Bioreaktory jsou základním zařízením v bioinženýrství pro poskytování vhodných podmínek prostředí (např. Teplota, pH, rozpuštěný kyslík, míchání atd.) Pro podporu biologického reakčního procesu mikroorganismů, buněk nebo enzymů. Podle různých principů návrhu, scénářů aplikací a metod provozu lze bioreaktory rozdělit do různých typů. Níže jsou uvedeny společné klasifikace a charakteristiky:
Klasifikace smícháním a přenosem hmoty
Reaktor promíchaného nádrže (STR)
- Charakteristiky: Míchání a přenos hmoty jsou realizovány mechanickým mícháním (míchání pádlo) a rozpuštěným kyslíkem, teplotou a pH lze přesně řídit.
- Aplikace: Široce se používá při mikrobiální fermentaci (EG antibiotika, enzymy), kultura zvířecích buněk (vyžaduje nízký smykový míchací pádlo).
- Varianty
Bublinové míchané reaktory: Kombinace bublání plynu a mechanického míchání.
Vlnový míchaný reaktor: generuje vlny otřesením nádoby, vhodné pro buněčné kultury citlivé na smyky.
Vzduchový transportní reaktor (ALR)
- Charakteristiky: Kapalinová cirkulace řízená injekcí plynu (žádné mechanické míchání), nízká smyková síla, nižší spotřeba energie.
- Aplikace: Vhodné pro buňky citlivé na smyky (např. Rostliny, některé buňky savců) nebo dlouhodobá kontinuální kultura.
Reaktor sloupce Bubble
- Charakteristiky: Pouze prostřednictvím plynové bubliny k dosažení míchání, jednoduché struktury, ale účinnost míchání je nižší.
- Aplikace: Vhodný pro plyn zapojený do reakce (jako je kultura mikrořas, čištění odpadních vod).
Klasifikace podle imobilizace buněk nebo enzymů
Zabalený reaktor postele
- Charakteristiky: Buňky nebo enzymy jsou imobilizovány v porézních nosičích (např. Gels, vlákna) za vzniku pevné vrstvy lože a reakční kapalina protéká ložem.
- Aplikace: Kontinuální produkce metabolitů (např. Ethanol, organické kyseliny) nebo enzymově katalyzovaných reakcí.
Fluidizovaný reaktor postele
- Charakteristiky: Částice nosiče suspendované v průtoku kapaliny nebo vzduchu, vysoká účinnost přenosu hmoty, ale operace je složitá.
- Aplikace: čištění odpadních vod, imobilizovaná enzymová reakce.
Membránový bioreaktor (MBR)
- Charakteristiky: Kombinace technologie biologické reakce a separace membrány, biomasy (např. Mikroorganismy, buňky) je zachována membránou.
- Aplikace: čištění odpadních vod, buněčná kultura s vysokou hustotou, kontinuální oddělení produktů.
Podle klasifikace zvláštní funkce nebo designu
Fotobioreaktor
- Charakteristiky: Poskytují světelné podmínky pro pěstování fotosyntetických mikroorganismů (např. Mikrořasy, cyanobakterie).
- Konstrukce: Průhledný materiál (sklo nebo plast), vestavěný zdroj světla nebo využití přirozeného světla.
- Aplikace: biopaliva (řasa), produkty s vysokou hodnotou (astaxanthin, beta-karoten).
Bioreaktor s jedním použitím
- Charakteristiky: Použití jednorázových sáčků namísto nádrží z nerezové oceli, aby se zabránilo křížové kontaminaci a zkrátilo se čištění a ověření.
- Aplikace: Produkce vakcíny, vývoj léčiv ve fázi klinického hodnocení.
Perfuzní bioreaktor
- Funkce: Nepřetržité přidání čerstvého média a odstranění odpadní kapaliny pro udržení vysoké buněčné aktivity a koncentrace produktu.
- Aplikace: Kultura buněk savců (např. Produkce monoklonální protilátky).
Klasifikace podle režimu provozu
Dávkový reaktor
Jednorázové přidání kultivačního média, sklizeň produktu po skončení reakce, jednoduchý provoz, ale nižší účinnost.
Kontinuální reaktor
Nepřetržitý vstup kultivačního média a výstupy produktů, vhodný pro rozsáhlou industrializovanou produkci.
Přívodní dávkový reaktor
Postupně doplňte živiny v dávkovém provozu pro prodloužení období růstu buněk a zvýšení výnosu produktu (běžně používaný režim).
Klasifikace podle oblastí aplikace
- Mikrobiální fermentor: jako je produkce antibiotik, aminokyselin.
- Reaktor zvířecích buněk: např. Produkce protilátek buněk.
- Reaktor rostlinných buněk: například produkce sekundárních metabolitů (paclitaxel).
- Enzymatické reaktory: Imobilizované enzymy katalyzují reakce (např. izomerizace glukózy).
Klíčové faktory při výběru bioreaktoru
- Charakteristiky biologického systému: mikroorganismy, zvířecí/rostlinné buňky potřebují střih, rozpuštěný kyslík.
- Typ produktu: Zda je vyžadována kontinuální separace (např. Membránový reaktor).
- Měřítko: laboratorní známka (<10 L) vs. industrial grade (>1000 L).
- Náklady: jednorázové reaktory pro flexibilní výrobu, reaktory z nerezové oceli pro dlouhodobé použití velkého měřítka.