pH传感器： 培养pH是生物反应器运行中的关键变量。pH传感技术大致可分为以下几类：基于电极的多孔玻璃电解质填充传感器、基于MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的ISFET pH（离子敏感场效应晶体管）传感器、基于光学特性的pH传感器、电位传感器、采用电化学传感技术的传感器。
玻璃 pH 电极由于其出色的重复性、耐用性和精确的能斯特响应性，仍然广泛用于绝大多数 pH 传感器。离子选择性电极 (ISE)，例如电化学 pH 电极，是基于电位原理的一大类传感器。电位法是一种测量电极之间没有电流的电位的方法。指示电极比较内部溶液分析物和参比电极之间固体膜上的电位变化。当前的 pH 传感器设计通常在探头内部加入参比电极，导致结构笨重。带玻璃电极的 pH 传感器的主要挑战是玻璃材料的易碎性和在复杂介质中使用时结垢的问题。
电化学传感器 利用电极将分析物转换成可测量的物质。例如，气体传感器通过氧化或还原电极上的目标气体来测量气体的浓度，并测量转换产生的电流。电化学传感器由三个电极组成：工作电极、参比电极和对电极。工作电极与离子发生氧化还原反应。除了电极外，传感器内部还有一层透气膜，将水基成分与气体隔开，并调节到达工作电极的气体量，以防止传感器内部泄漏。
ISFET 传感技术 使用场效应晶体管，由于它们对离子敏感，因此可用于测量溶液中的离子浓度。源电极和接地电极接地到基板并连接到电路。分析物/离子附着到网格膜上会导致源电极和接地电极之间的电位变化，这是离子/分析物浓度的量度。ISFET 被认为是第一个用于生物溶液的生物传感器 FET，因此与 bioMOST 晶体管同名。
与电化学传感器相比，光学传感器仅测量H3O+离子的活性。光学传感器具有多种优势：体积小、连续测量、无需单独的参比电极等。光漂白是影响此类传感器精度的最重要因素。激发光引发的非特异性结合导致共价键或非共价键断裂，会导致指示剂染料光漂白，使其无法发光。导致传感器随着时间的推移变得不准确。光学传感器发展的主要趋势是小型化。这将降低成本并提高批量生产。光学pH贴片就是这样一种小型光学传感器。光学pH贴片将pH传感器结合到附着在生物反应器表面的粘合盘上。另一个最近的研究领域是开发一次性光学传感器，用于一次性生物反应器。
Anaerobic processes rely heavily on “manual experimental analysis” and “qualified experimental operators”. The control measurements of the process involve spectroscopy, titration, etc. Currently, this type of biological process being studied requires different spectroscopic techniques due to the magnitude of the energy changes involved. Spectroscopy of biological processes often generates a large number of spectra, and the information content of each spectrum is significantly lower than the number of data, and it is key to quickly extract useful information from a large amount of data. Fluorescence spectroscopy appeared at the beginning of the twenty-first century. Fluorescence measurement in the reduced form of [NAD(P)H] is the most popular 荧光传感器.
生物反应器中的温度控制是一项成熟的技术，通常可以达到±0.5°C 或更高的精度。典型的 温度传感器 工业中使用的温度测量仪器包括热电偶、电阻温度检测器 (RTD) 和热敏电阻。特定温度测量仪器的选择取决于传感器的稳定性、灵敏度、准确性、线性度和灭菌性。PT100 通常用于生物反应器中的温度传感。使用铂 RTD 是因为它们对温度变化提供近线性响应、稳定准确、提供可重复的响应，并且具有宽的温度范围。RTD 因其准确性和可重复性而经常用于精密应用。动物细胞生物反应器中的温度控制通常比微生物发酵罐中的温度控制更简单，因为细胞培养物的代谢活性较低，需要从反应器中去除的热量较少。
标准 单桨叶轮或单挡板 搅拌槽常存在剪切特性不均匀和能量耗散的缺点，对易受影响的微生物影响很大。在多螺距叶轮系统中，降低叶轮转速以获得等效功率耗散会导致所得最大剪切值的降低。需要注意的是，气泡界面处的剪切力对于单螺距和多螺距叶轮都是相同的。因此，在消耗相同总功率的多桨叶轮系统中，由于流体剪切而导致的细胞破坏的总体速率预计会较低。因此，当微生物对剪切敏感时，将优先采用多桨叶轮系统。在安装桨叶叶轮期间，通常使用转速表等仪器来检测所需转速是否与转速表中的读数相匹配，以验证转速值是否接近最佳值。使用 CFD（计算流体动力学）建模和各种特性的混合来预测所需的叶轮转速和控制。
除了温度、pH、DO和搅拌速度外， 在线废气分析仪 也是过程控制的重要传感技术。废气分析仪通常用于VOCs的成分分析或特定气体的分析，而光学阵列传感在检测和识别广泛的分析物，包括危险化合物方面表现出色，可用于检测和表征生物反应器顶部空间收集的VOCs。带有CO2传感器和DO传感器的废气分析仪，可用于计算OUR，这也是微生物生长的关键参数之一。这种分析技术可分为非侵入式传感技术，用于检测罐尾气体的CO2，O2，分析代谢过程的呼吸商，监测发酵的过程变化。在线监测可以加快分析速度，无需取样，无需预处理，直接连接到发酵罐排气管（传统废气分析仪需要对发酵废气进行除湿等预处理），并行生物反应器可以选择多通道废气分析仪，如四通道，八通道，几十通道。可以同时在线并行监控多个油箱。
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百伦 Biotechnology Co., Ltd. stands as a leading supplier and premier technical service provider, specializing in the provision of comprehensive bioreactor systems and advanced control solutions. Our extensive product line encompasses a wide array of offerings, ranging from bioreactors (fermenters) to animal cell bioreactors, biological shakers, and control systems tailored for bioprocessing applications. With a capacity spanning from 0.1L to 1000KL, we are committed to fostering the growth of China’s bioreactor industry on a global scale.
在 百伦, we boast a seasoned team of engineers equipped with profound expertise in fermentation processes, biochemical equipment, and chemical technology. Moreover, we actively engage nationally renowned experts and scholars as technical consultants, ensuring the robust technological underpinnings of our products. Central to our ethos is a relentless pursuit of product innovation and technological leadership, all geared towards guaranteeing utmost customer satisfaction. We hold ourselves accountable to prioritize customer benefits, embodying this commitment as the cornerstone of Bailun Company’s core values.
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