6 типов биореакторов: раскрытие их характеристик и применения
В области биотехнологии и биохимической инженерии биореакторы играют решающую роль в обеспечении роста и метаболизма живых организмов для производства ценных веществ или выполнения определенных процессов. Существует несколько типов биореакторов, каждый из которых имеет свою уникальную конструкцию, функциональность и применение. В этой статье рассматриваются шесть распространенных типов биореакторов, с углубленным изучением их особенностей и разнообразного спектра предлагаемых ими применений.
Биореактор с перемешивающим баком — одна из наиболее широко используемых конструкций. Он состоит из цилиндрического сосуда с механической мешалкой. Перемешивание обеспечивает равномерное смешивание содержимого, включая питательные вещества, клетки и газы. Этот тип биореактора обеспечивает превосходный контроль над такими параметрами, как температура, pH и растворенный кислород.
Он обычно используется в производстве антибиотиков, ферментов и рекомбинантных белков. Способность точно регулировать среду делает его пригодным для процессов, требующих постоянных условий для оптимального роста клеток и образования продукта.
Еще одной важной категорией являются биореакторы Airlift. Эти биореакторы Animal Cell используют принцип впрыска газа для создания циркуляции внутри реактора. Поднимающиеся пузырьки газа поднимают жидкость и клетки, способствуя перемешиванию и переносу кислорода. Биореакторы Airlift часто предпочитают из-за их относительно низкого напряжения сдвига на клетках, что делает их подходящими для культур хрупких организмов, таких как клетки млекопитающих. Они находят применение в выращивании клеток для производства вакцин и тканевой инженерии.
Биореактор капельного фильтра обычно используется при очистке сточных вод. Он состоит из слоя твердой среды, например, камней или пластика, по которому стекают сточные воды. Микроорганизмы растут на поверхности среды и метаболизируют загрязняющие вещества, присутствующие в воде.
Этот тип биореактора эффективен для удаления органических веществ и соединений азота из сточных вод, способствуя защите окружающей среды и улучшению качества воды.
Мембранные биореакторы сочетают биологическую очистку с мембранной фильтрацией. Мембрана действует как барьер для отделения биомассы от очищенных сточных вод, что позволяет производить высококачественную воду. Они все чаще используются на муниципальных и промышленных очистных сооружениях из-за их способности производить чистую воду и компактной конструкции.
Помимо очистки сточных вод, мембранные биореакторы потенциально могут применяться для разделения и очистки биомолекул в биофармацевтических процессах.
Фотобиореакторы специально разработаны для выращивания фотосинтезирующих организмов, таких как микроводоросли. Эти биореакторы оснащены источниками света для обеспечения необходимого освещения для фотосинтеза. Они могут иметь различную конструкцию, включая трубчатую, плоскую или колонную конфигурацию. Фотобиореакторы используются для производства биотоплива из водорослей, а также для извлечения ценных соединений, таких как пигменты и антиоксиданты.
Биореакторы с насадочным слоем содержат фиксированный слой твердых частиц или матриц, на котором иммобилизованы клетки или ферменты. Субстрат протекает через слой, а иммобилизованные биокатализаторы осуществляют желаемые реакции. Такая конструкция обеспечивает высокую плотность клеток и может использоваться для непрерывной работы. Биореакторы с насадочным слоем используются в таких процессах, как ферментативные превращения и производство вторичных метаболитов из растительных клеток.
Выбор типа биореактора зависит от нескольких факторов, включая природу культивируемых организмов или клеток, желаемый продукт, требования к процессу и экономические соображения. Достижения в области материаловедения, сенсорной технологии и управления процессами привели к постоянному улучшению производительности и функциональности биореакторов.
В заключение, шесть рассмотренных типов биореакторов имеют свои отличительные преимущества и адаптированы для конкретных приложений. Разработка и оптимизация этих биореакторов имеют важное значение для развития биотехнологий в различных секторах, от здравоохранения и фармацевтики до управления окружающей средой и устойчивого производства энергии. По мере развития исследований мы можем ожидать дальнейших инноваций в конструкции биореакторов для удовлетворения постоянно растущих потребностей и задач современного мира.
