Bioreaktori ir pamataprīkojums bioinženierijā, lai nodrošinātu piemērotus vides apstākļus (piemēram, temperatūru, pH, izšķīdinātu skābekli, sajaukšanu utt.), Lai atbalstītu mikroorganismu, šūnu vai fermentu bioloģiskās reakcijas procesu. Saskaņā ar dažādiem dizaina principiem, lietojumprogrammu scenārijiem un darbības metodēm bioreaktorus var iedalīt dažādos veidos. Šīs ir kopīgās klasifikācijas un īpašības:
Klasifikācija, sajaucot un masveida pārnešanu
Maisīts tvertnes reaktors (STR)
- Raksturojums: Sajaukšanu un masas pārnešanu realizē ar mehānisku maisīšanu (maisot airi), un var precīzi kontrolēt izšķīdinātu skābekli, temperatūru un pH.
- Pieteikumi: Plaši izmanto mikrobu fermentācijā (piemēram, antibiotikas, fermenti), dzīvnieku šūnu kultūrai (nepieciešama zema bīdes maisa airu konstrukcija).
- Varianti
Burbuļa maisa reaktori: gāzes burbuļošanas un mehāniskās maisīšanas kombinācija.
Viļņu maisīts reaktors: ģenerē viļņus, kratot trauku, kas piemērots bīdes jutīgām šūnu kultūrām.
Airlift reaktors (ALR)
- Raksturojums: Šķidruma cirkulācija, ko veicina gāzes iesmidzināšana (bez mehāniskas maisīšanas), zema bīdes spēks, zemāks enerģijas patēriņš.
- Pieteikums: Piemērots bīdes jutīgām šūnām (piemēram, augu šūnām, dažām zīdītāju šūnām) vai ilgtermiņa nepārtrauktai kultūrai.
Burbuļu kolonnas reaktors
- Raksturojums: Tikai caur gāzes burbuli, lai panāktu sajaukšanu, vienkāršu struktūru, bet sajaukšanas efektivitāte ir zemāka.
- Pieteikums: Piemērots reakcijā iesaistītai gāzei (piemēram, mikroaļģu kultūra, notekūdeņu apstrāde).
Klasifikācija pēc šūnu vai fermentu imobilizācijas
Iesaiņots gultas reaktors
- Raksturojums: šūnas vai fermenti tiek imobilizēti porainos nesējos (piemēram, želejas, šķiedras), veidojot fiksētu gultnes slāni, un reakcijas šķidrums plūst caur gultni.
- Pielietojums: nepārtraukta metabolītu (piemēram, etanola, organisko skābju) vai fermentu katalizēto reakciju ražošana.
Fluidizēts gultas reaktors
- Raksturojums: nesēj daļiņas, kas suspendētas šķidruma vai gaisa plūsmā, augsta masas pārneses efektivitāte, bet operācija ir sarežģīta.
- Pieteikumi: notekūdeņu attīrīšana, imobilizēta enzīmu reakcija.
Membrānas bioreaktors (MBR)
- Raksturojums: Bioloģiskās reakcijas un membrānas atdalīšanas tehnoloģijas kombinācija, biomasa (piemēram, mikroorganismi, šūnas) tiek saglabāta ar membrānu.
- Pieteikumi: notekūdeņu attīrīšana, augsta blīvuma šūnu kultūra, nepārtraukta produktu atdalīšana.
Saskaņā ar īpašo funkciju vai dizaina klasifikāciju
Fotobioreaktors
- Raksturojums: nodrošina gaismas apstākļus fotosintētisko mikroorganismu (piemēram, mikroaļģu, zilaļģu) audzēšanai.
- Dizains: caurspīdīgs materiāls (stikls vai plastmasa), iebūvēts gaismas avots vai dabiskā apgaismojuma izmantošana.
- Pieteikumi: biodegvielas (aļģu eļļas), produkti ar augstu pievienoto vērtību (Astaksantīns, beta-karotīns).
Vienreiz lietojams bioreaktors
- Raksturojums: vienreizējās lietošanas maisiņu izmantošana nerūsējošā tērauda tvertņu vietā, lai izvairītos no savstarpējas piesārņojuma un saīsināta tīrīšanas un validācijas laika.
- Pieteikumi: vakcīnu ražošana, zāļu izstrāde klīniskā izmēģinājuma stadijā.
Perfūzijas bioreaktors
- Funkcijas: nepārtraukta svaigu barotņu pievienošana un atkritumu šķidruma noņemšana, lai uzturētu augstu šūnu aktivitāti un produktu koncentrāciju.
- Pielietojums: Zīdītāju šūnu kultūra (piemēram, monoklonālā antivielu ražošana).
Klasifikācija atbilstoši darbības režīmam
Reaktors
Vienreizējs barotnes pievienošana, produktu novākšana pēc reakcijas beigām, vienkārša darbība, bet zemāka efektivitāte.
Nepārtraukts reaktors
Nepārtraukta barotne un produktu izvade, kas piemērota liela mēroga industrializētai ražošanai.
Fed Spath reaktors
Pakāpeniski papildināt barības vielas partiju darbībā, lai pagarinātu šūnu augšanas periodu un palielinātu produkta ražu (parasti izmantotais režīms).
Klasifikācija saskaņā ar pieteikšanās zonām
- Mikrobu fermentators: piemēram, antibiotiku, aminoskābju ražošana.
- Dzīvnieku šūnu reaktors: Piemēram, antivielu CHO šūnu veidošanās.
- Augu šūnu reaktors: piemēram, sekundāro metabolītu (paklitaksela) ražošana.
- Fermentu reaktori: Imobilizētie enzīmi katalizē reakcijas (piemēram, glikozes izomerizācija).
Galvenie faktori, izvēloties bioreaktoru
- Bioloģiskās sistēmas raksturojums: mikroorganismi, dzīvnieku/augu šūnām nepieciešama bīde, izšķīdināta skābeklis.
- Produkta tips: vai nepieciešama nepārtraukta atdalīšana (piemēram, membrānas reaktors).
- Mērogs: laboratorijas pakāpe (<10 L) vs. industrial grade (>1000 L).
- Izmaksas: vienreizlietojamie reaktori par elastīgu ražošanu, nerūsējošā tērauda reaktori ilgtermiņa liela mēroga lietošanai.