بیورآکتور

نمونه‌ای از یک بیوآکتور واکنش‌گاه زیستی یا رآکتور زیستی گونه‌ای از راکتورهای شیمیایی هستند که در آن واکنش‌های زیستی شبیه‌سازی می‌شوند.
بیورآکتور
یک بیوراکتور می‌تواند به هر سیستم یا دستگاه مصنوعی ساخته یا مهندسی شده که از یک محیط زیستی فعال حمایت می‌کند، اطلاق شود. به عبارتی یک بیوراکتور ظرفی است که در آن یک فرایند شیمیایی حاصل از فعالیت ارگانیسم‌ها (جانداران) یا مواد فعال بیوشیمیایی مشتق از آن‌ها در حال انجام است که می‌توانند به صورت هوازی یا بی‌هوازی باشند. بیوراکتورها معمولا استوانه‌ای، در اندازه‌های متغیری از لیتر تا متر مکعب و اغلب از فولاد ضدزنگ ساخته می‌شوند.
یک بیوراکتور همچنین می‌تواند به دستگاه یا سیستمی که به منظور رشد سلول‌ها یا بافت‌ها در یک محیط کشت سلولی طراحی شده‌است، اطلاق شود. استفاده از این دستگاه‌ها در مهندسی بافت و مهندسی بیوشیمیایی در حال گسترش می‌باشد.
بر اساس نحوه عمل، یک بیوراکتور می‌تواند به انواع Batch ،Fed-batch یا Continuous (پیوسته) (به عنوان مثال مدل راکتور همزن دار پیوسته) طبقه‌بندی شود. به طور مثال Chemostat نمونه‌ای از یک بیوراکتور پیوسته، است.
ارگانیسم‌های در حال رشد در بیوراکتورها می‌توانند در محیط کشت مایع غوطه (Submerged in liquid medium) یا به سطح یک محیط جامد متصل شده باشند (Attached to the surface of a solid medium). محیط کشت‌های تعلیقی (Submerged cultures) می‌توانند معلق (Suspenden) یا ثابت باشند (Immobilized). از آنجا که در بیوراکتورهای تعلیقی به سطوح اتصالی خاصی نیاز نبوده و در مقایسه با محیط کشت‌های ثابت قابلیت استفاده در مقیاس‌های بسیار بزرگتر را دارند، برای تنوع وسیع‌تری از ارگانیسم‌ها استفاده می‌شوند. و. با این حال، در یک بیوراکتور تعلیقی و طی یک فرایند عملی پیوسته، امکان حذف ارگانیسم‌ها از راکتور همراه با خروج پساب وجود خواهد داشت. ثابت سازی یک اصطلاح کلی است که طیف گسترده‌ای از سلول‌ها یا ذرات چسبیده یا به دام افتاده را توصیف می‌کند و می‌تواند برای انواع تجزیه‌گرهای زیستی (بیوکاتالیز) شامل آنزیم‌ها، اندامک‌های سلولی، سلول‌های گیاهی و جانوری به‌کار رود. ثابت‌سازی برای فرایندهای عملی پیوسته مفید است، چون ارگانیسم‌ها با پساب راکتور حذف نمی‌شوند، اما از نظر مقیاس محدود‌تر هستند چرا که میکروب‌ها تنها روی سطح ظرف حضور دارند.
کاربردهای فرمانتور
صنایع تخمیری، بیوتکنولوژی، پروژه‌های تحقیقاتی تکنولوژی آنزیمی، تولید پروتئین‌های نوترکیب، متابولیت‌های اولیه و ثانویه، تکنولوژی کلونینگ ژن‌ها و نانو- تولید سرم، تولید انواع داروها و واکسن‌ها
ازدیگر کاربردهای فرمانتور: فرآیندهای تخمیری ناپیوسته، تولید آنتی‌بیوتیک‌ها، اسیدهای آمینه، پروتئین‌های دارویی، تولید فرآورده‌های زیستی در مقیاس کم مراکز تحقیقاتی بیوتکنولوژی و کشت بافت، سلول‌های گیاهی و تکنولوژی DNA نوترکیب و…می‌توان نام برد.
بیوراکتورهای سلولی ثابت در مقیاس وسیع عبارتند از:
- محیط در حال حرکت، همچنین به عنوان راکتور فیلم زیستی بستر در حال حرکت (MBBR) شناخته می‌شود.
- بستر آکنده (packed bed)
- بستر فیبری (Fibrous bed)
- غشاء
انواع بیوراکتورها
راکتورهای همزن‌دار ( Stirred-Tank Reactor )
این نوع بیوراکتور به طور گسترده‌ای در صنعت استفاده می‌شود که با عبارت STR به صورت مخفف نشان می‌دهند. از دو کلمه Strrid-Tank bioreactor و Strrid-Tank Reactor می‌توانند به جای همدیگر استفاده کرد و مرز قابل تشخیصی بین آن‌ها وجود ندارد برای همین عبارت STR هم می‌تواند دلالت بر Strrid-Tank Bioreactor داشته باشد. از این بیوراکتورها برای مایع‌های ویسکوز، آبکی، کشت‌های با جریان هوای کم و حجم بزرگ بکار می‌رود. این نوع به ویژه برای تخمیرهایی که ریسه‌های قارچی فراوان در آن شرکت دارند و برای تولید بیوپلیمیرهایی که چسبناکی بالایی ایجاد می‌کنند، کاربرد دارد.
بیوراکتورهای نوری (فوتو بیوراکتور)
یک فوتو بیوراکتور (PBR)، بیوراکتوری است که یک منبع نوری استفاده می‌کند (که می‌تواند نور طبیعی خورشید یا نور مصنوعی باشد). تقریبا هر ظرف شفافی می‌تواند یک بیوراکتور نوری خوانده شود، با این حال این اصطلاح بیشتر برای توصیف یک سیستم بسته استفاده می‌شود وکمتر در مورد مخازن یا حوضچه‌های باز مورد استفاده قرار می‌گیرند. بیوراکتورهای نوری برای رشد موجودات کوچک فوتوگرافیک (نوپرورد) مثل سیانوباکتری‌ها، جلبک‌ها یا گیاهان خزه مورد استفاده می‌شوند. این موجودات نور را به عنوان منبع انرژی خود استفاده کرده و نیازی به قندها یا چربی‌ها به عنوان منبع انرژی ندارند. در نتیجه، خطر آلودگی با موجودات دیگر مانند باکتری‌ها یا قارچ‌ها در بیوراکتورهای نوری در مقایسه با بیوراکتورهای دارای موجودات هتروتروف (همه چیزخوار) کمتر است.
بیوراکتورهای شخصی
یک بیوراکتور پیوسته ساده که برای اشخاص غیر حرفه‌ای طراحی شده‌است و آن‌ها را قادر می‌سازد تا باکتری‌های E-coli را تحت شرایط هوازی یا بی‌هوازی رشد دهند. این بیوراکتورها توانایی اتوکلاو شدن نداشته، و برای استفاده مجدد وابسته به غیر فعالسازی شیمیایی هستند. این بیوراکتورهای شخصی برای رشد باکتری‌ها و محیط‌های کشت مناسب هستند.
بیوراکتورهای تصفیه فاضلاب
این بیوراکتورها برای تصفیه فاضلاب و پساب‌ها طراحی شده‌اند. در کارآمدترین این سیستم‌ها، ذخیره‌ای از یک محیط کشت شیمیایی بی‌اثر با جریان آزاد وجود دارد که به عنوان بستری برای باکتری‌هایی که فاضلاب خام را تجزیه می‌کنند عمل می‌کند. دستگاه‌های هوادهی، اکسیژن را برای فاضلاب و محیط کشت تامین می‌کنند که منجر به بیشتر شدن سرعت تجزیه می‌شود. مخلوط کن‌های قابل فرورفتن در آب در بیوراکتورهای اکسیژنی تلاطم را برای نگه داشتن مواد جامد در سوسپانسیون ایجاد می‌کنند و در نتیجه اطمینان حاصل می‌شود که باکتری‌ها و مواد آلی «با یکدیگر برخورد کنند».
از آن جا که میکروارگانیسم‌ها موتور تصفیه فاضلاب‌های بیولوژیکی را پیش می‌برند، نظارت کمیت و کیفیت میکروارگانیسم‌ها در بیوراکتورها بسیار مهم است. یکی از این روش‌ها آزمون ATP نسل دوم است.
بیوراکتور متلاطم بالا و پایین
همزدن‌های بالا و پایین که در این نوع بیوراکتور وجود دارد برای جلوگیری از استرس تیغه در سلول‌ها مفید می‌باشند. این کار بدون نیاز به روش سنتی پروانه همزن دار که نیاز به یک موتور گران و کوپلینگ‌های (اتصالات) مغناطیسی دارند؛ انجام می‌شود. حرکت عمودی بالا و پایین در این بیوراکتورها بوسیله یک موتور به همراه یک غشای ارزان ایجاد می‌شود که استریل بودن را کاملا حفظ کرده و مخلوطی کارآمد، بدون تشکیل گرداب را تولید می‌کند (هیچ تیغه‌ای مورد نیاز نیست). همچنین این نوع اختلاط با سلول‌ها ملایم‌تر بوده و کف کمتری تولید می‌کند. صفحه‌های تکان دهنده جدیدی که با الهام حرکت دم ماهی‌ها ساخته شده‌اند و «دم ماهی» نام دارند، حداکثر بهره‌وری مخلوط کردن بدون لبه‌های برشی را در این بیوراکتورها ارائه می‌دهند.
بیوراکتور شبیه‌سازی بافت ناسا (NASA)
طراحی بیوراکتورهایی که هدف آن‌ها رشد سلول‌ها یا بافت‌ها برای اهداف آزمایشگاهی یا درمانی می‌باشد، تفاوت بسیاری با بیوراکتورهای صنعتی دارد. بسیاری از سلول‌ها و بافت‌ها، به خصوص در پستانداران، باید یک سطح یا ساختار حمایتی دیگری برای رشد داشته باشند و اغلب، محیط‌های آشفته برای این نوع از سلول‌ها و بافت‌ها مخربند. موجودات عالی‌تر که آگزوتروفیک (Auxotrophic)، می‌باشند، نیز به محیط‌های رشد بسیار تخصصی نیاز دارند.
ناسا نوع جدیدی از بیوراکتور را که به طور مصنوعی بافت‌ها را در محیط کشت سلولی رشد می‌دهد، تولید کرده‌است. بیوراکتور بافت ناسا می‌تواند بافت قلبی، بافت عضلانی، رباط‌ها، بافت سرطانی و انواع دیگر بافت‌ها را برای مطالعه کشت دهد.
راکتور شیمیایی
سوخت جلبک
کشت یاخته
گندانبار