我们测试了PreSens SensorPlugs在带有集成传感器的微流控生物反应器（MB）中监测哺乳动物细胞培养过程的功效。MRC-5成纤维细胞（ATCC® CCL-171™）被用作贴壁哺乳动物细胞的模型，而不是动物源性卫星细胞/成肌细胞的原代细胞培养物。跟着时间推移，SensorPlugs显示出良好的监测MB内贴壁哺乳动物细胞培养参数的能力。
细胞培养基是培养肉生产中最重要的成本驱动因素。通过传感器的额外监测功能，优化生物反应器的设计和仪器，有助于降低这些成本，并实现每单位培养基体积的最大细胞生产能力。长期以来，在生物工艺中一直采用缩小规模的方法来解决扩大规模的问题。小型化生物反应器作为在早期工艺开发阶段获取工艺有关数据的工具而蒸蒸日上。在开发新一代低成本传感器时，我们应用了这一原则，即“芯片实验室”（LoC）方法，用于检测细胞培养基中的各种细胞培养参数，如生物质、氨和谷氨酰胺。个人会使用了定制的微流控生物反应器，并辅以我们的阻度传感器和光学传感器，并结合了用于 O 的 SensorPlugs2， 一氧化碳2和 pH 值，由 PreSens 提供。我们项目的主要思想是试图确定微流控生物反应器内部正在发生哪些过程，并能够量化对细胞行为、细胞活力和试剂有效性的影响。我们测试了PreSens SensorPlugs在微流控生物反应器中检测细菌和哺乳动物细胞培养物的功效。此外，我们还对人类唾液进行了一系列试点实验，作为传感器在培养肉生物工艺最终产品的味道/风味评估方面的应用的潜在进一步扩展。这里显示了我们的细胞培养检测结果。
多层MB芯片采用透明和生物相容性材料玻璃和PMMA制造。顶层和中间层采用PMMA制造，互连层使用3M双面胶带（3M™ GPT-020F，圣保罗，明尼苏达州55144-1000，美国明尼阿波利斯）制成。用于细胞培养的芯片的底层由玻璃制成，其中阻抗传感器使用含有 15% Ag 纳米颗粒的商用 Agfa-Gevaert NV 纳米银墨水印刷，并使用压控喷墨打印机 Fuji Dimatix DMP-3000 打印导电墨水。传感器上覆盖着一层薄薄的SU-8 3000微化学抗蚀剂。顶层包含入口/出口孔，其直径适用于在填充芯片时移液样品。在顶层打了三个直径为2.1毫米的孔，用于安装PreSens传感器插头。传感器通过孔与样品非间接接触，从而能够实时测量样品中的参数。MRC-5成纤维细胞（ATCC CCL-171®™）被用作贴壁细胞类型的模型。所有MRC-5成纤维细胞的试验都是在塞尔维亚Sremska Kamenica的伏伊伏丁那肿瘤研究所进行的。使用含有10%FBS的DMEM作为培养基。
在进行任何测量之前，我们对用于MF芯片制造的材料来了生物相容性测试。将用于培养的 MRC-5 细胞置于 MF 芯片内，浓度为 50.000 细胞/mL。图1显示了MRC-5细胞在48 h内培养的结果，并在MF芯片内计算了倍增时间和生长曲线。可以注意到，电池很好地粘附在玻璃上，而无需额外的涂层剂。这种类型的细胞沉降得更快并与底物结合，这在接种后的第一个小时内最明显。培养48 h后获得的细胞总数为262.500个细胞/mL，活力为95.45%。
使用工艺光谱仪和放置在微流控芯片顶部的光纤探头，使用记录在近红外区域的紫外/可见光吸光度光谱测量生物质浓度。由于活细胞是可极化的，并充当偶极子，因此将阻抗测量与光学测量相结合，以获得有关细胞浓度的信息和细胞活力的估计。在拟议的研究中，生物量浓度的障碍和光学测量与基本细胞生长参数的测量相结合：pH、O2和一氧化碳2.细胞培养是在静态细胞培养系统中进行的，细胞可以在接种后在静态条件下附着在细胞基质上。细胞具有最佳的生长条件，但对培养过程进行至关重要的营养培养基是有限的。在微流控芯片内用不同浓度的活细胞和死细胞做测量。通过多次实验检测活细胞参数，均值如图2所示，而对于死浓度，用DMSO培养一段时间后杀死细胞。为此，我们制备了 6250 个 cell/mL MRC-5 细胞，用于在 MF 芯片内培养。使用含有10%FBS的DMEM作为培养基。pH值，O2和一氧化碳2在培养基内测量值，使用细胞仪计数细胞，同时使用集成的阻度传感器和近红外区域的光学光谱法估计生物量。t = 0 min时的初始pH值（当我们在MF芯片内接种细胞时）约为7.4。培养细胞后，我们观察到培养物的酸化，二氧化碳百分比的增加，以及孵育过程中氧气百分比的减少。对于较小浓度的细胞，所有参数均无显著变化。随着浓度的增加，CO2水平呈指数级上升，O2呈指数级下降。在死细胞的情况下，将DMSO添加到培养基中，这还会影响所有参数的变化，尤其是pH值。此外，可以观察到测量的气体浓度随时间推移的显着差异。
根据所呈现的结果，我们大家可以得出结论，PreSens SensorPlugs是检测基本信息参数（O2、pH值、CO2）在微流控细胞培养物中。PreSens SensorPlugs是培养生物工艺优化中缩小规模方法分析和工艺监控的重要工具。未来的实验将用于持续监测和优化培养过程，检查微生物反应器内细胞活性的影响，以及营养的东西对细胞生长因子的影响。该研究的重点是寻找 pH、O 读数之间的相关性2和 CO2带有附加传感器（阻度传感器、光学传感器和电化学传感器）的传感器集成到我们在研究所开发的微流控生物反应器中，用于测量介质、代谢物或生物质的电导率。pH值、O2和 CO2细胞生物量和活力将在未来的实验中建立。
