Dávkování kapalin a plynů do bioreaktorů

Dnes nám stačí k produkci kultivovat geneticky upravené bakterie nebo kvasinky v bioreaktoru, díky tomu nám rapidně stoupá produkce a zároveň klesá i výrobní cena.. A nejde pouze o inzulin, v bioreaktorech se vyrábí bio-ethanol a další biopaliva, léčiva, komplexní organické molekuly, vitamíny, vakcíny, barviva a mnohé další. 

Ať už používáme bioreaktor k čemukoli, je třeba do něj přivádět, případně dávkovat kapalné i plynné složky. Přesnost a opakovatelnost tohoto dávkování je stěžejní, protože nesprávné poměry složek mohou mít velký vliv účinnost procesu. V tomto článku si přiblížíme možnosti využití průtokoměrů a regulátorů průtoku plynů a kapalin právě v bioreaktorech. 

Dávkování plynů

Začněme u plynů. Pro správný chod bioprocesu je třeba do kultivačního média přivádět sterilní směs plynů, tedy bioreaktor plynovat. Nejběžněji se používá sterilní vzduch, kyslík, dusík a oxid uhličitý. Médium je třeba míchat v kultivační nádobě pro rovnoměrnou distribuci živin a současně kvůli redukci velkých bublin. Nároky na kyslík se liší podle použitého organismu. Aerobní bakterie kyslík potřebují a buněčné kultury potřebují kyslík ředěný dusíkem, poměr těchto plynů závisí na aplikaci našeho procesu. Anaerobní organismy kyslík nepotřebují vůbec a vystačí si s látkami v kultivačním médiu. Dusík lze mimo ředění kyslíkové atmosféry použít i ke kalibraci senzorů pro kontrolu kyslíkové koncentrace. V neposlední řadě musíme udržovat specifické pH s jehož regulací nám může pomoci přesné dávkování oxidu uhličitého do bioreaktoru.

V laboratoři si můžeme vystačit se základní vybavením. Ovšem nároky na konstantní atmosféru mohou být vysoké a lidský faktor v tomto případě až moc chybový. Řídící systém, který se o dávkování plynů stará je v takovém případě na místě. Při přeškálování do poloprovozu či plného provozu je dokonce naprosto nezbytný, stejně jako automatizace. Navíc se mohou poměry potřebných složek během procesu měnit. V raných fázích růstu mohou buňky potřebovat méně kyslíku, ovšem s jejich stoupajícím množstvím je třeba přivádět do reaktoru i více kyslíku. Nebo naopak můžeme změnami dávek zkoumat vliv na mikroorganismy.

Vše může být dosaženo hmotnostními regulátory plynu, které jsou schopny s vysokou přesností v daný čas dávkovat konkrétní plyny do reaktoru. V rámci aplikace může být potřeba, aby byly přístroje vybaveny těsněním splňujícím hygienické standardy. Jako ideální materiál smáčených částí je běžně využívána nerezová ocel. Výhodou může být přístroj s velkým regulačním rozpětím při zachování stejné přesnosti po celém rozsahu. Takový přístroj lze použít jak v laboratoři, tak například i v poloprovozu díky zmíněnému velkému rozsahu. 

Dávkování kapalin

Coriolisův hmotnostní průtokoměr s přímo řízeným zubovým čerpadlem

Co se kapalin týče, je třeba přesně dávkovat různé výživové složky, pufry a reagenty, které dohromady tvoří optimální prostředí pro mikroorganismy. To vytváří vysoké nároky na přístroj, který musí být kompatibilní s co nejširším množstvím kapalin. A nejde pouze o kompatibilitu materiálovou, ale musí si poradit i s různými hustotami a viskozitou používaných roztoků. Stejně jako u plynů se může množství a objem dávek lišit, je tedy příhodné, aby měl přístroj velký dynamický rozsah regulace. V tom vynikají hmotnostní průtokoměry založené na coriolisově nebo ultrazvukovém principu. Zatímco Coriolisovy přístroje bývají přesnější a stabilnější, pokud jsou kladeny vysoké nároky na sterilní prostředí, bývá preferován ultrazvukový průtokoměr, který nemá žádné odbočky či překážky v proudu kapaliny, kde by se mohly hromadit a usazovat bakterie. Výhodou je nižší cena, ale na druhou stranu mírně horší přesnost. 

Ať už potřebujete vařit pivo nebo kultivovat kmenové buňky, pěstovat kultury do mléčných výrobků nebo pomocí bakterií vytvářet nová léčiva, bioreaktory jsou jasnou volbou. Do budoucna lze čekat jejich stále častější rozšíření do dalších odvětví. Věříme, že jsme vám pomohli lépe porozumět jak důležité je přesné dávkování plynů a kapalin do bioreaktorů, aby byl dohromady s dalšími aspekty vytvořen dobře fungující celek.

Kam dál?

Můžete si přečíst související články Plyny v emisní spektrometrii s indukčně vázaným plazmatem, 5 nejběžnějších problémů při výběru průtokoměrů plynů nebo kapalin, nebo se podívat na naše další články, případně si projít kategorie související s tímto článkem (Průtokoměry a regulátory průtoku plynu, Průtokoměry a regulátory průtoku kapalin), nebo si prohlédnout relevantní produkty (mini CORI-FLOW, Coriolisův hmotnostní průtokoměr, ES-FLOW, ultrazvukový průtokoměr). Bližší informace a výpis všech výrobků najdete na stránkách výrobce Bronkhorst.

Pokud budete potřebovat více informací, nebo byste nám rádi něco sdělili, neváhejte kontaktovat přímo našeho specialistu, ať už přes formulář, nebo emailem.

Odeslat dotaz produktovému specialistovi

Jan Veleba
produktový specialista

+420 775 757 218
jveleba@dex.cz

Outlook vizitka | vCard vizitka

[červeně označené položky jsou povinné]
Jméno

Firma

IČ

e-mail

Telefon

Vaše zpráva

Které z čísel je menší, 5 nebo 20?

nesouhlas s odesláním