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SFR vario online Überwachung von pH, O2, OUR und Biomasse in Schüttelkolben

Shake Flask Reader für O2, OUR, Biomasse & pH oder CO2 Messungen – Einfache Integration in jeden Schüttelinkubator

SFR vario

Der SFR vario bietet die gleichzeitige Online-Überwachung von Sauerstoff, Biomasse und pH oder CO2. Online gemessene Biomassedaten können mit Parametern wie optische Dichte, Zelltrockengewicht oder Zellkonzentration korreliert werden. Auf diese Weise ist es möglich, Echtzeitinformationen z. B. über die OD600 Entwicklung zu erhalten. Die Geräteoptik kann einen Sauerstoff- und einen pH- oder CO2-Sensor (CO2 Technical Data) auslesen und verfügt zudem über eine eigene optische Vorrichtung für das Biomassemonitoring. Die Sauerstoffaufnahmerate (OUR) kann aus der Steigung der Online-Sauerstoffmessungen berechnet werden. Das System verfügt über zwei langlebige, wiederaufladbare Batterien und ist mit allen Standard-Schüttelinkubatoren kompatibel. Bis zu 4 SFR vario können über eine SFR vario Software gesteuert werden. Messdaten werden kabellos per Bluetooth an einen PC / Notebook übertragen.

  • Gleichzeitige Echtzeitmessung von O2, pH und Biomasse
  • Automatische Berechnung der Sauerstoffaufnahmerate (OUR)
  • Online-Messung von optischer Dichte, Zelltrockengewicht und Zellkonzentration durch Korrelation mit Biomasse-Messungen
  • Parallele Messungen in bis zu 4 Schüttelkolben
  • Kabellose Datenübertragung ermöglicht eine einfache Integration
  • Für Bioprozessentwicklung und Medienoptimierung
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Anwendungsbereiche

Überwachung von Biomasse, O2 & pH während des Wachstums von E. coli

E. coli K12 zeigt deutliche Diauxie in Glukose und Laktose enthaltendem Medium, die mit dem SFR vario überwacht werden konnte. Die Messungen wurden mehrmals für die Offline-Probenahme gestoppt - um die Substratkonzentration zu bestimmen - was sich durch Lücken in den Graphen zeigt. In der ersten Wachstumsphase wird Glukose verbraucht (1). Das System zeigt eine geringere Genauigkeit im unteren Biomassebereich, dies verbessert sich jedoch mit zunehmender Zelldichte. Während die von den Bakterien produzierte Essigsäure den pH-Wert des Mediums senkt, weist die auf 10 % a. s. sinkende Sauerstoffkonzentration auf eine hohe metabolische Aktivität hin. Als die Glukosekonzentration nach etwa 6 Stunden unter 0,1 g l-1 fällt (offline bestimmt, Daten werden hier nicht gezeigt), stoppt das Wachstum und der Sauerstoffgehalt steigt schnell an. Dies zeigt sich auch in einem kleinen Plateau (gezoomter Bereich) in der online gemessenen Biomassekurve (2). Während dieser Phase passen die Bakterien ihren Stoffwechsel an Laktose an. Die Aufzeichnung dieser genauen Übereinstimmung im Hinblick auf Sauerstoffverbrauch und Wachstum konnte nur mit dem neuen Online-Überwachungssystem realisiert werden. In der dritten Phase wächst E. coli auf Laktose, bis diese aufgebraucht ist, und die Kultur in die stationäre Phase übergeht (3).


Hefe-Wachstumsphasen in komplexem Medium

K. marxianus zeigen zwei Wachstumsphasen in Schüttelkolben-Kultur mit Glukose als Substrat. In der ersten Phase wird Glukose unter aeroben Bedingungen (1) umgewandelt und der Sauerstoffgehalt sinkt kontinuierlich auf unter 5 % a. s. Aufgrund von Stoffwechselprodukten sinkt der pH-Wert von 7 auf 6,1. Nach 9 Stunden Kultivierungszeit ist die Glukose vollständig verbraucht (offline bestimmt, Daten hier nicht gezeigt), und der pH-Wert steigt wieder an. Während der zweiten - sauerstofflimitierten - Phase zeigt K. marxianus ein signifikant langsameres Wachstum, was deutlich in den Streulichtmessungen (= Biomasse) (2) beobachtet werden kann, während die in der ersten Phase erzeugten Glukoseprodukte unter hohem Sauerstoffbedarf umgewandelt werden. Die gleichzeitige Überwachung von Sauerstoff, pH und Biomasse mit dem SFR vario bietet völlig neue Möglichkeiten bei der Kulturbeobachtung und Auswertung von Stoffwechselprozessen.


Messung der Sauerstoffaufnahmerate

Die Messung der Sauerstoffaufnahmerate von Mikroorganismen ist ein sehr guter Indikator für die metabolische Aktivität. Sie wird u. a. verwendet, um den Wachstumszustand vorherzusagen oder die Geschwindigkeit zu bewerten, mit der metabolische Prozesse stattfinden. Die Grafik auf der linken Seite zeigt die OUR (Sauerstoffaufnahmerate) von S. cerevisiae in YPD-Medium während der Kultivierung im Schüttelkolben. Die Sauerstoffaufnahmerate steigt während der ersten Stunden der Kultivierung aufgrund des exponentiellen Wachstums beständig an. Ein kurzer Abfall der Aufnahmerate zeigt an, dass das Substrat weniger wird und die Mikroorganismen die metabolische Aktivität reduzieren, während sie ein anderes Substrat verstoffwechseln. Dann setzt eine weitere exponentielle Wachstumsphase ein. Der Zeitraum der maximalen Stoffwechselaktivität mit der höchsten OUR als auch der Zeitpunkt, an dem die stationäre Phase einsetzt (aufgrund der Sauerstofflimitierung) und die OUR abrupt auf Minimalwerte abfällt, kann mit der Grafik eindeutig bestimmt werden.


Methanol unabhängige Expression durch Pichia pastoris

Anton Glieder und seine Kollegen von bisy e. U. und dem Institut für Molekulare Biologie der Technischen Hochschule Graz haben einen Videoartikel veröffentlicht (J. Vis. Exp. (143), e58589 (2019)), der ein einfaches Schüttelkolben-Kultivierungssystem für Methanol-freie Expression durch P. pastoris beschreibt. Online Monitoring mit dem SFR vario und konstante langsame Fütterung mit Glyzerin wurden verwendet um Bioreaktorbedingungen zu simulieren. Diese Herangehensweise trug dazu bei Bioreaktorbedingungen näher zu kommen, als das bei den meisten kleinformatigen Batch-Kultivierungen der Fall ist.

Sehen Sie sich das VIDEO auf https://www.jove.com/video/58589/ an!


Technische Daten

SpezifikationenSauerstoffpH*Biomasse

* vorausgesetzt, Sensorflaschen werden ohne weitere Behandlung in physiologischen Lösungen verwendet
** bei 100 U / min & in Zellkulturmedien

Messbereich0 – 100 % O25,5 – 8,0 pHOptische Dichte OD600
1 - 80
Ansprechzeit (t90) bei  25 °C< 60 Sek.< 60 Sek.-
Auflösung

± 0,01 % O2 bei 0,21 % O2
± 0,1 % O2 bei 20,9 % O2

± 0,01 pH bei pH = 7**abhängig von der Kultur
Genauigkeit

± 0,05 % O2 bei 0,2 % O2
± 0,4 % O2 bei 20,9 % O2

± 0,1 pH bei pH = 7 mit One-Point-Adjustment
± 0,2 pH bei pH = 7 mit Vorkalibrierung

abhängig von der Kultur
Abweichung< 0,01 % O2 pro Tag (Messintervall von 1 Min.)< 0,01 pH pro Tag (Messintervall von 1 Min.)abhängig von der Kultur

Eigenschaften

 

 

 

Temperaturbereichvon + 5 bis + 50 °C
KompatibilitätWässrige Lösung, Ethanol (max. 10 % v/v), Methanol (max. 10 % v/v), pH 2 - 10
Querempfindlichkeitin der Regel keine Querempfindlichkeit in Kulturmedienreduziert auf Ionenstärke (Salzgehalt);
eine hohe Konzentration von kleinen fluoreszierenden
Molekülen im sichtbaren Bereich kann stören
 
Sensorflaschen werden bestrahlt geliefert

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Weitere Informationen

Publikationen

Interpretation von SFR vario Online-Daten aus Pflanzenzellsuspensionskultur Charakterisierung von CHO-Zelllinien mit SFR vario SFR vario unterscheidet in Schüttelkolben zwischen Gut und Schlecht Optische Biomasse-Messungen in einer Salvia fruticosa Zellkultur Überwachung von CO2, Sauerstoff und Biomasse in E. coli Schüttelkolbenkulturen Neues Gerät zur Biomasse-Überwachung in Schüttelkolbenkultur Online Monitoring von S. cerevisiae Kultur mit dem SFR vario Improved Time Resolved KPI and Strain Characterization of Multiple Hosts in Shake Flasks Using Advanced Online Analytics and Data Science Methods for Oxygenation of Continuous Cultures of Brewer’s Yeast, Saccharomyces cerevisiae Recommendations for process engineering characterisation of single-use bioreactors and mixing systems by using experimental methods (2nd Edition) Study on the development and integration of 3D-printed optics in small-scale productions of single-use cultivation vessels Micro-Bioreactors in Space: Case Study of a Yeast (Saccharomyces cerevisiae) Bioreactor With a Non-Invasive Monitoring Method Determination of culture design spaces in shaken disposable cultivation systems for CHO suspension cell cultures Predictive Monitoring of Shake Flask Cultures with Online Estimated Growth Models Online measurement of dissolved oxygen in shake flask to elucidate its role on caffeine degradation by Pseudomonas sp. Methanol Independent Expression by Pichia Pastoris Employing Derepression Technologies Noninvasive online biomass detector system for cultivation in shake flasks Application of an Online-Biomass Sensor in an Optical Multisensory Platform Prototype for Growth Monitoring of Biotechnical Relevant Microorganisms and Cell Lines in Single-Use Shake Flasks

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