12 typer bioreaktorer

Bioreaktorer er kjerneutstyret i bioingeniør for å gi passende miljøforhold (f.eks. Temperatur, pH, oppløst oksygen, blanding osv.) For å støtte den biologiske reaksjonsprosessen til mikroorganismer, celler eller enzymer. I henhold til forskjellige designprinsipper, applikasjonsscenarier og driftsmetoder, kan bioreaktorer kategoriseres i forskjellige typer. Følgende er de vanlige klassifiseringene og egenskapene:
 

Rørt tankreaktor (STR)

• Egenskaper: Blanding og masseoverføring realiseres ved mekanisk omrøring (omrøring av padle), og oppløst oksygen, temperatur og pH kan kontrolleres nøyaktig.
• Applikasjoner: Mye brukt i mikrobiell gjæring (f.eks. Antibiotika, enzymer), dyrecellekultur (krever lav skjær omrørende padleutforming).
• Varianter

Boble omrørte reaktorer: Kombinasjon av gassbobling og mekanisk omrøring.
Bølgerøret reaktor: genererer bølger ved å riste karet, egnet for skjærfølsomme cellekulturer.
Airlift Reactor (ALR)

• Egenskaper: Væskesirkulasjon drevet av gassinjeksjon (ingen mekanisk omrøring), lav skjærkraft, lavere energiforbruk.
• Søknad: Egnet for skjærfølsomme celler (f.eks. Planteceller, noen pattedyrceller) eller langsiktig kontinuerlig kultur.

Boble -kolonnereaktor

• Egenskaper: Bare gjennom gassboblen for å oppnå blanding, enkel struktur, men blandingseffektiviteten er lavere.
• Søknad: egnet for gass involvert i reaksjonen (for eksempel mikroalgerkultur, avløpsvannbehandling).

Pakket sengers reaktor

• Kjennetegn: Celler eller enzymer er immobilisert i porøse bærere (f.eks. Geler, fibre) for å danne et fast sengelag, og reaksjonsvæsken strømmer gjennom sengen.
• Påføring: Kontinuerlig produksjon av metabolitter (f.eks. Etanol, organiske syrer) eller enzymkatalyserte reaksjoner.

Fluidisert sengreaktor

• Kjennetegn: bærerpartikler suspendert i væske- eller luftstrømmen, høy masseoverføringseffektivitet, men operasjonen er kompleks.
• Bruksområder: Avløpsvannbehandling, immobilisert enzymreaksjon.

Membran Bioreactor (MBR)

• Kjennetegn: Kombinasjon av biologisk reaksjon og membran separasjonsteknologi, biomasse (f.eks. Mikroorganismer, celler) beholdes av membran.
• Bruksområder: Avløpsvannbehandling, cellekultur med høy tetthet, kontinuerlig separasjon av produkter.

PhotobioreActor

• Kjennetegn: Gi lysforhold for dyrking av fotosyntetiske mikroorganismer (f.eks. Mikroalger, cyanobakterier).
• Design: Gjennomsiktig materiale (glass eller plast), innebygd lyskilde eller bruk av naturlig lys.
• Bruksområder: Biodrivstoff (algeoljer), produkter med høy verdi (Astaxanthin, betakaroten).

Engangsbruk bioreaktor

• Kjennetegn: Bruk av engangsposer i stedet for tanker i rustfritt stål for å unngå kryssforurensning og forkorte rengjøring og valideringstid.
• Bruksområder: Vaksineproduksjon, medikamentutvikling i klinisk studiefase.

Perfusjonsbioreaktor

• Funksjoner: Kontinuerlig tilsetning av friske medier og fjerning av avfallsvæske for å opprettholde høy celleaktivitet og produktkonsentrasjon.
• Bruksområde: Pattedyrcellekultur (f.eks. Monoklonal antistoffproduksjon).

Batchreaktor

Engangs tilsetning av kulturmedium, produkthøsting etter reaksjonens slutt, enkel drift, men lavere effektivitet.

Kontinuerlig reaktor

Kontinuerlig innspill av kulturmedium og produksjon av produkter, egnet for storstilt industrialisert produksjon.

Fed-batch reaktor

Etterfyll gradvis næringsstoffer i batchdrift for å forlenge cellevekstperioden og øke produktutbyttet (ofte brukt modus).

• Mikrobiell fermenter: som produksjon av antibiotika, aminosyrer.
• Animal Cell Reactor: f.eks. CHO -celleproduksjon av antistoffer.
• Plantecellereaktor: som produksjon av sekundære metabolitter (paclitaxel).
• Enzymreaktorer: immobiliserte enzymer katalyserer reaksjoner (f.eks. Glukoseisomerisering).

• Kjennetegn på det biologiske systemet: mikroorganismer, dyre-/planteceller trenger for skjær, oppløst oksygen.
• Produkttype: Enten kontinuerlig separasjon er nødvendig (f.eks. Membranreaktor).
• Skala: Laboratorieklasse (<10 L) vs. industrial grade (>1000 L).
• Kostnad: Disponible reaktorer for fleksibel produksjon, reaktorer i rustfritt stål for langvarig bruk av stor skala.