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在抗體藥物、細胞治療、免疫治療的高速發(fā)展的現(xiàn)在，需要通過高度控制的方式工業(yè)化培養(yǎng)細胞。生物反應(yīng)器成為制藥行業(yè)不可或缺的一部分。

生物反應(yīng)器的環(huán)境條件包括氣體流量、溫度、pH值、溶氧水平和攪拌速度，需要密切監(jiān)測和控制，以提供最佳的生長條件。溫度作為關(guān)鍵變量之一，必須嚴格控制，以確保生物反應(yīng)的的一致性和可靠性。一個生物反應(yīng)通常即需要加熱又需要冷卻，要在較為寬泛的溫度范圍內(nèi)嚴格的控制溫度和快速的升溫降溫。

為了計算達到目標溫度所需的加熱或冷卻能力，必須確定由特定內(nèi)能組成的熱負荷，這是與給定質(zhì)量的溫度變化有關(guān)的能量。用戶必須確保最終的計算包括所有被冷卻或加熱的東西，包括培養(yǎng)基、生物反應(yīng)器、夾套、管道和溫度控制單元的液體。

 熱負荷計算如下

Q = MCΔT

Q =熱負荷(千卡/千卡)

M =物質(zhì)改變溫度的質(zhì)量(千克)

C =物質(zhì)的比熱容變化溫度(卡路里/克/°開爾文，水是1)

ΔT =溫度變化量(℃)

而熱負荷卡路里和熱量單位焦耳的換算為：

1卡路里=4.184焦耳

而1焦耳=1瓦特·秒 

我們可以得出 1kcal=1.16w*h
 

舉個“栗子”

計算100 L不銹鋼生物反應(yīng)器，裝量60L培養(yǎng)基,反應(yīng)器單重100公斤,9L的夾克,3L在制冷加熱循環(huán)系統(tǒng)和3L軟管，導(dǎo)熱劑為水,需要降溫10℃，我們可以計算出熱負荷：

培養(yǎng)基(可視作水)和夾套,軟管和制冷循環(huán)系統(tǒng)需是:

75kg*1cal/ g°K*10℃=750kcal

生物反應(yīng)器是：100kg* 0.11cal/ g°K * 10℃ = 110kacl

總的需要能量是860kcal,需要的功率是1000w*h

如果加熱時間是1h,我們選擇功率1000w的制冷加熱循環(huán)系統(tǒng)。如果加熱時間是0.5h,我們選擇功率2000w的制冷加熱循環(huán)系統(tǒng)。

一次所需的溫度或溫度范圍和熱量確定,和操縱來補償所需的時間,我們需要考慮冷卻或加熱所需的傳導(dǎo)效率，從外部環(huán)境的熱輻射或者冷輻射而導(dǎo)致的額外的加熱或者制冷需求。所以，一般選擇的控溫系統(tǒng)功率會比計算功率要大，否則升溫或降溫時間會延長。

生物反應(yīng)器通常需要一個位于培養(yǎng)溶液中的外置溫度探頭來控制溫度。因此，溫控系統(tǒng)能夠感知和控制內(nèi)部環(huán)境，并準確地保持生物反應(yīng)器內(nèi)的最佳狀態(tài)。

此外，在生物反應(yīng)器壓力的范圍內(nèi)，應(yīng)選擇具有較高循環(huán)泵泵速的控溫系統(tǒng)，這樣可以快速充分的進行熱交換，加快升溫降溫速率。

德國Huber制造的UniChiller-H系列就擁有極佳的穩(wěn)定性和寬泛的控溫范圍，使其成為生物反應(yīng)器的優(yōu)選應(yīng)用。根據(jù)生物反應(yīng)器的大小和以往客戶的使用情況，我們有相應(yīng)型號的UniChiller-H冷卻加熱循環(huán)系統(tǒng)推薦。

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