工業用 バイオリアクター は 何 です か

根本的な質問に答えます産業用バイオリアクターは 何で 生産規模での生物学的反応を 維持するのでしょうか?産業用バイオリアクターは,微生物 (細菌,酵母,真菌),哺乳類の細胞,抗生物質などの価値のある製品に基質を変換する化学反応器は高温や高圧で動作するものの,生物反応器は温かい環境で動作する (20°C~40°C),2バーの気圧) にも及びますが,厳格な無毒条件が必要です.細胞の生活性と生産性を維持するために 栄養成分,pH値,シールストレスを注意深く制御します

1産業用バイオリアクターの基本操作原則

■**アセプティックデザインと消毒**バイオリアクターは,栄養素を生産する生物と競争したり,毒素を生成したりする望ましくない微生物による汚染を防ぐ必要があります.容器は,注射前に121°Cで30分蒸気 (SIP) で無菌化される (10−3のSALを達成する).. すべての浸透 (振動器軸,センサー,サンプルポート) は,双重の機械密封または蒸気ブロック接続を使用します.空気供給は,0.2μm絶対フィルターを通してフィルタリングされます.そしてすべてのパイプは,汚染物質が隠れるかもしれない死体のない衛生クランプフィッティング (ASME BPE) を使用します..

■酸素伝送とkLaエアロビック微生物は代謝のために溶けた酸素を必要とします.酸素伝送速度 (OTR = kLa × (C* − C)) は酸素吸収速度 (OUR = qO2 × X,ここで qO2 は特異吸収率で X は細胞密度)産業用混ぜたタンクバイオリアクターは,1分間に0.5vm (液体体体積1分の空気容量) の空気噴出で100~400rpmでRushtonタービンプロペラーを使用して,kLa値は50~300h−1に達する.細胞密度と生産性を制限する kLa が不足している.

■**熱発生と除去**微生物代謝は,生産されたバイオマスの1グラムあたり520kJの熱を発生させる.細胞密度が50g/L (乾量) で,成長速度は0.3h−1で,熱発生速度は1040kW/m3である.この熱は外部のジャケットで除去される (<5m3の原子炉の場合)半パイプコイル (550m3) や内部冷却バフル (>50m3) 温度制御の精度は ±0.5°Cで,2~3°Cの偏差が 50%の細胞成長率を低下させたり ストレス反応を引き起こしたりします.

2産業用バイオリアクターの主要タイプ

■制御タンクバイオリアクター (STR)業界標準: 円筒型容器 (50L~50m3) で,底部または上部に取り付けられた振動器,多段階のラシュトンまたは軸輪,空気噴出器,冷却ジャケットまたはコイル.優れた混合と酸素伝送 (kLa 50~300h−1)抗生物質 (ペニシリン,セファロスポリン),酵素,再結合タンパク質 (インスリン,抗体),有機酸 (リン酸,乳酸) に使用されます.ステンレス鋼316L構造物 電気磨き内側 (Ra < 0).8 μm) で GMP に準拠する.

■エアブリフトバイオリアクター高層容器 (H/D > 6) は,上昇部と下降部に分かれています.上昇部に散らばる空気は,機械的振動なしに循環を促す密度差を生み出します.STRよりも低い切断ストレスを (10 ̇ 50 s−1) 達成し,よりシンプルな設計 (軸密封がない)酸素伝達量は低 (kLa 20?? 80 h−1) で,細胞密度を制限する.植物細胞培養,繊維菌,切断敏感微生物に5?? 500m3の容量で使用される.

■**写真バイオリアクター**光合成微生物 (微藻,シアノバクテリア) に光を供給するように設計された透明な容器 (ガラス管または平面パネル). 光の強度 (5,000~20,000ルックス),波長 (400~700nm),光合成効率を最適化するために光/暗のサイクルが制御されますバイオマスの生産性は1°5g/m2/dayに達する.栄養素 (アスタキサンチン,オメガ-3),バイオ燃料,CO2の捕獲に1°100m3のボリュームで使用される.

産業用バイオリアクターの種類 比較マトリックス

よくある質問 (FAQ)

生物反応器と化学反応器の違いは何ですか?

生物反応器は,生きた細胞を触媒として利用し,生体反応をサポートし,温かい条件 (20°C~40°C,大気圧に近い) で厳格な不妊性要件で動作します.化学反応器は,化学触媒を使用した化学反応をサポートする (または触媒がない)バイオリアクターは,無菌設計,酸素供給,pH/栄養素制御を必要とします.切断管理; 化学反応器は熱/質量移転,圧力収縮,反応動力学に焦点を当てています.

kLaとは何か? なぜバイオリアクターの設計において重要なのか?

kLa (体積酸素伝送係数) は,バイオリアクターがガスの泡から液体段階への酸素伝送の効率を測る主要なパラメータである.細胞密度の最大値を決定します: OTR (kLa × 駆動力) が OUR (細胞の酸素需要) 未満である場合,培養は酸素制限となり,成長が停止する.典型的なkLa値は:実験室規模STR (100 〜 500 h−1),産業用STR (50 〜 300 h−1),航空輸送 (20°80h−1).

産業用バイオリアクターは どうやって消毒されるの?

標準方法は,121°Cで30分間クリーンな蒸気を用いて蒸気を置く (SIP) で,10−3の不妊保証レベル (1,000ユニットあたり1つの汚染物質の生存確率) を達成する.熱感のあるメディア用フィルター消毒 (0.2 μm絶対濾過) が使用されます.大型のバイオリアクター (>5m3) は,すべての表面への熱の浸透を確保するために,長い消毒時間または断片消毒 (ティンドル化) が必要である可能性があります.SIP の後,容器は再汚染を防ぐために,無菌な濾過空気で正圧下で維持されます.

産業用バイオリアクターで達成できる 最大細胞密度は?

食用バッチ微生物発酵 (E. coli,酵母) では,酸素濃縮空気と最適化された栄養で乾量50~150g/Lの細胞密度を達成できる.細胞保持を伴う哺乳類の細胞培養, 50 〜 200 × 106 細胞/mL の密度が可能です.ホールファイバー反応器では,細胞は 1 〜 5 × 108 細胞/mL に達することができます.実用的な限界は,酸素転送,熱除去,副産物 (CO2,乳酸アモニアム) の蓄積.