Bioreaktorityypit vertailussa
Bioreaktorin tyyppi valitaan kolmen reunaehdon perusteella, tässä järjestyksessä: prosessin paine ja lämpötila, viljelmän sietämät leikkausvoimat ja tapa, jolla steriiliys saavutetaan ja todennetaan. Tällä sivulla verrataan sekoitussäiliötä, airliftia, kuplakolonnia, fotobioreaktoria, kiinteää petiä ja kertakäyttöratkaisua kunkin ilmoitettuine rajoineen.
Kuusi tyyppiä, yksi riviä kohden
Taulukon rajat ovat vastaavien sarjojen tietolehdissä ilmoitetut: ne ovat vankin valintaperuste, koska ne voi tarkistaa. Kaksi tyyppiä, joita Vinci ei valmista, jäävät taulukkoon, sillä vertailu, joka jättää ne pois, ei ole vertailu.
| Tyyppi | Miten sekoittaa | Ilmoitetut rajat | Milloin sopii |
|---|---|---|---|
| Sekoitettu, lasia | Mekaanisesti, sekoittimella | 0,5–12 L · enintään 1 bar · 80 °C vaipalla, 60 °C lämmitysvaipalla · sterilointi autoklaavissa | Prosessikehitys ja seulonta, kun viljelmän on oltava näkyvissä |
| Sekoitettu, pöytämallinen ruostumaton teräs | Mekaanisesti, sekoittimella | 1–15 L · XLP-sarja enintään 1 barg ja 70 °C, XVP- ja XHP-sarjat enintään 10 barg ja 135 °C | Paineiset tai korkean lämpötilan prosessit jo penkissä, esimerkiksi kaasufermentointi |
| Sekoitettu, in situ steriloitava ruostumaton teräs | Mekaanisesti, sekoittimella | 30 litrasta yli 1 000 litran kokonaistilavuuteen · integroidut SIP- ja CIP-syklit · kLa ≥ 200 h⁻¹ | Mikrobiprosessit, joilla on suuri hapentarve, GMP-ympäristöt, skaalaus kohti tuotantoa |
| Airlift | Pneumaattisesti, pelkällä kaasuvirtauksella: ei sekoitinta | 0,5–12 L borosilikaattilasia, fotobioreaktorisarjan kokoonpanona | Viljelmät, jotka eivät siedä leikkausvoimia: mikrolevät, syanobakteerit, rihmasto |
| Fotobioreaktori | Pneumaattisesti (airlift) tai mekaanisesti, valinnan mukaan | 0,5–12 L · monikanavainen LED, PAR 0–2 500 µmol/m²·s · 2–70 °C · PAR-anturi | Fotosynteettiset viljelmät, joissa valo on prosessiparametri kuten pH |
| Kertakäyttöinen | Mekaanisesti, sekoittimella | 0,35–40 L kokonaistilavuutta · 0–0,5 barg · +4…+50 °C · enintään 12 reaktoria rinnakkain | Nopea vaihto projektien välillä eikä pesun validointia: nestereitti saapuu steriilinä |
| Kuplakolonni ei valmisteta | Pneumaattisesti, ilman nousuputkea: ei määrättyä kiertoa | — | Prosessit, joissa sekoitustarve on pieni; Vinci ei valmista tätä tyyppiä |
| Kiinteä peti ei valmisteta | Neste virtaa kantaja-aineen pedin läpi, johon solut kiinnittyvät | — | Kiinnittyvät solut ja pitkäkestoinen perfuusio; Vinci ei valmista tätä tyyppiä |
Vincin valmistamien tyyppien tilavuudet ovat kokonaistilavuuksia, kuten tuotesivuilla. Työtilavuus on pienempi: sivulla skaalaus polku on ilmoitettu työtilavuutena.
Kolme kysymystä, tässä järjestyksessä
Missä paineessa ja lämpötilassa prosessi toimii?
Tämä on ensimmäinen ja terävin suodatin: se sulkee pois kokonaisia tyyppejä ennen kuin mitään muuta punnitaan. Yli 1 barin lasi jää pois; yli 0,5 barg tai 50 °C kertakäyttö jää pois; yli 70 °C jäljelle jäävät paineelle rakennetut terässarjat.
Kuinka paljon leikkausvoimia viljelmä sietää?
Viljelmä, joka ei niitä siedä, sulkee pois sekoittimen ja ohjaa airliftiin, jossa nestettä liikuttaa pelkkä kaasuvirtaus. Kestävä viljelmä sen sijaan hyötyy sekoitussäiliön voimakkaammasta sekoituksesta.
Miten steriiliys saavutetaan ja kuka sen todentaa?
Autoklaavi rajaa tilavuuden siihen, mikä siihen mahtuu. SIP steriloi järjestelmän valmiiksi koottuna ja kytkettynä, ja tietyn tilavuuden yli se on ainoa tie. Kertakäyttö siirtää kysymyksen ylävirtaan: se saapuu steriilinä, ja pesun validoinnin tilalla ovat toimittajan eräkohtaiset todistukset.
Kuinka paljon viljelmä kestää
Leikkausvoimat ilmaistaan kahdella tavalla, jotka luetaan yhdessä: nesteeseen hajoava ominaisteho watteina kuutiometriä kohden ja sekoittimen kehänopeus metreinä sekunnissa. Alla olevat vaihteluvälit eivät ole Vincin arvoja: ne ovat kirjallisuuden suuruusluokkia, hyödyllisiä viljelmän sijoittamiseen ennen mitoitusta. Jokaisella kannalla on oma herkkyytensä, ja vääntömomentin mittaus todellisessa järjestelmässä kertoo enemmän kuin mikään vaihteluväli.
| Viljelmä | Ominaisteho · kehänopeus | Lähde |
|---|---|---|
| Nisäkässolut (CHO, HEK293) | 10 – 100 W/m³ · 1 – 2 m/s tyypillinen | Nienow, Cytotechnology 50 (2006) 9–33 |
| Bakteerit ja hiivat | 1 – 5 kW/m³ · 3 – 7 m/s tyypillinen | Doran, Bioprocess Engineering Principles, 2nd ed. |
| Mikrolevät | Herkkyys vaihtelee lajien välillä liikaa, jotta yksi vaihteluväli olisi rehellinen: siksi täällä käytetään airliftia, joka poistaa sekoittimen yhtälöstä. | |
Vincin järjestelmissä leikkausvoimat mitataan valinnaisella vääntömomenttimoduulilla, joka on tarkoitettu viskositeetin ja leikkausvoimien valvontaan prosessin aikana.
Kerro, miten prosessinne toimii
Paine, lämpötila, viljelmä ja määrä erää kohden: näillä neljällä tiedolla tyyppi kapenee yhteen tai kahteen, ja insinööritiimimme vastaa 24 tunnin kuluessa.
Usein kysytyt kysymykset
Tilavuutta ei valita ensin: se seuraa erän tuotemäärästä ja prosessin odotetusta saannosta, ja vasta sitten tarkistetaan, kestääkö tyyppi vaaditun paineen, lämpötilan ja leikkausvoimat. Vincin polku kattaa 250 ml:stä yli 1 000 litran työtilavuuteen neljässä vaiheessa, jotka jakavat ohjausalustan, joten penkissä kehitetty prosessi siirtyy ilman automaation uudelleenkirjoittamista.
Molemmat sekoittavat pelkällä kaasuvirtauksella, ilman sekoitinta. Airliftissa on nousuputki, joka erottaa alueen, jossa kaasu nousee, siitä, jossa neste laskeutuu takaisin, ja se pakottaa määrätyn kierron: neste kulkee aina samaa lenkkiä. Kuplakolonnissa sitä ei ole, joten sekoittuminen on vähemmän ennustettavaa. Vinci valmistaa airliftia, ei kuplakolonneja.
Rajat ratkaisevat ennen taloutta: yli 40 litran kokonaistilavuudella, yli 0,5 barg tai yli 50 °C kertakäyttö ei ole vaihtoehto ja ruostumaton teräs ottaa vallan. Näiden rajojen alapuolella kertakäyttö kannattaa siellä, missä projekti vaihtuu usein, koska pesu ja sen validointi jäävät pois; teräs kannattaa siellä, missä sama prosessi käy pitkään ja kulutusastioiden kustannus kertyy.
Vincille bioreaktori on yleistermi ja fermentori tarkoittaa mikro-organismeille konfiguroitua bioreaktoria: voimakkaampi ilmastus, Rushton-sekoittimet, suurempi ominaisteho. Ero on kokoonpanossa, ei koneessa — sama ohjain hoitaa molemmat tapaukset, ja kertakäyttöastiat kantavat samassa astiassa kahta merkintää SUB ja SUF.