JPH02136733A - バイオマス・プロセスの光学密度測定の装置および方法 - Google Patents

バイオマス・プロセスの光学密度測定の装置および方法

Info

Publication number
JPH02136733A
JPH02136733A JP1210243A JP21024389A JPH02136733A JP H02136733 A JPH02136733 A JP H02136733A JP 1210243 A JP1210243 A JP 1210243A JP 21024389 A JP21024389 A JP 21024389A JP H02136733 A JPH02136733 A JP H02136733A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
optical density
biological
light
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1210243A
Other languages
English (en)
Inventor
William R Mandel
ウイリアム・アール・マンデル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of JPH02136733A publication Critical patent/JPH02136733A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/534Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke by measuring transmission alone, i.e. determining opacity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/36Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of biomass, e.g. colony counters or by turbidity measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • G01N2021/8528Immerged light conductor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/82Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a precipitate or turbidity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/08Optical fibres; light guides
    • G01N2201/0826Fibre array at source, distributing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/08Optical fibres; light guides
    • G01N2201/0833Fibre array at detector, resolving
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/126Microprocessor processing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/127Calibration; base line adjustment; drift compensation
    • G01N2201/12746Calibration values determination
    • G01N2201/12753Calibration values determination and storage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば発酵、嫌気性または好気性微生物プロ
セスのような動的バイオマス・プロセス装置を正確に監
視する手段として光学密度の測定値を得る装置と方法ま
たはその改良に関するものである。さらに詳しくいえば
1本発明は一動的プロセス装置の全動作範囲にわたる直
接光学密度を一次妨害因子を補償することによって測定
する方法に関するものである。
〔従来の技術〕
細胞密度の測定は、発酵プロセスのプログラムを監視す
るときに重要である。これまで細胞密度を測定する多数
の方法および付随装置があった。
従来の方法および装置は、どれも本発明以前には、成功
し、満足であったと立証されなかった。好ましくは、細
胞密度の測定をするための発酵槽または栄養培地に直接
挿入できる滅菌可能なプローブを用いることが望ましく
、プロセスの進行を監視するときに価値ある情報を与え
るであろう。通常は、生成物濃度が細胞密度の測定値か
ら導出された細胞債量と関連している。
従来は、細胞密度は、発酵槽から試料を引き出すことに
よってとびとびの間隔で測定される。この手法は生成物
の直接で迅速な測定を行うことができないで、試料が発
酵槽から引き出された時点での生成物の濃度の指示であ
る細胞質量の推測値を得ることになった。直接測定方式
を利用して満足で正確なプロセス制御を達成するために
は、オンライン測定方式が望ましい。
間接制御測定値は、種々のプロセス・パラメータに基づ
き、細胞生長、基質消費および生成物形成の数学的モデ
ルの精度によって制限される。定収量、保全係数および
化学量論を仮定することは、基質の消耗1代謝した状態
になることのある中間物の蓄積および阻害性生成物の形
成のために全プロセス範囲にわたっては妥当でないこと
がある。
細胞密度の測定の離散的間隔法においては、せいぜいこ
flH1密度の近似技術である。滅菌した試料口から、
小量の培養肉汁が試料口を清めたことを確めた後に引き
出される。試料は、実験台に運ばれて、試料の適当な稀
釈液が作られる。やけ9間隔をおいて試料をとる他の作
業者間などでのピペット計量技術や機器の精度と一貫性
に特別の注意を払う必要がある。最後に、光学密度金、
測定して稀釈係数を掛けて、その値全記録する。この試
料収集から値記録までの時間中、プロセス全体を最適化
するために、次に必要な適当なプロセス段階は必要であ
るかが分っていない。
細胞密度測定の離散的間隔法は、自動化の助けにならな
い。何らかの間接に測定されたパラメータ、代謝的また
は物理的のものが信頼できなければならない。動的装置
における測定値は、種々の欠点がある。微生物発酵培養
の物理的複雑さは、培地の%性、生物の大きさ、形およ
び種別、ならびにプロセスにおけるT” s ’lrm
度、圧力、攪拌などの変化によって影響される。生長培
養の代謝的複雑さは物理的環境に応する微生物の生長の
段階によって影響される。これは、細胞の大きさ、重複
二重型、錯形成、細胞含有物1体形成などに影響を与え
る。複雑な栄養肉汁の中で生長する微生物の場合も、ど
の栄養素がプロセスの各発生段階に訃いて用いられるか
が確かでない。従って、生長のモデルを作ることは困難
である。
従来は、プロセス流体を通過する光の量の測定には光学
センサが好都合なことがよくあった。しかし、どんな特
定のプロセス流体でもそれを透過した光の量は、懸濁固
体、溶解固体および乳剤形成などの糧々の因子によって
減少させられることがある。懸濁固体と乳剤は、また光
を散乱することによって光の透過率を減少させる。好気
性システムでは、光学V度は、泡の数と泡の大きさによ
って影響されると思われる。大きな気泡、例えば、空気
の泡は、大きな粒子と丁度同じように光を散乱するが、
それでもなおいくらかの光の透明度を残している。攪拌
速度を大きくすると、生成する泡が小さくなり、光の散
乱を弱める効果が出て、透明度が上がる。従って、バイ
オマス・システムには、光センサによる測定値と関連し
た固有の問題がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って本発明の目的は、生物が成長しつつある動的バイ
オマスプロセス・システムの直接光学密度を測定する装
置と方法を提供することであり、この装置と方法では、
細胞密度の迅速な直接測定を必要とし、測定値は、オン
ラインすなわちプロセスに関して実時間で行われ、現場
測定が増分的離散的標本化に関連した諸間覇、例えば、
間隔試料を得る詳細の立案、滅菌、プロセスを乱す危険
、試料取得から測定値の記録までの経過時間3本化の発
生時における適当なプロセス段階の迅速な決定などを避
けるために用いられる。
本発明のもう一つの目的は、気泡などのすべての妨害因
子を補償して、全範囲にわたって測定値の直線性を確実
にする光学密度によって好気性または嫌気性バイオマス
・システムの濃度を決定する方ek提供することである
もう一つの目的は、プロセスの全自動化をもたらす発酵
プロセスの自動的オンライン実時間監視を容易にする光
学密度測定装置を提供することである。
本発明の一般的目的は、従来の技術の欠点を克服するこ
とである。なおそのほかの目的は、後述の詳細な説明に
おいて以後間らかになる。
〔課題を解決するための手段〕
これらの目的は本発明において、反応するバイオマス流
体が通過するセルのある長さの開口部または通路を有し
、かつファイバーオプティック光源およびファイバーオ
プティック光検出器を有する滅菌可能なファイバーオプ
ティック・グローブを用いることによって達成される。
動作時にファイバーオプティック光源からの光をセル穴
の中の試料培地を通過させ、次に透過光をファイバーオ
プティック管路の受光端を通して発信機へ送る。
前記発信機は、信号増幅器および信号出力を線形化する
計算機プログラムから成っている。光学グローブは、発
酵槽または同様の装置の中に制御計装と着脱可能に密封
さrしる。
一般に、このプローブ内の光学センサは、セル開口部に
あるプロセス流体を通過する光の量を測定する。本装置
は、セル開口部における気泡の存在を自動的に補償でき
る。
〔実施例〕
図面、そして特に第2図を参照すると、参胛数字2は本
発明によるプローブを表わしている。プローブ2は、処
理装置内の媒質に対して非腐食性の任意の材料で作るこ
とができる。しかし、プローブ2は、ステンレス鋼で作
るのが好ましい。このプローブ2は、プローブ2を発酵
タンクなどの反応器1の本体または壁に挿入してそれに
着脱可能にしっかりとはめることができるインゴールド
管継手4を備えている。インゴールド管継手4と0リン
グ組立体5によってプローブ2を反応器1の壁に接続さ
れたアクセス管うを通して密封可能にはめることができ
る。アクセス管5はインゴールド管継手4と共同作動す
る接続管継手をもっている。
プローブ2の内部には、放射光源iltおよび検知用光
検出器16がある。放射光源14と検出器16の各々は
それぞれ電気導体17および18に接続されている。放
射光源14は、導体17によって電流を供給される。光
検出器16Fi、電流導体18″f:通して信号を増幅
し、記録する手段に信号インパルスを送る。放射光源I
IIおよび光検出器16は、光源光を伝導するファイバ
ーオプティックス12と検出光を伝導するファイバーオ
プティックス15を用いてプロセス培地から離されてい
る。プローブの端には反応器およびその中の反応培地の
中に突き出ているセル開口部があり、ファイバーオプテ
ィックス12と15が終って、窓10と11が適所に密
封されている試料ギャップ6がある経路長をもって形成
されている。窓10と11?′i、それぞれのファイバ
ーオプティックス12と15の端末部分であり、光ファ
イバーの端を保護する作用をする。窓10と11は、試
料ギャップの中で大体において向かい合っている。さら
に、これらの窓10と11は、必要な光を試料ギャップ
6の中に放射でき、同様に、試料セルの中にある物質を
透過する光を検出できるようにする透光性の任意の材料
で作ることができる。窓はパイレックスガラスまたは石
英で作るのが好まし℃1゜ ピックアップ・ファイバー・オプティックス15は、電
流導体18に接続されている光検出器16に接続されて
いる。850nm以下のすべての光の波長を除くので、
周囲の光の妨害を除く光学フィルタ15が光検出器にか
ぶさっている。フィルタによって低い波長をカットオフ
することはまた色の妨害を除く。従ってたいていの粒子
がこの高い方の波長では同じように見える。
プロセスの間、発酵槽内の溶液は、はとんど透明な肉汁
溶液として始まって、プロセスの間に非常に黒い溶液に
移ってゆく。プローブがプロセスの全範囲にわたって調
べることができる最適光路長を試料ギャップ6において
選択する。この測定範囲は、経路長に逆比例し、分解能
は経路長に正比例する。従って、光学プローブの試料ギ
ャップ6における経路長が小さければ小さいほど、観測
可能な範囲は大きくなるが、分解能は小さくなる。
代表的測定単位は、吸収単位(A、U、)  である。
これはゼロA、U、は、細胞成長のないときの澄んだ栄
養培地において吸収される光の電であるとして用いられ
て定義される任意単位である。各追加単位は、吸収され
た光の童の1桁変化(10の係数、すなわち対数変化)
であって、光検出器によって電流出力に相関される。
このようなシステムにおいて生ずる一つの問題は、光吸
収の読み値の間の相関であり、実際の濃度測定は全範囲
にわたって線形でないことがある。
吸収曲線内の任意の無限に小さな線分においては、プロ
セスの光出力に対する直線関係がある。しかし、大きな
範囲を測定する場合には、線形関係が存在せず、澄んだ
領域における変化が黒い領域における変化と等しいか等
価にならないことを意味する。しかし、この不均衡また
は不等変化を第2図および第5図のプログラムド発信磯
内で線形化できる。この発信機は、数字キーバッド・エ
ントリソースと文字表示装置のついたマイクロプロセッ
サ制御発信機である。従って、粒子間の挙動関係を理解
し、濃度に関する光の性質についてのある現象ヲ知るこ
とによってたった二つの入力点から正礒な線形化曲線を
外挿することが可能である。
必要な制御計装全備えた標塾微生物発酵器を用いたとき
は1発酵器の内部には、放射状に配位された一連のバッ
フルおよび一つの熱交換装置が配置されている。バッフ
ルは渦発生を防止して通気効率を向上する。また小さな
泡を培地中に効率よく分散させる手段、例えば、発酵器
の攪拌器軸に取付けた5円板タービン羽根車も用いられ
る。組合せオリフィス噴霧器/羽根車(穴あき管)が発
酵器全体にわたって小さな気泡を発生し、分散させる。
1100rpまで可変に調節できる攪拌の速度が発酵器
内に与えられた。
攪拌の機能は、培養肉汁の中に小さな泡の形の空気を分
散することによって酸素転移に利用できる領域を犬きく
することである。攪拌はまた。液体から気泡の逃げるの
を遅らせる、すなわち、気泡の液体中の滞在時間を大き
くし、融合を防止する。攪拌は、培養場に乱流を生じさ
せることによって気体と液体の界面における液体膜の厚
さを減らす。一般に、説明したこの装置は、発酵器内に
多数の小さな気泡を発生するのに非常に有効である。
上に定義した好気性発酵装置において、攪拌速度(乱流
)は、正確で代表的な細胞密度の測定値を得るときの主
な妨害要因である。空気流量および空気の圧力の影響は
小さい。制御されない泡立ちの問題は、泡滞在時間が増
大することによって生ずる。泡立ちが続くにつれて、泡
の大きさと数が量的に増加する。
ステンレス鋼プローブは、発酵器の側面を貫通して着脱
式かつ密封可能に取付けられるので、光源オプティック
ファイバー、光検出器オプティックファイバーおよび密
度測定セルを含むプローブの検知部分は一発酵培地中に
直接に挿入される。
発酵が進むにつれて、液体培地の溶液は、はとんど透明
な浴液から非常に透明な溶液にわたることができる。グ
ローブ内で光経路を、プローブがプロセスの全範囲を検
知できるように選択する。大範囲の測定の場合に、観測
された値と実測値との間の相関は、線形でないことがあ
る。これは、透明領域での変化が不透明領域における等
しい変化を示さないことを意味する。従って、プローブ
は、大範囲にわたって測定値を線形化するようにプログ
ラムされている発信機に接続されている。
攪拌の速度が観測されたオンライン細胞密度に影響を与
えることが発見された。プローブからの信号の変化は、
攪拌速度に比例し、細胞密度に反比例する。従って、プ
ローブ信号は、a)細胞密度と溶液粘性、b)1100
rpmを超える場合、攪拌速度、およびC)液体媒質内
の泡の大きさと数に関係する合成値である。
生の密度データを調節する相関モデルは、二つの直線方
程式である。各方程式はオンライン細胞密度値を特定の
攪拌速度(rpm)で光学密度に相関させる。各直線方
程式の交さ点は、攪拌が信号に影響を与えない点である
。すなわち、この点より下では、攪拌が増大すると泡の
数と大きさに影響されて溶液をより黒く、すなわちより
不透明に(より高い光学密度)見えさせ、この点より上
では、攪拌が増大すると溶液をより明るく(より低い光
学密#)見えさせる。この現象は、グローブからくる総
合信号に対する培地内の泡の影響に帰因する。すなわち
、この点で、透過効果は1発酵培地内に泡があることに
よる散乱効果に等しい。
線形化方程式に組込まれたもう一つの因子は、泡に及ぼ
す攪拌速度の周知の効果である。交さ点以外のところで
は、攪拌速度の変化と信号変化との間の非線形相関があ
る。20 Orpmと100゜rpmとの間の現象を最
もよく近似する方程式が選択される。20 Orpm未
満では空気混入がほとんどまたは全く起らず、同様に、
11000rp超でもほとんどまたは全く空気混入が起
らず、11000rp超で空気混入プロセスは、−数的
プロセスおよび機器設計の制限条件によって横ばいにな
り始める。
プローブ信号は、攪拌速度の関数であると分った。応答
はまた攪拌速度に比較される相対細胞対気泡濃度に依存
する。すなわち、同一条件下でに、低細胞密度のときに
信号は、高い攪拌速度で高い細胞密度のときよりも大き
いのである。低攪拌領域における曲線が発酵プロセスに
最も重要な範囲において最も正確になるように選択され
た。その曲線全表わす多頂式の誘導が所与のまたは選択
された光学密度における信号の強さに及ぼす攪拌速度の
効果から収集されたデータから決定された。
その曲線は 百分率光学密度の変化=に0+に、A9+に2A、 +
に3A、3の形であって、こ\で、Kは定数でAyFi
攪拌速度である。発信機は、濃度範囲内の現象すなわち
線形変化に厳密に近似する応答曲線を発生して、その曲
線を実際のプロセス流体に合せるために調節する。
発信機は、オンラインまたは試料容器内で読みを取り、
その読みを記憶装置内に記憶することによって応答曲線
を発生し、その記憶された読みは、実験室内で決定され
ていた割当て値である。
この器械システムは、流体の濃度または粘稠度を光の吸
収によって測定するプログラムド計算機を用いる。前記
プログラム全実行8!は一つのプロセスを連続的に監視
し、プロセスの標準化曲線と一致した値を出力する。極
小値において、2点標雲化曲線がその出力を線形化する
のに必要である。
従って、オフライン標本化誤差および実験室の誤差が低
減され、結果は、流体の実時間濃度を表わしている。
プログラムド計算機は、回路盤、アナログ出力盤、電子
部品を含み、測定データを解釈するプログラム全実行す
るための中央処理盤、ディジタル通信盤、人間とのイン
ターフェースのための前面パネル盤、線路電圧の損失を
補償してセンサラングに適当な電圧を設定するためのラ
ンプ出力盤からなるモジュール設計ならびに集積器械シ
ステムを形成するためにすべての盤を相互接続するため
の母盤」もったマイクロプロセッサ・ベース・ディジタ
ル器械である。電源が回路構成、リレーおよびセンサ、
ならびに入力全マイクロプロセッサで読めるようにする
ために標準化するようにセンサ信号を調整するセンサス
力盤に対して調整さnた給電および無調整給電をする。
動作について説明すると、マイクロプロセッサは、様々
なセンサからの測定値を解釈して表示できる。一般に、
光センサは、プロセス流体を通過する光の量を測定する
。透過した光の童は前に検討したように、懸濁固体、溶
解固体および乳濁液によって減少することがおる。懸濁
固体および乳濁液は光の透過率も小石くする。
前述のように、測定の代表的単位に、任意A、U。
(吸収単位)である。A、U、は、透明(またはゼロ)
溶液内で吸収される量をゼロA、U・として使用時に定
められる。各追加単位は、吸収した光の量における1桁
の変化であり、従って、光検出器によって電流出力に相
関させることができ、る。
1例として、ゼロA、U、が光検出器による10m A
の電流出力にすることができ、次にLA、U。
が1rnAで、2A、U、が0.1 m Aの出力など
になる。
〔発明の効果〕
本発明が克服する間浄は、光の読みと線形でないことも
ある実際の細胞密度画定値との間の相関である。結果と
して生じた曲線内のどの小さな切片にも、プロセス細胞
密度と光出力との間に直線関係がある。しかし、より大
きな範囲にわたっては直線関係が存在せず、透明な培地
内での粒子の挙動は、黒い領域または不透明な領域にお
ける等価な挙動変化に相関しない。こnは、プログラム
ド計算機によって発信機において線形化される。
従って、従来の方法の欠点が除かれる。改良された直接
評価装置が発酵器および同様な反応器内の細胞密度のよ
シ正確で迅速な決定をもたらした。
空気混入または反応器内で起る反応からの泡の存在する
発酵器の乱流環境においてさえ、100OD(光学密度
)以上の細胞密度を直接に分解し、システムをプロセス
制御のための計算様システムに直接に結合することが本
発明で可能であった。
上述の要素の各々、または二つ以上を一緒に上述の種類
と異なる他の種類の構成、システムなどにおいて有用な
用途全見出すこともあることが分るであろう。
本発明を微生物が成長している液体の濁度を測定するこ
とに実現されるとして例示説明したが、種々の変更形と
構造上の変更を本発明の精神と範囲からすべての点で逸
脱することなくなしうるので1図示し説明した詳細に限
定されることを考えていない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、全プロセスシステムの図解図、第2図は、測
定セルのついたグローブの略図、第5図は、生物学的シ
ステムの反応器−発酵器の略図である。 2−−70−フ、 6−−ギヤツプ、 10.11−一窓、 12.13−−ファイバーオプティックス、111−一
光源。 16−−光検出器。 igure igure 手  続  補  正  書 平成光 特許庁長官 吉 1)文 毅 殿 (審査官         殿) 1、事件の表示 平成元年 特  許   願第 210211号 年11月7日 λ 発明に)村−の名称、指電商酷の一分バイオマス・
プロセスの光学密度測定の装置および方法3 補正する
者 事件との関係 特許出願人 住所  アメ、リカ合衆国カリフォルニア用91171
.バークレイ。 アヘニダ・ドライブ122ビー 4代理人 7 補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄特許請求
の範囲 L 発生培養流体培地を含む生物学的反応器の中の動的
生物学的システムを限定されたセル内の透過光を測定す
ることによって監視する方法で。 a)セル内の流体培地に光’klN射する工程、b)培
養流体培地を連続的に攪拌する工程。 C)透過光を検出する工程。 d)検出された透過光を非線形電気出力信号に変換する
工程、 e)前記非線形電気出力信号を線形化する工程。 f)前記線形化出力信号を攪拌の効果について補償する
工程、および g)前記信号を記録する工程、 を同時に含む動的生物学的システムを監視する方法。 の前記発生培養流体培地の直接光学密度の測定によるこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。 培地の直接光学密度を測定する装置において、検知セル
を有する光学プローブを液体生物学的培地の中に突き出
す手段、および 全備え、 ルの反対側に置かれて、外部増幅器および記録器へ信号
を運ぶファイバーオプティックスに取付けられた光感検
出器を有するプローブである請求項うに記載の装置。 5、 生物学的システムの細胞、鋼量を発生培養流体を
含む生物学的反応器からの光学密度データおよび攪拌デ
ータについて曲線の当てはめ計算ヲ行うことによって決
定する方法で。 少なくとも2組の攪拌速度と対応する光学密度を選択す
る段階。 細胞質量の飴を攪拌と光学密度の関数として定める段階
。 液体生物学的培地内の直接光学密度測定装置。 4、 光学的検知セルを有するプローブを液体生物学的
培地内に突き出す前記手段が光をセルに運ぶファイバー
オプティックスを有し、セによって細胞質量を光学密度
に関係づける段階、 を含む、生物学的システムの細胞質量ヲ定める方法。 6 線形化が各々撹拌の速度および対応する光学密度に
対する2組の少なくとも2点の間の線形関係に対する前
記直線方程式の少なくとも二つの傾きを決定することで
ある請求項5に記載の方法。 7、線形化の段階がゼロからの距離が少なくとも20%
異なり、ゼロでない離れた2点に基づき、ゼロは生物学
的反応器に背景流体を表わしている請求項6に記載の方
法。 まる定数値として選択される請求項5に記載の方法。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、発生する培養流体培地を含む生物学的反応器の中の
    動的生物学的システムを限定されたセル内の透過光を測
    定することによつて監視する方法で、 a)セル内の流体培地に光を照射する工程、b)培養流
    体培地を連続的に撹拌する工程、c)透過光を検出する
    工程、 d)検出された透過光を出力信号に変換する工程、 e)前記出力信号を線形化する工程、 f)前記出力信号を撹拌の効果について補償する工程、
    および g)前記信号を記録する工程、 を同時に含む動的生物学的システムを監視する方法。 2、前記監視することがセル内の培養流体培地の直接光
    学密度の測定によることを特徴とする請求項1に記載の
    方法。 3、生物学的反応器内で撹拌され、発生し、成長する生
    物学的種を含む液体生物学的培地の直接光学密度を測定
    する装置において、 検知セルを有する光学プローブを液体生物 学的培地の中に突き出す手段を備え、前記光学プローブ
    は光源および前記セルと共同作動する光検出器を有し、
    前記反応器の外にあつて前記光検出器に接続された導体
    を有し、さらに 前記検出器出力信号を線形化する手段、 前記出力信号を反応器内の液体培地を攪拌 することによつて生じた妨害について補償する手段、 セル内の光学密度の結果を記録する手段 を備えてなる液体生物学的培地内の直接光学密度測定装
    置。 11、光学的検知セルを有するプローブを液体生物学的
    培地内に突き出す前記手段が光をセルに運ぶファイバー
    オプティックスを有し、セルの反対側に置かれて、外部
    増幅器および記録器へ信号を運ぶファイバーオプティッ
    クスに取付けられた光感検出器を有するプローブである
    請求項3に記載の装置。 5、生物学的システムの細胞質量を発生する培養流体を
    含む生物学的反応器からの光学密度データおよび撹拌デ
    ータについて曲線の当てはめ計算を行うことによつて決
    定する方法で、少なくとも2組の撹拌速度と対応する光
    学 密度を選択する段階、 結果を線形化する段階、 細胞質量の値を撹拌と光学密度の関数とし て定める段階、 撹拌の効果を補償し、それによつて細胞質 量を光学密度に関係づける段階、 を含む、生物学的システムの細胞質量を定める方法。 6、線形化が各々撹拌の速度および対応する光学密度に
    対する2組の少なくとも2点の間の線形関係に対する少
    なくとも二つの傾きを決定することである請求項5に記
    載の方法。 7、線形化の段階がゼロからの距離が少なくとも20%
    異なり、ゼロでない2点に基づき、ゼロは生物学的反応
    器に背景流体を表わしている請求項6に記載の方法。 8、撹拌速度が定数値として選択される請求項5に記載
    の方法。
JP1210243A 1988-08-19 1989-08-16 バイオマス・プロセスの光学密度測定の装置および方法 Pending JPH02136733A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US234367 1988-08-19
US07/234,367 US4893935A (en) 1988-08-19 1988-08-19 Apparatus and method for optical density measurements of biomass processes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH02136733A true JPH02136733A (ja) 1990-05-25

Family

ID=22881073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1210243A Pending JPH02136733A (ja) 1988-08-19 1989-08-16 バイオマス・プロセスの光学密度測定の装置および方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4893935A (ja)
JP (1) JPH02136733A (ja)
DE (1) DE3925229A1 (ja)
FR (1) FR2635587B1 (ja)
GB (1) GB2221986B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014530621A (ja) * 2011-10-21 2014-11-20 セラピューティック プロテインズ インターナショナル, エルエルシー 非侵入的なバイオリアクターのモニタリング

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR910004113B1 (ko) * 1988-12-30 1991-06-22 삼성전자 주식회사 침채류의 발효상태 검출장치
EP0423367B1 (en) * 1989-04-25 1999-03-03 Tatsuta Electric Wire & Cable Co., Ltd Optical liquid sensor, its production method and car oil-and-battery checker using the same
DE69012837T2 (de) * 1989-07-10 1995-02-23 Gerdt Heinrich Taeby Fladda Messgerät.
US4989942A (en) * 1989-09-27 1991-02-05 Hughes Aircraft Company Collimated light optrode
IT1239817B (it) * 1990-03-22 1993-11-15 Donegani Guido Ist Sensore ottico ad immersione per la determinazione del grado di torbidita' di una soluzione
US5084614A (en) * 1990-09-21 1992-01-28 Tsi Incorporated Optical single particle detector with lenseless fiber optic probe
US5248613A (en) * 1991-07-08 1993-09-28 Roubicek Rudolf V Nonhomogeneous centrifugal film bioreactor
US5208465A (en) * 1992-01-22 1993-05-04 Ispra - Israel Product Research Company Ltd. Automatic detection system of oil spillage into sea waters
US5595905A (en) * 1992-03-12 1997-01-21 G.D. Searle & Co. Process control system for fed-batch fermentation using a computer to predict nutrient consumption
US5371600A (en) * 1992-08-12 1994-12-06 Candela Laser Corporation Fiber optic probe apparatus and method
US5526112A (en) * 1993-03-05 1996-06-11 Sahagen; Armen N. Probe for monitoring a fluid medium
US5510895A (en) * 1993-03-05 1996-04-23 Sahagen; Armen N. Probe for monitoring a fluid medium
DE4311496C2 (de) * 1993-04-07 1995-05-24 Euchner & Co Handbetätigter Winkelgeber
IT1264931B1 (it) * 1993-07-14 1996-10-17 Arcangelo Ventura Dispositivo per il controllo della qualita' di acque depurate particolarmente per impianti biologici di depurazione e simili
JP3343156B2 (ja) * 1993-07-14 2002-11-11 アークレイ株式会社 光学式成分濃度測定装置および方法
US5587788A (en) * 1993-07-28 1996-12-24 Texas Instruments Incorporated Sampling apparatus for inline spectrographic analysis of viscous materials
US5418615A (en) * 1994-02-25 1995-05-23 Axiom Analytical, Inc. Probe for liquid sample analysis by light transmission
US5646338A (en) * 1994-07-20 1997-07-08 Betzdearborn Inc. Deposition sensing method and apparatus
US5696592A (en) * 1996-12-11 1997-12-09 Kuan; Ching Fu Immersible apparatus for measuring light penetrability of liquids
CN1125172C (zh) 1997-04-18 2003-10-22 国家科学研究中心 用于微生物学诊断的设备,套件和方法
US6232091B1 (en) 1999-08-11 2001-05-15 Artann Laboratories Electrooptical apparatus and method for monitoring cell growth in microbiological culture
US6456751B1 (en) 2000-04-13 2002-09-24 Calient Networks, Inc. Feedback stabilization of a loss optimized switch
ES2185496B1 (es) * 2001-07-17 2005-06-01 Universidad Politecnica De Valencia Equipo y metodo en linea para la deteccion, determinacion de la evolucion y cuantificacion de biomasa microbiana y otras sustancias que absorben a lo largo del espectro de luz durante el desarrollo de procesos biotecnologicos.
US20050219526A1 (en) * 2003-01-17 2005-10-06 Hong Peng Method and apparatus for monitoring biological substance
US7339671B2 (en) * 2004-01-20 2008-03-04 Hong Peng Apparatus and method for monitoring biological cell culture
FR2867279B1 (fr) * 2004-03-05 2006-05-19 Nanotec Solution Procede et dispositif pour mesurer et caracteriser une biomasse, application a une mesure en ligne de donnees de biomasse dans un processus de fermentation, et procede de pilotage associe
FR2867278B1 (fr) * 2004-03-05 2006-05-19 Univ Montpellier Ii Procede et dispositif pour mesurer et caracteriser en ligne une biomasse dans un processus de fermentation de bacteries lactiques, et procede de pilotage associe
EP1754045B1 (en) * 2004-05-27 2021-07-14 Finesse Solutions, Inc. Apparatus for in situ spectroscopic measurements
US7180594B2 (en) * 2004-05-27 2007-02-20 Finesse Instruments, Llc. Method and apparatus for verifying proper operation of a photometric device, such as a cell density probe
US8189042B2 (en) * 2006-12-15 2012-05-29 Pollack Laboratories, Inc. Vision analysis system for a process vessel
US8254657B2 (en) * 2007-01-08 2012-08-28 Pollack Laboratories, Inc. Image recognition and analysis system and software
DE102007003040B4 (de) * 2007-01-20 2010-09-02 Stratec Biomedical Systems Ag Vorrichtung zur optischen Detektion eines Phasenübergangs oder dergleichen
SE0802069A1 (sv) * 2008-09-30 2010-03-31 Senseair Ab Ett för en spektralanalys av höga gaskoncentrationer anpassat arrangemang
DE202009008971U1 (de) * 2009-06-30 2009-08-27 Bürkert Werke GmbH & Co.KG Optischer Sensorfinger
US8614739B2 (en) * 2009-12-31 2013-12-24 Pollack Laboratories, Inc. Apparatus and method for analyzing fluids in vessels and pipelines
JP6217674B2 (ja) * 2015-03-13 2017-10-25 横河電機株式会社 透過プローブ、光学装置および液浸透過測定方法
CN105181603A (zh) * 2015-09-11 2015-12-23 四川菲博斯科技有限责任公司 基于光纤的变压器油中微水含量在线监测评估系统
CN105203455A (zh) * 2015-09-11 2015-12-30 四川菲博斯科技有限责任公司 基于光纤的变压器油中微水含量在线监测系统
GB201615814D0 (en) * 2016-09-16 2016-11-02 Aber Instr Ltd Process
GB2569326B (en) * 2017-12-13 2022-09-14 Aber Instruments Ltd Probe
DE102019115147B4 (de) 2019-06-05 2021-01-14 Schott Ag Biokompatibles Verbundelement und Verfahren zur Herstellung eines biokompatiblen Verbundelements
WO2021061812A1 (en) * 2019-09-23 2021-04-01 Nirrin Technologies, Inc. In-situ optical probe for monitoring a reactor
CN113388488B (zh) * 2020-03-12 2023-09-29 迪必尔智能科技(深圳)有限公司 一种可高温灭菌的探针式生物量在线检测装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3727066A (en) * 1968-02-16 1973-04-10 Baxter Laboratories Inc Probe photometer with fluid sensing device
FR2067508A5 (ja) * 1969-11-06 1971-08-20 Inst Nal Rech Agr
CH544145A (de) * 1971-07-23 1973-11-15 Mueller Hans Vorrichtung zur Überwachung des Organismenwachstums in Fermentationsgefässen
US3809913A (en) * 1972-10-20 1974-05-07 Steel Corp Detector for particulate matter in flowing gas streams
CH584290A5 (ja) * 1974-03-18 1977-01-31 Mueller Hans Maennedorf
US4021120A (en) * 1974-03-18 1977-05-03 Dr. Ing. Hans Mueller Method of measuring the turbidity of gas-containing liquid mediums with microorganisms
US4087185A (en) * 1975-06-19 1978-05-02 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Blood leak detector
US4561779A (en) * 1983-01-07 1985-12-31 Rikagaku Kenkyusho Instrument for measuring concentration of substance in suspension
US4577110A (en) * 1983-04-11 1986-03-18 Biochem Sensors, Inc. Optical apparatus and method for measuring the characteristics of materials by their fluorescence
US4560873A (en) * 1983-06-17 1985-12-24 Lear Siegler, Inc. Situ multi-channel combustion gas analyzer
CA1232050A (en) * 1984-02-28 1988-01-26 James A. Zeitlin Fermentation control system
GB8519387D0 (en) * 1985-08-01 1985-09-04 British Petroleum Co Plc Optical probe
DD258471A1 (de) * 1987-03-11 1988-07-20 Freiberg Bergakademie Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von stoffkonzentrationen in fluiden medien

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014530621A (ja) * 2011-10-21 2014-11-20 セラピューティック プロテインズ インターナショナル, エルエルシー 非侵入的なバイオリアクターのモニタリング

Also Published As

Publication number Publication date
US4893935A (en) 1990-01-16
GB2221986B (en) 1992-08-19
DE3925229A1 (de) 1990-02-22
GB2221986A (en) 1990-02-21
FR2635587A1 (fr) 1990-02-23
GB8915482D0 (en) 1989-08-23
FR2635587B1 (fr) 1994-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4893935A (en) Apparatus and method for optical density measurements of biomass processes
Tamburini et al. Near-infrared spectroscopy: A tool for monitoring submerged fermentation processes using an immersion optical-fiber probe
CN109668858A (zh) 基于近红外光谱检测发酵过程生物量和组分浓度的方法
CN108004140A (zh) 一种生物反应器全参数检测系统及其测量控制方法
EP0235234B1 (en) Apparatus and methods for measuring cell adhesion
Junker et al. On-line and in-situ monitoring technology for cell density measurement in microbial and animal cell cultures
EP2737075B1 (en) Apparatus and method for monitoring autotroph cultivation
US5483080A (en) Method and device for measuring and controlling cell density in microbiological culture
US20040009572A1 (en) Apparatus for the analysis of microorganisms growth and procedure for the quantification of microorganisms concentration
Wang et al. Computer applications to fermentation processes
EP0472622B1 (en) Apparatus for detection of microorganisms
Omstead Computer control of fermentation processes
US3694317A (en) Method of and instrument for micro-biological analysis
DE19611931A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Messung von Partikeln und Stoffen in Fluiden
Gregory et al. The effects of aeration and agitation on the measurement of yeast biomass using a laser turbidity probe
US6975403B2 (en) On-line method and equipment for detecting, determining the evolution and quantifying a microbial biomass and other substances that absorb light along the spectrum during the development of biotechnological processes
Dzyadevych et al. Four-channel biosensor’s analyzer of saccharides
CN207318407U (zh) 一种平行反应器电极标定装置
Swiniarski et al. Progress towards estimation of biomass in a batch fermentation process
EP0745683B1 (en) Process for measuring microbial activity state
Halme The industrial application of modern measurement and estimation techniques in Biotechnology
Tannen et al. Instrumentation of fermentation systems
CN113388488B (zh) 一种可高温灭菌的探针式生物量在线检测装置
JPH0385433A (ja) 溶液もしくは分散液中の被検体の濃度測定方法及び装置
Castaldi et al. Velocity-dependent reaction rates in a slime reactor