过程拉曼驱动的多模式反馈控制灌流生物反应器新实践

更新时间：2026-01-29

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在生物制药领域，灌流生物反应器因其能够实现高细胞密度、长周期稳定运行，已成为单克隆抗体和重组蛋白生产的重要工艺平台。然而，传统灌流运行高度依赖人工取样、离线分析和经验调参，不仅耗时耗力，还增加了污染和人为差错风险。

如何实现真正意义上的“无人值守"灌流运行？

赛默飞世尔科技过程拉曼最新应用研究给出了答案

在这项研究中，赛默飞将Thermo Scientific^™ MarqMetrix^™一体化过程拉曼分析仪深度集成至5 L HyPerforma^™玻璃生物反应器中，仅依靠一个在线拉曼传感器，就在无任何人工干预的情况下，实现了灌流过程中的多模式反馈控制。

图1.MarqMetrix一体化过程拉曼分析仪与5 L DynaDrive一次性生物反应器（点击图片查看产品详情及索取报价）

实时监测&控制的关键参数包括

葡萄糖浓度

乳酸浓度

活细胞密度（VCD）

这些关键工艺参数通过拉曼光谱实时预测，并直接驱动多个泵的自动调节。

多泵联动的“闭环控制"是如何实现的？

通过与TruBio^™生物过程控制软件和OPC-UA通信平台的集成，过程拉曼数据被用于实时反馈控制。

四大核心控制逻辑

葡萄糖泵：
实时维持葡萄糖浓度在目标值（譬如3.5 g/L），避免欠喂或过喂

剔除泵：
基于在线VCD预测，自动将细胞密度控制在设定区间

收获泵：
根据VCD动态计算废培养基移除速率

补料泵：
在称重反馈基础上，结合拉曼高频数据，实现更严格的质量平衡控制

结果：四个泵在整个灌流周期内均处于直接或间接的拉曼反馈控制之下，全程无需人工调节。

结果说明一切：稳定、精准、可靠

葡萄糖控制
整个调控期间葡萄糖浓度稳定维持在3.5 g/L，预测误差（RMSEP）仅为0.52 g/L

活细胞密度控制
在0.6–95 ×10⁶ cells/mL范围内，实现多阶段自动调控，VCD预测R²高达0.92

乳酸趋势
乳酸曲线符合健康灌流工艺特征，峰值受控，表明细胞代谢状态良好

这些结果充分证明：过程拉曼不仅“看得准"，更“控得稳"。

为什么选择过程拉曼做PAT？

与传统离线/在线分析方式相比，在线过程拉曼带来了显著优势：

无需取样，降低污染风险

高频、近实时数据，支持真正的连续过程控制

减少人工操作，节省时间和运行成本

更严格的工艺控制，提升产品一致性与质量

更重要的是

一个拉曼传感器=多个关键参数+多个控制回路

本研究成功验证了

基于在线过程拉曼的多模式反馈控制，是实现全自动化灌流生物反应器的可行路径。

它不仅符合FDA对PAT的发展方向，也为未来连续化、数字化、智能化生物制造奠定了坚实基础。

文章来源：此文章转载于赛默飞化学分析服务号