12 τύποι βιοαντιδραστήρων

Οι βιοαντιδραστήρες είναι ο βασικός εξοπλισμός στη βιοϊατρική για την παροχή κατάλληλων περιβαλλοντικών συνθηκών (π.χ. θερμοκρασία, ρΗ, διαλυμένου οξυγόνου, ανάμιξης κ.λπ.) για την υποστήριξη της διαδικασίας βιολογικής αντίδρασης μικροοργανισμών, κυττάρων ή ενζύμων. Σύμφωνα με διαφορετικές αρχές σχεδιασμού, σενάρια εφαρμογών και μεθόδους λειτουργίας, οι βιοαντιδραστήρες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε διάφορους τύπους. Τα παρακάτω είναι οι κοινές ταξινομήσεις και χαρακτηριστικά:
 

Αναδευτής δεξαμενής αντιδραστήρα (STR)

• Χαρακτηριστικά: Η ανάμειξη και η μεταφορά μάζας πραγματοποιούνται με μηχανική ανάδευση (κουπί ανάδευσης) και το διαλυμένο οξυγόνο, η θερμοκρασία και το ρΗ μπορούν να ελεγχθούν με ακρίβεια.
• Αιτήσεις: Χρησιμοποιείται ευρέως σε μικροβιακή ζύμωση (π.χ. αντιβιοτικά, ένζυμα), καλλιέργεια ζωικών κυττάρων (απαιτεί σχεδιασμό με χαμηλή διάτμηση ανακατεύοντας).
• Παραλλαγές

Bubble αναδεύεται αντιδραστήρες: συνδυασμός φυσαλίδων αερίου και μηχανικής ανάδευσης.
Αναδευτής αντιδραστήρα Wave: Δημιουργεί κύματα με το κούνημα του σκάφους, κατάλληλο για κυτταρικές καλλιέργειες ευαίσθητες σε διάτμηση.
Αντιδραστήρας αέρα (ALR)

• Χαρακτηριστικά: Υγρή κυκλοφορία που οδηγείται από έγχυση αερίου (χωρίς μηχανική ανάδευση), δύναμη χαμηλής διάτμησης, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.
• Εφαρμογή: Κατάλληλο για κύτταρα ευαίσθητα σε διάτμηση (π.χ. φυτικά κύτταρα, μερικά κύτταρα θηλαστικών) ή μακροχρόνια συνεχή καλλιέργεια.

Αντιδραστήρας στήλης φυσαλίδων

• Χαρακτηριστικά: Μόνο μέσω της φυσαλίδας αερίου για την επίτευξη ανάμιξης, απλή δομή, αλλά η απόδοση ανάμιξης είναι χαμηλότερη.
• Εφαρμογή: Κατάλληλο για αέριο που εμπλέκεται στην αντίδραση (όπως η καλλιέργεια μικροφυκών, η επεξεργασία λυμάτων).

Αντιδραστήρα συσκευασμένου κρεβατιού

• Χαρακτηριστικά: Τα κύτταρα ή τα ένζυμα ακινητοποιούνται σε πορώδεις μεταφορείς (π.χ. πηκτές, ίνες) για να σχηματίσουν ένα στρώμα σταθερού κρεβατιού και το υγρό αντίδρασης ρέει μέσα από το κρεβάτι.
• Εφαρμογή: Συνεχής παραγωγή μεταβολιτών (π.χ. αιθανόλη, οργανικά οξέα) ή αντιδράσεις καταλυόμενων ενζύμων.

Αντιδραστήρας ρευστοποιημένου κρεβατιού

• Χαρακτηριστικά: Τα σωματίδια φορέα αιωρούμενα στη ροή υγρού ή αέρα, υψηλής απόδοσης μεταφοράς μάζας, αλλά η λειτουργία είναι πολύπλοκη.
• Εφαρμογές: επεξεργασία λυμάτων, ακινητοποιημένη αντίδραση ενζύμου.

Βιοαντιδραστήρα μεμβράνης (MBR)

• Χαρακτηριστικά: Συνδυασμός τεχνολογίας βιολογικής αντίδρασης και διαχωρισμού μεμβράνης, βιομάζα (π.χ. μικροοργανισμούς, κύτταρα) διατηρείται με μεμβράνη.
• Εφαρμογές: επεξεργασία λυμάτων, κυτταρική καλλιέργεια υψηλής πυκνότητας, συνεχής διαχωρισμός προϊόντων.

Φωτοβιορυρετικός

• Χαρακτηριστικά: Παρέχετε συνθήκες φωτισμού για την καλλιέργεια φωτοσυνθετικών μικροοργανισμών (π.χ. μικροφύκη, κυανοβακτήρια).
• Σχεδιασμός: Διαφανές υλικό (γυαλί ή πλαστικό), ενσωματωμένη πηγή φωτός ή χρησιμοποιώντας φυσικό φως.
• Εφαρμογές: βιοκαύσιμα (έλαια φυκών), προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας (Astaxanthin, βήτα-καροτένιο).

Βιοαντιδραστήρας

• Χαρακτηριστικά: Χρήση σάκων μίας χρήσης αντί για δεξαμενές από ανοξείδωτο χάλυβα για να αποφευχθεί η διασταυρούμενη μόλυνση και να μειώσετε τον καθαρισμό και τον χρόνο επικύρωσης.
• Εφαρμογές: Παραγωγή εμβολίων, ανάπτυξη φαρμάκων σε στάδιο κλινικής δοκιμής.

Βιοαντιδραστήρας διάχυσης

• Χαρακτηριστικά: Συνεχής προσθήκη φρέσκων μέσων και απομάκρυνση υγρών αποβλήτων για τη διατήρηση της υψηλής κυτταρικής δραστηριότητας και της συγκέντρωσης του προϊόντος.
• Εφαρμογή: Κυτταρική καλλιέργεια θηλαστικών (π.χ. παραγωγή μονοκλωνικού αντισώματος).

Αντιδραστήρας παρτίδας

Μονή προσθήκη μέσου καλλιέργειας, συγκομιδή προϊόντων μετά το τέλος της αντίδρασης, απλή λειτουργία αλλά χαμηλότερη απόδοση.

Συνεχής αντιδραστήρας

Συνεχής εισροή του μέσου καλλιέργειας και της παραγωγής προϊόντων, κατάλληλη για βιομηχανική παραγωγή μεγάλης κλίμακας.

Αντιδραστήρας Fed-Batch

Σταδιακά αναπληρώστε τα θρεπτικά συστατικά στη λειτουργία παρτίδας για να παρατείνετε την περίοδο ανάπτυξης των κυττάρων και να αυξήσετε την απόδοση του προϊόντος (συνήθως χρησιμοποιούμενη λειτουργία).

• Μικροβιακός ζυμωτής: όπως η παραγωγή αντιβιοτικών, αμινοξέα.
• Αντιδραστήρας ζωικών κυττάρων: π.χ. παραγωγή κυττάρων αντισωμάτων.
• Αντιδραστήρας φυτικών κυττάρων: όπως η παραγωγή δευτερογενών μεταβολιτών (πακλιταξέλη).
• Αντιδραστήρες ενζύμου: ακινητοποιημένα ένζυμα καταλύουν τις αντιδράσεις (π.χ. ισομερισμός γλυκόζης).

• Χαρακτηριστικά του βιολογικού συστήματος: μικροοργανισμοί, κύτταρα ζώων/φυτών χρειάζονται διάτμηση, διαλυμένο οξυγόνο.
• Τύπος προϊόντος: Είτε απαιτείται συνεχής διαχωρισμός (π.χ. αντιδραστήρας μεμβράνης).
• Κλίμακα: εργαστηριακός βαθμός (<10 L) vs. industrial grade (>1000 L).
• Κόστος: Αντιδραστήρες μίας χρήσης για ευέλικτη παραγωγή, αντιδραστήρες από ανοξείδωτο χάλυβα για μακροχρόνια χρήση μεγάλης κλίμακας.