Русский / English
Главная
Новости
Универсальные газо-вихревые биореакторы нового поколения
Наши партнеры
Газо-вихревой реактор для работ в космосе
Технологии и проекты
Препарат ангиогенина "Фармаген"
Контакты
Награды

Универсальные газо-вихревые биореакторы - принципиально новый тип аппаратов.



Биореактор является одним из основных звеньев в различных технологических процессах. Назначением биореактора в микробиологическом процессе является создание наиболее оптимальных условий для жизнедеятельности культивируемых в нем клеток или микроорганизмов.
Микробные клетки могут выдерживать энергичное перемешивание и аэрацию. Клетки млекопитающих, насекомых и растительные клетки более чувствительны к механическим воздействиям, вне зависимости от способа культивирования: суспензионного или в иммобилизованном состоянии.
В биореакторе находится гетерогенная система компонентов, состоящая из суспензии клеток и газа. В такой системе должны быть обеспечены способы переноса тепла и массы между фазами с целью создания оптимальных условий для роста продуцента и биосинтеза целевого продукта, при соблюдении условий стерильности и экономичности процесса.
Общеизвестны и широко применяются в биореакторах два способа перемешивания:
- перемешивание механическим устройством находящимся в жидкой фазе, которое, вращаясь, заставляет двигаться жидкость (ложка в стакане чая).
- перемешивание за счет продувки газовой фазы через жидкую (различные аэрлифтные и барботажные аппараты).
Недостатком биореакторов с механической мешалкой является то, что в процессе перемешивания образуются высоко турбулентные и застойные зоны, вследствие чего подвод питания клеткам осуществляется неравномерно. Это же происходит и с отводом метаболитов.
Поверхностный массообмен через границу раздела фаз в аппарате недостаточен для многих микроорганизмов и культур клеток.
Культивируемые клетки и микроорганизмы гибнут из-за воздействия на них срезающих напряжений и микрозон локальных перегревов, возникающих возле концов лопаток перемешивающего устройства.
В биореакторах с механической мешалкой почти 70% потребляемой мощности расходуется на избыточный вредный нагрев культуральной жидкости. В промышленных биореакторах возникает необходимость отведения этого избыточного тепла, что требует дополнительных затрат. При этом энергия (температура) вносится по всему объему неравномерно, что отрицательно сказывается на результатах биотехнологических процессов с живыми организмами и ферментами, существующими и работающими в строго ограниченном интервале температур.
Недостатками эрлифтных биореакторов является то, что из-за слабого перемешивания (т.е. подвода питания и отвода метаболитов) они не всегда пригодны для культур с активной жизнедеятельностью.
Всплывающие воздушные пузырьки при “схлопывании” губят чувствительные клетки.
В биореакторах данного типа происходит обильное пенообразование, что не позволяет использовать весь объем аппарата, а применение химического пеногасителя снижает качество конечного продукта и приводит к удорожанию получаемого продукта.
В эрлифтных биореакторах невозможно использовать вязкие культуральные жидкости.
Большинство используемых в мире биореакторов представляют собой комбинацию этих двух типов аппаратов.
Основными недостатками таких биореакторов являются ограниченность их применения в зависимости от используемого типа штамма-продуцента, проблемы масштабирования при внедрении разработок в производство, травмируемость клеток, микроорганизмов при перемешивании, недостаточность массообмена, наличие турбулентных и застойных зон, высокое энергопотребление, низкие характеристики при работе с вязкими средами.
При видимом разнообразие рекомендуемых биореакторов, они не отличаются по принципу работы и имеют вышеперечисленные недостатки.
Развитие новых подходов в биотехнологии и медицине, рост производства новых лекарственных препаратов с использованием клеток млекопитающих, общее удорожание ресурсов, повышение требований к качеству получаемых продуктов и экологичности производств, диктует необходимость создания новых, аппаратов, обеспечивающих более эффективное проведение технологических процессов – универсальных биореакторов нового поколения.

Отличия газо-вихревых биореакторов от существующих типов



Газо-вихревые биореакторы отличается от традиционных аппаратов тем, что перемешивание в них осуществляется воздушным вихрем (без «мешапки» в жидкости), за счет перепада давления над поверхностью жидкости и трения воздушного потока об ее поверхность.
Газо-вихревой биореактор Биореактор с «мешалкой»

Вследствие этого в жидкой среде создается четко организованное трехмерное движение с вертикальной составляющей. Отсутствие «мешалки» в жидкости обеспечивает не энергозатратное, мягкое, но весьма эффективное 3Dперемешивание жидкостей, в том числе вязких, без образования пены, гидроударов, кавитации, высокотурбулентных, застойных зон и микрозон с высокой температурой.

Характеристики универсального газо-вихревого биореактора



Универсальный газо-вихревой биореактор:
- обеспечивает мягкое, но весьма эффективное 3Dперемешивание жидкостей
- имеет высокую скорость массобмена через границу раздела фаз, что обеспечивает отсутствие проблемы повреждения клеток пузырьками воздуха;
- имеет малое энергопотребление - 0,1вт/л, что в разы меньше, чем у биореакторов с механической мешалкой, что определяет перспективность его использования в крупнотоннажном производстве;
- работает, не меняя своих характеристик при заполнении на 10-90% объема, что позволяет при промышленном производстве убрать промежуточные «запускные» биореакторы;
- обеспечивает хорошее перемешивание вязких жидкостей и жидкостей с изменяющейся в процессе вязкостью;
- газовый вихрь является эффективным пеногасителем.
Гидродинамика биореактора мало зависит от уровня жидкости в нем, биореактор легко масштабируется.

Технические характеристики универсальных газо-вихревых биореакторов позволяют:



o успешно культивировать клетки и микроорганизмы, плохо воспроизводимые или не воспроизводимые в других типах биореакторов;
o применять биореактор в процессах, использующих вязкие жидкости или получающих таковые в процессе микробиологического синтеза;
o значительно снизить энерго и ресурсозатраты при использовании в промышленных производстве.
o сократить количество биореакторов промежуточного объема в технологической цепи;
o не использовать химический пеногаситель, существенно усложняющий и удорожающий дальнейший процесс очистки и получения конечного продукта;
o использовать газо-вихревые биореакторы в различных технологических процессах

Основные преимущества универсальных газо-вихревых биореакторов



Общая универсальность - возможность эффективного использования газо-вихревого биореактора в различных технологических процессах.
Универсальность при использовании в микробиологических процессах возможность успешного культивирования практически любые типов клеток (в том числе особо чувствительных) и микроорганизмов.
Полная воспроизводимость (масштабируемость) результатов лабораторных процессов при промышленном внедрении разработок.

Эффективность использования универсальных газо-вихревых биореакторов в научно-исследовательских работах различной направленности



Оснащение универсальными газо-вихревыми биореакторами лабораторий Научно-исследовательских Институтов и учреждений, работающих в области микробиологии и биотехнологии позволяет:
-расширить спектр решаемых задач, в том числе и связанных с обеспечением обороноспособности и биологической безопасности страны;
-сократить число закупаемых лабораторных биореакторов, имея один универсальный газо-вихревой биореактор вместо нескольких узкоспециализированных по типам клеток и микроорганизмов. Аппарат может работать при заполнении 15-90%. Это позволяет иметь один биореактор вместо линейки из нескольких разного объема. Это так же актуально для экономии культуральных сред, которые во многих экспериментах весьма дороги.
При внедрении многих лабораторных разработок в производство появляется проблема с масштабированием полученного результата – невозможность воспроизведения в промышленном масштабе лабораторного процесса. Зачастую, особенно это касается чувствительных клеток (гибридных, эмбриональных и т. п.), воспроизвести его крайне сложно, а иногда и невозможно. Существенная часть перспективных разработок так и остается не реализованной из-за невозможности воспроизведения полученных результатов при увеличении объемов культивирования. Это связано с тем, что гидродинамика процесса перемешивания при масштабировании в существующих типах биореакторов очень значительно изменяется в зависимости от увеличения объема аппарата.
При вихревом способе перемешивания таких проблем нет.

Культивирование различных культур в универсальном газо-вихревом биореакторе.



В газо-вихревых биореакторах успешно культивировались:

микроорганизмы: Salmonella gallinarum-pullorum 24 КСТ, Pasteurella multocida suis № 877, Erysipelothrix rhusiopathiae ВР-2, E. coli №115, Leptospira рomona ВГНКИ-6, Salmonella Dublin, Salmonella th. Murium, Lactococcus lactis subsp. lactis, L.lactis subsp. diacetilactis и Lactobacillus acidophilus. Bacillus subtilis 26D Sacchoromyces cerevisiae М 437 у 116, Bacillus subtilis X-52-18 и т.д.

клетки: VERO, ФЭК, EL-4, BHK-2, капустной совки IZD MB-0503, миеломы мыши Sp210-Ag l4P3, А4C5 (гибрид клеток почки и лимфоцита свиньи), человеческие лимфоциты МТ-4, клетки тимуса человека (Т-5), и т.д.

грибы: Aspergillus awamori, Fusarium moniliforme 168, хищные грибы Duddingtonia flagrans, высшие грибы шампиньоны, вешенка, шиетаки и т.д.

В модификации газо-вихревого биреактора «личный доктор» были успешно суспензионно выращены эмбриональнальные стволовые клетки человека линии hESM03 и на носителях мононуклеарная фракция клеток костного мозга донора.


Эффективность использования универсальных газо-вихревых биореакторов в промышленности



Повышение экономической эффективности промышленного производства при использовании универсальных газо-вихревых биореакторов достигается за счет:
• малых первоначальных капиталовложений как результата:
- сокращения количества биореакторов в технологической цепи;
- упрощения и сокращения схемы коммуникационных трубопроводов;
• сокращения общих производственных затрат (электроэнергии, водного пара, моющих средств, площадей, фонда заработной платы);
• снижения потребления ресурсов (вода, электроэнергия и т.д.) и уменьшения стоков;
• универсальности производства – возможности успешно работать с различными типами продуцентов;
• финансовой устойчивости предприятия за счет возможности быстрого и малозатратного изменения или расширения номенклатуры выпускаемой продукции.

Использование газо-вихревого биореактора в промышленном производстве позволяет:

- заменить устаревшие «роллерные», «матрасные», «яичные» технологии производства лекарственных препаратов (вакцин и т.д.) на современные, соответствующие требованиям GMP;
- значительно снизить себестоимость выпускаемой продукции,

При использовании универсальных газо-вихревых биореакторов возможен быстрый перевод производства с одного типа штамма-продуцента на другой. Предприятие может без крупных затрат оперативно реагировать на новейшие разработки в области практической биотехнологии и изменять или расширять номенклатуру выпускаемой продукции.

В настоящее время промышленные газо-вихревые биореакторы используются в России и за рубежом при производстве:

- вакцин и других лекарственных препаратов, производстве кровезаменителей (ООО «Протеиновый контур», ООО «Геленпол», ЗАО «Сибирский Центр фармакологии и биотехнологии») и т.д.
- широкого спектра ветеринарных вакцин,микробиологических препаратов для сельского хозяйства, средств борьбы с насекомыми, защиты окружающей среды (ФГУП «Армавирская биофабрика», УП «Витебская биофабрика»(Беларусь), ООО «Бисолби Интер», ООО «Биотроф», ООО «Агровет») и т.д.
- ферментативном гидролизе (ЗАО «Бирюли») и других процессах  
 
Phone +7 (383) 3061596


E-mail microbiotex@mail.ru