Критерии выбора биореактора
Современную научно-исследовательскую лабораторию биотехнологического направления сложно представить без высокотехнологичного оборудования. Прежде всего, речь идет о ферментере, в котором при заданных условиях протекает рост клеток и биосинтез целевого продукта.
Одним из основных критериев выбора ферментера является возможность контроля технологических параметров в культуральном сосуде, а также управления этими параметрами в ходе процесса ферментации. Регулировка условий, в которых протекает биосинтез, напрямую влияет на результат процесса ферментации и выход продукта.
Рассмотрим критические параметры, от которых зависит жизнеспособность и продуктивность клеток.
Один из наиболее значимых факторов – температура. Необходимо поддерживать температуру, подходящую для нормальной жизнедеятельности культивируемых клеток. Кроме того, во многих случаях анаэробный биопроцесс сопровождается выделением тепла, поэтому во избежание потери культуры или продукта важно проводить постоянный мониторинг температуры культуральной жидкости и своевременно подавать охлаждающий агент в рубашку сосуда.
Другим не менее важным параметром является подача кислорода (в случае аэробной культуры) или другого газа в среду, а также отведение отработанных газов. Стратегия подачи газа в сосуд индивидуальна для каждого отдельно взятого процесса и зависит от потребностей клеток. Осуществление поверхностной и (или) глубинной аэрации во многих современных биореакторах осуществляется под контролем системы управления параметрами. Система контроля и управления получает сигнал от датчиков об уровне содержания того или иного газа и корректирует подачу газов. Во избежание ошибки при аэрации, а также для более равномерного распределения питательных веществ в толще среды важно проводить адекватное перемешивание. Для большинства клеток применяется перемешивание с помощью классической мешалки, но, в то же время существуют особочувствительные клетки, для которых классическое перемешивание неприемлемо. В современных ферментерах при культивировании клеток, чувствительных к силам поперечного сдвига, массоперенос осуществляется за счет особых качающих движений под определенным углом. Работа таких биореакторов построена на концепции одноразового производства, комбинирующей одноразовый полимерный сосуд, в котором протекает процесс ферментации, и качалку с системой управления.
Кроме вышеперечисленных параметров ферментеры со встроенной системой управления способны осуществлять контроль pH, уровня пены, уровня культуральной жидкости в сосуде, окислительно-восстановительного потенциала, мутности, оптической плотности культуры. Многие биореакторы допускают дополнительную функцию в виде весовых датчиков. Некоторые ферментеры предусмотрены в версии для управления перфузией с интегрированными электронными весами для контроля подаваемого субстрата и удаления среды.
