Биореактор — это аппарат для контролируемого культивирования клеток, микроорганизмов и тканей. Он создаёт и стабильно удерживает заданные параметры среды: температуру, pH, концентрацию растворённого кислорода, интенсивность перемешивания и состав подаваемых газов.
Именно стабильность условий отличает биореактор от обычной лабораторной ёмкости и позволяет воспроизводимо получать биомассу и целевые продукты — белки, ферменты, антитела, вакцины, органические кислоты, биотопливо.
Назначение и ключевые задачи
В лаборатории и на производстве биореакторы решают три основные задачи:
-
Наработку клеточной массы.
-
Синтез конкретного продукта.
-
Отработку технологии перед масштабированием на промышленный объём.
Выбор типа аппарата зависит от того, какие организмы вы культивируете и на каком этапе находится проект.
Основные типы биореакторов
Ниже представлены основные типы биореакторов и задачи, для которых они предназначены.
По типу культивируемых организмов
Предназначены для культивирования бактерий и дрожжей. Обеспечивают интенсивную аэрацию и перемешивание, которые нужны быстрорастущим микроорганизмам, и точно удерживают pH и температуру. Применяются для наработки рекомбинантных белков, ферментов, антибиотиков и других продуктов микробного синтеза.
Разработаны для культивирования эукариотических — животных и растительных — клеток. Оснащены мягкой системой перемешивания, которая не повреждает чувствительные клетки, и обеспечивают однородность среды без градиентов температуры и pH. Используются для получения антител, вакцин и других биологически активных веществ с контролем всех параметров в реальном времени.
Предназначены для фототрофных организмов — микроводорослей, цианобактерий, растительных культур. Подают свет заданной интенсивности и спектра, обеспечивая фотосинтез. Применяются для наработки биомассы, пигментов и других продуктов на основе фотосинтезирующих культур.
По методу организации процессов и масштабу
Работают с малыми объёмами среды и предназначены для высокопроизводительного скрининга. Позволяют параллельно проверять десятки условий культивирования при минимальном расходе реагентов, часто в связке с датчиками и микрофлюидными системами для регистрации параметров в реальном времени. Оптимальны на старте проекта, когда нужно быстро подобрать среду и режим.
Объединяют два и более сосуда под управлением единой системы. Дают возможность одновременно ставить несколько экспериментов — сравнивать среды, отрабатывать режимы, вести скрининг штаммов и клеточных линий — в идентичных и воспроизводимых условиях. Комплектуются датчиками растворённого кислорода, контролем пенообразования, линиями подачи газов, насосами и ёмкостями для питательных компонентов.
-
Двухфазные аппараты применяют для отработки процессов получения биотоплива — они позволяют совмещать ферментативный гидролиз сырья и сбраживание сахаров в одном сосуде.
-
Твердофазные предназначены для культивирования на сыпучих и полужидких субстратах — при производстве ферментированных продуктов, ферментативном гидролизе и переработке органических отходов.
Специальные решения и оснащение
Используют сменные стерильные контейнеры. Одноразовый контакт со средой снижает риск перекрёстной контаминации и убирает этап мойки и стерилизации между циклами. Востребованы в фармацевтике и биопроизводстве, где важны стерильность и быстрая смена продукта.
Позволяют отбирать пробы среды в ходе культивирования, не нарушая стерильность и герметичность системы — контроль процесса без риска контаминации.
Как выбрать биореактор
Отталкивайтесь от типа культуры и задачи:
- Бактерии и дрожжи — бактериальные ферментеры.
- Клетки животных и растений — клеточные биореакторы.
- Фотосинтезирующие культуры — аппараты с освещением.
- Скрининг и подбор условий — микрообъёмные и параллельные системы.
- Стерильное фармпроизводство — одноразовые решения.
Затем определите рабочий объём — от долей литра для скрининга до десятков литров для наработки — и необходимый набор контролируемых параметров.
Частые вопросы (FAQ)
Чем биореактор отличается от ферментера?
Ферментер — это разновидность биореактора для культивирования микроорганизмов (бактерий, дрожжей). Термин «биореактор» шире и охватывает также аппараты для клеток и фототрофов.
Какой объём выбрать?
Для скрининга и подбора условий — микрообъёмы и настольные аппараты (доли литра — единицы литров), для наработки биомассы и продукта — десятки литров и выше.
Когда нужны одноразовые биореакторы?
Если критична стерильность и часто меняется продукт — они исключают мойку и стерилизацию между циклами.
