреннего контро­ля качества и калибровок, а также емкость для отходов. Ана­лизатор сообщает пользователю, когда расходные материалы следует заменить по причине достижения максимального чис­ла тестов и/или истечения срока годности.

Методы определения

Кассета датчиков анализатора MetaFLEX содержит датчики/электроды для каждого измеряемого параметра, в том числе электрод Анализатор Vi-Cell MetaFLEX сравнения.

Электрод сравнения имеет стабильный фиксиро­ванный, не зависящий от состава пробы потенциал, относительно которого можно измерить потенциал электродов для измерения pH и концентрации электролитов. Он выполнен из серебряного стержня, по­крытого AgCl, что обеспечивает равновесие Ag/Ag+ в растворе с постоянной концентрацией Cl^– и, как следствие, стабильность потенциала электрода сравнения.

Схема электрода сравнения

1. Мембрана взаимодействует с пробой
2. Раствор электролита действует как солевой мостик, кото­рый поддерживает электрический контакт между электродом и пробой
3. Электрод – посредник между раствором электролита и элек­трическим контактом
4. Электрический контакт – точка электрического соединения между электродом и анализатором
5. Корпус кассеты датчиков с интегрированным электродом сравнения

Для определения интересующих параметров в анализаторе применяется несколько методов:

Потенциометрия: измерение электрического потенциала используется для определения pH, pCO₂ и концентрации электролитов.

Схема потенциометрического датчика

1. Мембрана – ионселективная мембрана, находящаяся в пря­мом контакте с пробой или калибровочным раствором и чувствительная к специфическому иону, например, к ионам H+
2. Твердотельный контакт – точка электрического и ионного контакта с мембраной
3. Электрический контакт – точка электрического соединения между датчиком и анализатором
4. Основание датчика – конструкционная платформа, на кото­рой расположен датчик

Амперометрия: измерение силы электрического тока используется для оценки концентрации глюкозы и лактата.

Схема датчиков глюкозы и лактата

1. Биосовместимый слой
2. Внешняя мембрана, проницаемая для глюкозы/лактата (контроль диффузии)
3. Слой ферментов содержит глюкооксидазу/лактатоксидазу
4. Внутренняя мембрана – ацетат целлюлозы
5. Электрод сравнения – электрод Ag/AgCl
6. Анод – платиновый электрод
7. Катод – платиновый электрод
8. Основание датчика – конструкционная платформа, на кото­рой расположен датчик

Оптический датчик pO₂ для определения растворенного кислорода

Схема датчика pO2

1. Дихроическое зеркало
2. Фотодетектор
3. Зеленый светодиод
4. Датчик pO2
5. Фосфоресценция
6. Образец
7. Возбуждающий свет

Спектрофотометрия: анализ спектра поглоще­ния гемолизированной пробы крови используется для расчета параметров оксиметрии.

Датчики pH, электролитов и pCO₂ имеют твер­дотельную конструкцию с ПВХ-мембраной (поливи­нилхлоридной). Исключение представляет датчик Cl^–, содержащий эпоксидную мембрану. В этих датчи­ках используется потенциометрический метод и из­меряется разница потенциалов между твердотельным контактом и электродом сравнения. Конструкция по­тенциометрических датчиков немного различается, но принцип устройства один и тот же.

Для определения концентраций глюкозы и лакта­та используется амперометрия. Согласно теории сила электрического тока, протекающего в электродной це­пи, пропорциональна концентрации вещества, окис­ляющегося или восстанавливающегося на аноде или катоде.

К электродной цепи прикладывают постоянное поляризационное напряжение и с помощью ампер­метра измеряют силу протекающего тока. Когда глю­коза и лактат попадают в кассету датчиков, они взаи­модействуют с H₂O₂ и превращаются в глюконовую кислоту и пируват соответственно. Когда к электродной цепи прикладывают напряжение, происходит окисление H₂O₂. Сила электрического тока пропорци­ональна количеству H₂O₂, которое напрямую зависит от количества глюкозы/лактата.

Датчик pO₂ существенно отличается от других датчиков и представляет собой оптическую систему. Принцип измерения основан на способности кислоро­да снижать интенсивность и константу времени фос­форесценции фосфоресцентного красителя, находя­щегося в контакте с пробой.

Свет, излучаемый зеленым светодиодом, отража­ется дихроическим зеркалом на датчик pO₂. Излучае­мый в ходе фосфоресценции на датчике красный свет проходит через дихроическое зеркало и попадает на фотодетектор. Электрические сигналы фотодетектора, пропорциональные интенсивности света, передаются на аналого-цифровой преобразователь и устройство обработки данных, которое рассчитывает величину pO₂.

Анализатор Vi-Cell MetaFLEX предоставляет результаты в легко чи­таемом формате на экране монитора и/или на распе­чатке. В памяти прибора сохраняются журналы дан­ных об образцах, контроле качества, калибровках и действиях, выполняемых анализатором. Результа­ты и журналы данных можно экспортировать в .csv- формате, что обеспечивает широкий выбор программ для чтения файлов.