સમાચાર - બાયો ફાર્માસ્યુટિકલ આથો પ્રક્રિયામાં ઓગળેલા ઓક્સિજન સ્તરનું નિરીક્ષણ

ઓગળેલા ઓક્સિજન શું છે?

ઓગળેલા ઓક્સિજન (DO) નો સંદર્ભ મોલેક્યુલર ઓક્સિજન (O_₂) જે પાણીમાં ઓગળી જાય છે. તે પાણીના અણુઓમાં હાજર ઓક્સિજન પરમાણુઓથી અલગ પડે છે (H_₂O), કારણ કે તે પાણીમાં સ્વતંત્ર ઓક્સિજન પરમાણુઓના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, કાં તો વાતાવરણમાંથી ઉદ્ભવે છે અથવા જળચર છોડ દ્વારા પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. DO ની સાંદ્રતા તાપમાન, ખારાશ, પાણીનો પ્રવાહ અને જૈવિક પ્રવૃત્તિઓ સહિતના વિવિધ પરિબળોથી પ્રભાવિત થાય છે. જેમ કે, તે જળચર વાતાવરણના સ્વાસ્થ્ય અને પ્રદૂષણની સ્થિતિનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ સૂચક તરીકે સેવા આપે છે.

ઓગળેલા ઓક્સિજન માઇક્રોબાયલ ચયાપચયને પ્રોત્સાહન આપવામાં, કોષીય શ્વસન, વૃદ્ધિ અને મેટાબોલિક ઉત્પાદનોના જૈવસંશ્લેષણને પ્રભાવિત કરવામાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. જો કે, ઓગળેલા ઓક્સિજનનું ઉચ્ચ સ્તર હંમેશા ફાયદાકારક નથી. વધારાનો ઓક્સિજન સંચિત ઉત્પાદનોના વધુ ચયાપચય તરફ દોરી શકે છે અને સંભવિત રીતે ઝેરી પ્રતિક્રિયાઓનું કારણ બની શકે છે. વિવિધ બેક્ટેરિયલ પ્રજાતિઓમાં શ્રેષ્ઠ DO સ્તર બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, પેનિસિલિનના જૈવસંશ્લેષણ દરમિયાન, DO સામાન્ય રીતે આશરે 30% હવા સંતૃપ્તિ પર જાળવવામાં આવે છે. જો DO શૂન્ય થઈ જાય અને પાંચ મિનિટ સુધી તે સ્તરે રહે, તો ઉત્પાદન રચના નોંધપાત્ર રીતે નબળી પડી શકે છે. જો આ સ્થિતિ 20 મિનિટ સુધી ચાલુ રહે, તો બદલી ન શકાય તેવું નુકસાન થઈ શકે છે.

હાલમાં, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા DO સેન્સર ઓગળેલા ઓક્સિજનની સંપૂર્ણ સાંદ્રતાને બદલે ફક્ત સંબંધિત હવા સંતૃપ્તિને માપી શકે છે. કલ્ચર માધ્યમના વંધ્યીકરણ પછી, સેન્સર રીડિંગ સ્થિર ન થાય ત્યાં સુધી વાયુમિશ્રણ અને હલાવવામાં આવે છે, જે સમયે મૂલ્ય 100% હવા સંતૃપ્તિ પર સેટ થાય છે. આથો પ્રક્રિયા દરમિયાન અનુગામી માપન આ સંદર્ભ પર આધારિત છે. પ્રમાણભૂત સેન્સરનો ઉપયોગ કરીને સંપૂર્ણ DO મૂલ્યો નક્કી કરી શકાતા નથી અને તેને પોલરોગ્રાફી જેવી વધુ અદ્યતન તકનીકોની જરૂર પડે છે. જો કે, હવા સંતૃપ્તિ માપન સામાન્ય રીતે આથો પ્રક્રિયાઓનું નિરીક્ષણ અને નિયંત્રણ કરવા માટે પૂરતું છે.

એક આથોમાં, DO સ્તરો વિવિધ પ્રદેશોમાં બદલાઈ શકે છે. જ્યારે એક સમયે સ્થિર વાંચન પ્રાપ્ત થાય છે, ત્યારે પણ ચોક્કસ સંસ્કૃતિ માધ્યમોમાં વધઘટ થઈ શકે છે. મોટા આથોમાં DO સ્તરોમાં વધુ અવકાશી ભિન્નતા જોવા મળે છે, જે માઇક્રોબાયલ વૃદ્ધિ અને ઉત્પાદકતાને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે. પ્રાયોગિક પુરાવા દર્શાવે છે કે, સરેરાશ DO સ્તર 30% હોવા છતાં, વધઘટ થતી પરિસ્થિતિઓમાં આથો કામગીરી સ્થિર પરિસ્થિતિઓ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછી હોય છે. તેથી, આથોના સ્કેલ-અપમાં - ભૌમિતિક અને શક્તિ સમાનતાના વિચારણાઓથી આગળ - અવકાશી DO ભિન્નતાને ઘટાડવાનો મુખ્ય સંશોધન ઉદ્દેશ રહે છે.

બાયોફાર્માસ્યુટિકલ આથોમાં ઓગળેલા ઓક્સિજનનું નિરીક્ષણ શા માટે જરૂરી છે?

૧. સૂક્ષ્મજીવો અથવા કોષો માટે શ્રેષ્ઠ વિકાસ વાતાવરણ જાળવવા માટે
ઔદ્યોગિક આથો લાવવામાં સામાન્ય રીતે એસ્ચેરીચીયા કોલી અને યીસ્ટ જેવા એરોબિક સુક્ષ્મસજીવો અથવા ચાઇનીઝ હેમ્સ્ટર ઓવરી (CHO) કોષો જેવા સસ્તન પ્રાણીઓના કોષોનો સમાવેશ થાય છે. આ કોષો આથો લાવવાની પ્રણાલીમાં "કામદારો" તરીકે કાર્ય કરે છે, જેને શ્વસન અને ચયાપચય પ્રવૃત્તિ માટે ઓક્સિજનની જરૂર પડે છે. ઓક્સિજન એરોબિક શ્વસનમાં ટર્મિનલ ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર તરીકે કાર્ય કરે છે, જે ATP સ્વરૂપમાં ઊર્જાનું ઉત્પાદન સક્ષમ બનાવે છે. અપૂરતી ઓક્સિજન સપ્લાય સેલ્યુલર ગૂંગળામણ, વૃદ્ધિ અટકી જવા અથવા તો કોષ મૃત્યુ તરફ દોરી શકે છે, જે આખરે આથો નિષ્ફળ જવા તરફ દોરી જાય છે. DO સ્તરનું નિરીક્ષણ ખાતરી કરે છે કે ઓક્સિજન સાંદ્રતા સતત કોષ વૃદ્ધિ અને સધ્ધરતા માટે શ્રેષ્ઠ શ્રેણીમાં રહે છે.

2. લક્ષ્ય ઉત્પાદનોના કાર્યક્ષમ સંશ્લેષણની ખાતરી કરવી
બાયોફાર્માસ્યુટિકલ આથોનો ઉદ્દેશ્ય ફક્ત કોષ પ્રસારને પ્રોત્સાહન આપવાનો નથી પરંતુ ઇચ્છિત લક્ષ્ય ઉત્પાદનો, જેમ કે ઇન્સ્યુલિન, મોનોક્લોનલ એન્ટિબોડીઝ, રસીઓ અને ઉત્સેચકોના કાર્યક્ષમ સંશ્લેષણને સરળ બનાવવાનો છે. આ બાયોસિન્થેટિક માર્ગોને ઘણીવાર નોંધપાત્ર ઊર્જા ઇનપુટની જરૂર પડે છે, જે મુખ્યત્વે એરોબિક શ્વસનમાંથી મેળવવામાં આવે છે. વધુમાં, ઉત્પાદન સંશ્લેષણમાં સામેલ ઘણી એન્ઝાઇમેટિક પ્રણાલીઓ સીધી ઓક્સિજન પર આધાર રાખે છે. ઓક્સિજનની ઉણપ આ માર્ગોની કાર્યક્ષમતાને વિક્ષેપિત કરી શકે છે અથવા ઘટાડી શકે છે.

વધુમાં, DO સ્તર નિયમનકારી સંકેત તરીકે કાર્ય કરે છે. અતિશય ઊંચા અને નીચા DO સાંદ્રતા બંને આ કરી શકે છે:
- સેલ્યુલર મેટાબોલિક માર્ગોમાં ફેરફાર કરો, ઉદાહરણ તરીકે, એરોબિક શ્વસનથી ઓછા કાર્યક્ષમ એનારોબિક આથો તરફ સ્થળાંતર કરો.
- કોષીય તાણ પ્રતિભાવોને ઉત્તેજિત કરે છે, જેનાથી અનિચ્છનીય ઉપ-ઉત્પાદનો ઉત્પન્ન થાય છે.
- બાહ્ય પ્રોટીનના અભિવ્યક્તિ સ્તરને પ્રભાવિત કરો.

આથો લાવવાના વિવિધ તબક્કામાં DO સ્તરને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરીને, કોષીય ચયાપચયને મહત્તમ લક્ષ્ય ઉત્પાદન સંશ્લેષણ તરફ માર્ગદર્શન આપવું શક્ય છે, જેનાથી ઉચ્ચ-ઘનતા અને ઉચ્ચ-ઉપજ આથો પ્રાપ્ત થાય છે.

બાયો ફાર્માસ્યુટિકલ્સ માટે પાણીના પ્રવાહ ચાર્ટનો પરિચય

૩. ઓક્સિજનની ઉણપ અથવા વધુ પડતી અટકાવવા માટે
ઓક્સિજનની ઉણપ (હાયપોક્સિયા) ગંભીર પરિણામો લાવી શકે છે:
- કોષ વૃદ્ધિ અને ઉત્પાદન સંશ્લેષણ બંધ થાય છે.
- ચયાપચય એનારોબિક માર્ગો તરફ વળે છે, જેના પરિણામે લેક્ટિક એસિડ અને એસિટિક એસિડ જેવા કાર્બનિક એસિડનો સંચય થાય છે, જે કલ્ચર માધ્યમના pH ઘટાડે છે અને કોષોને ઝેર આપી શકે છે.
- લાંબા સમય સુધી હાયપોક્સિયાથી ઉલટાવી ન શકાય તેવું નુકસાન થઈ શકે છે, ઓક્સિજન પુરવઠો પુનઃસ્થાપિત થયા પછી પણ પુનઃપ્રાપ્તિ અધૂરી રહે છે.

વધારાનું ઓક્સિજન (અતિસંતૃપ્તિ) પણ જોખમો ઉભા કરે છે:
- તે ઓક્સિડેટીવ તણાવ અને પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (ROS) ની રચનાને પ્રેરિત કરી શકે છે, જે કોષ પટલ અને બાયોમોલેક્યુલ્સને નુકસાન પહોંચાડે છે.
- વધુ પડતા વાયુમિશ્રણ અને હલનચલનથી ઉર્જાનો વપરાશ અને સંચાલન ખર્ચ વધે છે, જેના કારણે બિનજરૂરી સંસાધનોનો બગાડ થાય છે.

4. રીઅલ-ટાઇમ મોનિટરિંગ અને પ્રતિસાદ નિયંત્રણ માટે એક મહત્વપૂર્ણ પરિમાણ તરીકે

DO એ એક વાસ્તવિક સમયનો, સતત અને વ્યાપક પરિમાણ છે જે આથો પ્રણાલીની આંતરિક પરિસ્થિતિઓને પ્રતિબિંબિત કરે છે. DO સ્તરોમાં ફેરફાર સંવેદનશીલ રીતે વિવિધ શારીરિક અને કાર્યકારી સ્થિતિઓ સૂચવી શકે છે:
- ઝડપી કોષ વૃદ્ધિ ઓક્સિજનનો વપરાશ વધારે છે, જેના કારણે DO સ્તર ઘટે છે.
- સબસ્ટ્રેટ ડિપ્લેશન અથવા અવરોધ ચયાપચયને ધીમો પાડે છે, ઓક્સિજનનો વપરાશ ઘટાડે છે અને DO સ્તરમાં વધારો કરે છે.
- વિદેશી સુક્ષ્મસજીવો દ્વારા દૂષણ ઓક્સિજન વપરાશ પેટર્નમાં ફેરફાર કરે છે, જેના કારણે અસામાન્ય DO વધઘટ થાય છે અને પ્રારંભિક ચેતવણી સંકેત તરીકે સેવા આપે છે.
- સ્ટિરર નિષ્ફળતા, વેન્ટિલેશન પાઇપ બ્લોકેજ અથવા ફિલ્ટર ફોલિંગ જેવા સાધનોની ખામીઓ પણ અસામાન્ય DO વર્તણૂકમાં પરિણમી શકે છે.

રીઅલ-ટાઇમ ડીઓ મોનિટરિંગને ઓટોમેટેડ ફીડબેક કંટ્રોલ સિસ્ટમમાં એકીકૃત કરીને, નીચેના પરિમાણોના ગતિશીલ ગોઠવણો દ્વારા ડીઓ સ્તરનું ચોક્કસ નિયમન પ્રાપ્ત કરી શકાય છે:
- હલાવવાની ગતિ: ગતિ વધારવાથી પરપોટા તૂટીને ગેસ-પ્રવાહી સંપર્ક વધે છે, જેનાથી ઓક્સિજન ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થાય છે. આ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી અને અસરકારક પદ્ધતિ છે.
- વાયુમિશ્રણ દર: ઇનલેટ ગેસના પ્રવાહ દર અથવા રચનાને સમાયોજિત કરવી (દા.ત., હવા અથવા શુદ્ધ ઓક્સિજનનું પ્રમાણ વધારવું).
- ટાંકીનું દબાણ: દબાણ વધવાથી ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ વધે છે, જેનાથી દ્રાવ્યતા વધે છે.
- તાપમાન: તાપમાન ઘટાડવાથી સંસ્કૃતિ માધ્યમમાં ઓક્સિજનની દ્રાવ્યતા વધે છે.

જૈવિક આથોના ઓનલાઈન દેખરેખ માટે BOQU ની ઉત્પાદન ભલામણો: