Typy bioreaktorů ve srovnání
Typ bioreaktoru se rozhoduje podle tří okrajových podmínek, v tomto pořadí: tlak a teplota, při nichž proces běží, smykové namáhání, které kultura snese, a způsob, jakým se dosahuje a ověřuje sterilita. Tato stránka porovnává míchanou nádobu, airlift, bublinkovou kolonu, fotobioreaktor, pevné lože a jednorázový systém s deklarovanými limity každého z nich.
Šest typů, jeden na řádek
Limity v tabulce jsou ty deklarované v technických listech příslušných sérií: jsou nejpevnějším kritériem výběru, protože se dají ověřit. Dva typy, které Vinci nevyrábí, zůstávají v tabulce, neboť srovnání, které je vynechá, není srovnání.
| Typ | Jak míchá | Deklarované limity | Kdy se hodí |
|---|---|---|---|
| S míchadlem, skleněný | Mechanicky, míchadlem | 0,5 – 12 l · do 1 bar · 80 °C s pláštěm, 60 °C s vyhřívacím pláštěm · sterilizace v autoklávu | Vývoj procesu a screening, když musí být kultura vidět |
| S míchadlem, stolní nerezová ocel | Mechanicky, míchadlem | 1 – 15 l · série XLP do 1 barg a 70 °C, série XVP a XHP do 10 barg a 135 °C | Procesy pod tlakem nebo při vysoké teplotě už na stole, například plynná fermentace |
| S míchadlem, nerezová ocel sterilizovatelná in situ | Mechanicky, míchadlem | Od 30 l do více než 1 000 l celkového objemu · zabudované cykly SIP a CIP · kLa ≥ 200 h⁻¹ | Mikrobiální procesy s vysokou spotřebou kyslíku, prostředí GMP, škálování směrem k výrobě |
| Airlift | Pneumaticky, pouze proudem plynu: bez míchadla | 0,5 – 12 l z borosilikátového skla, jako provedení sady fotobioreaktoru | Kultury, které nesnášejí smykové namáhání: mikrořasy, sinice, mycelium |
| Fotobioreaktor | Pneumaticky (airlift) nebo mechanicky, dle volby | 0,5 – 12 l · vícekanálové LED, PAR od 0 do 2 500 µmol/m²·s · 2 až 70 °C · senzor PAR | Fotosyntetické kultury, kde je světlo procesním parametrem jako pH |
| Jednorázové | Mechanicky, míchadlem | 0,35 – 40 l celkového objemu · 0 až 0,5 barg · +4 až +50 °C · až 12 reaktorů paralelně | Rychlá změna mezi projekty a žádná validace čištění: cesta kapaliny přichází sterilní |
| Bublinková kolona nevyrábí se | Pneumaticky, bez stoupací trubky: bez vynuceného oběhu | — | Procesy s nízkou potřebou míchání; Vinci tento typ nevyrábí |
| Pevné lože nevyrábí se | Kapalina protéká ložem nosičů, na které buňky přilnou | — | Adherentní buňky a dlouhodobá perfuze; Vinci tento typ nevyrábí |
Objemy typů, které Vinci vyrábí, jsou celkové objemy, jako na stránkách produktů. Pracovní objem je nižší: na stránce škálování je cesta uvedena v pracovním objemu.
Tři otázky, v tomto pořadí
Při jakém tlaku a jaké teplotě běží proces?
Je to první a nejostřejší filtr: vyloučí celé typy ještě předtím, než se zváží cokoli jiného. Nad 1 bar vypadne sklo; nad 0,5 barg nebo 50 °C vypadne jednorázové řešení; nad 70 °C zůstávají série z nerezové oceli stavěné na tlak.
Kolik smykového namáhání kultura snese?
Kultura, která je nesnese, vylučuje míchadlo a směruje k airliftu, kde kapalinou pohybuje jen proud plynu. Odolná kultura naopak získává z intenzivnějšího míchání v míchané nádobě.
Jak se dosahuje sterility a kdo ji ověřuje?
Autokláv omezuje objem na to, co se do něj vejde. SIP sterilizuje systém už smontovaný a připojený a nad určitým objemem je jedinou cestou. Jednorázové řešení posouvá otázku výše: přichází sterilní a místo validace čištění jsou tu šaržové certifikáty dodavatele.
Kolik kultura snese
Smykové namáhání se vyjadřuje dvěma způsoby, které se čtou společně: měrným výkonem disipovaným v kapalině, ve wattech na krychlový metr, a obvodovou rychlostí míchadla, v metrech za sekundu. Rozsahy níže nejsou hodnoty Vinci: jsou to řády veličin z literatury, užitečné pro zařazení kultury před jakýmkoli dimenzováním. Každý kmen má vlastní citlivost a měření kroutícího momentu na skutečném systému řekne více než jakýkoli rozsah.
| Kultura | Měrný výkon · obvodová rychlost | Zdroj |
|---|---|---|
| Savčí buňky (CHO, HEK293) | 10 – 100 W/m³ · 1 – 2 m/s typická | Nienow, Cytotechnology 50 (2006) 9–33 |
| Bakterie a kvasinky | 1 – 5 kW/m³ · 3 – 7 m/s typická | Doran, Bioprocess Engineering Principles, 2nd ed. |
| Mikrořasy | Citlivost se mezi druhy liší příliš na to, aby byl jediný rozsah poctivý: proto se zde používá airlift, který odstraňuje míchadlo z rovnice. | |
Na systémech Vinci se smykové namáhání měří volitelným modulem kroutícího momentu, určeným ke sledování viskozity a smyku během procesu.
Řekněte nám, jak běží váš proces
Tlak, teplota, kultura a množství na šarži: s těmito čtyřmi údaji se typ zúží na jeden či dva a náš inženýrský tým odpoví do 24 hodin.
Časté otázky
Objem není první volbou: vyplývá z množství produktu na šarži a očekávané výtěžnosti procesu a teprve potom se ověří, zda typ snese požadovaný tlak, teplotu a smykové namáhání. Cesta Vinci pokrývá 250 ml až přes 1 000 l pracovního objemu ve čtyřech stupních, které sdílejí řídicí platformu, takže proces vyvinutý na stole se přenese bez přepisování automatizace.
Oba míchají pouze proudem plynu, bez míchadla. Airlift má stoupací trubku, která odděluje zónu, kde plyn stoupá, od té, kde kapalina klesá zpět, a to vynucuje definovaný oběh: kapalina vždy projde stejnou smyčku. Bublinková kolona ji nemá, takže míchání je méně předvídatelné. Vinci vyrábí airlift, nikoli bublinkové kolony.
Limity rozhodují dříve než ekonomika: nad 40 l celkového objemu, nad 0,5 barg nebo nad 50 °C jednorázové řešení není možností a přebírá to nerezová ocel. Pod těmito limity se jednorázové vyplatí tam, kde se projekty často mění, protože odpadá čištění a jeho validace; ocel se vyplatí tam, kde stejný proces běží dlouho a náklady na spotřební nádoby se hromadí.
Pro Vinci je bioreaktor obecný pojem a fermentor označuje bioreaktor nakonfigurovaný pro mikroorganismy: intenzivnější provzdušňování, míchadla Rushton, vyšší měrný výkon. Rozdíl je v konfiguraci, ne ve stroji — stejný řídicí systém vede oba případy a jednorázové nádoby nesou obě označení SUB a SUF na téže nádobě.