RAMOS® für die Bioprozessoptimierung

Vorteile

  • Mehr Informationen über Ihre mikrobiologischen Prozesse
  • Unterscheidung prozessbedingter und biologischer Effekte
  • Alternative zu teuren Versuchen im Fermenter
  • Kultivierungsbedingungen identisch zum Standard-Schüttelkolben
  • Quasi-Non-Stop-Betrieb durch kurze Rüstzeiten und einfache Handhabung
  • Schafft optimale Screening-Bedingungen
  • Schnelle und gezielte Medienoptimierung
  • Reduktion der effektiven Versuchsdauer
  • Verkürzte „Time-to-Market“

RAMOS® liefert die benötigten Informationen für

  • Bioprozessentwicklung
  • Produktionsstamm-Screening
  • Prozessoptimierung
  • Medienoptimierung
  • Fermentationsvalidierung
  • Scale-Up

Potential

Standardmäßig werden Untersuchungen zur Bestimmung der Atmungsaktivität in Rührkesselreaktoren mit separater Abgasanalytik durchgeführt. Statistisch sichere Ergebnisse erfordern jedoch viele Parallelversuche, welche den experimentellen Aufwand erheblich vergrößern. Mit dem RAMOS® können in der selben Zeit acht Versuche parallel durchgeführt und online erfasst werden, womit der Zeit- und Kostenaufwand nur einen Bruchteil der herkömmlichen Verfahrensweise beträgt.

Eine typische Screening-Anwendung mit einer entsprechend hohen Anzahl an Versuchen ist die Medienoptimierung. Aufgrund des hohen experimentellen Aufwands wird daher in der Regel auf Voll- bzw. Komplexmedien (z. B. LB-Medium für E. coli) für die Kultivierung zurückgegriffen. Die heterogene Zusammensetzung komplexer Medien führt jedoch häufig zur Limitation des Wachstums oder der Produktbildung, da eine oder mehrere Substanzen stöchiometrisch nur unzureichend enthalten sind. Mit der Kombination des RAMOS® mit einer statistischen Versuchsplanung (DOE) kann der Einfluss jeder Substanz auf Wachstum und Produktbildung in kürzester Zeit untersucht werden.

Anhand der Messkurven werden biologische Grundphänomene sicher erkannt wie zum Beispiel

  • Substrat-/Sauerstofflimitierung
  • Produktinhibierung
  • Diauxie
  • Gärung
  • Overflow-Metabolismus

In zahlreichen untersuchten Prozessen wurden so Schlüsselerkenntnisse gewonnen und langjährigen Entwicklungsarbeiten der entscheidende Impuls gegeben. 

Anwendungsgebiete

  • Kontinuierliches Monitoring des Wachstums pro- und eukaryotischen Kulturen einschließlich Säugerzellen
  • 8-fach parallele Online-Messung der Atmungsaktivität unter sterilen Bedingungen
  • Einfache Ermittlung von charakteristischen Kenngrößen (OTR, CTR, RQ, μmax)
  • Bioprozessoptimierung durch frühzeitige Erkennung von Sauerstoff-und Substratlimitation oder Produktinhibierung
  • Bioassays (Toxizitätstest, Proliferationsassay)
  • Ermittlung geeigneter Betriebsbedingungen für Primär- und Sekundärscreening (Medien, Versuchsdauer, Betriebsbedingungen)
  • Reduzierung der Entwicklungszeiten für Medien- und Prozessoptimierung
  • Prozessbilanzierung und -Quantifizierung Qualitätskontrolle

Messung der  Sauerstofftransferrate 

Die Sauerstofftransferrate (OTR) ist die am besten geeignete und universellste Messgröße, um den physiologischen Zustand und die Aktivität einer Kultur aerober Mikroorganismen zu charakterisieren und zu quantifizieren, da fast jede metabolische Aktivität mit Sauerstoffverbrauch gekoppelt ist.
Die Online-Messung der OTR in gerührten Bioreaktoren gehört zum Stand der Technik, ist aber technisch relativ aufwendig. Dagegen war die Ermittlung der OTR in geschüttelten
Bioreaktoren (Schüttelkolben) unter steriltechnischen Bedingungen bisher nicht möglich. RAMOS® füllt diese Lücke und verbindet damit die Vorteile des Schüttelkolbens (geringer Platzbedarf, kostengünstig, parallelisierbar etc.) mit denen des gerührten Bioreaktors (Online-Messtechnik).

Messung der Kohlendioxidtransferrate

Neben der OTR sind die Kohlendioxidtransferrate (CTR) und der Respirationsquotient (RQ) wichtige Informationsquellen für Mikrobiologen und Zellbiologen. Der CTR (im Falle von RAMOS® die „Gasentwicklungsrate“) ermöglicht in vielen Fällen auch den Einsatz von RAMOS® für anaerobe und mikroaerophile Organismen.
Anhand des RQ lässt sich unter anderem erkennen, welche Art von Nährstoffquelle von den Mikroorganismen assimiliert wird, zum Beispiel

  • RQ(Glukose) = 1
  • RQ(Triglyceride/Fette) = 0,65

Das RAMOS®-Schüttelkolbensystem wurde in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik der RWTH Aachen entwickelt. Die Forderung nach äquivalenten Kultivierungsbedingungen für die Mikroorganismen in normalen Schüttel- und in RAMOS®-Messkolben stand bei der Entwicklung  der Anlage an erster Stelle. Aus diesem Grund wurde der Messkolben so gestaltet, dass er im unteren flüssigkeitsgefüllten Teil gas- und hydrodynamisch einem normalenSchüttelkolben entspricht.

Weiterhin wurde eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, allein aus der Änderung des Sauerstoffpartialdrucks im Gasraum des Messkolbens (keine invasiven Elektroden) die Sauerstofftransferrate zu bestimmen. Das System ist patentrechtlich geschützt. 

Zur Sicherstellung äquivalenter Kultivierungsbedingungen wird die Gaszusammensetzung oberhalb der Kulturflüssigkeit in den Kolben der Messanlage identisch zu der eines normalen Kolbens eingestellt.

Das Handling des Systems ist einfach und schnell zu erlernen. Sie werden sich, wie zahlreiche Anwender vor Ihnen, nach kurzer Zeit eine Arbeit ohne RAMOS® nicht mehr vorstellen können.
Das RAMOS®-System passt auf einen normalen Labortisch. Es wird komplett montiert mit Schüttler, Inkubator, Steuer-PC, USV und Software geliefert.

Mit RAMOS® wurden u. A. folgende Organismen erfolgreich untersucht

  • Bacillus sp.
  • Botrytis cinerea
  • Catharanthus roseus
  • CHO Zellen
  • Corynebacterium glutamicum
  • Escherichia coli
  • Nicotiana tabacum
  • Pichia pastoris
  • Pichia stipitis
  • Pseudoalteromonas haloplanctis
  • Pseudomonas fluorescens
  • Pseudomonas putida
  • Saccharomyces cerevisiae
  • Hybridoma Zellen
  • Streptomyces lividans
  • Vibrio natregiens
  • Xanthomonas campestris
  • Arthrospira platensis
  • Wolffia australiana
  • Gluconobacter oxydans
  • Hansenula polymorpha
Abmessungen Inkubator (T x B x H) 750 x 690 x 490 mm
Gewicht ca. 66 kg (Gerät ohne Kühlung)
Größe des Tablars (B x T) 420 x 420 mm
Messkolben-Standardformate 8 Messkolben (250 ml), Halterung für 6 zusätzliche normale Schüttelkolben (250 ml) für Probennahme (Schlachtkolben) oder 8 Schüttelkolben (500 ml)
Elektrische Anschlüsse 230 V AC, 3 A, andere Spannungen auf Anfrage
Gasanschlüsse Keine, Ansaugung von Umgebungsluft, opt. vorgeschalteter Gasmischer
Auflösung Sauerstofftransferrate ≤ 0,001 mol/l/h (20 ml Kulturvolumen, 10 min. Messzeit), bessere Auflösung bei größerem Volumen und längerer Messzeit Fehler OTR < 5 %
Temperierung Für Temperaturen unter +30 °C (opt.) ist Wasserkühlung erforderlich, unter +20 °C wird ein Kühlaggregat benötigt
Temperaturbereich Ohne Kühlung RT +30 °C bis +50 °C, mit Wasserkühlung RT -5 °C bis +50 °C a.A. +4 bis +50 °C
Unsicherheit T-Regelung ± 0,2 °C
Produktcode Beschreibung
VA-RAMOSOTR RAMOS®-System für OTR-Messung mit 8 Messkolben, ohne Inkubator-Schüttler und Steuer-PC
VA-RAMOSINKSHA RAMOS®-Inkubator-Schüttler, bis 300 U/min
CG-RAMOSABK ABK zur Steuerung eines RAMOS®-Systems (Ausstattung vgl. CG-ABK2)
VA-RAMOSRPM Erhöhung der Schüttlerdrehzahl bis max. 400 U/min einschl. Auswuchtung
VA-RAMOSCTR RAMOS®-Systemerweiterung CTR/RQ-Messung für 8 Messkolben
VA-RAMOSTKSE RAMOS®-Kühler, Pmax = 1 bar, Tmin Kühlmedium = 2 °C (1, 2)
VA-RAMOSTKSDM Druckminderer für RAMOS®-Kühler bis 5 °C unter Umgebungstemperatur (mit Kühlwasser 1…5 bar)
VA-RAMOSTKSKA Kühlaggregat für RAMOS®-Kühler bis 10 °C unter Umgebungstemperatur (2)
VA-RAMOST500 Modifiziertes Tablar für 8 x 500 ml Messkolben
VA-RAMOSMK250 RAMOS®-Ersatz-Messkolben 250 ml (ohne Fittings und Filter)
VA-RAMOSMKX RAMOS®-Messkolben, kundenspezifische Anfertigung
VA-RAMOSFI1 Ersatz-Sterilmembranfilter für die O2 Sensoren, 8 Stück
VA-RAMOSMTP4 Erweiterung für Mikrotiterplatten, Spezialtablar mit 4 Messkammern

Anmerkung: Der Kühler VA-RAMOSTKSE kann wie folgt verwendet werden:
1. Zur Kompensation einer erhöhten Labortemperatur, die weniger als 5 Grad unter der benötigten Inkubatortemperatur liegt. Hier genügt die Verwendung von Leitungs- bzw. Kühlwasser als Kühlmedium in Verbindung mit dem Druckminderer VA-RAMOSTKSDM. Soll das System unabhängig von der Wasserversorgung arbeiten, wird ein Kühlthermostat
VA-RAMOSTKSKA benötigt.
2. Zur Realisierung von Inkubatortemperaturen, die bis zu 10 Grad unter der Labortemperatur liegen, wird ein Kühlthermostat benötigt.

RAMOS®-fb Fed-Batch-Erweiterung

Das RAMOS®-System Fed batch ermöglicht eine vollautomatisierte Fed-batch-Fermentation in Schüttelkolben oder gerührten Gefäßen.

Weitere Infomationen zum RAMOS®-fb Fed-Batch System

RAMOS®-cl Belichtungsmodul-Erweiterung

Programmgesteuertes Belichtungsmodul für RAMOS®, für die Kultivierung von Pflanzenzellen bzw. allgemein phototropher Organismen.

Weitere Infomationen zum RAMOS®-cl Belichtungsmodul