12 rodzajów bioreaktorów

Bioreaktory są podstawowym sprzętem w bioinżynierii do zapewnienia odpowiednich warunków środowiskowych (np. Temperatura, pH, rozpuszczony tlen, mieszanie itp.) W celu wsparcia biologicznego procesu reakcji mikroorganizmów, komórek lub enzymów. Zgodnie z różnymi zasadami projektowania, scenariusze zastosowań i metody działania, bioreaktory można podzielić na różne typy. Poniżej znajdują się wspólne klasyfikacje i cechy:
 

Reaktor zbiornika mieszanego (STR)

• Charakterystyka: Mieszanie i przenoszenie masy są realizowane przez mechaniczne mieszanie (mieszanie łopatki), a rozpuszczony tlen, temperatura i pH mogą być precyzyjnie kontrolowane.
• Zastosowania: Powszechnie stosowany w fermentacji drobnoustrojowej (np. Antybiotyki, enzymy), hodowli komórek zwierząt (wymaga nisko ścinającego poruszającego się łopatki).
• Warianty

Reaktory mieszane pęcherzykami: połączenie bulgotania gazu i mieszania mechanicznego.
Reaktor mieszany fala: wytwarza fale poprzez wstrząsanie naczynia, odpowiednie dla hodowli komórkowych wrażliwych na ścinanie.
Transport powietrzny Reaktor (ALR)

• Charakterystyka: Cyrkulacja cieczy napędzana wtryskiem gazu (brak mechanicznego mieszania), siła o niskiej zawartości ścinania, niższe zużycie energii.
• Aplikacja: Nadaje się do komórek wrażliwych na ścinanie (np. Komórki roślinne, niektórych komórek ssaków) lub długoterminowej hodowli ciągłej.

Reaktor kolumny pęcherzyków

• Charakterystyka: Tylko przez bańkę gazową, aby osiągnąć mieszanie, prosta struktura, ale wydajność mieszania jest niższa.
• Aplikacja: Nadaje się do gazu zaangażowanego w reakcję (taką jak hodowla mikroalg, oczyszczanie ścieków).

Reaktor spakowany

• Charakterystyka: Komórki lub enzymy są unieruchomione w porowatych nośnikach (np. Żele, włókna), tworząc ustaloną warstwę złoża, a ciecz reakcji przepływa przez łóżko.
• Zastosowanie: Ciągłe wytwarzanie metabolitów (np. Etanolu, kwasów organicznych) lub reakcji katalizowanych przez enzym.

Reaktor złoża fluidalnego

• Charakterystyka: Cząstki nośne zawieszone w przepływie cieczy lub powietrza, wysoka wydajność przenoszenia masy, ale operacja jest złożona.
• Zastosowania: Oczyszczanie ścieków, unieruchomiona reakcja enzymatyczna.

Bioreaktor błony (MBR)

• Charakterystyka: Połączenie technologii reakcji biologicznej i rozdziału błony, biomasa (np. Mikroorganizmy, komórki) jest zachowywana przez błonę.
• Zastosowania: Oczyszczanie ścieków, hodowla komórek o wysokiej gęstości, ciągłe oddzielenie produktów.

Photoboreactor

• Charakterystyka: Zapewnij warunki lekkie dla uprawy mikroorganizmów fotosyntetycznych (np. Microalga, cyjanobakterie).
• Projekt: przezroczysty materiał (szklany lub plastik), wbudowane źródło światła lub wykorzystanie naturalnego światła.
• Zastosowania: biopaliwa (oleje z alg), produkty o wysokiej wartości (astaksantyna, beta-karoten).

Bioreaktor jednorazowego użytku

• Charakterystyka: Zastosowanie worków jednorazowych zamiast zbiorników ze stali nierdzewnej, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego i skrócić czas czyszczenia i walidacji.
• Zastosowania: Produkcja szczepionek, rozwój leków w stadium badania klinicznego.

Perfuzja bioreaktor

• Cechy: Ciągłe dodawanie świeżych pożywki i usuwanie odpadów w celu utrzymania wysokiej aktywności komórki i stężenia produktu.
• Zastosowanie: Kultura komórek ssaków (np. Produkcja przeciwciał monoklonalnych).

Reaktor wsadowy

Jednorazowe dodanie pożywki hodowlanej, zbieranie produktów po zakończeniu reakcji, prosta obsługa, ale niższa wydajność.

Reaktor ciągły

Ciągły wkład w pożywce hodowlanej i produktów produktów, odpowiednie do uprzemysłowionej produkcji na dużą skalę.

Reaktor partii karmionych

Stopniowo uzupełniaj składniki odżywcze podczas pracy partii, aby przedłużyć okres wzrostu komórek i zwiększyć wydajność produktu (powszechnie używany tryb).

• Fermentor drobnoustrojowy: takie jak produkcja antybiotyków, aminokwasy.
• Reaktor komórek zwierzęcych: np. produkcja przeciwciał w komórkach cho.
• Reaktor komórek roślin: takie jak produkcja wtórnych metabolitów (paklitaksel).
• Reaktory enzymu: unieruchomione enzymy katalizują reakcje (np. izomeryzacja glukozy).

• Charakterystyka układu biologicznego: mikroorganizmy, komórki zwierzęce/roślinne potrzebują ścinania, rozpuszczony tlen.
• Rodzaj produktu: czy wymagane jest ciągłe separacja (np. Reaktor membranowy).
• Skala: klasa laboratoryjna (<10 L) vs. industrial grade (>1000 L).
• Koszt: Reaktory jednorazowe do elastycznej produkcji, reaktory ze stali nierdzewnej do długoterminowego użycia na dużą skalę.