解锁生物反应釜潜能：爱拓利气体质量流量计实现细胞培养过程的精准供气

在生物制药与发酵工业中，生物反应釜作为核心设备，其过程控制的精确性直接关系到产品质量与生产效率。而气体流量控制，特别是对进气中氧气、二氧化碳等气体的精准测量与调节，是影响细胞生长代谢与产物合成的关键因素。爱拓利（Aitoly）气体流量计凭借其高精度、稳定性和出色的抗干扰能力，为此类应用提供了可靠的技术支持。

一、 为何生物反应釜需要精准的气体流量控制

生物反应釜（也称发酵罐）在培养微生物、动物或人类细胞时，是一个动态的、活的系统。细胞在整个过程中不断地消耗养分、排出代谢废物，并对环境变化（如pH、溶氧）极为敏感。

溶解氧（DO）的精确控制：在大多需氧发酵过程中，氧气是细胞进行有氧呼吸、合成目标产物的必需物质。然而氧气在水中的溶解度很低，并且随着细胞密度的增加，溶氧会迅速成为限制性因素，导致细胞代谢停滞或死亡。因此，必须根据细胞生长的不同阶段，精确控制通入空气或氧气的流量，以维持溶氧水平。相关研究显示，在BioFlo 110等生物反应系统中，对进气量的精确控制是保证溶解氧维持在设定水平（如30%饱和度）的关键。

pH值的稳定维持：很多细胞培养过程需要稳定的pH环境。通入的二氧化碳气体 除了作为某些细胞的碳源，更常用于中和代谢产生的碱性物质，通过与碳酸盐缓冲系统相互作用来精确调控pH值。

 代谢废物的移除与过程监控：细胞呼吸产生的二氧化碳 等气体的排出速率，是反映细胞代谢活性的重要指标。通过监测进出气体的流量和成分，可以实时估算细胞的生长状态，为过程优化和控制提供依据。

二、 爱拓利气体流量计的精准性如何实现

爱拓利旗下的MFM330气体质量流量计 和MFC330气体质量流量控制器 等热式产品，其技术设计充分满足了生物反应釜对气体流量测量的苛刻要求。

1. 核心工作原理与优势

爱拓利气体流量计采用热式质量流量测量原理。该原理直接测量气体带走热量的能力，从而计算出气体的质量流量。这与基于体积测量的传统流量计相比，优势明显：

直接测量质量流量，无需温压补偿：避免了因气体温度、压力波动带来的测量误差，测量结果更直接、更准确。

高精度与高重复性：以MFM330为例，其准确度可达±0.5% F.S.（满量程），重复精度更是高达±0.2% F.S.。这对于需要精确控制气体配比的生物过程至关重要。

宽流量范围：流量规格覆盖从微升级的0-5 SCCM 到大流量的0-50 SLPM，能够适应从实验室小型反应器到中试生产的不同规模需求。

快速的响应能力：传感器响应时间小于1秒，可以迅速响应生物反应釜内因细胞代谢变化导致的溶氧波动，使控制系统能够及时调整。 

2. 针对生物应用的关键技术特性

内置温度和压力传感器：进一步提高了测量的综合精度和可靠性。

多种通讯接口：支持RS232、CAN、RS485、4-20mA、0-5V模拟信号等多种通讯方式，可以轻松集成到生物反应釜的自动化控制系统（如BioFlo 110/320使用的LabVIEW系统）中，实现远程监控和自动调节。

优异的材质兼容性：气路接触部件通常采用SUS316L不锈钢，密封件为氟橡胶。这些材料具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，能满足无菌环境的要求，并耐受培养过程中可能使用的多种气体。

无可移动部件：设计坚固，降低了故障率，减少了维护需求。

三、 在生物反应釜上的典型应用场景

在实际的生物工艺中，爱拓利气体流量计/控制器发挥着多重作用：

空气流量的精确控制：在好氧发酵（如Gibberellic Acid的批量发酵）中，根据溶氧电极的反馈信号，自动调节MFM/MFC的阀门开度，改变空气流量（例如从初始的0.5 SLPM提升至1 SLPM），以维持设定的溶氧水平。

氧气、氮气、二氧化碳的混合与调控：

在细胞高密度培养时，若空气无法满足溶氧需求，需补充纯氧。流量计可精确控制氧气混合比例。

在需要控制pH时，精确注入二氧化碳。

在厌氧发酵或需要驱除氧气时，精确控制氮气流速，创造无氧环境。

过程分析与优化：通过精确记录整个过程中各种气体的累积消耗量，结合尾气分析，可以计算出摄氧率（OUR） 和二氧化碳释放率（CER） 等关键生理参数，为优化工艺配方和放大生产提供数据支持。

四、 应用实例与效果

在一项关于磁螺菌（M. gryphiswaldense）生产磁小体的研究中，研究人员使用了集成气体控制系统的BioFlo 110发酵罐。过程控制显示，初始设定空气流量为0.5 SLPM，当溶氧下降至15%时，系统将空气流量提升至1 SLPM，并随后通过调节搅拌速度将溶氧精确维持在0-1%的极低范围内，以满足该菌株的特殊微需氧环境要求。这种对通气的精确编程和稳定控制，是成功实现高密度培养和高效产物合成的基石。爱拓利气体流量计在此类应用中，正是扮演了确保气体输入精确按需执行的关键角色。

总结

爱拓利气体流量计凭借其热式质量流量测量技术带来的高精度、快响应和稳定性，契合了现代生物反应釜对气体流量控制的核心需求。它在溶解氧精确调控、pH稳定维持以及过程代谢监控等方面的精准应用，不仅保障了生物工艺的重复性和可靠性，更是推动生物制药、食品发酵、生物能源等领域实现高效生产和工艺优化的重要技术支撑。