Одним из наиболее важных технологических достижений в области промышленной микробиологии и биотехнологии является изобретение биореакторов. Почему? Они позволили нам создать важные медицинские продукты, такие как вакцины, гормоны и ферменты, некоторые из которых лечат серьезные хронические состояния. Эти твердые и глубокие системы являются основой для прогресса в области медицины.

Следовательно, знания о ферментер необходимы для современной науки и техники, независимо от выбора индивидуальной профессии.

В этой статье обсуждаются различные категории биореакторов, как они работают, и отрасли, которые выигрывают от их использования. После прочтения этой статьи вы поймете, что такое биореактор и почему он является таким важным инструментом в будущих научных и технологических достижениях.

Так что же такое ферментер и как он работает?

Что такое биореактор?

Биореактор – это медицинское устройство, предназначенное для размещения живых микроорганизмов и для обеспечения благоприятной среды для процветания этих микроорганизмов. По сути, биореакторы имитируют реальные условия окружающей среды этих микроорганизмов с намерением создавать определенные органические соединения по желанию. Без биореактора эти микроорганизмы не выживут, следовательно, его значение не может быть преуменьшено, особенно в области медицины.

Так как же это достигает? Это система замкнутого конюса в том смысле, что внешние факторы не позволяют влиять на среды внутри биореактора. Следовательно, питательные вещества, рН, температура, растворенная концентрация кислорода и другие питательные вещества в биореакторе должны регулироваться и постоянно приспосабливаться к имитированию реальной среды естественной среды обитания этих микроорганизмов.

Но почему ферментер необходимы? Потому что они позволяют производить важные медицинские соединения, которые в противном случае никогда не будут достигнуты. К ним относятся вакцины, гормоны роста и даже гиалуроновая кислота, что особенно важно, когда речь идет о улучшениях красоты и улучшении ссаживания кожи.

5 ключевых функций биореакторов

Основная роль ферментер заключается в том, чтобы обеспечить оптимальные условия для биологических организмов для цветения, воспроизведения или синтеза основных предметов. Для этого крайне важно полностью понять компоненты биореактора и то, как они работают.

1. Контролируемые условия окружающей среды

Биореакторы предназначены для размещения живых организмов в контролируемой среде для роста и развития в полном хранении. Без биореакторов эти микроорганизмы не выживут за пределами их среды, и поэтому мы никогда не сможем создавать важные медицинские соединения.

Температура воздуха, рН, растворенный кислород, концентрация диоксида углерода, нитраты, фосфаты, аммиак и калий должны контролироваться и, в большинстве случаев, контролируются для обеспечения оптимальных условий развития.

Эти параметры регулируются биосенсорами в реальном времени, которые гарантируют, что организмы остаются в их правильном функциональном состоянии и производят правильные продукты. Управление этими качествами является важным фактором в принятии решений по бизнес-предприятиям, особенно в медицинской, биотопливной и пищевой промышленности.

2. Агитация и смешивание

ферментер используют процессы смешивания и перемешивания для оказания помощи клеткам поглощать питательные вещества и газ, такие как кислород, внутри биореактора. Без этой функции организмы, вероятно, займет много времени, чтобы поглотить необходимые питательные вещества или в худшем случае, умирайте из -за отсутствия питательных веществ или недостаточного газообразного обмена.

В то время как биореакторы воздушных перевозок смешиваются, генерируя газовые пузырьки, биореакторы с перемешиванием используют механические побочные устройства. Перемешивание выполняется непрерывно, так что деление клеток и образование продукта происходило по всей системе.

3. Стерильность

Стерильность играет важную роль в предотвращении нежелательной инфекции микроорганизма у ферментеров, что может уничтожить целые партии биологических продуктов. Стерилизация должна выполняться до каждого использования ферментера, поэтому они тщательно спроектированы для обеспечения бесплодия.
Это сохраняет целостность процесса и качество конечного продукта нетронутым, гарантируя, что только желаемые организмы процветают внутри. Профилактика загрязнения имеет важное значение, особенно в секторах, где чистота и однородность жизненно важны, такие как фармацевтическая промышленность.

4. Газовый обмен

Микроорганизмы требуют адекватного газообразного обмена, чтобы процветать. Они должны иметь возможность иметь доступ к кислороду и легко выделять углекислый газ. Биореакторы помогают с этим, улучшив распределение кислорода и удаления углекислого газа. Почему это важно?

Без этой способности диоксид углерода внутри биореактора накапливался и снижает рН резервуара, что делает его кислым. Это, в свою очередь, повлияет на пролиферацию клеток и снизит их эффективность.

По этой причине биореакторы поставляются с двумя важными функциями. Спаргеры и мембраны. Spargers помогают добавить крошечные пузырьки кислорода в культуру, в то время как мембраны допускают регулируемую доставку кислорода и углекислый газ R R

Эта газообразная система обмена поддерживает высокую доходность и эффективную продукцию, гарантируя, что организмы получают кислород, необходимый для функционирования на их оптимальном уровне при выводе опасных газов.

5. Мониторинг и обратная связь

Ферментеры не все сделаны равными. Есть 5 различных видов ферментеров в зависимости от их применений. Каждый из них адаптирован для конкретного типа процесса. Конструкция и качество сборки каждого ферментера полностью зависит от типов культивируемых организмов и предполагаемых результатов.
Давайте рассмотрим наиболее распространенные разновидности биореакторов.

1. Стеклянный биореактор

Стеклянные биореакторы широко используются в лабораториях для исследований, мелкомасштабного производства и тестирования.

Преимущества:

● Видимость: наблюдать за внутренними биологическими процессами проста, благодаря прозрачному материалу.

● Универсальность: адаптируется к различным процессам и доступна в нескольких конфигурациях, таких как механическое вождение или магнитное перемешивание.

● Стерильность: многие модели позволяют стерилизации на месте для предотвращения загрязнения.

Недостатки:

● Шкала: не подходит для крупномасштабного промышленного производства; ограничено мелкими предприятиями.

● Хрупкость: по сравнению с такими материалами, как нержавеющая сталь, стекло более хрупкое.

2. Биореакторы из нержавеющей стали

Из-за их устойчивости и способности переносить высокое давление, биореакторы из нержавеющей стали часто используются в крупномасштабном промышленном производстве.

Преимущества:

● Долговечность: биореакторы из нержавеющей стали достаточно прочны, чтобы противостоять долгосрочному использованию и процедурам высокого давления.

● Масштабируемость: подходит для крупномасштабного производства; часто применяется к ферментации и фармацевтическим препаратам.

● Очистимость: сохранение бесплодия в промышленных средах требует легкой очистки и дезинфекции нержавеющей стали.

Недостатки:

● Стоимость: по сравнению с меньшими или одноразовыми биореакторами, строить и установить более дорогих.

● Сложное обслуживание: это может занять больше времени, поскольку оно требует более строгих процедур очистки и проверки.

3. Биореакторы с перемешиванием (STR)

Они самые известные, и многие люди предпочитают их. У них есть цилиндрическая банка с рабочим колесом или сбившим устройством, посередине. Жидкость внутри постоянно взволнована работой, которая гарантирует, что организмы, газы и питательные вещества распределены равномерно.

Преимущества:

● Идеально подходит для промышленного производства.

● Выдающее смешивание питательных веществ и транспорт кислорода.

● Легко масштабируется от небольших исследовательских проектов до массовых производственных операций.

Недостатки:

● Напряжение сдвига может быть получено путем механического перемешивания для деликатных организмов, таких как клетки млекопитающих.

● Высокое использование энергии в результате механического механизма перемешивания.

4.Биореакторы переброшенных по воздуху

Вместо механического перемешивания биореакторы воздушных перевозок смешиваются с использованием воздушных или газовых пузырьков. В жидкой среде создается петля циркуляции путем введения газа на дне реактора. Содержание смешивается из -за скорости пузырьков, которая высвобождает кислород и стимулирует рост клеток.
Преимущества:
● Снижение напряжения сдвига, которое подходит для чувствительных клеток.
● По сравнению с механически перемешиваемыми системами, это более энергоэффективно.
Недостатки:
● Снижение эффективности смешивания в отличие от биореакторов с перемешиваемыми резервуарами.
● Более сложно масштабироваться для использования в производстве.
Биореакторы AirLift играют частую роль в операциях с участием чувствительных организмов, а также для выращивания растений и животных клеток.

5. Мембранные биореакторы

Получительно мембрана используется в мембранных биореакторах для поддержания биологических клеток и продуктов, которые они генерируют отдельно. Эта конфигурация оказывается особенно выгодной в процедурах, которые требуют постоянного разделения, таких как очистка сточных вод, где биомасса удерживается в резерве, когда чистая вода течет по мембране.

Преимущества:

● Отделение клеток от продукта, который работает хорошо.

● Исключительный выход и эффективность в текущих операциях.

Недостатки:

● Необходимо чистить или заменять мембраны на регулярной основе, когда они загрязнены.

● Работать дороже, чем конструкции биореактора с более простыми архитектурами.

5 применений биореакторов

Теперь, когда мы рассмотрели, что является ферментером и как он функционирует, пришло время пройти широкий спектр приложений. Ферментеры лежат в основе нескольких отраслей промышленности, претерпевающих радикальные изменения, от улучшения устойчивых энергетических решений до изменения производства фармацевтических препаратов.
Ферментеры значительно повлияли на будущее, производя лекарства, которые могут спасти жизни, используя биоэнергию и продвигая экологически ответственное управление отходами.

1. Производство фармацевтических препаратов и вакцин

Одним из самых больших рынков для биореакторов является фармацевтический сектор. Модифицированные генами клетки, культивируемые в биореакторах, используются при производстве многих спасительных препаратов, включая инсулин, моноклональные антитела и прививки.

2. Биотопливо

По мере того, как мир движется к более устойчивым источникам энергии, ферментеры становятся все более важными в производстве биотоплива. Микроорганизмы, такие как водоросли, дрожжи или бактерии, могут быть выращены, где они превращают органический материал в биотопливо, такие как этанол, биодизель или даже водород.
Биотопливо, производимые выводы, предлагают возобновляемую альтернативу ископаемому топливу и могут значительно сократить выбросы парниковых газов. Например, водоросли можно культивировать в фотобиореакторах, где они фотосинтезируют и производят липиды, которые затем могут быть преобразованы в биодизель. Эти процессы рассматриваются как критические для перехода к более чистой энергии в будущем.

3. еда и напитки

Промышленная ферментация, процесс, с помощью которого микроорганизмы разбивают сахар, чтобы генерировать такие товары, как пиво, вино, йогурт и хлеб, давно является основным продуктом питания и напитков. Этот старый метод был повышен с помощью ферментера, который обеспечивает точный контроль над условиями ферментации для постоянных высококачественных и ароматных результатов.
Например, в пивоваренной промышленности используются эти ферментирующие ферментер, иногда называемые промышленными ферментерами для эффективного превращения сахаров в алкоголь путем выращивания дрожжей в идеальной среде.

4. Очистка сточных вод

Биореакторы используются в тканевой инженерии для развития клеток на каркасах для создания тканей или целых органов. Эти ферментеры дают регулируемую обстановку, аналогичную тому, что обнаружено в организме человека, позволяя клеткам пролиферировать и трансформироваться в ценные ткани.
С помощью этой технологии поврежденные ткани или органы могут однажды заменить заменителями, выращенными в лаборатории в области регенеративной медицины. Например, рельефы были использованы для создания ткани печени, хряща и сердечных клапанов, что дает надежду пациентам, которым требуются трансплантаты органов, но находятся в долгих списках ожидания.

5. Тканевая инженерия и регенеративная медицина

Биореакторы используются в тканевой инженерии для развития клеток на каркасах для создания тканей или целых органов. Эти биореакторы предлагают регулируемую обстановку, аналогичную тому, что обнаружено в организме человека, что позволяет клеткам пролиферировать и трансформироваться в ценные ткани.

С помощью этой технологии поврежденные ткани или органы могут однажды заменить заменители, выращенные в лаборатории в области регенеративной медицины. Например, биореакторы использовались для генерации тканей печени, хряща и сердечных клапанов, что дает надежду пациентам, которым требуются трансплантация органов, но находятся в долгих списках ожидания.

5 факторов, которые следует учитывать при выборе биореактора

Будущее биотехнологии формируется новыми разработками в области ферментеров, которые постоянно меняются. Предполагается, что следующие тенденции окажут влияние на предстоящее поколение ферментера:

1.одноразовые биореакторы

Одноразовый ферментер становится неуклонно распространенным, особенно в фармацевтическом секторе. Вместо того, чтобы использовать обычные резервуары из нержавеющей стали, этот ферментер построен из одноразовых пластиковых пакетов.
Сумка легко выбрасывается после производственного цикла, отрицая требования к промыванию и стерилизации между партиями. Этот метод идеально подходит для производства биологических данных, таких как вакцины и моноклональные антитела, потому что он экономит время и снижает возможность перекрестного загрязнения.

2. 3D биореакторы для тканевой инженерии
   Чтобы лучше воспроизвести структуру и работу человеческих органов, для регенеративной медицины создается 3D -ферментер для создания сложных тканей. Чтобы сделать ткани, которые можно использовать в трансплантации или для тестирования новых лекарств, эти ферментеры используют сложные системы управления и каркасы для прямого роста клеток.
3. Микробные топливные элементы (MFCS)
   Микробные топливные элементы представляют собой ферментеры, которые превращают энергию через бактерии. Экзоэлектроны, выделяемые бактериями, в то время как деградирование органического вещества собираются и ставят работать над созданием электричества. MFC могут имитировать выбор зеленой энергии, поскольку они генерируют энергию отходов, функционируя как центр очистки сточных вод.
4. Интеграция ИИ и машинного обучения
   Это захватывающее время в разработке систем управления ферментером, так как использование искусственного интеллекта и машинного обучения сейчас находится у порога. Крупномасштабные данные датчика могут быть изучены с использованием ИИ, что может предсказать реакцию организма на большинство стимулов в окружении. Это вызывает оптимизацию среды ферментеров в реальном времени, что приводит к высокой производительности и снижению затрат.

Завершившись!

Настоящие агенты биотехнологической революции являются ферментерами. Эти гибкие устройства влияют на почти все виды отраслей, включая производство спасительных лекарств вплоть до возобновляемых биотопливов.
Важно узнать о ферментере, чтобы мы могли применять знания биологических систем для решения практических проблем, с которыми мы сталкиваемся в жизни.
Сущность ферментеров, которая может быть использована для поддержки роста клеток для получения замены тканей, для производства биотоплива или даже для получения новых лекарств, нельзя игнорировать. Ферментеры будут продолжать играть значительную роль в исследованиях, медицине и устойчивости, если в этой области существует технологический прогресс.

Откройте будущее биотехнологии с биореакторами Bailun

Используйте передовые биореакторы от Bailun Biotechnology, чтобы революционизировать ваши производственные процедуры. Наши биореакторы предлагают непревзойденную точность, эффективность и масштабируемость и предназначены для выдающейся производительности в таких областях, как биоэнергетика, фармацевтические препараты и исследования.

Используйте технологии, предназначенные для удовлетворения потребностей современной биотехнологии для улучшения вашей деятельности. Обновите сейчас и увидите влияние современных инноваций, сотрудничая с Bailun Biotechnology.

Свяжитесь с нами сейчас, чтобы найти идеальное решение для биореактора, адаптированное к вашим конкретным потребностям!