Биореакторен ферментатор

Резервоарни биореактори с непрекъснато разбъркване
Биореакторът с резервоар с непрекъснато разбъркване е класическото оформление и все още най-широко използваният биореактор. Повечето производствени центрове и акредитираните от FDA производствени стратегии за биофармацевтични продукти се основават на биореактори със смесен резервоар. Следователно процесът на мащабиране от лабораторни към производствени системи се основава правилно на това оформление. Този цилиндричен биореактор използва връх или монтиран отзад въртящ се смесител. Съотношението на нещата обикновено е между 3:5.

Биореактори с балонна колона
Биореакторите с балонна колона са биореактори с висока колона, при които се добавя газ в долната фаза за целите на смесване и аериране. Съдът, използван за биореактори с балонна колона, обикновено е цилиндричен с елементно съотношение 4-6.

Въздушни биореактори
Биореакторите с въздушен транспорт са много подобни на колонни реактори с мехурчета, но се различават по факта, че включват нагнетателна тръба. Нагнетателната тръба е непрекъснато вътрешна тръба или външна тръба, която подобрява движението и превключването на кислорода и изравнява силите на срязване вътре в реактора.

Биореактори с кипящ слой
Биореакторът с кипящ слой е подобен на биореактора с балонна колона, с изключение на това, че горната функция се ускорява, за да се намали скоростта на течността. Конструкцията на флуидизираните биореактори е такава, че твърдите частици се задържат в реактора едновременно с изтичането на течността. Тези биореактори са подходящи за използване за провеждане на реакции, включващи суспендирани в течност биокатализатори, включително имобилизирани ензими, имобилизирани клетки и микробни стада.

Биореактори с пакетиран слой
Матрак от твърди остатъци, с биокатализатори върху или в матрицата от твърди частици, опакован в колона, представлява опакован биореактор за матрак. Използваните твърди вещества могат да бъдат порести или непорести гелове и те ще бъдат компресируеми или негъвкави по природа. Хранителен бульон тече непрекъснато върху имобилизирания биокатализатор. Продуктите, получени в биореактора с уплътнен слой, се пускат в течността и се отстраняват. Докато плъзгането на течността може да бъде нагоре или надолу, за предпочитане е движението надолу под действието на гравитацията.

Клетъчно разширяване и посяване
Биореакторите се използват за разширяване и пролиферация на клетки, за да се получи достатъчна клетъчна популация за тъканно инженерство. Това е особено важно, когато се използват първични клетки или стволови клетки. Биореакторите могат да осигурят равномерно разпределение на клетките върху скелета.

3D тъканна конструкция
Биореакторите позволяват сглобяването слой по слой на 3D тъканни конструкции. Те позволяват прецизно поставяне на клетки, растежни фактори и биоматериали за създаване на сложни тъканни структури, които имитират естествените тъкани.

Васкуларизация
Създаването на функционални мрежи от кръвоносни съдове в инженерните тъкани е от решаващо значение за осигуряване на подходящо снабдяване с хранителни вещества и кислород. Биореакторите могат да насърчат развитието на съдови мрежи чрез осигуряване на контролиран поток и напрежение на срязване.

Контролирано снабдяване с кислород и хранителни вещества
Биореакторите поддържат градиенти на кислород и хранителни вещества в тъканните конструкции, което е от съществено значение за жизнеспособността на клетките и развитието на тъканите. Те също така могат ефективно да отстраняват отпадъчните продукти. Биореакторите могат да прилагат механични сили, като компресия, напрежение и срязване, за да имитират физиологични условия.

Увеличаване на производството
Биореакторите се използват за увеличаване на производството на тъкани за клинични приложения. Те гарантират, че създадените тъкани отговарят на необходимите стандарти за качество и количество за трансплантация. Биореакторите са универсални инструменти в тъканното инженерство, които позволяват създаването на сложни и функционални тъкани и органи.

● Първо, клетките трябва да бъдат добити и култивирани в малки колби, съдържащи среда за клетъчна култура, която осигурява на клетките среда, богата на хранителни вещества, в която те могат удобно да пролиферират.

● Когато клетките започнат да надрастват колбите, те се прехвърлят в по-голям дом, който може да бъде по-голяма колба или малък биореактор. Този процес на „оразмеряване“ е известен като „засяващ влак“ и гарантира, че клетките винаги растат при оптимални условия.

● Преди клетките да влязат в биореактор, съдът се програмира да отговаря на определени параметри и се добавя среда.

● Когато условията са подходящи, клетките се въвеждат в биореактора и се оставят да пролиферират – или върху скелета, ако са от типа клетки, които обичат да се придържат към повърхности, или в суспензия, като нашите клетки, които пролиферират щастливо, докато се носят през движеща се медия. Условията се наблюдават постоянно по време на „работата“ или цикъла на биореактора. В зависимост от конструкцията на биореактора и процеса, използван за култивиране на клетките, могат да бъдат предприети други стъпки за поддържане на оптимални условия.

● Когато клетките достигнат оптимална плътност, те се „събират“ или се отстраняват и почистват, или се отделят от средата и отпадъците, които може да са се натрупали по време на цикъла. След това учените могат да използват клетките за различни цели. В нашия случай ние използваме биомасата за приготвяне на пилешки ленти, шишчета и други познати видове месо.

Характеристики на продукта
Стойността и обемът на произвеждания продукт оказват влияние върху изискванията за проектиране. Напитките с ниска стойност и големи обеми на алкохолна основа може да изискват по-прости ферментатори без необходимост от асептични условия. Продуктите с висока стойност и с малък обем, от друга страна, често изискват по-сложни процеси и асептични условия за поддържане на качеството на продукта.

Нива на субстрата и продукта
Нивата на субстрати (изходни вещества) и продукти в реакционната смес трябва да бъдат внимателно контролирани. Неадекватните нива на субстратите или наличието на прекомерни продукти могат да възпрепятстват процеса. Поддържането на оптимални условия за клетъчно развитие, вътреклетъчни ензими и образуване на продукти, като осигуряване на подходящо хранене, соли, кислород и поддържане на подходяща температура, концентрация на реагентите и рН в тесен диапазон, е от решаващо значение.

Вещества, инхибитори и ефектори
Специфични вещества, инхибитори, ефектори и метаболитни продукти могат да окажат влияние върху скоростта и характера на реакциите и вътреклетъчната регулация. Тези фактори трябва да се вземат предвид при проектирането, за да се осигури оптимална производителност на процеса.

Нетрадиционни субстрати и замърсители
Микроорганизмите, използвани в биореакторите, могат да метаболизират неконвенционални субстрати или дори замърсители, присъстващи в суровините, като целулоза, минерали, нишесте, отпадъци и замърсяване на въздуха. Проектирането на биореактори, които могат да се справят с такива субстрати, включително силно вискозни среди, е важно за ефективната и ефективна биопреработка.

Характеристики на микроорганизмите
За разлика от изолираните ензими и химикали, микроорганизмите могат да коригират структурата и функцията на своите ензими в отговор на условията на процеса. Тази адаптивност може да повлияе на тяхната производителност и селективност. Освен това микроорганизмите са податливи на мутации, които могат да се появят при определени условия, което налага внимателно обмисляне на дизайна.

Влияния на околната среда
Микроорганизмите често са уязвими на високо напрежение на срязване, както и на химически и термични влияния. Проектирането на биореактори, които минимизират тези напрежения и осигуряват стабилна и контролирана среда, е от решаващо значение за поддържане на оптимална микробна активност.

Реакционни системи
Биореакторите обикновено включват системи газ-течност-твърдо вещество, като течната фаза е предимно водна. Проектирането на подходящи механизми за смесване, аериране и разделяне е необходимо, за да се осигури ефективен масов трансфер и кинетика на реакцията.

Динамика и растеж
Биореакторите с непрекъснато действие, по-специално, могат да проявят сложно динамично поведение поради непрекъснатия поток и променящите се условия. Освен това, по време на биохимично преобразуване, масата на микробните клетки може да нарасне, което води до ефекти като растеж по стените, флокулация и автолиза. Тези явления, свързани с растежа, трябва да се вземат предвид при проектирането на биореактора.

Работата с ферментатори изисква стриктно спазване на установените предпазни мерки за безопасност, за да се запази благосъстоянието на персонала и да се поддържа сигурна работна среда. Личните предпазни средства (ЛПС) играят жизненоважна роля за минимизиране на риска от излагане на потенциално опасни вещества. От съществено значение е операторите да носят подходящи ЛПС, като ръкавици, очила и лабораторни престилки, за да се предпазят от химически пръски, частици във въздуха и всякакви потенциални биологични опасности.

Освен това правилното боравене и изхвърляне на химикали са от изключителна важност за предотвратяване на инциденти и минимизиране на въздействието върху околната среда. От решаващо значение е да следвате установените протоколи за безопасно съхранение, боравене и изхвърляне на химикали, използвани в процеса на ферментация. Редовната поддръжка на оборудването и калибрирането също са от съществено значение, за да се гарантира, че ферментаторите работят оптимално и да се предотвратят всякакви потенциални неизправности, които биха могли да компрометират безопасността.

В допълнение към тези мерки трябва да се провеждат рутинни проверки на безопасността, за да се идентифицират всички потенциални опасности или области за подобрение. Тези одити помагат да се оцени ефективността на съществуващите протоколи за безопасност и да се идентифицират възможности за подобряване на мерките за безопасност. Чрез непрекъснато наблюдение и оценка на практиките за безопасност, организациите могат проактивно да се справят с всякакви проблеми с безопасността и да поддържат култура на безопасност на работното място.

Поддръжката на ферментаторите и спазването на стриктни протоколи за безопасност са от решаващо значение за ефективната и безопасна работа на процесите на ферментация. Цялостните процедури за почистване и стерилизация, заедно с прилагането на всеобхватни предпазни мерки, допринасят за сигурна работна среда и гарантират целостта на процеса на ферментация. Чрез приоритизиране на мерките за поддръжка и безопасност организациите могат да минимизират рисковете, да защитят персонала и да постигнат последователни и надеждни резултати в своите ферментационни операции.