Термины «биореактор» и «ферментатор» взаимозаменяемы, но в разговорах о покупке они не всегда взаимозаменяемы. биореактор это более широкое определение для контролируемого организма, который поддерживает биологический процесс, включающий клетки, ферменты или ткани. ферментер обычно относится к биореактору, используемому для культивирования или ферментации микроорганизмов. На практике поставщики и отрасли используют эти названия по-разному, поэтому требования к процессу — а не к маркировке — должны определять тип сосуда, механизмы управления, аэрацию, стерильность и документацию.
Это сравнение объясняет, как перевести вопрос “биореактор против ферментатора” в технические характеристики оборудования. В нем основное внимание уделено промышленным системам из нержавеющей стали, а не одноразовым лабораторным пакетам. Для примера представьте YIYI. ферментер и более широкое оборудование для биологической ферментации.
Практическое отличие
Биореактор — это общий термин. Он может охватывать микробиологическую ферментацию, культуру клеток млекопитающих или насекомых, культуру растительных клеток, имобилизованные ферменты, анаэробный процесс переваривания или другие биологически обусловленные процессы преобразования. Ферментатор обычно используется для систем микробиологического производства биомассы, метаболитов, ферментов, пищевых ингредиентов, напитков или химических веществ. Некоторые организации называют все перемешиваемые биологические сосуды ферментаторами; другие используют термин “биореактор” для культивирования клеток. Ни один из этих терминов не является достаточным для конструктивного решения.
Агентство США по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) Рамки технологической аналитической технологии подчеркивает важность понимания и контроля производственных процессов, а не только нацеливания на окончательные испытания. Национальный центр по биотехнологической информации Обзор биотехнологического производства позволяет обеспечить научный контекст для культивируемых биологических систем. Применяемые требования варьируются в зависимости от продукта и юрисдикции.
| Область принятия решений | Типичный акцент в микробиологических ферментаторах | Типичный биореактор для культивирования клеток |
|---|---|---|
| Биологическая система | Бактерии, дрожжи, грибы или смешанные культуры | Клетки млекопитающих, насекомых, растений или других клеток, чувствительных к сгибанию |
| Потребность в кислороде | Часто высокая; может потребоваться сильное перемешивание и аэрация | Часто более низкие значения, с более жесткими пределами для сжатия и состава газа |
| Смешивание | Быстрое массовое перемещение, суспензия и удаление тепла | Единые условия с минимальным повреждением клеток |
| Пены | Часто значимые и активно контролируемые | Возможны, но антислиповое действие и обработка от газа могут влиять на клетки. |
| Контроль и стерилизация | Зависит от вида организма, продукта и класса процесса | Часто строгий асептический дизайн и контроль за загрязнением |
| Жинать урожай | Отвар, клетки или секрет | Клетки, вирусный вектор, белок или оцвеченный супернатант |
Прежде всего стоит процесс и результат
Начните с организма или биологического агента, его скорости роста, усвояемости кислорода, выделения углекислого газа, образования тепла, чувствительности к скручиванию, морфологии и риску загрязнения. Быстрорастущая аэробная бактерия может потребовать интенсивного переноса кислорода и охлаждения. Клетки млекопитающих обычно требуют более щадящего обращения, точного контроля за растворенными газами и тщательного управления пузырьками и скручиванием. Вирусы могут менять вязкость бульона и закручиваться вокруг зондов или шнеков.
Целевой продукт меняет стратегию использования судов. Производство биомассы уделяет первоочередное внимание концентрации клеток и их сбору. Выделяемый метаболит может потребовать регулирования питания и быстрого удаления тепла. Субъектные продукты зависят от постоянного роста клеток, прежде чем они могут оказывать негативное воздействие на последующие процессы. Продукты, поврежденные высокой температурой, кислородом или протеазами, требуют более строгого контроля и более короткого воздействия. Определите критические качества продукции и параметры процесса перед сравнением названий судов.
Освеживание воздуха и контроль за газообменом
Микробиологический ферментатор часто использует стерилизованный сжатый воздух через распылитель, при котором перемешивание разбрызгиваемых пузырьков обеспечивает эффективную передачу кислорода. Спецификация должна указывать потребность в кислороде, диапазон давлений газообмена, входной давление, стерильную фильтрацию, тип распылителя, контроль выброса газа, поведение пенного слоя и метод оценки или испытания способности переноса массы. Высокая скорость газообмена автоматически не является лучшим показателем: переполнение, образование пеноматериалов, задержка газа и снижение давления в фильтре могут ограничивать работу.
Биореакторы с культурой клеток могут использовать воздух, кислород, углекислый газ, азот или смешанные газы для контроля содержания растворенного кислорода и pH при одновременном ограничении повреждения пузырьков. Можно рассмотреть использование поверхностного газообмена, микроразбрызгивания, переноса мембран или газообменного слоя. Для контроля газа необходимо безопасное регулирование давления, стерильные барьеры, управление конденсатом и отвод газа. Конкретный метод зависит от линии клеток и особенностей процесса.
Возбуждение и сдвиг
Агрегация обеспечивает массовое перемешивание, суспендирование, передачу тепла и дисперсию газа. То же значение скорости вращения ротора может приводить к совершенно разным результатам при различных размерах и геометрических формах. Вместо того чтобы копировать значения числа оборотов в минуту, следует сравнивать такие параметры, как скорость вращения ротора, мощность на единицу объема, циркуляция, время смешивания и эффективность переноса кислорода. Диаметр, количество, тип, расстояние между валами и перегородки являются частью одного агрегата для смешивания.
Микробиологические ферментаторы обычно переносят более высокую мощность подаваемого газа, чем системы культивирования клеток, но есть и исключения. Большие пузырьки, разбухание пенного слоя, помпы, клапаны и пути подачи образца также могут повредить чувствительные клетки. выбор манипулятора а также специальный путеводитель конструкция патрубка ферментатора.
Температура и удаление тепла
Биологическая активность вызывает тепло, а активизация и сжатие газа еще больше повышают температуру. Система охлаждения должна обеспечивать максимальную производительность при наихудших условиях окружающей среды и условий эксплуатации. Определите объем бульона, фазу роста, максимальную производительность тепла, допустимые отклонения температуры, температуру охлаждающей воды, допустимый уровень загрязнения и реакцию на контроль. В небольших масштабах может быть достаточно использования рубашки; для более крупных или высокопроизводительных процессов могут потребоваться катушки или внешний контур после проверки на предмет загрязнения и очистки.
Требования к отоплению включают стерилизацию, подготовку к пуску в эксплуатацию и иногда регулирование температурного режима. На сосуд и кожух должны быть рассчитаны рабочее давление, вакуум и температурные циклы. Температура стерилизации и время ее сохранения нельзя выбирать из информации, представленной только самим сосудом; они должны быть определены с помощью проверенного процесса и подтвержденных данных о распределении температуры.
pH, растворенный кислород и питание
Как ферментаторы, так и биореакторы могут использовать датчики pH и растворенного кислорода, однако важность диапазона, реакции, устойчивости к стерилизации, смещения и обслуживания. Контроль может осуществляться с помощью агрегирования, воздушного потока, повышения содержания кислорода, обратного давления, скорости подачи и температуры. Порядок и ограничения этого процесса должны быть документально оформлены, чтобы одна из фаз не привела к изменению других переменных в небезопасный режим.
Системы с подачей однородной смеси требуют точного и низкоточного дозирования, стерильных или изолированных соединений, клапанов-регулирующих давление, а также стратегии проверки фактической массы, поступающей в систему. Многократное подавание может взаимодействовать с химическими веществами до того, как они попадут в бульон; отдельные порты или положения в трубах могут снизить локальные отклонения. Записывайте источник подачи, партию, заданную точку контроля, фактическую величину, время и состояние тревоги в журнале смесей.
Стабильность, изоляция и чистка
Асептика принципов проектирования позволяет минимизировать наличие трещин, застоявшихся ветвей, несъемных участков и труднопромываемых герметиков. Поверхности, в которых находятся изделия, уплотнительные элементы, зонды, сосуды для взяток, фильтры отсевов и дополнительные линии — все это является сферой действия мер по контролю загрязнения. Судно, которое описывается как санитарное, не является автоматически подходящим для всех стерильных процессов. Определите параметры поверхности, обработку сварки, дренаж, возможность очистки в процессе, возможность применения пара — это все те параметры, которые должны быть учтены при выборе стерильного оборудования.
Микробиологическое производство может уделять приоритетное внимание предотвращению выхода организма-производителя на рынок и защите партии от заражения. Клетка культуры может уделять особое внимание безопасности вирусов, контролю припознанных агентов и закрытому производству. Биобезопасность в микробиологических и биомедицинских лабораториях оценка риска в рамках вспомогательного оборудования, но соответствующий уровень изоляции должен быть установлен квалифицированным специалистом по биобезопасности.
Управление, автоматизация и данные
Биореактор в лаборатории может обладать передовыми программными возможностями, но ограниченной функциональной мощностью; промышленный ферментатор может обладать мощным PLC и системой истории событий. Определите необходимые этапы рецептуры, тревожные сигналы, разрешения, тенденции, отслеживание событий, электронные подписи, выборку проб, хранение данных и интеграцию. Несвоевременная остановка критически важных датчиков требует безопасного реагирования. Необязательно заниматься самодиагностикой и немедленным восстановлением работоспособности.
Для работ, требующих регулирования или отслеживания, соотнесите каждое решение процесса с исходными данными. Статья по теме Данные о ходе работы реактора предоставляет практический инструмент и контрольный список действий. Для масштабирования следует сохранить те переменные, которые важны для организма; единый алгоритм масштабирования не подходит для всех процессов.
Режим батча, подавного батча, перфузии и непрерывного цикла
Технология Batch начинается с заданного заряда и заканчивается после периода культивирования. Технология Fed-Batch добавляет питательные вещества или другие материалы во время работы для контроля роста или образования продукта. Технология Perfusion сохраняет клетки при обмене среды. Технология Continuous Fermentation обеспечивает поступление и отток среды вокруг устойчивой операционной точки. Каждый из этих режимов отличается уровнем регулирования уровня, защитой от загрязнения среды, продолжительностью работы датчика, подключениями к системам сбора урожая и автоматизацией.
Судно, подходящее для серийного производства, может не иметь насосов, фильтров, оборудования для поддержания активности клеток, регуляторов подачи или долговечности при перфузии. Укажите режим работы и длительность цикла в запросе на расчет стоимости. Включите такие параметры, как запуск, остановка, восстановление от загрязнений и очистка — а не только обычное производство.
Список контрольных критериев закупок
Обращайтесь к поставщикам с просьбой указать, какие показатели эффективности рассчитываются, а какие основаны на анализе воды, а какие требуют подтверждения фактическим анализом культуры. Это различие предотвращает ошибочное толкование механического испытания как доказательства биологической эффективности, жизнеспособности клеток, стерильности или качества продукции.
- Организм или клетки, потребности в биобезопасности, месторасположение продукта, реология бульона и чувствительность к скручиванию.
- Диапазон рабочих объемов, режим «батч», стратегия подачи, время роста и ожидаемая тепловая нагрузка.
- Состав воздуха и газа, пиковый расход, давление, распылители, стерильные фильтры, контроль выбросов и образования пены.
- Тип агретирователя, диапазон скорости, балки, испытания на приемлемость смешивания и переноса кислорода.
- Температура, рН, растворенный кислород, уровень, давление, вес, инструменты для анализа и т. д.
- Контур CIP/SIP, химическая подготовка к очистке, основа стерилизации, дренаж, взятие проб и асептические соединения.
- Контроль над рецептурами, сигнализациями, записями данных, удалённая поддержка, документация, тесты на FAT и на площадке.
Компания YIYI может разработать геометрию сосудов из нержавеющей стали, корпуса, порты, систему перемешивания, а также оборудование и системы управления в соответствии с документально подтвержденными требованиями процесса. Окончательные биологические показатели должны быть продемонстрированы с использованием организма пользователя, среды, операционной стратегии и плана квалификации.
Часто задаваемые вопросы
Все ли ферментаторы являются биореакторами?
В широком техническом смысле ферментатор — это тип биотехонективатора, используемого для ферментации или культивирования микроорганизмов. В разных отраслях он называется по-разному, поэтому функции требуемого процесса должны быть четко указаны.
Почему я не могу выбрать оборудование только по объему?
Биологическая эффективность также зависит от переноса кислорода, перемешивания, удаления тепла, сжатия, обработки газов, стерильности, контроля подачи корма, отбора проб и очистки. Два сосуда с одинаковым объемом могут проявлять совершенно разные свойства.
Какая система нуждается в большем количестве приборов?
Ни один из этих параметров не определяет количество инструментов. Инструментация зависит от организма, риска продукции, стратегии контроля, нормативных требований и режима процесса. Для чувствительной клеточной культуры и высокопроизводительной микробиологической ферментации могут потребоваться масштабные измерения.
