在生物制药领域，灌流生物反应器因其能够实现高细胞密度、长周期稳定运行，已成为单克隆抗体和重组蛋白生产的重要工艺平台。然而，传统灌流运行高度依赖人工取样、离线分析和经验调参，不仅耗时耗力，还增加了污染和人为差错风险。
在这项研究中，赛默飞将Thermo Scientific MarqMetrix一体化过程拉曼分析仪深度集成至5 L HyPerforma玻璃生物反应器中，仅依靠一个在线拉曼传感器，就在无任何人工干预的情况下，实现了灌流过程中的多模式反馈控制。
图1.MarqMetrix一体化过程拉曼分析仪与5 L DynaDrive一次性生物反应器（点击图片查看产品详情及索取报价）
实时监测&控制的关键参数包括
葡萄糖浓度
乳酸浓度
活细胞密度（VCD）
这些关键工艺参数通过拉曼光谱实时预测，并直接驱动多个泵的自动调节。
1
多泵联动的“闭环控制”是如何实现的？
通过与TruBio生物过程控制软件和OPC-UA通信平台的集成，过程拉曼数据被用于实时反馈控制。
四大核心控制逻辑
葡萄糖泵：
实时维持葡萄糖浓度在目标值（譬如3.5 g/L），避免欠喂或过喂
剔除泵：
基于在线VCD预测，自动将细胞密度控制在设定区间
收获泵：
根据VCD动态计算废培养基移除速率
补料泵：
在称重反馈基础上，结合拉曼高频数据，实现更严格的质量平衡控制
结果：四个泵在整个灌流周期内均处于直接或间接的拉曼反馈控制之下，全程无需人工调节。
2
结果说明一切：稳定、精准、可靠
葡萄糖控制
整个调控期间葡萄糖浓度稳定维持在3.5 g/L，预测误差（RMSEP）仅为0.52 g/L
活细胞密度控制
在0.6–95 ×10? cells/mL范围内，实现多阶段自动调控，VCD预测R2高达0.92
乳酸趋势
乳酸曲线符合健康灌流工艺特征，峰值受控，表明细胞代谢状态良好
这些结果充分证明：过程拉曼不仅“看得准”，更“控得稳”。
3
为什么选择过程拉曼做PAT？
与传统离线/在线分析方式相比，在线过程拉曼带来了显著优势：
无需取样，降低污染风险
高频、近实时数据，支持真正的连续过程控制
减少人工操作，节省时间和运行成本
更严格的工艺控制，提升产品一致性与质量
一个拉曼传感器=多个关键参数+多个控制回路
基于在线过程拉曼的多模式反馈控制，是实现全自动化灌流生物反应器的可行路径。
它不仅符合FDA对PAT的发展方向，也为未来连续化、数字化、智能化生物制造奠定了坚实基础。
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