12 jenis bioreaktor

Bioreaktor adalah peralatan inti dalam bioengineering untuk menyediakan kondisi lingkungan yang sesuai (misalnya, suhu, pH, oksigen terlarut, pencampuran, dll.) Untuk mendukung proses reaksi biologis mikroorganisme, sel atau enzim. Menurut berbagai prinsip desain, skenario aplikasi dan metode operasi, bioreaktor dapat dikategorikan ke dalam berbagai jenis. Berikut ini adalah klasifikasi dan karakteristik umum:
 

Aduk Reaktor Tangki (STR)

• Karakteristik: Pencampuran dan perpindahan massa direalisasikan dengan pengadukan mekanis (pengaduk dayung), dan oksigen terlarut, suhu dan pH dapat dikontrol secara tepat.
• Aplikasi: Banyak digunakan dalam fermentasi mikroba (misalnya antibiotik, enzim), kultur sel hewan (membutuhkan desain dayung pengadukan geser rendah).
• Varian

Bubble Aduk Reactors: Kombinasi Gelembung Gas dan Pengadukan Mekanis.
Wave Aduk Reaktor: Menghasilkan gelombang dengan mengguncang kapal, cocok untuk kultur sel yang peka geser.
Reaktor Airlift (ALR)

• Karakteristik: Sirkulasi cairan didorong oleh injeksi gas (tidak ada pengadukan mekanis), gaya geser rendah, konsumsi energi yang lebih rendah.
• Aplikasi: Cocok untuk sel yang peka geser (misalnya sel tanaman, beberapa sel mamalia) atau kultur kontinu jangka panjang.

Reaktor kolom gelembung

• Karakteristik: Hanya melalui gelembung gas untuk mencapai pencampuran, struktur sederhana, tetapi efisiensi pencampuran lebih rendah.
• Aplikasi: Cocok untuk gas yang terlibat dalam reaksi (seperti kultur mikroalga, pengolahan air limbah).

Reaktor tempat tidur yang dikemas

• Karakteristik: Sel atau enzim diimobilisasi dalam pembawa berpori (misalnya gel, serat) untuk membentuk lapisan unggun yang tetap, dan cairan reaksi mengalir melalui lapisan.
• Aplikasi: Produksi metabolit berkelanjutan (misalnya etanol, asam organik) atau reaksi yang dikatalisis enzim.

Reaktor bed terfluidisasi

• Karakteristik: Partikel pembawa tersuspensi dalam aliran cairan atau udara, efisiensi transfer massa tinggi, tetapi operasinya kompleks.
• Aplikasi: pengolahan air limbah, reaksi enzim yang diimobilisasi.

Bioreactor membran (MBR)

• Karakteristik: Kombinasi reaksi biologis dan teknologi pemisahan membran, biomassa (mis. Mikroorganisme, sel) dipertahankan oleh membran.
• Aplikasi: pengolahan air limbah, kultur sel kepadatan tinggi, pemisahan produk yang berkelanjutan.

Fotobioreaktor

• Karakteristik: Berikan kondisi cahaya untuk budidaya mikroorganisme fotosintesis (mis. Mikroalga, cyanobacteria).
• Desain: Bahan transparan (kaca atau plastik), sumber cahaya bawaan atau memanfaatkan cahaya alami.
• Aplikasi: Biofuel (minyak alga), produk bernilai tambah tinggi (astaxanthin, beta-karoten).

Bioreaktor sekali pakai

• Karakteristik: Penggunaan kantong sekali pakai alih-alih tangki stainless steel untuk menghindari kontaminasi silang dan mempersingkat pembersihan dan waktu validasi.
• Aplikasi: Produksi vaksin, pengembangan obat dalam tahap uji klinis.

Bioreaktor perfusi

• Fitur: Penambahan terus menerus dari media segar dan penghapusan cairan limbah untuk mempertahankan aktivitas sel yang tinggi dan konsentrasi produk.
• Aplikasi: Kultur sel mamalia (misalnya produksi antibodi monoklonal).

Reaktor batch

Penambahan medium kultur satu kali, pemanenan produk setelah akhir reaksi, operasi sederhana tetapi efisiensi yang lebih rendah.

Reaktor kontinu

Input terus menerus dari media kultur dan output produk, cocok untuk produksi industri skala besar.

Reaktor fed-batch

Secara bertahap mengisi nutrisi dalam operasi batch untuk memperpanjang periode pertumbuhan sel dan meningkatkan hasil produk (mode yang umum digunakan).

• Fermentor mikroba: seperti produksi antibiotik, asam amino.
• Reaktor sel hewan: Misalnya produksi antibodi sel Cho.
• Reaktor sel tanaman: seperti produksi metabolit sekunder (paclitaxel).
• Reaktor enzim: Enzim yang diimobilisasi mengkatalisasi reaksi (misalnya isomerisasi glukosa).

• Karakteristik sistem biologis: mikroorganisme, sel hewan/tanaman dibutuhkan untuk geser, oksigen terlarut.
• Jenis produk: apakah pemisahan kontinu diperlukan (misalnya reaktor membran).
• Skala: tingkat laboratorium (<10 L) vs. industrial grade (>1000 L).
• Biaya: Reaktor sekali pakai untuk produksi fleksibel, reaktor stainless steel untuk penggunaan skala besar jangka panjang.