Bioreaktorok sejtkultúrákhoz
Az állati sejtek sokféleképpen különböznek a sejtfalakból származó mikrobás és növényi sejtektől: lassabban nőnek, nagyobb érzékenységük van a sérülésekre és a légbuborékokra. Ezek a sejtek tulajdonságai meghatározzák a keverés és a levegőztetés rendszerét, amely nem okozhat stresszes feltételeket a kultúra számára.
A keverésnek homogénnek kell lennie a hőmérséklet és a pH-gradiensek, az emelt szubsztrátum és a termék koncentrációjának elkerülése érdekében. Ebben az esetben figyelembe kell venni a sejtek magas szintű traumatizmusait. Általában a keverést nagy lapátos keverők végzik kis sebességgel. Szintén pneumatikus (levegő) keverést hajtanak végre levegőáramú reaktorokban vagy hidraulikus keverést külső szivattyúk használatával a fluid ágyas reaktorokban.
A sejtkárosodás megelőzése érdekében a légbuborékok csökkentik a mellékelt gázkeverék térfogatát, felszíni tisztítást vagy levegőztetést alkalmaznak a membránokon keresztül. Ha a gáz mennyisége csökken, meg kell növelni az oxigénkoncentrációt. Az oxigén, a nitrogén és a szén-dioxid optimális ellátását gázkeverő rendszerek segítségével hozták létre.
Az állati sejtek termesztése történhet periodikus (szakaszos), periodikusan adagolt szakaszos vagy folyamatos tenyésztéssel.
A lassú növekedéshez társuló alacsony termelékenység miatt az állati sejtekhez (perfúziós rendszer) a sejtek retenciójával folytatott folyamatos termesztési folyamat előnyös. Ez a sejtkultúrának nagyobb sűrűségéhez és a környezettel való fokozott érintkezéshez vezet, ami növeli a termelékenységet. A biomassza megőrzéséhez és a tenyésztőfolyadék eltávolításának megakadályozásához különböző szűrőrendszereket, például forgó vagy forgó szűrőket használnak.
Cell fermentor (biomérnökök)
A termesztés állandósul, álló, sminkes, és folyamatos is. A reaktort mikrohordozókon immobilizált sejtek vagy sejtszuszpenzió tenyésztésére használják. A biomassza megőrzése a folytonos termesztés során rotor vagy spirálszűrő alkalmazható.
Az integrált mintavevő eszköz fertőző sejtek steril kiválasztását biztosítja (például vírusok előállítására).
Ezekben a fermentorokban a keverést a levegőáramlás, nem pedig a keverőlapát biztosítja, biztosítva a hatékony tömegátadást és az alacsony nyíróerőt. A folyadék keringésének szabályozásához egy kipufogócsövet helyeznek el, amely a buborék áramlását irányítja a középpontban. A gázeloszlás végrehajtható perforált, porózus vagy hidrofób csövekkel. Ha a sejteket gázbuborékok károsíthatják, hozzon létre egy nem buborékos levegőztetés rendszert szilikon tubulusokon keresztül.
A bioreaktorok laboratóriumi és ipari használatra is alkalmasak. Az utóbbi széles, felső részként gázelválasztó.
A termesztés lehet stacionárius, álló, etető vagy folyamatos. Az Erlant fermentorok alkalmasak a sejtszuszpenziók, köztük a rovarsejtek tenyésztésére.
Sok emlős sejt csak akkor növekszik, ha a felszínhez kapcsolódik. Az ilyen hordozófüggő sejteket mikrohordozókon rögzítik. Ha a hordozó porózus, a sejtek belsejében növekedhetnek, miközben védettek a sebfeszültségtől, ami lehetővé teszi a keverés és a tisztítás fokozottabb felhasználását a művelés során.
A bioreaktorokat, amelyek felfüggesztett állapotú immobilizált sejtekkel rendelkező vivőanyagokat hordoznak, fluidizált ágyas reaktoroknak nevezik.
Jellemzően ezek a reaktorok három fázissal rendelkeznek - szilárd, folyékony és gáznemű. A biomassza retencióval történő folyamatos termesztéshez speciálisan kifejlesztett elválasztó rendszert használnak. Különböző kamrákból áll, és tökéletes részecske retenciót biztosít a perfúziós folyamatok során. A keverést fúvással végezzük. Ez biztosítja az alacsony sebterhelést és az egyenletes tömegátadást.
A súlyozott szilárd fázisú bioreaktorokat a mikrohordozókra, a seb stresszre érzékeny sejtekre, a kapszulázott sejtekre és a cél metabolitok hosszú távú sejttenyészetben történő előállítására ajánlják.
A referenciafüggő sejtekhez rögzített ágyas reaktort is lehet alkalmazni, amelyben a sejteket és hordozóikat rögzített szubsztrátumban rögzítik. Ez a rendszer nem igényel elválasztási technikákat a folyadékfázis eltávolítására. A sebesedés és a sejtkárosodás gázbuborék esetén minimális.
A művelési folyamat során egy oxigén telített táptalaj egy fix szubsztráton keresztül cirkulál. Ezért a szubsztrátum hossza kritikus paraméter, mivel a tenyészet oxigénnel és tápanyagokkal való ellátásának hiánya nem elegendő. Nagy reaktorokban ez a probléma radiálisan terjedő áramlással megoldható. A metabolikus termékekkel dúsított táptalajt folyamatosan vagy szakaszosan távolítják el.
Ilyen reaktorokban növekszik azok, akik immobilizálódnak és sebezhető sejtekre érzékenyek. A rendszer alkalmas anyagcseretermékkel rendelkező sejtkultúrák hosszú távú termesztésére is.
A membrán fermentor a belső és a külső kamrákból áll, amelyeket dialízis membrán választ el. A membrán a folyamatos művelés során buborékmentes tisztítást és biomassza retenciót biztosít. A membrántechnológia segítségével mérgező (kis molekulatömegű) metabolitokat távolítanak el, és a (nagy molekulatömegű) vegyületeket a belső kamrában megtartják. Az egyes kamrákban való keverést keverővel végezzük. A közeg és a levegő egy külső kamrába kerül.
A bioreaktort folyamatos művelésre tervezték, de állóképes és helyhez kötött visszacsatolási folyamatokban is alkalmazható. Ezekben a bioreaktorban is termeszthetők, ilyen reaktorokban szuszpendált sejtek, valamint sejtek mikrokarbantartalmú sejtek előállítása is lehetséges.