Портативные анализаторы биомассы

Биомасса — это масса, но ни один полевой прибор не взвешивает живые клетки напрямую. Каждое число под именем «биомасса» — в ферментёре, в пробе из биореактора, в собранной суспензии — это прокси-величина плюс передаточная функция, переводящая её в граммы на литр. Приборы различаются тем, какое физическое свойство берут взаймы, а честное их сравнение — это место, где ломается каждая такая функция.

Оптическая плотность и её потолки

Ослабление света культурой складывается из двух частей: истинного поглощения и рассеяния. Закон Бугера–Ламберта линеен только для первого случая, когда каждая частица независимо изымает фотоны из луча. Рассеяние фотоны не изымает — оно их перенаправляет, и как только суспензия становится достаточно плотной для повторного рассеяния, длина пути растягивается, а ослабление растёт медленнее концентрации. За этим порогом разбавление — не удобство, а требование метода. Но и под потолком оптическая плотность — величина относительная: она зависит от длины волны, от распределения частиц по размерам, от формы клеток и от контраста показателей преломления клетки и среды. Единица OD привязана к прибору и к организму, и связь между OD и сухим весом строится под конкретный штамм и конкретную фазу роста — чемоданом она не перевозится.

Ёмкость: счёт целых мембран

Дополняющая прокси-величина берёт взаймы диэлектрическое свойство. Электроды по обе стороны суспензии создают радиочастотное поле; целые плазматические мембраны — тонкие диэлектрики, непроницаемые для ионов, — поляризуются, и каждая живая клетка работает крошечным конденсатором, тогда как лизированные клетки, мембранные тени, обломки и пузырь дают одну лишь проводимость. В районе мегагерца это разделение — бета-дисперсия — превращает измеренную ёмкость в меру объёма живых мембран: различение живого и мёртвого силами физики, а не красителей. У передаточной функции свои условия: проводимость среды надо компенсировать, а отношение ёмкости к массе зависит от площади мембран на единицу объёма клетки — нитчатый организм или клетка с крупной вакуолью сдвигают его без всякого изменения живой массы.

Якорь сухого веса и проблема морфологии

Сухой вес — якорь, по которому калибруют всё остальное, и он честен; но корреляции, построенные на нём, ломаются вместе с морфологией. Нити и одиночные клетки равной массы рассеивают свет по-разному и выставляют разную площадь мембран. Вакуоли и запасные вещества меняют массу, не меняя числа клеток, — культура, сползающая в стационарную фазу, уходит от любой калибровки времён экспоненциальной фазы, хотя прибор работает безупречно. Это не дефект, который надо чинить, а свойство, которое надо уважать: соответствие прокси и массы следует за физиологическим состоянием, а именно оно меняется в ходе процесса быстрее всего.

Портативные БИК-анализаторы — ещё одна прокси-величина: они сообщают состав — влажность, белок, масло — собранной или исходной биомассы через калибровочные модели, а не массу клеток. Они так же привязаны к модели, как всякий метод этой страницы, и модель здесь и есть прибор. Общее у всех — цепочка непрерывного мониторинга: слой распознавания, преобразователь, сигнал, — с одним дополнением: в измерении биомассы последнее звено — статистическая передаточная функция, и её область применимости, а не оптика, обычно и оказывается связывающим ограничением.