Rodzaje bioreaktorów w porównaniu
Rodzaj bioreaktora wybiera się na podstawie trzech ograniczeń, w tej kolejności: ciśnienia i temperatury procesu, naprężeń ścinających, jakie znosi hodowla, oraz sposobu, w jaki uzyskuje się i waliduje sterylność. Ta strona porównuje zbiornik mieszany, airlift, kolumnę barbotażową, fotobioreaktor, złoże usypane i system jednorazowy, z deklarowanymi limitami każdego z nich.
Sześć rodzajów, po jednym w wierszu
Limity w tabeli to te zadeklarowane w kartach technicznych odpowiednich serii: są najsolidniejszym kryterium wyboru, bo da się je sprawdzić. Dwa rodzaje, których Vinci nie produkuje, zostają w tabeli, bo porównanie, które je pomija, nie jest porównaniem.
| Rodzaj | Jak miesza | Deklarowane limity | Kiedy się sprawdza |
|---|---|---|---|
| Mieszany, szklany | Mechanicznie, mieszadłem | 0,5 – 12 L · do 1 bar · 80 °C z płaszczem, 60 °C z płaszczem grzejnym · sterylizacja w autoklawie | Rozwój procesu i przesiewy, gdy hodowla musi być widoczna |
| Mieszany, stal nierdzewna stołowa | Mechanicznie, mieszadłem | 1 – 15 L · seria XLP do 1 barg i 70 °C, serie XVP i XHP do 10 barg i 135 °C | Procesy pod ciśnieniem lub w wysokiej temperaturze już na stole, na przykład fermentacja gazowa |
| Mieszany, stal nierdzewna sterylizowana in situ | Mechanicznie, mieszadłem | Od 30 L do ponad 1000 L objętości całkowitej · zintegrowane cykle SIP i CIP · kLa ≥ 200 h⁻¹ | Procesy mikrobiologiczne o dużym zapotrzebowaniu na tlen, środowiska GMP, skalowanie ku produkcji |
| Airlift | Pneumatycznie, samym przepływem gazu: bez mieszadła | 0,5 – 12 L ze szkła borokrzemowego, jako konfiguracja zestawu fotobioreaktora | Hodowle nietolerujące naprężeń ścinających: mikroglony, sinice, grzybnia |
| Fotobioreaktor | Pneumatycznie (airlift) albo mechanicznie, do wyboru | 0,5 – 12 L · wielokanałowe LED, PAR od 0 do 2500 µmol/m²·s · 2 do 70 °C · czujnik PAR | Hodowle fotosyntetyczne, gdzie światło jest parametrem procesu jak pH |
| Jednorazowe | Mechanicznie, mieszadłem | 0,35 – 40 L objętości całkowitej · 0 do 0,5 barg · +4 do +50 °C · do 12 reaktorów równolegle | Szybka zmiana między projektami i brak walidacji mycia: tor płynu przychodzi sterylny |
| Kolumna barbotażowa nie produkowany | Pneumatycznie, bez rury wznoszącej: bez narzuconego obiegu | — | Procesy o niewielkim zapotrzebowaniu na mieszanie; Vinci nie produkuje tego rodzaju |
| Złoże usypane nie produkowany | Ciecz przepływa przez złoże nośników, na których osadzają się komórki | — | Komórki adherentne i długotrwała perfuzja; Vinci nie produkuje tego rodzaju |
Objętości rodzajów produkowanych przez Vinci to objętości całkowite, tak jak na stronach produktowych. Objętość robocza jest mniejsza: na stronie skalowanie ścieżkę podano w objętości roboczej.
Trzy pytania, w tej kolejności
Przy jakim ciśnieniu i jakiej temperaturze działa proces?
To pierwszy i najostrzejszy filtr: eliminuje całe rodzaje, zanim rozważy się cokolwiek innego. Powyżej 1 bar odpada szkło; powyżej 0,5 barg lub 50 °C odpada jednorazówka; powyżej 70 °C zostają serie ze stali nierdzewnej zbudowane na ciśnienie.
Ile naprężeń ścinających znosi hodowla?
Hodowla, która ich nie znosi, wyklucza mieszadło i prowadzi do airliftu, gdzie ciecz porusza sam przepływ gazu. Hodowla odporna zyskuje natomiast na energiczniejszym mieszaniu w zbiorniku mieszanym.
Jak uzyskuje się sterylność i kto ją waliduje?
Autoklaw ogranicza objętość do tego, co się w nim mieści. SIP sterylizuje układ już zmontowany i podłączony, a powyżej pewnej objętości jest jedyną drogą. Jednorazówka przesuwa pytanie wcześniej: przychodzi sterylna, a zamiast walidacji mycia są certyfikaty partii dostawcy.
Ile znosi hodowla
Naprężenia ścinające ujmuje się na dwa sposoby, czytane razem: moc jednostkową rozpraszaną w cieczy, w watach na metr sześcienny, oraz prędkość obwodową mieszadła, w metrach na sekundę. Podane niżej zakresy nie są wartościami Vinci: to rzędy wielkości z literatury, przydatne do umiejscowienia hodowli przed jakimkolwiek doborem. Każdy szczep ma własną wrażliwość, a pomiar momentu na rzeczywistym układzie mówi więcej niż jakikolwiek zakres.
| Hodowla | Moc jednostkowa · prędkość obwodowa | Źródło |
|---|---|---|
| Komórki ssaków (CHO, HEK293) | 10 – 100 W/m³ · 1 – 2 m/s typowa | Nienow, Cytotechnology 50 (2006) 9–33 |
| Bakterie i drożdże | 1 – 5 kW/m³ · 3 – 7 m/s typowa | Doran, Bioprocess Engineering Principles, 2nd ed. |
| Mikroglony | Wrażliwość różni się między gatunkami zbyt mocno, by jeden zakres był uczciwy: dlatego stosuje się tu airlift, który usuwa mieszadło z równania. | |
W systemach Vinci naprężenia ścinające mierzy opcjonalny moduł momentu obrotowego, przeznaczony do monitorowania lepkości i ścinania w trakcie procesu.
Powiedz nam, jak działa Twój proces
Ciśnienie, temperatura, hodowla i ilość na partię: te cztery dane zawężają rodzaj do jednego lub dwóch, a nasz zespół inżynierów odpowiada w ciągu 24 godzin.
Często zadawane pytania
Objętości nie wybiera się najpierw: wynika z ilości produktu na partię i oczekiwanej wydajności procesu, a dopiero potem sprawdza się, czy dany rodzaj wytrzyma wymagane ciśnienie, temperaturę i naprężenia ścinające. Ścieżka Vinci obejmuje od 250 mL do ponad 1000 L objętości roboczej w czterech etapach dzielących platformę sterowania, więc proces opracowany na stole przenosi się bez przepisywania automatyki.
Oba mieszają samym przepływem gazu, bez mieszadła. Airlift ma rurę wznoszącą, która oddziela strefę wznoszenia gazu od strefy opadania cieczy, i to wymusza określony obieg: ciecz zawsze pokonuje tę samą pętlę. Kolumna barbotażowa jej nie ma, więc mieszanie jest mniej przewidywalne. Vinci produkuje airlift, nie kolumny barbotażowe.
Limity decydują przed ekonomią: powyżej 40 L objętości całkowitej, powyżej 0,5 barg lub ponad 50 °C jednorazówka nie wchodzi w grę i przejmuje stal nierdzewna. Poniżej tych limitów jednorazówka opłaca się tam, gdzie projekty zmieniają się często, bo znika mycie i jego walidacja; stal opłaca się tam, gdzie ten sam proces działa długo i koszt zbiorników zużywalnych się kumuluje.
Dla Vinci bioreaktor to termin ogólny, a fermentor oznacza bioreaktor skonfigurowany pod mikroorganizmy: mocniejsze napowietrzanie, mieszadła Rushtona, wyższa moc jednostkowa. Różnica tkwi w konfiguracji, nie w maszynie — ten sam sterownik prowadzi oba przypadki, a zbiorniki jednorazowe noszą obie sygnatury SUB i SUF na tym samym naczyniu.