ผสมประกอบชีวภาพคืออะไร หลักการ ประเภทและการใช้งานในอุตสาหกรรม

ตอบคําถามหลัก:เครื่องปฏิกิริยาชีวภาพคืออะไร และมีลักษณะการออกแบบอะไรที่แยกมันออกจาก เครื่องปฏิกิริยาเคมีทั่วไป?เครื่องปฏิกิริยาชีวกระบวนการ (bioreactor) เป็นภาชนะที่ออกแบบเพื่อปลูกเซลล์มีชีวิตหรือพืชในสภาพอุณหภูมิที่ควบคุมได้อย่างแม่นยํา (โดยทั่วไป 30-37 องศาเซลเซียส), pH (6.5-7.5), ไอน้ําออกซิเจนละลาย (DO มากกว่า 20-30% ความอิ่มอิ่ม)และน้ํามันชีวภาพความแตกต่างที่สําคัญจากปฏิกิริยาเคมีคือความต้องการในการทํางานแบบไม่เชื้อ ( sterile)เครื่องปฏิกิริยาต้องถูกฆ่าเชื้อด้วยควายที่สะอาดที่ 121-134 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 15-30 นาที ก่อนการฉีดปริมาตรการออกแบบหลักรวมถึงคอเปอร์เซ็นต์โอนออกซิเจนขนาด (kLa, โดยทั่วไป 0.01-0.3 s^-1 สําหรับการหมักแบบแอโรบิก), ระบบกระตุ้นเพื่อกระจายออกซิเจน และโครงสร้างพื้นฐาน sterile-in-place (SIP) สําหรับการล้างพิษที่น่าเชื่อถือระหว่างชุด

1หลักการหลักของการวิศวกรรมชีวกระบวนการ

·** การถ่ายโอนออกซิเจนและ kLa:**การหมักย่อยแบบแอโรบิกต้องการการจัดส่งออกซิเจนอย่างต่อเนื่อง เพื่อรักษาความเป็นอยู่ของเซลล์และการสร้างผลิตภัณฑ์คณิตถ่ายส่งออกซิเจนขนาด kLa (s^-1) จํานวนอัตราการถ่ายส่งออกซิเจนจากฟองก๊าซไปยังสื่อของเหลว, กํากับโดยพลังงานการเข้าของหมุน (P / V = 0.5-5 kW / m ^ 3) และอัตราการไหลของก๊าซ (0.5-2.0 vvm); สมการ Monod mu = mu_max * C_O2 / (K_O2 + C_O2) สัมพันธ์อัตราการเติบโตเฉพาะกับออกซิเจนละลายด้วยระดับ DO ที่สําคัญ 0.1-0.5 mg/L ต่ํากว่านั้นการเติบโตจะจํากัดด้วยออกซิเจน

·**การออกแบบและ SIP ที่ไม่มีเชื้อ:**ด้านผิวที่เปียกทั้งหมดต้อง sterilizable และไม่มีขาตาย (L / D < 3) ที่จับสารปนเปื้อน; เครื่องปฏิกิริยาได้รับการ sterilize ในสถานที่ (SIP) ด้วยควันสะอาดที่ 121-134 องศาเซลเซียสสําหรับ 15-30 นาที,การบรรลุระดับการรับประกันความอ่อนแอ (SAL) ของ 10^-6; หลังจากการ sterilization ระบบรักษาความดันบวก (0.05-0.1 MPa) กับอากาศที่อ่อนแอเพื่อป้องกันการเข้าและอาหารทั้งหมด (สารอาหาร, ฐาน,antifoam) ผ่าน 0เครื่องกรองฆ่าเชื้อ 0.2 ไมโครเมตร

·**การติดตามและควบคุมกระบวนการ:**หน่วยปฏิกิริยาชีวกระบวนการใช้เซ็นเซอร์ในสายสําหรับ DO (โพลารอฟกราฟิกหรือออปติกัล), pH (อิเล็กทรอัดแก้วที่ระบายน้ําร้อน), อุณหภูมิ (RTD) และความอ่อนแอ (สําหรับความหนาแน่นของเซลล์)ระบบที่ทันสมัยเพิ่มการวัดสเปคตรเมตรมวลของก๊าซออกสําหรับส่วนประสานทางเดินหายใจ (RQ) และ sonda capacitance สําหรับความหนาแน่นของเซลล์ที่สามารถดําเนินการได้ (VCD); เหล่านี้ให้อาหารในระบบควบคุมที่รักษาจุดตั้งโดยการควบคุม Cascade (DO -> ความเร็วการกระตุ้น -> การไหลของก๊าซ -> การอุดมสมบูรณ์ของออกซิเจน) เพื่อรักษาปฏิกิริยาทางชีววิทยา

2ประเภทหลักของเรอคเตอร์ชีวกระบวนการ

·** เครื่องหมักถังกระตุ้น (STF):บิโอเรอคเตอร์มาตรฐานสําหรับการหมักย่อยเชื้อโรค โดยมีภาชนะเหล็กไร้ขัด (316 ลิตร) ด้วย 3-4 รัสตันทูไบน์, 4 แบฟล์, สปาร์เกอร์วงแหวน, และกระโปรงเย็น000 ลิตร สําหรับผลิตภัณฑ์รวมอินซูลิน,กรดซิตริก,กรดอะมิโน และโปรตีนเรคอมบิแนนต์; ประสบความหนาแน่นของเซลล์ 50-150 กรัม/ลิตของน้ําหนักแห้งกับ E. coli หรือยีสต์ที่ kLa ของ 0.1-0.3 s^-1.

·** Bioreactor การปลูกเซลล์ของสัตว์นม:**ออกแบบเพื่อผสมผสานที่อ่อนโยนกว่า (ความเร็วปลายต่ํากว่า 1.5 m/s เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากการตัด) โดยใช้เครื่องหมุน Rushton หรือเครื่องหมุนมีดขนาดยาว, เครื่องกระจายด้วยฟองเล็ก (100-500 ไมโครเมตร)และควบคุม pH ผ่านการกระจาย CO2; ปริมาตรของ 50-25,000 ลิตรสําหรับแอนติบอดีมโนคลอน (mAbs) และโปรตีนเรคอมไบแนนต์ที่ใช้เซลล์ CHO, การบรรลุความหนาแน่นของเซลล์ 10-30 x 10 ^ 6 เซลล์ / ml และชื่อผลิตภัณฑ์ของ 2-10 กรัม / L

·**บีโอเรอแคตเตอร์สําหรับใช้งานครั้งเดียว (SUB):กระเป๋าหนังพอลิเมอร์ (EVA หรือ PE) ที่ถูกฆ่าเชื้อก่อนวางไว้ในตัวถือเหล็กไร้ขัดที่มีการสั่นหรือสั่นสั่นที่เข้ากันมีปริมาณ 50-2,000 ลิตร; ใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับการผลิตอุปกรณ์การแพทย์และอํานวยความสะดวกหลายผลิตภัณฑ์ที่การเปลี่ยนที่รวดเร็วและการรับรองการทําความสะอาดที่ลดลงอ้างอิงค่าบริโภคสูงต่อชุด

ประเภทของปฏิกิริยาชีวกระบวนการ การเปรียบเทียบเมทริกซ์

คําถามที่พบบ่อย (FAQ)

คําถาม: ปฏิบัติการหลักของโรงงานปฏิกิริยาชีวกระบวนการคืออะไร?

ตอบ: เครื่องปฏิกิริยาประกอบชีวภาพปลูกเซลล์มีชีวิต (ไมโครเบียล, นมสัตว์, หรือพืช) ภายใต้อุณหภูมิที่ควบคุมได้, pH, ออกซิเจนละลาย,และอาหารเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ชีววิทยา รวมถึงโปรตีนที่เกิดใหม่, แอนติบอดี, ยาฉีด, กรดอินทรีย์, และน้ํามันชีวภาพ, ด้วยการออกแบบที่ไร้เชื้อเพลิงเพื่อรับรองการดําเนินงานแบบไร้เชื้อเพลิงตลอดการปลูก

คําถาม: ทําไม kLa (ปริมาณการถ่ายส่งออกซิเจน) จึงสําคัญในการออกแบบไบโอเรอคเตอร์?

A: กระบวนการชีวภาพแบบแอโรบิกต้องการอุปทานออกซิเจนอย่างต่อเนื่องสําหรับการหายใจของเซลล์และการสร้างผลิตภัณฑ์; kLa ระบุอัตราการถ่ายส่งออกซิเจนจากฟองก๊าซไปยังสื่อเหลวและถ้า kLa ต่ําเกินไปการปลูกจะจํากัดออกซิเจน, ลดอัตราการเติบโตและผลิตผลิตภัณฑ์

ถาม: การรักษาความไร้สมบูรณ์ในโรงงานปฏิกิริยาชีวกระบวนการได้อย่างไร?

ตอบ: เครื่องปฏิกิริยาถูกฆ่าเชื้อด้วยควายสะอาดที่ 121-134 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 15-30 นาที (SIP, การบรรลุ SAL ของ 10^-6)2 ไมโครเมตร) อากาศ; อาหารเสริมทั้งหมดผ่านเครื่องกรองฆ่าเชื้อ และพื้นผิวทั้งหมดมีการออกแบบสุขอนามัย (Ra < 0.8 ไมครอมเมตร, ไม่มีขาตาย) เพื่อป้องกันการติดเชื้อจากจุลินทรีย์

คําถาม: ข้อดีของเครื่องปฏิกิริยาชีวินทรีย์ที่มีการใช้ครั้งเดียว (SUB) คืออะไร

A: บีโอเรอแรคเตอร์สําหรับการใช้ครั้งเดียวกําจัดการรับรอง SIP, การรับรองการทําความสะอาด และความเสี่ยงของการติดเชื้อข้ามระหว่างชุดและผลิตภัณฑ์, ทําให้สามารถเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ได้อย่างรวดเร็วสําหรับสถานที่หลายผลิตภัณฑ์;อย่างไรก็ตาม, พวกเขาจํากัดขนาดการใช้งานเป็น 2,000 ลิตร, ไม่สามารถตรงกับ kLa ของไบโอเรอคเตอร์เหล็กไร้ขัดเหล็ก, และมีค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นต่อชุดที่ต้องอ้างอิงด้วยความยืดหยุ่น.