第八章生物反应器参数控制.ppt

发酵机械与设备 徐 明 芳 博 士 教 授 暨 南 大 学 生 科 院 2015-12-4 目录 绪论 第一篇 生物质原料处理设备 第二篇 生物反应设备 第三篇 产物分离设备 第四篇 其他设备 第二篇 生物反应设备 第一节 发酵设备概述 第二节 通风发酵罐结构与工作原理 第三节 自吸式发酵罐结构与工作原理 第四节 气升式发酵罐(ALR)结构与工作原理 第二篇 生物反应设备 第七章 生物反应器—细胞培养反应器 第八章 生物反应器的检测及控制 第一节生化过程主要参数 第二节常用检测方法及仪器 主要参数检测原理及仪器 发酵液中营养成分与产物的分析 第三节生物传感器的研究开发与应用 生物传感器的类型及结构原理 第四节 计算机自动控制 思考题 1、发酵过程检测控制的主要的参数与作用 2、温度的 检测仪表有哪几类？ 3、热量测定装置有哪几类？ 4、 简述压差法测定液位的原理 5、泡沫高度的检测采用那些方法？ 6、发酵液黏度的检测采用那些仪器 7、pH的检测计的结构及其工作原理 8、简述溶解CO2浓度的测定原理 9、简述氧化还原电位（ORP）的检测原理 10、简述排气的氧分压的测定的方法与原理 11、简述排气的CO2分压的测定的方法与原理 12、生物发酵溶液中营养成分与产物的分析主要包括那些？ 13、生物传感器的基本组成包括那些部分？简述其工作原理。 14、列表分析生物传感器的分类。 15、生物传感器的信号转换器有哪几类？ 16、敏感器件（分子识别元件)有哪几类？ 17、般检控系统包括那几个部分？ 18、如何实现温度、pH、溶解氧、泡沫控制？ 绝热式热量计的外筒温度能自动跟踪内筒温度，始终与内筒温度保持一致，内外筒间不存在温差，因而没有热交换，不需要进行冷却校正。因而，使用绝热式热量计，操作和计算都比较简单，但仪器结构较为复杂，不易维护。恒温式热量计的外筒温度恒定不变，内外筒间存在温差，因而内外筒有热交换，需要进行冷却校正。使用恒温式热量计，操作步骤和计算都比较复杂，但仪器构造简单，容易维护。微机量热仪 6泡沫高度的检测 常用检测方法：电极探针测定法和声波法。 生物传感器 ( Biosensor) 传感器：能感受(或响应)一种信息并变换成可测量信号(一般指电学量)的器件。 生物传感器：将生物体的成份（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）固定化在一器件上作为敏感元件的传感器称为生物传感器。 生物传感器的基本组成 组成：敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件 将热能变化转换为电信号 将光效应转换为电信号 直接产生电信号 根据输出信号方式分类 a．生物亲合型传感器 被测物质与分子识别元件上的敏感物质具有生物亲合作用，即二者能特异地相结合，同时引起敏感材料的分子结构和/或固定介质发生变化。例如：电荷温度光学性质等的变化。反应式可表示为： S（底物）+R（受体） = SR 根据分子识别元件上的敏感物质分类 生物传感器中分子识别元件上所用的敏感物质有酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原和抗体等； 根据所用的敏感物质可将生物传感器分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。 根据信号转换器分类 生物传感器的信号转换器有：电化学电极、离子敏场效应晶体管、热敏电阻、光电转换器等．据此又将生物传感器分 为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生传感器、测声型生物传感器等． 生物传感器的信号转换器 生物传感器中的信号转换器是将分子识别元件进行识别时所产生的化学的或物理的变化转换成可用信号的装置。常用的生物传感器换能器件有电化学电极、热敏器件、半导体器件、光电原理器件等，目前以电化学电极应用最广且比较成熟。 电化学电极可用作生物传感器的信号转换器的电化学电极一般可以分为两种类型。电位型电极和电流型电极． 电位型电极 离子选择电极 离子选择性电极是一类对特定的阳离子或阴离子呈选择性响应的电极，具有快速、灵敏、可靠、价廉等优点，因此应用范围很广．离子选择性电极作为生物传感器的信号转换器只是它的一种应用，在生物医学领域也常直接用它测定体液中的一些成分（如H+， K+， Na+、Ca2+等）。 敏场效应晶体管的结构和工作原理 离子敏场效应晶体管（ISFET）： 它与常用的绝缘栅型场效应晶体管构造相同．在输入栅极做了一些改进，以能与特定的化学物质反应，产生电位的敏感膜取代金属极．让敏感膜直接与溶液接触，由于敏感膜对溶液中的离子有选择作用，从