发酵和生物过程是发现和制备药物、特殊化学品、大宗能源及化学品的重要手段。目前为止发酵过程缺乏先进的监测及控制技术，因而极大限制了其产率及产能。
发酵过程涉及到活细胞，而活细胞对周围环境的细微变化都非常敏感，因此许多的生物过程都存在批次之间的不稳定性。一般取样分析光学密度(OD)及通过HPLC测试在一定程度上能帮助理解及改进生物反应的操作，但因为需要取样、制样、分析整个过程而导致时间滞后，无法及时得到当前的结果。特别是在分批加料发酵工艺中，经常需要控制某一限制成份的浓度，时间的滞后可能会导致与最优操作条件的显著偏差。如果工艺仍旧按照经验模式来修正，这样的效率是不符合当今日益快速发展的生产节奏的。
在制药行业，过程分析监测某一关键工艺参数是PAT及QbD理念的重要组成部分，也是美国FDA极力提倡的。而Terry Redman教授一直专注于检测某一关键工艺参数能准确的测量过程的动力学，他的研究帮助深入理解过程、建立准确模型、并做到实时控制。使得先进的过程分析技术同样能应用于理解、优化发酵及生物过程。
发酵中的过程分析技术
检测生物量、细胞生长及细胞团聚实时监测生物反应过程的细胞分布，可以得到生物质浓度及生长动力学，而这些对发酵过程的深入表征及控制来说都是非常重要的。另外，细胞形貌、聚集以及絮凝体大小的实时信息对理解、优化生物过程也非常重要。
由于直接关联生物质浓度发酵罐中生物物质的量直接关系反应器的产能，不管产品是生物物质本身还是特殊酶或代谢物。使用类似EasyMax配套PAT仪器就可以利用聚焦光束反射测量技术(FBRM)能精确的测量颗粒分布，并且与颗粒的数目、大小及形貌相关联，这样就能有效的得到生物物质的量。在复杂的细胞体系当中，絮凝或团聚都会导致生物物质浓度变化以及絮凝体或团聚体的尺寸，这是简单的用浊度或光学浓度表征显然没法全面理解过程的变化，针对细胞及细胞结构的数量和尺寸的测量可以用来阐明这些形貌变化的引发及机理，并量化这些变化的动力学。
例如：生物乙醇发酵工艺中，絮凝体的大小是控制工艺的关键参数。如果将絮凝体大小分别控制在100 - 400 um做4个平行条件，就清楚的得到絮凝体在300um大小，乙醇收率最高。而FBRM实时监控系统就可以很好的完成控制絮凝体大小这一任务。根据其得出的实时结果，使我们对搅拌速度加以控制，以保持工艺的稳定性，得到最优化的发酵工艺参数。如下图
使用FRBM探针我们可以测得其生长速率和聚集速度
并且整理出搅拌速率和絮凝体大小的线性关系。最终得到保持300um的絮凝体大小是最优的工业化条件。
PAT强调了生产工艺中在线直接应用过程分析技术，而不局限于实验室。利用PAT技术在生产过程中可靠，快速，直接、方便的执行质量控制提高生产率和利润率。而美国FDA特意修编了《工业PAT技术指南》，以指导本土企业在制药和生物领域相关技术的应用，这也成为生物制药未来的发展趋势。
