bioreaktoreissa

Bioreaktori on kontrolloitu säiliö, jossa biologisia reaktioprosesseja suoritetaan. Siinä voidaan kasvattaa mikrobeja sekä eläin- tai kasvisoluja ja tuottaa entsyymejä sekä biologisia lääkkeitä. Bioreaktori yhdistää eloperäisten prosessien vaatiman ympäristön hallinnan—lämpötilan, pH:n, ravinteet ja kaasujen saatavuuden—tarkkaan säätöön. Se mahdollistaa sekä pienimuotoisen tutkimuksen että suuritehoisen tuotannon.

Yleisimmät bioreaktorit ovat stirred-tank bioreaktorit STR, joissa neste sekoitetaan mekanisesti ja kaasua toimitetaan sekä poistetaan. STR-reaktoreita käytetään sekä mikrobiologisessa että solupohjaisessa tuotannossa. Muita tyyppejä ovat membrane-bioreaktorit MBR sekä kiinteälle rakenteelle perustuvat järjestelmät kuten packed-bed -bioreaktorit. Bioreaktoreita voidaan käyttää batch-, fed-batch- tai jatkuvatoiminnassa riippuen halutusta tuotosta ja laadusta.

Operointi perustuu tarkkaan valvontaan: pH, lämpötila, liuennut happi, hiilidioksidi sekä ravinteiden pitoisuudet seuraavat prosessia jatkuvasti. Sekoittamisen nopeutta, kaasun liuottuvuutta ja syöttöstrategioita säädetään tuotteeksi tai solukulttuuriksi sovellettavaksi. Usein prosessit ovat automatisoituja ja ohjautuvat reaaliaikaisilla antureilla ja prosessinhallintajärjestelmillä.

Sovellukset kattavat lääkkeiden ja entsyymien tuotannon sekä biopolttoaineet, teolliset biokemikaalit ja jäteveden käsittelyyn liittyvät ratkaisut. Mikrobikulttuureissa käytetään bakteereita tai hiivoja, eläin- tai kantasoluturvallisuudessa puolestaan voidaan tuottaa monoklonaalisia vasta-aineita ja muita biologisia lääkkeitä.

Suunnittelussa kiinnitetään huomiota steriiliyyteen ja kontaminaation ehkäisyyn (CIP/SIP), skaalautuvuuteen sekä kustannuksiin ja energian kulutukseen. Turvallisuus- ja säädösvaatimukset, kuten GMP ja QA/QC, ohjaavat laadunvarmistusta ja validointia bioreaktoreiden käytössä.