Biyoreaktörler, mikroorganizmaların, hücrelerin veya enzimlerin biyolojik reaksiyon sürecini desteklemek için uygun çevresel koşullar (örn., Sıcaklık, pH, çözünmüş oksijen, karıştırma vb.) Sağlamak için biyomühendislikte çekirdek ekipmandır. Farklı tasarım ilkelerine, uygulama senaryolarına ve çalışma yöntemlerine göre, biyoreaktörler çeşitli tiplerde kategorize edilebilir. Ortak sınıflandırmalar ve özellikler aşağıdadır:
Karıştırma ve kütle transferi ile sınıflandırma
Karıştırılmış Tank Reaktörü (STR)
- Özellikler: Karıştırma ve kütle transferi mekanik karıştırma (karıştırma kürek) ile gerçekleştirilir ve çözünmüş oksijen, sıcaklık ve pH tam olarak kontrol edilebilir.
- Başvuru: Mikrobiyal fermantasyonda (örneğin antibiyotikler, enzimler), hayvan hücresi kültüründe (düşük kesme karıştırma kürek tasarımı gerektirir) yaygın olarak kullanılır.
- Varyantlar
Kabarcık karıştırılmış reaktörler: Gaz köpürme ve mekanik karıştırma kombinasyonu.
Dalga karıştırılmış reaktör: Kesme duyarlı hücre kültürleri için uygun, kabı sallayarak dalgalar üretir.
Airlift Reaktörü (ALR)
- Özellikler: Gaz enjeksiyonu (mekanik karıştırma yok), düşük kesme kuvveti, düşük enerji tüketimi ile tahrik edilen sıvı dolaşım.
- Başvuru: Kesme duyarlı hücreler (örn. Bitki hücreleri, bazı memeli hücreleri) veya uzun süreli sürekli kültür için uygundur.
Kabarcık sütun reaktörü
- Özellikler: Sadece karıştırma, basit yapı elde etmek için gaz baloncuğu yoluyla, ancak karıştırma verimliliği daha düşüktür.
- Başvuru: Reaksiyona dahil olan gaz için uygun (mikroalg kültürü, atık su arıtma gibi).
Hücrelerin veya enzimlerin hareketsizleştirilmesine göre sınıflandırma
Paketlenmiş yatak reaktörü
- Özellikler: Hücreler veya enzimler, sabit bir yatak tabakası oluşturmak için gözenekli taşıyıcılarda (örneğin jeller, lifler) hareketsizleştirilir ve reaksiyon sıvısı yataktan akar.
- Uygulama: Metabolitlerin sürekli üretimi (örneğin etanol, organik asitler) veya enzim katalizli reaksiyonlar.
Akışkan yatak reaktörü
- Özellikler: Sıvı veya hava akışında asılı olan taşıyıcı parçacıklar, yüksek kütle transfer verimliliği, ancak operasyon karmaşıktır.
- Uygulamalar: Atıksu arıtma, hareketsizleştirilmiş enzim reaksiyonu.
Membran biyoreaktörü (MBR)
- Özellikler: Biyolojik reaksiyon ve membran ayırma teknolojisinin kombinasyonu, biyokütle (örn. Mikroorganizmalar, hücreler) membran tarafından tutulur.
- Uygulamalar: Atıksu arıtma, yüksek yoğunluklu hücre kültürü, ürünlerin sürekli olarak ayrılması.
Özel işlev veya tasarım sınıflandırmasına göre
Fotobiorezör
- Özellikler: Fotosentetik mikroorganizmaların (örn. Mikroalg, siyanobakteriler) yetiştirilmesi için ışık koşulları sağlar.
- Tasarım: Şeffaf malzeme (cam veya plastik), yerleşik ışık kaynağı veya doğal ışık kullanılarak.
- Uygulamalar: biyoyakıtlar (alg yağlar), yüksek katma değerli ürünler (astaksantin, beta-karoten).
Tek kullanımlık biyoreaktör
- Özellikler: Çapraz kontaminasyonu önlemek ve temizleme ve doğrulama süresini kısaltmak için paslanmaz çelik tanklar yerine tek kullanımlık torbaların kullanılması.
- Uygulamalar: aşı üretimi, klinik çalışma aşamasında ilaç gelişimi.
Perfüzyon biyoreaktör
- Özellikler: Yüksek hücre aktivitesini ve ürün konsantrasyonunu korumak için sürekli taze ortamın eklenmesi ve atık sıvının çıkarılması.
- Uygulama: Memeli hücre kültürü (örneğin monoklonal antikor üretimi).
İşlem moduna göre sınıflandırma
Toplu reaktör
Kültür ortamının bir kerelik ilavesi, reaksiyonun bitiminden sonra ürün hasadı, basit operasyon ancak daha düşük verimlilik.
Sürekli reaktör
Kültür ortamının sürekli girdisi ve büyük ölçekli sanayileşmiş üretim için uygun ürünlerin çıktısı.
Fed-Batch Reaktörü
Hücre büyüme süresini uzatmak ve ürün verimini (yaygın olarak kullanılan mod) arttırmak için parti operasyonundaki besinleri yavaş yavaş yenileyin.
Uygulama alanlarına göre sınıflandırma
- Mikrobiyal fermantör: antibiyotik üretimi, amino asitler.
- Hayvan hücresi reaktörü: Örneğin antikorların cHO hücresi üretimi.
- Bitki hücresi reaktörü: İkincil metabolitlerin (paklitaksel) üretimi gibi.
- Enzim reaktörleri: hareketsizleştirilmiş enzimler reaksiyonları katalize eder (örn. Glikoz izomerizasyonu).
Bir biyoreaktörün seçilmesinde anahtar faktörler
- Biyolojik sistemin özellikleri: Mikroorganizmalar, hayvan/bitki hücreleri kesme, çözünmüş oksijene ihtiyaç duyar.
- Ürün Türü: Sürekli ayırma gerekip gerekmediği (örn. Membran reaktörü).
- Ölçek: laboratuvar sınıfı (<10 L) vs. industrial grade (>1000 L).
- Maliyet: Esnek üretim için tek kullanımlık reaktörler, uzun süreli büyük ölçekli kullanım için paslanmaz çelik reaktörler.