Биореакторы являются основным оборудованием в биоинженерии для обеспечения подходящих условий окружающей среды (например, температура, рН, растворенного кислорода, смешивания и т. Д.) для поддержки процесса биологической реакции микроорганизмов, клеток или ферментов. Согласно различным принципам проектирования, сценариям применения и методам работы, биореакторы могут быть классифицированы на различные типы. Ниже приведены общие классификации и характеристики:
Классификация путем смешивания и массового перевода
Реактор перемешивания резервуара (STR)
- Характеристики: Смешивание и массоперенос реализуются путем механического перемешивания (перемешивающее весло), а растворенный кислород, температура и рН могут точно контролировать.
- Приложения: Широко используется в микробной ферментации (например, антибиотики, ферменты), культура животных клеток (требует низкого уровня сдвига, конструкция весла).
- Варианты
Реакторы пузырька перемешивают: комбинация пузырька газа и механического перемешивания.
Реактор с перемешиванием волны: генерирует волны, встряхивая сосуд, подходит для чувствительных к сдвигу клеточных культур.
Реактор с воздушным перевозом (ALR)
- Характеристики: Жидкая циркуляция, вызванная инъекцией газа (без механического перемешивания), низкой силой сдвига, более низким потреблением энергии.
- Приложение: Подходит для чувствительных к сдвигу клеток (например, клетки растений, некоторые клетки млекопитающих) или длительную непрерывную культуру.
Реактор пузырьковой колонны
- Характеристики: Только через газовый пузырь для достижения смешивания, простой структуры, но эффективность смешивания ниже.
- Приложение: Подходит для газа, вовлеченного в реакцию (например, микроводоросли, очистка сточных вод).
Классификация в соответствии с иммобилизацией клеток или ферментов
Переполненный реактор
- Характеристики: клетки или ферменты иммобилизованы в пористых носителях (например, гели, волокна), чтобы сформировать слой с фиксированным слоем, а реакционная жидкость протекает через слой.
- Применение: непрерывная продукция метаболитов (например, этанол, органические кислоты) или катализируемые ферментами реакции.
Жидкий реактор
- Характеристики: частицы носителей, подвешенные в жидкости или воздушном потоке, высокая эффективность массового переноса, но операция является сложной.
- Применение: очистка сточных вод, иммобилизованная реакция фермента.
Мембранный биореактор (MBR)
- Характеристики: Комбинация биологической реакции и технологии разделения мембраны, биомассы (например, микроорганизмы, клетки) сохраняется мембраной.
- Применение: Очистка сточных вод, культура клеток высокой плотности, непрерывное разделение продуктов.
в соответствии со специальной функцией или классификацией дизайна
Photobiorector
- Характеристики: обеспечить условия освещения для выращивания фотосинтетических микроорганизмов (например, микроводоросли, цианобактерии).
- Дизайн: прозрачный материал (стекло или пластик), встроенный источник света или использование естественного света.
- Применение: биотопливо (водорослые масла), продукты с высокой добавленной стоимостью (астаксантин, бета-каротин).
Одноразовый биореактор
- Характеристики: Использование одноразовых мешков вместо резервуаров из нержавеющей стали, чтобы избежать перекрестного загрязнения и сокращения времени очистки и проверки.
- Приложения: Производство вакцин, разработка лекарств на этапе клинических испытаний.
Перфузия биореактор
- Особенности: непрерывное добавление свежей среды и удаление отходов для поддержания высокой активности клеток и концентрации продукта.
- Применение: культура клеток млекопитающих (например, производство моноклональных антител).
Классификация в соответствии с режимом работы
Партийный реактор
Единственное добавление культуральной среды, сбор продуктов после окончания реакции, простая работа, но более низкая эффективность.
Непрерывный реактор
Непрерывный вклад культурной среды и выработка продуктов, подходящих для крупномасштабного промышленно развитого производства.
Реактор с федеральной партией
Постепенно пополнять питательные вещества в пакетной операции, чтобы продлить период роста клеток и увеличить выход продукта (обычно используемый режим).
Классификация в соответствии с областями применения
- Микробный ферментер: например, производство антибиотиков, аминокислот.
- Реактор животных клеток: Например, Производство клеток антител CHO.
- Реактор растительных клеток: например, производство вторичных метаболитов (паклитаксел).
- Ферментные реакторы: Иммобилизованные ферменты катализируют реакции (например, изомеризация глюкозы).
Ключевые факторы при выборе биореактора
- Характеристики биологической системы: микроорганизмы, животные/растительные клетки необходимы для сдвига, растворенного кислорода.
- Тип продукта: требуется ли непрерывное разделение (например, мембранный реактор).
- Масштаб: лабораторный класс (<10 L) vs. industrial grade (>1000 L).
- Стоимость: одноразовые реакторы для гибкого производства, реакторы из нержавеющей стали для долгосрочного крупномасштабного использования.