微生物培養(yǎng)是微生物分離、鑒定和篩選以及大規(guī)模微生物生產(chǎn)的基礎(chǔ)。微生物培養(yǎng)的性能在很大程度上取決于所使用的生物反應(yīng)器的性能，如混合能力和溶氧效果。搖瓶、試管、孔板、攪拌釜等常見(jiàn)的微型生物反應(yīng)器常常通過(guò)精巧的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝樣體積控制、振蕩或攪拌速率調(diào)整等方式以增強(qiáng)其混合和溶氧能力，但通常會(huì)引起剪切力的增加，對(duì)細(xì)胞造成損傷。同時(shí)振蕩、曝氣和攪拌會(huì)帶來(lái)大量的氣泡產(chǎn)生，進(jìn)一步對(duì)發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生影響。
近日，清華大學(xué)化工系生物育種技術(shù)與裝備團(tuán)隊(duì)在Biochemical Engineering Journal上發(fā)表了題為“Microbial micro-tube culture system: A miniature bioreactor for controllable bubble-free oxygen supply based on high gas-permeability Teflon tube”的文章，論文通訊作者為張翀副教授。
文章報(bào)道了一種新型微型管式生物反應(yīng)器（micro-tube bioreactor, MTB），該反應(yīng)器以高透氣性特氟龍微管路為材料，通過(guò)溫和而高效的滲透方式進(jìn)行無(wú)氣泡供氧，克服傳統(tǒng)生物反應(yīng)器振蕩、曝氣、攪拌等氧氣供應(yīng)方式所帶來(lái)的問(wèn)題。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步以該生物反應(yīng)器為基礎(chǔ)，進(jìn)行裝備化開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化的微生物培養(yǎng)、檢測(cè)、傳代等重要過(guò)程，為微生物研究提供又一重要平臺(tái)。
該研究中，作者首先對(duì)不同內(nèi)徑微管路在不同流速條件下的溶氧能力進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)定，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，隨著管徑減小、流速增加，其氧氣傳質(zhì)能力快速增強(qiáng)。相對(duì)傳統(tǒng)的微型生物反應(yīng)器，其氧體積轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）具有顯著優(yōu)勢(shì)。為進(jìn)一步驗(yàn)證微型管式反應(yīng)器對(duì)微生物的培養(yǎng)能力，作者對(duì)該反應(yīng)器進(jìn)行裝備化開(kāi)發(fā)，其工作原理如圖1所示。微型管式反應(yīng)器具有體積小、滲透供氧特點(diǎn)，使其溶氧控制更加簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)控管路周圍環(huán)境中氧氣濃度既可改變?nèi)苎跣阅?。通過(guò)對(duì)6株代表性微生物在MTB中進(jìn)行批量培養(yǎng)，作者進(jìn)一步驗(yàn)證了MTB培養(yǎng)性能優(yōu)于搖瓶。此外，在MTB中還實(shí)現(xiàn)了典型的好氧菌枯草芽孢桿菌分批補(bǔ)料培養(yǎng)和厭氧菌植物乳桿菌的耐氧適應(yīng)性進(jìn)化，并均取得良好效果。
Fig. 1 Schematic depiction of micro-tube bioreactor (MTB). 論文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.bej.2022.108789
微生物培養(yǎng)是微生物分離、鑒定和篩選以及大規(guī)模微生物生產(chǎn)的基礎(chǔ)。微生物培養(yǎng)的性能在很大程度上取決于所使用的生物反應(yīng)器的性能，如混合能力和溶氧效果。搖瓶、試管、孔板、攪拌釜等常見(jiàn)的微型生物反應(yīng)器常常通過(guò)精巧的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝樣體積控制、振蕩或攪拌速率調(diào)整等方式以增強(qiáng)其混合和溶氧能力，但通常會(huì)引起剪切力的增加，對(duì)細(xì)胞造成損傷。同時(shí)振蕩、曝氣和攪拌會(huì)帶來(lái)大量的氣泡產(chǎn)生，進(jìn)一步對(duì)發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生影響。
近日，清華大學(xué)化工系生物育種技術(shù)與裝備團(tuán)隊(duì)在Biochemical Engineering Journal上發(fā)表了題為“Microbial micro-tube culture system: A miniature bioreactor for controllable bubble-free oxygen supply based on high gas-permeability Teflon tube”的文章，論文通訊作者為張翀副教授。
文章報(bào)道了一種新型微型管式生物反應(yīng)器（micro-tube bioreactor, MTB），該反應(yīng)器以高透氣性特氟龍微管路為材料，通過(guò)溫和而高效的滲透方式進(jìn)行無(wú)氣泡供氧，克服傳統(tǒng)生物反應(yīng)器振蕩、曝氣、攪拌等氧氣供應(yīng)方式所帶來(lái)的問(wèn)題。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步以該生物反應(yīng)器為基礎(chǔ)，進(jìn)行裝備化開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化的微生物培養(yǎng)、檢測(cè)、傳代等重要過(guò)程，為微生物研究提供又一重要平臺(tái)。
該研究中，作者首先對(duì)不同內(nèi)徑微管路在不同流速條件下的溶氧能力進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)定，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，隨著管徑減小、流速增加，其氧氣傳質(zhì)能力快速增強(qiáng)。相對(duì)傳統(tǒng)的微型生物反應(yīng)器，其氧體積轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）具有顯著優(yōu)勢(shì)。為進(jìn)一步驗(yàn)證微型管式反應(yīng)器對(duì)微生物的培養(yǎng)能力，作者對(duì)該反應(yīng)器進(jìn)行裝備化開(kāi)發(fā)，其工作原理如圖1所示。微型管式反應(yīng)器具有體積小、滲透供氧特點(diǎn)，使其溶氧控制更加簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)控管路周圍環(huán)境中氧氣濃度既可改變?nèi)苎跣阅?。通過(guò)對(duì)6株代表性微生物在MTB中進(jìn)行批量培養(yǎng)，作者進(jìn)一步驗(yàn)證了MTB培養(yǎng)性能優(yōu)于搖瓶。此外，在MTB中還實(shí)現(xiàn)了典型的好氧菌枯草芽孢桿菌分批補(bǔ)料培養(yǎng)和厭氧菌植物乳桿菌的耐氧適應(yīng)性進(jìn)化，并均取得良好效果。
Fig. 1 Schematic depiction of micro-tube bioreactor (MTB). 論文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.bej.2022.108789
