12 tipos de biorreactores

Los biorreactores son el equipo central en la bioingeniería para proporcionar condiciones ambientales adecuadas (p. Ej., Temperatura, pH, oxígeno disuelto, mezcla, etc.) para apoyar el proceso de reacción biológica de microorganismos, células o enzimas. Según diferentes principios de diseño, los escenarios de aplicación y los métodos de operación, los biorreactores se pueden clasificar en varios tipos. Las siguientes son las clasificaciones y características comunes:
 

Reactor de tanque agitado (STR)

• Características: La mezcla y la transferencia de masa se realizan mediante agitación mecánica (paleta de agitación), y el oxígeno disuelto, la temperatura y el pH pueden controlarse con precisión.
• Aplicaciones: Ampliamente utilizado en fermentación microbiana (por ejemplo, antibióticos, enzimas), cultivo de células animales (requiere un diseño de paleta de remojo de baja cizallamiento).
• Variantes

Reactores agitados de burbujas: combinación de burbujeo de gas y agitación mecánica.
Reactor agitado de onda: genera ondas sacudiendo el vaso, adecuado para cultivos celulares sensibles al corte.
Reactor de transporte aéreo (ALR)

• Características: Circulación líquida impulsada por inyección de gas (sin agitación mecánica), baja fuerza de corte, menor consumo de energía.
• Solicitud: Adecuado para células sensibles al corte (por ejemplo, células vegetales, algunas células de mamíferos) o cultivo continuo a largo plazo.

Reactor de columna de burbujas

• Características: Solo a través de la burbuja de gas para lograr una mezcla, una estructura simple, pero la eficiencia de mezcla es menor.
• Solicitud: Adecuado para gas involucrado en la reacción (como el cultivo de microalgas, tratamiento de aguas residuales).

Reactor de cama en empaquetado

• Características: las células o enzimas se inmovilizan en portadores porosos (p. Ej., Geles, fibras) para formar una capa de lecho fijo, y el líquido de reacción fluye a través del lecho.
• Aplicación: Producción continua de metabolitos (por ejemplo, etanol, ácidos orgánicos) o reacciones catalizadas por enzimas.

Reactor de lecho fluidizado

• Características: partículas portadoras suspendidas en el flujo de líquido o aire, alta eficiencia de transferencia de masa, pero la operación es compleja.
• Aplicaciones: tratamiento de aguas residuales, reacción enzimática inmovilizada.

Biorreactor de membrana (MBR)

• Características: La combinación de la reacción biológica y la tecnología de separación de membrana, la biomasa (por ejemplo, microorganismos, células) se retiene por la membrana.
• Aplicaciones: tratamiento de aguas residuales, cultivo celular de alta densidad, separación continua de productos.

Fotobiorreactor

• Características: Proporcione condiciones de luz para el cultivo de microorganismos fotosintéticos (por ejemplo, microalgas, cianobacterias).
• Diseño: material transparente (vidrio o plástico), fuente de luz incorporada o utilizando luz natural.
• Aplicaciones: biocombustibles (aceites de algas), productos de alto valor agregado (astaxantina, betacaroteno).

Biorreactor de un solo uso

• Características: Uso de bolsas desechables en lugar de tanques de acero inoxidable para evitar la contaminación cruzada y acortar el tiempo de limpieza y validación.
• Aplicaciones: producción de vacunas, desarrollo de fármacos en la etapa de ensayo clínico.

Biorreactor de perfusión

• Características: Adición continua de medios frescos y eliminación de líquido de residuos para mantener una alta actividad celular y concentración de productos.
• Aplicación: cultivo celular de mamíferos (por ejemplo, producción de anticuerpos monoclonales).

Reactor por lotes

Adición única de medio de cultivo, cosecha de productos después del final de la reacción, operación simple pero menor eficiencia.

Reactor continuo

Entrada continua de medio de cultivo y salida de productos, adecuado para la producción industrializada a gran escala.

Reactor de lotes alimentados

Reponga gradualmente los nutrientes en la operación por lotes para prolongar el período de crecimiento celular y aumentar el rendimiento del producto (modo de uso común).

• Fermentador microbiano: como la producción de antibióticos, aminoácidos.
• Reactor de células animales: por ejemplo, la producción de anticuerpos celulares CHO.
• Reactor de células vegetales: como la producción de metabolitos secundarios (paclitaxel).
• Reactores enzimáticos: Las enzimas inmovilizadas catalizan las reacciones (por ejemplo, isomerización de glucosa).

• Características del sistema biológico: microorganismos, células animales/vegetales necesitan cizallamiento, oxígeno disuelto.
• Tipo de producto: si se requiere separación continua (por ejemplo, reactor de membrana).
• Escala: Grado de laboratorio (<10 L) vs. industrial grade (>1000 L).
• Costo: reactores desechables para producción flexible, reactores de acero inoxidable para uso a largo plazo a gran escala.