[发明专利]微型全息式生物传感反应器系统

权利要求书

1.一种用于同位素标记的代谢通量分析的微型反应器装置，其特征在于，所述的装置包括：

1)一用于微生物发酵的微型反应器，所述的微型反应器配有测定发酵体系的溶氧传感器、pH传感器和温度传感器；

并且，所述的微型反应器配有进气管、排气管、补料管和取样管；

并且，所述的微型反应器的容积为30-500ml；

2)一用于采集发酵参数的数据采集装置，所述的数据装置与所述的溶氧传感器、pH传感器和温度传感器相连；

3)一用于调节供氧水平和补料的控制系统，所述的控制系统包括控制空气进气的微型质量流量计、控制搅拌的磁力搅拌器以及控制补料的蠕动泵；

4)用于对微型反应器的排气的中分子量为45的¹³C标记二氧化碳和分子量为44的非标记的二氧化碳组分进行在线测定的排气气体质谱仪；以及

5)用于测定发酵体系中¹³C标记的氨基酸的气相-质谱联用仪系统(GC-MS系统)，所述的GC-MS系统对发酵过程的取样样品进行(a)菌体水解的氨基酸和/或(b)胞内游离的氨基酸的测定，从而得到用于代谢通量分析的标记丰度数据。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的微型反应器的容积为50-250ml，更佳地，所述的微型反应器的容积为70-100ml。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括一生产反应器，其中所述生产反应器的容积为50升以上(如50-10000升)；

以及用于对生产反应器的排气的中二氧化碳组分进行在线测定的排气气体质谱仪。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的温度电极兼作为挡板。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的数据采集装置将温度、溶氧和pH信号通过AD转换器(模拟-数字转换器)进行在线采集。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括用于去除进气中二氧化碳的进气预处理装置。

7.如权利要求1所述的微型反应器装置的用途，其特征在于，用于¹³C同位素标记的代谢通量测定。

8.一种¹³C同位素标记的代谢通量测定方法，其特征在于，包括步骤：

1)在权利要求1所述的微型反应器装置中的微型反应器中，在¹³C标记的碳源存在下，进行微生物发酵培养；

2)在发酵培养过程中，从微型反应器的发酵体系中取样，获得待分析的样品；

3)通过权利要求1所述的微型反应器装置中的气相-质谱联用仪系统，对取样样品进行(a)菌体水解的氨基酸和/或(b)胞内游离的氨基酸的测定，得到用于代谢通量分析的标记丰度信息，从而获得代谢通量的测定结果。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在一生产反应器中，在无¹³C标记的碳源存在下，进行微生物发酵培养，其中，所述生产反应器的容积为50升以上(如50-10000升)；

并且在发酵培养过程中，对所述生产反应器和微型反应器的排气组分的分别进行测定，并对所述微型反应器实施反馈控制，从而使微型反应器的排气组分的构成与生产反应器的排气组分的构成尽可能一致(相同或相似)。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的反馈控制通过以下方式进行：

通过微型质量流量计和磁力搅拌器，根据发酵体系对供氧的需求而自动调节进气流量和搅拌转速；和/或，

所述装置根据补料速率的设定和称量所述微型反应器重量的电子称的读数，自动调节蠕动泵的转速，从而控制补料与否以及补料速度。