Typy bioreaktorov v porovnaní
Typ bioreaktora sa rozhoduje podľa troch okrajových podmienok, v tomto poradí: tlak a teplota, pri ktorých proces beží, šmykové namáhanie, ktoré kultúra znesie, a spôsob, akým sa dosahuje a overuje sterilita. Táto stránka porovnáva miešanú nádobu, airlift, bublinkovú kolónu, fotobioreaktor, pevné lôžko a jednorazový systém s deklarovanými limitmi každého z nich.
Šesť typov, jeden na riadok
Limity v tabuľke sú tie deklarované v technických listoch príslušných sérií: sú najpevnejším kritériom výberu, pretože sa dajú overiť. Dva typy, ktoré Vinci nevyrába, zostávajú v tabuľke, lebo porovnanie, ktoré ich vynechá, nie je porovnanie.
| Typ | Ako mieša | Deklarované limity | Kedy sa hodí |
|---|---|---|---|
| S miešadlom, sklenený | Mechanicky, miešadlom | 0,5 – 12 l · do 1 bar · 80 °C s plášťom, 60 °C s vyhrievacím plášťom · sterilizácia v autokláve | Vývoj procesu a skríning, keď musí byť kultúra viditeľná |
| S miešadlom, stolová nehrdzavejúca oceľ | Mechanicky, miešadlom | 1 – 15 l · séria XLP do 1 barg a 70 °C, série XVP a XHP do 10 barg a 135 °C | Procesy pod tlakom alebo pri vysokej teplote už na stole, napríklad plynná fermentácia |
| S miešadlom, nehrdzavejúca oceľ sterilizovateľná in situ | Mechanicky, miešadlom | Od 30 l do viac ako 1 000 l celkového objemu · zabudované cykly SIP a CIP · kLa ≥ 200 h⁻¹ | Mikrobiálne procesy s vysokou spotrebou kyslíka, prostredia GMP, škálovanie smerom k výrobe |
| Airlift | Pneumaticky, len prúdom plynu: bez miešadla | 0,5 – 12 l z borosilikátového skla, ako vyhotovenie súpravy fotobioreaktora | Kultúry, ktoré neznášajú šmykové namáhanie: mikroriasy, sinice, mycélium |
| Fotobioreaktor | Pneumaticky (airlift) alebo mechanicky, podľa voľby | 0,5 – 12 l · viackanálové LED, PAR od 0 do 2 500 µmol/m²·s · 2 až 70 °C · senzor PAR | Fotosyntetické kultúry, kde je svetlo procesným parametrom ako pH |
| Jednorazové | Mechanicky, miešadlom | 0,35 – 40 l celkového objemu · 0 až 0,5 barg · +4 až +50 °C · až 12 reaktorov paralelne | Rýchla zmena medzi projektmi a žiadna validácia čistenia: cesta kvapaliny prichádza sterilná |
| Bublinková kolóna nevyrába sa | Pneumaticky, bez stúpacej rúrky: bez vynúteného obehu | — | Procesy s nízkou potrebou miešania; Vinci tento typ nevyrába |
| Pevné lôžko nevyrába sa | Kvapalina preteká lôžkom nosičov, na ktoré bunky priľnú | — | Adherentné bunky a dlhodobá perfúzia; Vinci tento typ nevyrába |
Objemy typov, ktoré Vinci vyrába, sú celkové objemy, ako na stránkach produktov. Pracovný objem je nižší: na stránke škálovanie je cesta uvedená v pracovnom objeme.
Tri otázky, v tomto poradí
Pri akom tlaku a akej teplote beží proces?
Je to prvý a najostrejší filter: vylúči celé typy ešte predtým, než sa zváži čokoľvek iné. Nad 1 bar vypadne sklo; nad 0,5 barg alebo 50 °C vypadne jednorazové riešenie; nad 70 °C ostávajú série z nehrdzavejúcej ocele stavané na tlak.
Koľko šmykového namáhania kultúra znesie?
Kultúra, ktorá ho neznesie, vylučuje miešadlo a smeruje k airliftu, kde kvapalinu pohybuje len prúd plynu. Odolná kultúra naopak získava z intenzívnejšieho miešania v miešanej nádobe.
Ako sa dosahuje sterilita a kto ju overuje?
Autokláv obmedzuje objem na to, čo sa doň zmestí. SIP sterilizuje systém už zmontovaný a pripojený a nad určitým objemom je jedinou cestou. Jednorazové riešenie posúva otázku vyššie: prichádza sterilné a namiesto validácie čistenia sú tu šaržové certifikáty dodávateľa.
Koľko kultúra znesie
Šmykové namáhanie sa vyjadruje dvoma spôsobmi, ktoré sa čítajú spolu: špecifickým výkonom disipovaným v kvapaline, vo wattoch na kubický meter, a obvodovou rýchlosťou miešadla, v metroch za sekundu. Rozsahy nižšie nie sú hodnoty Vinci: sú to rády veličín z literatúry, užitočné na zaradenie kultúry pred akýmkoľvek dimenzovaním. Každý kmeň má vlastnú citlivosť a meranie krútiaceho momentu na skutočnom systéme povie viac než akýkoľvek rozsah.
| Kultúra | Špecifický výkon · obvodová rýchlosť | Zdroj |
|---|---|---|
| Cicavčie bunky (CHO, HEK293) | 10 – 100 W/m³ · 1 – 2 m/s typická | Nienow, Cytotechnology 50 (2006) 9–33 |
| Baktérie a kvasinky | 1 – 5 kW/m³ · 3 – 7 m/s typická | Doran, Bioprocess Engineering Principles, 2nd ed. |
| Mikroriasy | Citlivosť sa medzi druhmi líši priveľmi na to, aby bol jediný rozsah poctivý: preto sa tu používa airlift, ktorý odstraňuje miešadlo z rovnice. | |
Na systémoch Vinci sa šmykové namáhanie meria voliteľným modulom krútiaceho momentu, určeným na sledovanie viskozity a šmyku počas procesu.
Povedzte nám, ako beží váš proces
Tlak, teplota, kultúra a množstvo na šaržu: s týmito štyrmi údajmi sa typ zúži na jeden či dva a náš inžiniersky tím odpovie do 24 hodín.
Časté otázky
Objem sa nevyberá ako prvý: vyplýva z množstva produktu na šaržu a očakávanej výťažnosti procesu a až potom sa overí, či typ znesie požadovaný tlak, teplotu a šmykové namáhanie. Cesta Vinci pokrýva 250 ml až vyše 1 000 l pracovného objemu v štyroch stupňoch, ktoré zdieľajú riadiacu platformu, takže proces vyvinutý na stole sa prenesie bez prepisovania automatizácie.
Oba miešajú len prúdom plynu, bez miešadla. Airlift má stúpaciu rúrku, ktorá oddeľuje zónu, kde plyn stúpa, od tej, kde kvapalina klesá späť, a to vynucuje definovaný obeh: kvapalina vždy prejde rovnakú slučku. Bublinková kolóna ju nemá, takže miešanie je menej predvídateľné. Vinci vyrába airlift, nie bublinkové kolóny.
Limity rozhodujú skôr než ekonomika: nad 40 l celkového objemu, nad 0,5 barg alebo nad 50 °C jednorazové riešenie nie je možnosťou a preberá to nehrdzavejúca oceľ. Pod týmito limitmi sa jednorazové oplatí tam, kde sa projekty často menia, lebo odpadá čistenie a jeho validácia; oceľ sa oplatí tam, kde ten istý proces beží dlho a náklady na spotrebné nádoby sa hromadia.
Pre Vinci je bioreaktor všeobecný pojem a fermentor označuje bioreaktor nakonfigurovaný pre mikroorganizmy: intenzívnejšie prevzdušňovanie, miešadlá Rushton, vyšší špecifický výkon. Rozdiel je v konfigurácii, nie v stroji — rovnaký riadiaci systém vedie oba prípady a jednorazové nádoby nesú obe označenia SUB a SUF na tej istej nádobe.