bioreactorontwerp

Bioreactorontwerp heeft betrekking op het plannen, selecteren en integreren van een bioreactor en de bijbehorende systemen voor de groei van cellen of micro-organismen onder gecontroleerde omstandigheden. Het ontwerp moet rekening houden met het gewenste productieproces (bijv. batch, fed-batch of continue/perfusie), soort organisme en vereisten zoals temperatuur, pH, zuurstoftoevoer en voedingsstoffen. Belangrijke keuzes betreffen de reactorconfiguratie, materiaalkeuze, sterilisatie en automatisering.

Een centrale uitdaging is de massa- en gasoverdracht: voldoende zuurstoftoevoer zonder schadelijke hoge krachten, terwijl menging en warmteafvoer uniform zijn. Dit beïnvloedt de kLa, mengtijden en hydrodynamiek. Daarnaast spelen steriele werking, clean-in-place/steam-in-place voorzieningen en compatibiliteit met GMP-richtlijnen een rol in industriële settings.

Veelvoorkomende reactoren zijn de roerstaaf-bioreactor (stirred-tank) voor breed toepasbaar gebruik, bubbelkolom en luchtlift voor lagere shear-gevoeligheid, en perfusie-systemen voor hoge productconcentraties. Daarnaast komen single-use bioreactors en roestvrijstalen systemen voor uiteenlopende kosten- en hygiënenoden. Keuzes beïnvloeden de leer- en opschalingsfase, schaalvergroting en onderhoud.

Naast mechanische ontwerpkeuzes spelen procesautomatisering en regelstrategieën een cruciale rol. Sensoren voor pH, DO, temperatuur en opgeloste metabolieten, evenals controle- en bewakingssystemen (PLC/SCADA), dragen bij aan stabiliteit en reproduceerbaarheid. Het ontwerp omvat ook CIP/SIP, validatie en documentatie, omdat reglementaire en kwaliteitsvereisten de productie en procesontwikkeling sturen.

Bij scale-up volgen ontwerpers vaak regels die een gelijkmatig zuurstof-, warmte- en massatransport bevorderen, zoals constante kLa of constante mengsnelheid per volume, en het gebruik van simulaties of CFD om verstoringen en contaminatie te voorkomen. Het doel is een veilig, robuust en efficiënt bioproces dat reproduceerbare productkwaliteit levert.