Vrste bioreaktorjev v primerjavi
Vrsto bioreaktorja določajo tri omejitve, v tem vrstnem redu: tlak in temperatura, pri katerih teče proces, strižne sile, ki jih kultura prenese, in način, kako se doseže in preveri sterilnost. Ta stran primerja posodo z mešalom, airlift, mehurčkasti stolp, fotobioreaktor, nasuto ležišče in sistem za enkratno uporabo, z navedenimi mejami vsakega od njih.
Šest vrst, ena na vrstico
Meje v tabeli so tiste, navedene v tehničnih listih ustreznih serij: so najtrdnejše merilo izbire, ker jih je mogoče preveriti. Vrsti, ki ju Vinci ne izdeluje, ostaneta v tabeli, saj primerjava, ki ju izpusti, ni primerjava.
| Vrsta | Kako meša | Navedene meje | Kdaj ustreza |
|---|---|---|---|
| Z mešalom, stekleni | Mehansko, z mešalom | 0,5 – 12 L · do 1 bar · 80 °C s plaščem, 60 °C z grelnim plaščem · sterilizacija v avtoklavu | Razvoj procesa in presejanje, ko mora biti kultura vidna |
| Z mešalom, namizno nerjavno jeklo | Mehansko, z mešalom | 1 – 15 L · serija XLP do 1 barg in 70 °C, seriji XVP in XHP do 10 barg in 135 °C | Procesi pod tlakom ali pri visoki temperaturi že v laboratoriju, na primer plinska fermentacija |
| Z mešalom, nerjavno jeklo s sterilizacijo in situ | Mehansko, z mešalom | Od 30 L do več kot 1.000 L skupne prostornine · vgrajena cikla SIP in CIP · kLa ≥ 200 h⁻¹ | Mikrobni procesi z veliko potrebo po kisiku, okolja GMP, povečevanje merila proti proizvodnji |
| Airlift | Pnevmatsko, zgolj s pretokom plina: brez mešala | 0,5 – 12 L iz borosilikatnega stekla, kot izvedba kompleta fotobioreaktorja | Kulture, ki ne prenašajo strižnih sil: mikroalge, cianobakterije, micelij |
| Fotobioreaktor | Pnevmatsko (airlift) ali mehansko, po izbiri | 0,5 – 12 L · večkanalna LED, PAR od 0 do 2.500 µmol/m²·s · 2 do 70 °C · senzor PAR | Fotosintezne kulture, kjer je svetloba procesni parameter kot pH |
| Za enkratno uporabo | Mehansko, z mešalom | 0,35 – 40 L skupne prostornine · 0 do 0,5 barg · +4 do +50 °C · do 12 reaktorjev vzporedno | Hitra menjava med projekti in brez validacije čiščenja: pot tekočine pride sterilna |
| Mehurčkasti stolp se ne izdeluje | Pnevmatsko, brez dvižne cevi: brez vsiljenega kroženja | — | Procesi z majhno potrebo po mešanju; Vinci te vrste ne izdeluje |
| Nasuto ležišče se ne izdeluje | Tekočina teče skozi ležišče nosilcev, na katere se celice pritrdijo | — | Pritrjene celice in dolgotrajna perfuzija; Vinci te vrste ne izdeluje |
Prostornine vrst, ki jih izdeluje Vinci, so skupne prostornine, kot na straneh izdelkov. Delovna prostornina je manjša: na strani povečevanje merila je pot podana v delovni prostornini.
Tri vprašanja, v tem vrstnem redu
Pri kakšnem tlaku in kakšni temperaturi teče proces?
To je prvi in najostrejši filter: izloči cele vrste, še preden se tehta karkoli drugega. Nad 1 bar odpade steklo; nad 0,5 barg ali 50 °C odpade enkratna uporaba; nad 70 °C ostanejo serije iz nerjavnega jekla, zgrajene za tlak.
Koliko strižnih sil prenese kultura?
Kultura, ki jih ne prenese, izključi mešalo in vodi k airliftu, kjer tekočino premika zgolj pretok plina. Odporna kultura pa pridobi z močnejšim mešanjem v posodi z mešalom.
Kako se doseže sterilnost in kdo jo preveri?
Avtoklav omeji prostornino na tisto, kar vanj gre. SIP sterilizira sistem že sestavljen in priključen in je nad določeno prostornino edina pot. Enkratna uporaba premakne vprašanje navzgor: pride sterilna, namesto validacije čiščenja pa so tu dobaviteljeva potrdila o šarži.
Koliko prenese kultura
Strižne sile se izrazijo na dva načina, ki ju beremo skupaj: specifično moč, razpršeno v tekočini, v vatih na kubični meter, in obodno hitrost mešala, v metrih na sekundo. Spodnji razponi niso vrednosti Vinci: so velikostni redi iz literature, uporabni za umestitev kulture pred kakršnim koli dimenzioniranjem. Vsak sev ima svojo občutljivost, meritev navora na dejanskem sistemu pa pove več kot katerikoli razpon.
| Kultura | Specifična moč · obodna hitrost | Vir |
|---|---|---|
| Sesalske celice (CHO, HEK293) | 10 – 100 W/m³ · 1 – 2 m/s tipična | Nienow, Cytotechnology 50 (2006) 9–33 |
| Bakterije in kvasovke | 1 – 5 kW/m³ · 3 – 7 m/s tipična | Doran, Bioprocess Engineering Principles, 2nd ed. |
| Mikroalge | Občutljivost se med vrstami preveč razlikuje, da bi bil en sam razpon pošten: zato se tu uporablja airlift, ki odstrani mešalo iz enačbe. | |
Na sistemih Vinci se strižne sile merijo z izbirnim modulom za navor, namenjenim spremljanju viskoznosti in striga med procesom.
Povejte nam, kako teče vaš proces
Tlak, temperatura, kultura in količina na šaržo: s temi štirimi podatki se vrsta zoži na eno ali dve, naša inženirska ekipa pa odgovori v 24 urah.
Pogosta vprašanja
Prostornina ni prva izbira: izhaja iz količine izdelka na šaržo in pričakovanega izkoristka procesa, nato pa se preveri, ali vrsta prenese zahtevani tlak, temperaturo in strižne sile. Pot Vinci pokriva od 250 mL do več kot 1.000 L delovne prostornine v štirih stopnjah, ki si delijo krmilno platformo, zato se proces, razvit v laboratoriju, prenese brez pisanja avtomatizacije na novo.
Oba mešata zgolj s pretokom plina, brez mešala. Airlift ima dvižno cev, ki loči območje, kjer plin vzhaja, od tistega, kjer tekočina spet pada, in to vsili določeno kroženje: tekočina vedno prepotuje isto zanko. Mehurčkasti stolp je nima, zato je mešanje manj predvidljivo. Vinci izdeluje airlift, ne mehurčkastih stolpov.
Meje odločajo pred ekonomiko: nad 40 L skupne prostornine, nad 0,5 barg ali nad 50 °C enkratna uporaba ni možnost in prevzame nerjavno jeklo. Pod temi mejami se enkratna uporaba izplača tam, kjer se projekti pogosto menjajo, saj odpadeta čiščenje in njegova validacija; jeklo se izplača tam, kjer isti proces teče dolgo in se strošek potrošnih posod nabira.
Za Vinci je bioreaktor splošni izraz, fermentor pa označuje bioreaktor, prilagojen mikroorganizmom: močnejše prezračevanje, mešala Rushton, višja specifična moč. Razlika je v izvedbi, ne v stroju — isti krmilnik vodi oba primera, posode za enkratno uporabo pa nosijo obe oznaki SUB in SUF na isti posodi.