分析方法幾乎普遍用於 生物過程應用 ，例如 生物製藥開發、 酶 或 氨基酸生產，以及必須持續監測和控制產品品質的其他應用。
傳統上，科學家在每批結束時收集樣品，並在遠離流程的品質控制 （QC） 實驗室中對其進行分析，然後再決定產品的 驗收、 拒收或 再加工。
隨著 FDA 於 2004 年引入 過程分析技術 （PAT） 框架，過程分析工具不斷發展。
生物過程行業正朝著應用過程分析來分析原材料和最終產品以及監測和控制生物過程的方向發展。
通過精確分析、監測和控制 來優化生物工藝操作，確保理想的細胞活力、氧氣、二氧化碳和營養物質補料策略、糾正措施以及從工藝開發到全面生產規模的一致生產力。
PAT 框架背後的理念是，一個廣為人知的流程可以帶來預定義的最終產品質量，從而在最短的時間內以最少的運營成本減少監管問題並提高流程效率。
使用 PAT，品質被納入工藝設計中，而不是在產品中進行測試。 這就是 PAT 為品質源於設計 （QbD） 戰略打開大門的方式，為精益製造原則鋪平了道路。
研究人員識別並解釋可變性來源，過程管理可變性，科學家可以準確可靠地預測設計空間、關鍵過程參數 （CPP） 和製造條件下的 產品品質 。
當生命科學家使用分析方法開發生物製藥或生產酶和氨基酸時，他們還必須確保對條件進行持續監測，以便產品滿足嚴格的監管要求，使最終分子繼承純度、特性、安全性和效力等重要屬性。
要瞭解 PAT 在生物技術中的重要性，首先必須瞭解現有的分析過程類型：
離線 測量需要收集樣品，然後將其帶到實驗室進行分析。
旁線測量位於過程的一側，但不直接集成。必須主動取出樣品並輸送到分析方法。
在線分析使用放置在過程容器中的感測器進行原位測量。
在線感測器放置在過程的側流上並 連續測量。
由於它們是 建立在旁路之上的，因此報告的測量與在線測量相比會有延遲。
在生物技術中，水是一種 多功能資源。
它被用作原料、 溶劑、成分、 試劑和清潔劑，並以各種“純”形式生產。
水等級和水系統種類繁多，這意味著它們的生產正成為一個越來越專業化的過程，需要 高度可靠的儀器。
在線測量總有機碳 （TOC）、氧化還原電位 （ORP） 和電導率對於持續可靠的 水質保證至關重要。
培養基中含有精確數量的營養物質是細胞以最佳方式生長 和表達產物的先決條件 。
在開發培養基時，研究人員通常會測試氨基酸、 葡萄糖和 離子的 多種組合，以及其他補充劑，如 血清提取物、 組織提取物 或 水解物、生長因數、 激素、載體蛋白（如 白蛋白 和 轉鐵蛋白）、 脂質、金屬、 維生素、 多胺和 還原劑。
可能的組合數量幾乎是無限的，不同的成分經常相互影響。
媒體優化 需要大量的精力、時間和成本。不能通過簡單地隨機嘗試成分的任意組合來設計最佳生長培養基。
培養基優化和準備被視為簡單的操作;然而， 溫度、 混合時間和pH 值 等關鍵參數會顯著影響培養基，並可以維持細胞代謝的一致性和性能。
PAT 通常是開發穩健工藝所必需的。
使用 ReactIR 和 ReactRaman，您可以在培養基製備過程中在線量化 關鍵成分的濃度 ，並在溶解 過程中 以及 不同的 pH 值和 溫度 條件下監測關鍵成分。
這些結果可以使用 HPLC 或 UV-Vis 光譜法離線驗證。
通過 在線顆粒分析，您可以 監測乾粉和介質溶解的顆粒數量和大小的變化速率和程度 ，而使用 EasyMax，您可以獲得一個簡單而強大的過程開發平臺，您可以在其中 控制和 精確 記錄過程參數的影響，例如 pH 值、 新介質上的劑量、 電導率、 氧化還原電位 （ORP） 或 溶解氧 。
pH 值是培養細胞最關鍵的參數之一，必須仔細 控制 以 維持細胞生長。
InLab® Max Pro ISM pH 電極非常適合 在製備和優化細胞培養和發酵培養基時測量 pH 值。
對於更大規模或在線監測， InPro pH 和 ORP 電極可確保在培養基製備過程中進行可靠且可重現的測量，而高範圍 電導率探頭 可指示成分完全溶解。在一次性平臺中， InSUS 感測器同樣可靠地提供這些在線監測。
以下梅特勒托利多 生產指南 介紹了 商業規模的生物製藥生產，並介紹了分析和稱重在瞭解上游和下游過程步驟中 的關鍵參數方面的作用。
影響生物過程的主要變數是 溫度、 pH 值、 溶解氧 （DO）、二氧化碳、 生物量、葡萄糖和乳酸以及其他代謝物。
這些變數中的每一個在生物反應器中都發揮著 關鍵作用 ，可以優化基於細胞的大分子、聚合物、低聚物和小分子生產。
InPro 系列（可重複使用、可熱滅菌）和 InSUS 系列（一次性規格、可輻照滅菌）的在線感測器專為在這些應用中 進行可靠和準確的測量 而設計。
研究培養基營養成分譜的常見分析方法包括離線方法，例如色譜或 酶定量分析，而現在也有基於后一種技術的在線一次性葡萄糖和乳酸感測器。
然而，研究正在開發使用 拉曼光譜或其他 紅外光譜技術（如 傅里葉變換紅外 （FTIR） 光譜）在線測量葡萄糖和代謝物的方法。
這些感測器很有價值，因為它們可以連續使用，並且不會與分析物發生任何化學相互作用。
通過精確分析、監測和控制來優化生物工藝操作，確保最佳的細胞活力、一致的氧氣和營養補料策略，以及從工藝開發到全面生產規模的一致生產率。
下游加工 （DSP） 最重要的目標是 回收最終產品 並將 雜質減少 到可接受並符合監管品質標準的水準。
如果可能，應在每個下游加工步驟或單元操作 后 ，或至少在旨在減少特定污染物的步驟之後監測雜質。
通過在下游加工的每個關鍵步驟應用在線或在線監測，PAT 將對生物過程產生真正的影響，以便 快速監測雜質，並有時間在下一個加工步驟開始之前正確調整相關 DSP 步驟。
