Bioreaktortyper sammenlignet
Typen bioreaktor avgjøres av tre rammebetingelser, i denne rekkefølgen: trykket og temperaturen prosessen kjører ved, skjærkreftene kulturen tåler, og måten steriliteten oppnås og verifiseres på. Denne siden sammenligner omrørt tank, airlift, boblekolonne, fotobioreaktor, pakket seng og engangssystem, med de oppgitte grensene for hver av dem.
Seks typer, én per rad
Grensene i tabellen er de som er oppgitt i databladene for de tilsvarende seriene: de er det sikreste utvalgskriteriet, fordi de kan kontrolleres. De to typene Vinci ikke produserer blir stående i tabellen, for en sammenligning som utelater dem er ingen sammenligning.
| Type | Hvordan den blander | Oppgitte grenser | Når den passer |
|---|---|---|---|
| Omrørt, i glass | Mekanisk, med omrører | 0,5 – 12 L · opptil 1 bar · 80 °C med kappe, 60 °C med varmekappe · sterilisering i autoklav | Prosessutvikling og screening, når kulturen må være synlig |
| Omrørt, rustfritt stål for benk | Mekanisk, med omrører | 1 – 15 L · XLP-serien opptil 1 barg og 70 °C, XVP- og XHP-serien opptil 10 barg og 135 °C | Prosesser under trykk eller ved høy temperatur allerede på benken, for eksempel gassfermentering |
| Omrørt, rustfritt stål sterilisert in situ | Mekanisk, med omrører | Fra 30 L til over 1 000 L totalvolum · integrerte SIP- og CIP-sykluser · kLa ≥ 200 h⁻¹ | Mikrobielle prosesser med høyt oksygenbehov, GMP-miljøer, oppskalering mot produksjon |
| Airlift | Pneumatisk, kun med gasstrøm: ingen omrører | 0,5 – 12 L i borosilikatglass, som utførelse av fotobioreaktorsettet | Kulturer som ikke tåler skjærkrefter: mikroalger, cyanobakterier, mycel |
| Fotobioreaktor | Pneumatisk (airlift) eller mekanisk, etter valg | 0,5 – 12 L · flerkanals LED, PAR fra 0 til 2 500 µmol/m²·s · 2 til 70 °C · PAR-sensor | Fotosyntetiske kulturer, der lyset er en prosessparameter på linje med pH |
| Engangs | Mekanisk, med omrører | 0,35 – 40 L totalvolum · 0 til 0,5 barg · +4 til +50 °C · opptil 12 reaktorer parallelt | Rask overgang mellom prosjekter og ingen rengjøringsvalidering: væskeveien kommer steril |
| Boblekolonne ikke produsert | Pneumatisk, uten stigerør: ingen påtvunget sirkulasjon | — | Prosesser med lite blandebehov; Vinci produserer ikke denne typen |
| Pakket seng ikke produsert | Væsken strømmer gjennom en seng av bærere som cellene fester seg til | — | Adherente celler og langvarig perfusjon; Vinci produserer ikke denne typen |
Volumene for typene Vinci produserer er totalvolumer, som på produktsidene. Arbeidsvolumet er lavere: på siden oppskalering er løpet angitt i arbeidsvolum.
Tre spørsmål, i denne rekkefølgen
Hvilket trykk og hvilken temperatur kjører prosessen ved?
Dette er det første og skarpeste filteret: det utelukker hele typer før noe annet veies. Over 1 bar faller glasset bort; over 0,5 barg eller 50 °C faller engangssystemet bort; over 70 °C står de trykkbygde rustfrie seriene igjen.
Hvor mye skjærkrefter tåler kulturen?
En kultur som ikke tåler dem, utelukker omrøreren og peker mot airlift, der gasstrømmen alene beveger væsken. En robust kultur vinner derimot på den kraftigere blandingen i en omrørt tank.
Hvordan oppnås steriliteten, og hvem verifiserer den?
Autoklaven begrenser volumet til det som får plass i den. SIP steriliserer anlegget ferdig montert og tilkoblet, og over et visst volum er det den eneste veien. Engangssystemet flytter spørsmålet oppstrøms: det kommer sterilt, og i stedet for rengjøringsvalidering har man leverandørens batsjsertifikater.
Hvor mye en kultur tåler
Skjærkreftene tallfestes på to måter som leses sammen: den spesifikke effekten som dissiperes i væsken, i watt per kubikkmeter, og omrørerens periferihastighet, i meter per sekund. Områdene nedenfor er ikke Vinci-verdier: det er størrelsesordener fra litteraturen, nyttige for å plassere en kultur før noe dimensjoneres. Hver stamme har sin egen følsomhet, og en dreiemomentmåling på det virkelige anlegget sier mer enn noe område.
| Kultur | Spesifikk effekt · periferihastighet | Kilde |
|---|---|---|
| Pattedyrceller (CHO, HEK293) | 10 – 100 W/m³ · 1 – 2 m/s typisk | Nienow, Cytotechnology 50 (2006) 9–33 |
| Bakterier og gjær | 1 – 5 kW/m³ · 3 – 7 m/s typisk | Doran, Bioprocess Engineering Principles, 2nd ed. |
| Mikroalger | Følsomheten varierer for mye mellom artene til at ett enkelt område ville være ærlig: derfor brukes airlift her, som tar omrøreren ut av ligningen. | |
På Vinci-anlegg måles skjærkreftene med det valgfrie dreiemomentmodulen, beregnet på overvåking av viskositet og skjærkrefter under prosessen.
Fortell oss hvordan prosessen deres kjører
Trykk, temperatur, kultur og mengde per batsj: med disse fire opplysningene snevres typen inn til én eller to, og ingeniørteamet vårt svarer innen 24 timer.
Ofte stilte spørsmål
Volumet velges ikke først: det følger av produktmengden per batsj og forventet utbytte i prosessen, og deretter kontrolleres det at typen tåler påkrevd trykk, temperatur og skjærkrefter. Vinci-løpet dekker 250 mL til over 1 000 L arbeidsvolum over fire trinn som deler styringsplattformen, slik at en prosess utviklet på benken overføres uten å skrive om automasjonen.
Begge blander kun med gasstrøm, uten omrører. Airliften har et stigerør som skiller sonen der gassen stiger fra den der væsken kommer ned igjen, og det gir en definert sirkulasjon: væsken går alltid samme runde. Boblekolonnen har ikke noe slikt, så blandingen blir mindre forutsigbar. Vinci produserer airlift, ikke boblekolonner.
Grensene avgjør før økonomien gjør det: over 40 L totalvolum, over 0,5 barg eller over 50 °C er engangs ikke et alternativ, og rustfritt stål overtar. Under disse grensene lønner engangs seg der prosjektene skifter ofte, fordi rengjøring og validering av den faller bort; rustfritt stål lønner seg der samme prosess går lenge og kostnaden for forbruksbeholdere hoper seg opp.
For Vinci er bioreaktor det generelle begrepet, og fermentor betegner en bioreaktor satt opp for mikroorganismer: kraftigere lufting, Rushton-omrørere, høyere spesifikk effekt. Forskjellen ligger i oppsettet, ikke i maskinen — samme kontroller styrer begge tilfeller, og engangsbeholderne bærer de to betegnelsene SUB og SUF på samme beholder.