Quels sont les bioréacteurs personnalisés?

 Qu'est-ce qu'un bioréacteur personnalisé, et quand un processus en a-t-il besoin?Un bioréacteur personnalisé est un récipient de culture conçu selon une spécification spécifique des besoins de l'utilisateur plutôt que d'être sélectionné dans un catalogue standard,avec chaque variable de conception définie par le processus au lieu de par défaut du fabricantLes dix variables qui définissent l'enveloppe sont le volume de travail, le rapport d'aspect, le type et le nombre d'impulseurs, la conception de l'épargneur, la configuration de l'épargneur, la surface de transfert de chaleur, la pression et la température de conception,matériau et finition de surfaceLa conception d'un vaisseau sur mesure prend 6 à 10 semaines pour obtenir une conception approuvée et la fabrication, l'assemblage,et les tests d'acceptation d'usine portent la livraison totale à 5-9 mois.

1Les variables de conception qui stimulent la personnalisation

La personnalisation n'est pas une décoration. Quatre variables représentent la majeure partie de la différence de performance entre un navire qui répond aux objectifs de titre et un autre qui ne le fait pas:

• Géométrie et train d'impulsion:Le rapport d'aspect est la première décision.5Le récipient 1:1 à 2:1 favorise le transfert de masse gaz-liquide car il élargit la zone d'épargne et augmente le temps de résidence des bulles, tandis qu'un récipient 3:1 à 4:1 récipient privilégie le transfert de chaleur et le mélange en bouchon pour les bouillons visqueux ou filamenteuxLa sélection de l'impulseur s'effectue comme suit: une turbine radiale Rushton a un nombre de puissance d'environ 5,0 et excelle à la dispersion des gaz, un hydroptère axiale a un nombre de puissance de 0,3-0.8 et fournit un mélange en vrac à faible cisaillementLa plupart des navires personnalisés combinent une roue radiale inférieure avec une ou deux roues axiales supérieures.
• Conception de la dispersion des gaz et de l'éclairage:L'apport d'oxygène est généralement la contrainte de liaison. Un simple sparger à anneau avec des trous de 1-2 mm donne un kLa de 30-80 h-1 à 0,5-1,0 vvm, tandis qu'un micro-sparger frité produit 0.Les bulles de 5 à 50 μm augmentent le kLa à 100 à 250 h-1 au même débit de gaz car la surface d'interface augmente fortement à mesure que le diamètre de la bulle diminueLe compromis est l'encrassement: les micro-spargers se bouchent avec des cellules et de l'anti-mousse,la plupart des récipients de production utilisent donc un sparger à anneau pour la robustesse et atteignent kLa grâce à une entrée de puissance plus élevée et un enrichissement en oxygène allant jusqu'à 40% O2 dans le gaz d'alimentation.
• Capacité de transfert de chaleur:La chaleur métabolique dans une culture aérobie dense atteint 15-40 kW par mètre cube de volume de travail, et les réactions de polymérisation ou de neutralisation peuvent dépasser cette valeur.Donc le personnalisateur doit soit augmenter la surface ou augmenter UUne couche simple donne un U de 300 à 600 W/m2·K, une bobine à demi-tube atteint 600 à 900 et une couche en fossettes avec débit turbulent atteint 800-1.200Lorsque la surface de la veste est insuffisante, la conception ajoute une boucle de circulation externe à travers un échangeur de chaleur en coque et en tube ou en plaque, ce qui améliore également le mélange dans les navires hauts.
• Pression, matériau et finition:La pression de conception est déterminée par la charge de stérilisation et de confinement: 0,35 MPa pour le SIP standard à 121 °C, jusqu'à 1,0 MPa ou plus pour les procédés à haute température, les cultures thermophiles,ou chimique à base de solvants au-dessus du point d'ébullition atmosphériqueLe matériau suit l'enveloppe de corrosion: 316L pour la plupart des travaux de bioprocessus, 904L ou duplex 2205 pour les bouillons contenant des chlorures supérieurs à environ 500 ppm,et titane de qualité 2 ou Hastelloy C-276 pour un service d'halogénure agressifLa finition de surface est spécifiée comme polissage mécanique à Ra 0,8 μm pour le service industriel ou polissage électronique à Ra 0,4 μm pour GMP.

2De la spécification des exigences de l'utilisateur à la livraison validée

Un projet personnalisé bien géré passe par quatre portes.

• Spécification des exigences de l'utilisateur:L'URS est le document de contrôle pour l'ensemble du projet: il indique le produit et l'organisme, le volume de travail et le volume de transformation, les kLa requis pour la viscosité du bouillon dans le pire des cas, le temps de cycle et le profil du lot,Méthode CIP et SIP, la disponibilité et la qualité de l'utilité, les matériaux et les finitions, l'architecture de l'instrumentation et du contrôle, les codes et normes applicables, ainsi que la documentation et les produits de qualification.Il doit distinguer les exigences obligatoires des préférences, parce que chaque ligne obligatoire a un coût et chaque ligne vague devient un ordre de changement.
• Qualification en conception et ingénierie:La qualification de conception démontre que la conception proposée répond à chaque ligne URS, soutenue par des calculs: puissance de l'agitateur et couple du numéro de puissance de la roue au nombre de Reynolds spécifié,kLa prédiction à partir d'une corrélation telle que van't RietLes résultats sont les dessins généraux de l'arrangement, les P&ID, un schéma de buse, une carte de soudage,et un document sur la philosophie de contrôleC'est le dernier point où les modifications de conception sont bon marché.
• Fabrication et acceptation par l'usine:La fabrication suit les dessins approuvés avec des points de retenue pour la vérification du matériau, l'inspection de la soudure, la vérification dimensionnelle et l'hydrotest.Les essais d'acceptation d'usine démontrent ensuite le fonctionnement du mélangeur avec mesure des vibrations et de la température, contrôles de la boucle de commande avec des signaux simulés à 0, 50 et 100% de la portée, vérification de l'alarme et du verrouillage, test de la couverture CIP avec de la riboflavine et inspection ultraviolette,et une tenue stérile à 121°C pendant 30 minutes avec une uniformité de température à ±1°C dans tous les points de surveillance.
• Livraison, installation et qualification:Le navire part avec la protection et la documentation, est installé et attaché aux services publics, puis passe par des tests d'acceptation sur site,une qualification d'installation couvrant la vérification des éléments construits et l'étalonnage des instruments;La qualification de la performance du processus se conclut par trois lots consécutifs répondant à des critères prédéterminés.Les fournisseurs qui fournissent des paquets de documentation alignés sur le plan directeur de validation du propriétaire suppriment des semaines de cette phase.

Matrice de comparaison des variables de conception des bioréacteurs personnalisés

Questions fréquemment posées

Q: Quand un bioréacteur personnalisé vaut-il mieux qu'un réacteur standard?

R: L'ingénierie personnalisée est rentable lorsque l'une des quatre conditions suivantes s'applique: premièrement, l'organisme ou la chimie a une demande inhabituelle d'oxygène ou une sensibilité au cisaillement que la géométrie standard ne peut pas satisfaire,comme les champignons filamenteux supérieurs à 10Deuxièmement, le procédé est exécuté à une pression supérieure à 0,35 MPa ou à une température supérieure à 121°C, ce qui exclut les dessins de catalogue.le bouillon est suffisamment corrosif pour nécessiter un duplexQuatrièmement, l'installation est limitée par les dimensions des bâtiments existants, les capacités des services publics existants ou l'intégration requise avec les équipements en aval.Si aucune de ces conditions ne s'applique, un navire standard sera moins cher et plus rapide.

Q: Combien coûte un bioréacteur sur mesure?

R: Attendez-vous à une prime de 15 à 40% sur un récipient standard du même volume nominal pour la personnalisation mécanique telle que le rapport d'aspect non standard, alliage exotique, indice de haute pression,ou un train de roulement spécialiséL'ajout d'une documentation pharmaceutique complète, d'une finition électropolissée et d'un ensemble complet de DQ/IQ/OQ peut porter la prime à 50-80%.Cette prime est généralement récupérée rapidement lorsque l'alternative est un navire qui ne peut atteindre le kLa cible: une perte de titres de 20% sur une campagne de cinq ans vaut beaucoup plus que la différence de capital.

Q: Quelles informations dois-je fournir pour obtenir un devis personnalisé précis?

A: fournir onze éléments: l'organisme ou la composition chimique et sa tolérance au cisaillement; le volume de travail visé et le dégagement minimum; le kLa ou le taux d'absorption d'oxygène requis à la fin du lot;viscosité et densité du bouillon tout au long du cycle; charge thermique maximale et température de l'eau de refroidissement disponible; pression et température de conception y compris méthode de stérilisation; chimie et cycle CIP et SIP; exigences en matière de finition des matériaux et des surfaces;la disponibilité des services publics, y compris la vapeur, l'eau froide, l'air comprimé et l'alimentation électrique; les codes et normes applicables pour la juridiction de l'installation;et la documentation requise et la portée des qualificationsL'absence de données de kLa et de viscosité est la cause la plus fréquente d'un agitateur de petite taille.

Q: Un navire existant peut-il être réaménagé au lieu d'en acheter un nouveau?

R: Souvent oui, et cela vaut la peine d'être évalué avant de s'engager dans un nouveau capital.modification du train de roulement de radial à axial pour réduire le cisaillement, en ajoutant une bobine à demi-tube ou une boucle d'échange de chaleur externe pour augmenter la capacité de refroidissement, en améliorant le joint mécanique à un double joint avec un fluide de barrière stérile,et moderniser l'instrumentation et le contrôle avec de nouveaux capteurs et une plateforme PLCLes contraintes sont le schéma des buses existantes, l'épaisseur de la coque disponible pour couper de nouvelles buses et la pression nominale du récipient d'origine,qui doivent tous être ré-vérifiés par rapport au code de conception en vigueur avant toute modification.