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
- Мембрана взаимодействует с пробой
- Раствор электролита действует как солевой мостик, который поддерживает электрический контакт между электродом и пробой
- Электрод – посредник между раствором электролита и электрическим контактом
- Электрический контакт – точка электрического соединения между электродом и анализатором
- 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
- Мембрана – ионселективная мембрана, находящаяся в прямом контакте с пробой или калибровочным раствором и чувствительная к специфическому иону, например, к ионам H+
- Твердотельный контакт – точка электрического и ионного контакта с мембраной
- Электрический контакт – точка электрического соединения между датчиком и анализатором
- 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
- Биосовместимый слой
- Внешняя мембрана, проницаемая для глюкозы/лактата (контроль диффузии)
- Слой ферментов содержит глюкооксидазу/лактатоксидазу
- Внутренняя мембрана – ацетат целлюлозы
- Электрод сравнения – электрод Ag/AgCl
- Анод – платиновый электрод
- Катод – платиновый электрод
- Основание датчика – конструкционная платформа, на которой расположен датчик
Оптический датчик pO2 для определения растворенного кислорода
Схема датчика pO2
- Дихроическое зеркало
- Фотодетектор
- Зеленый светодиод
- Датчик pO2
- Фосфоресценция
- Образец
- 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.
