Bioreaktoren, auch bekannt als Fermenter sind Zellkultursysteme, die geeignete Wachstum Umgebungen bieten. Zwei Arten von Bioreaktoren werden häufig in Zellkultur, Batch- und kontinuierliche Rührbehälters Bioreaktoren verwendet. Ein Batch-Reaktor ist ein geschlossenen Gefäß-System, die alle für die Zellkultur erforderlichen Komponenten enthält. Während eine kontinuierliche Tank Reaktor gerührt ist ein offenes System wo Komponenten aktiv ein-und fließen ermöglicht die Beseitigung von Abfällen und den Nachschub an Nährstoffen. Zur Maximierung Zellwachstum und Zelldichte, mehrere Reaktor-Parameter gesteuert werden, für beide Systeme, einschließlich Temperatur, Druck, gelöste Sauerstoff und pH-Wert. Dieses Video stellen die grundlegenden Prinzipien hinter Batch- und kontinuierliche Reaktoren und zeigen eine Vorgehensweise detailliert ihren Einsatz im Labor.
Die einfachste Art der Bioreaktor ist die Batch-Reaktor, der ein geschlossenes System mit Zellkulturmedien und einer Bevölkerung der Zellen ist. Da die Zellen wachsen, sie verbrauchen die Nährstoffe und Abfälle, die im Behälter sammelt sich scheiden. Kontinuierliche Rührbehälters Reaktoren werden auch verwendet, das sind offene Systeme, wo Nährstoffe fließen kontinuierlich, und Zellen und Zellen ausfließen verschwenden. Dies ermöglicht die Steuerung der Zelldichte über die Beseitigung von Abfällen und den Nachschub an Nährstoffen. Vor dem Einsatz der beiden Systeme sind die Komponenten sterilisiert, in der Regel mit Dampf, um Kontamination zu mildern. Wenn der Reaktor komplett montiert ist, ist sterile Nährmedien hinzugefügt, das Hauptschiff und dann mit einer Starterkultur beimpft. Während des Gebrauchs mischen und Oxygenierung gesteuert werden, mit dem Einsatz der Laufräder, eine homogene Lösung zu erhalten, wo Zellen mit ausreichenden Mengen von Nährstoffen und Sauerstoff benötigt für Wachstum versorgt werden. Darüber hinaus Fermenter Tanksysteme sind oft mit Sonden ausgestattet, um Bedingungen wie Temperatur messen, gelöste Sauerstoff und pH-Wert auf optimale Wachstumsbedingungen zu gewährleisten. Während Batch Wachstum erfährt die Zellpopulation klassische Wachstumsphasen. Geben Sie zuerst die Zellen Lag-Phase, wo Zellen langsam wachsen, wie sie an ihre Umgebung anzupassen. Zellen als nächstes geben Sie Log-Phase und teilen mit einer exponentiellen Rate, bis die Nährstoffe erschöpft sind oder giftige Nebenerscheinungen ein kritisches Niveau erreichen. Schließlich Wachstum verlangsamt und Zellen erreichen die stationäre Phase bietet die Möglichkeit, das Produkt von Interesse aus der Kultur zu ernten. Das Produkt ist entweder von den Zellen sezerniert und direkt aus der Kultur-Brühe gesammelt, oder das Produkt bleibt in der Zelle und muss per lyse der Zelle entfernt werden. Nach der Ernte wird der Reaktor für eine neue Zelle Kultur Charge von Reinigung und Sterilisation vorbereitet. Kontinuierliche Rührbehälters Reaktoren zunächst ähnliche Wachstumsmuster aufweisen und eine konstante Zelldichte im stationären Betrieb zu erreichen. Diese Zelldichte ist jedoch abhängig von der Verdünnung, die zu- und Abwasser Preis dividiert durch das Reaktorvolumen ist. So wie die Verdünnung einer nähert, nimmt die Zelldichte. Als Bioreaktor-Konfigurationen in Betracht ziehen, ist es hilfreich, im Hinterkopf behalten, dass Batch-Reaktoren häufig, wegen ihrer Einfachheit verwendet werden und niedrige Kosten, obwohl Zelldichte begrenzt ist. Kontinuierliche Reaktoren sind in der Lage, Zelldichte erhöhen. Allerdings kann bei hohen Zelldichten Aggregation auftreten, optimales Wachstum verhindert. Darüber hinaus können längere Gärung erhöht das Risiko einer Kontamination der Kultur.
Nun, da wir Batch- und kontinuierliche Reaktoren eingeführt haben, betrachten wir ein Verfahren für beide, beginnend mit der Batch-Reaktor. Vor dem Batch-Reaktor Einsatz werden eine saubere Reaktionsgefäß Zelle Medien hinzugefügt. Einmal ausgefüllt, werden die Schiffskomponenten mit entionisiertem Wasser gespült und montiert. Die Komponenten umfassen die Kopfplatte, die Ernte-Rohr für Kultur, sampling, ein Laufrad für die Aufrechterhaltung der Einheitlichkeit der Kultur und Medien Sauerstoffversorgung und Gas Sparger, Gas-Infusion zur Kultur zu bieten. Montage geht weiter mit der Installation einer Sauerstoffversorgung Sonde zur Messung des gelösten Sauerstoffgehalt im Behälter, Zuleitungen für das Hinzufügen von Säure oder Base, pH-Wert, zu kontrollieren und eine kalibrierte pH-Sonde. Wenn alle Komponenten installiert sind, wird der montierte Reaktor sterilisiert mit einem Autoklaven. Das Schiff wird dann in den Fermenter Basis installiert wo die pH-Sonde und Sauerstoff Sonde an den Computer angeschlossen sind. Darüber hinaus ist der Gas-Sparger mit ein Rotameter Gas verbunden, Gas-Durchfluss misst. Zu diesem Zeitpunkt das Laufrad eingeschaltet ist und die Gasdurchfluss, Temperatur und Schiff Erregung werden angepasst, bis der gewünschte Parameter erreicht sind. Die Inokulation Port wird dann mit Alkohol sterilisiert und die Starterkultur verzichtet in den Reaktorbehälter. Während des Betriebs werden Zellproben Kultur zu ausgewählten Zeitpunkten eine Wachstumskurve basierend auf Zelle Dichtemessungen konstruieren gezeichnet. Wenn die Zelldichte das gewünschte Niveau erreicht, die Kultur wird gestoppt und die Zellen werden aus dem Gefäß durch eine Reihe von Filtrationsschritte geerntet. Der Restinhalt Behälter entsorgt werden mit Bleichmittel oder andere antimikrobielle Inhalt.
Ähnlich wie Batch-Reaktoren, kontinuierliche Rührbehälters Reaktoren, manchmal genannt Chemostats, erfordern ihre Einzelkomponenten mit entionisiertem Wasser vor der Montage gründlich gespült werden. Einmal gereinigt, verfügen die Rührer Montage- und Antriebswelle Komponenten zusammen, und das Reaktorgefäß gefüllt mit entionisiertem Wasser Sterilisation beim Autoklavieren zu verbessern. Gelöste Sauerstoff, pH-Wert und Temperatur-Sonden sind kalibriert und dann nachträglich eingebaut. Mit dem Schiff komplett montiert ist Reaktor mit einem Autoklaven sterilisiert. Nach der Sterilisation das Schiff befindet sich in einem Hitze-Jacke, die Temperatur zu kontrollieren und die kalibrierten Sonden zusammenhängen. Dann sind die Medienversorgung Korbflasche und Luft mit einem sterilen Filter vor dem Einschalten des Luftstroms verbunden. Das Schiff ist mit sterilen Medien durch Lösen der Korbflasche Schlauch, und dann läuft das Programm grundlegende Fermenter grundiert. Die Medien in den aktiven Reaktor strömt, wird die Impfung Port mit Alkohol sterilisiert, bevor das Schiff ein Milliliter Starterkultur hinzugefügt wird. Während des Betriebs sind Kultur zu ausgewählten Zeitpunkten Proben, Zelldichte zu messen. Diese Daten werden dann verwendet, um eine Wachstumskurve erstellen. Optimales Wachstum wird erreicht, wenn die Kultur Steady-State erreicht, was bedeutet, dass die Zelldichte konstant bleibt.
Nun, da Sie über Batch und kontinuierliche Rührbehälters Reaktoren gelernt haben, schauen Sie bitte einige praktischen Anwendungen dieser Technologie. Bierbrauen ist in der Regel durch den Anbau von Hefe in einem Batch-Reaktor-System durchgeführt. Eine Reihe von grundlegenden Zutaten bestehend aus gereinigtem Wasser, Gerstenmalz, Hopfen und Hefe werden hinzugefügt, um einen Reaktor. Die gemälzte Gerste stimuliert den Fermentationsprozess fungiert als Zucker-reiche Nahrungsquelle für die Hefe, die beim Verzehr, ergibt sich bei der Herstellung von Alkohol als Abfallprodukt. Sobald die Mischung erreicht sein Ziel Alkoholgehalt oder fermentiert für die vorgeschriebene Zeit hat, kann es werden gefiltert, verpackt und Links zu alt sein, um Kohlensäure zu induzieren, bevor das Endprodukt verteilt wird. Standard-Reaktoren können auch für spezielle Zwecke angepasst werden. Beispielsweise können spezialisierte Reaktoren verwendet werden, um die Zellviabilität Gewebe Gerüste durch verstärkte Zelle und Nährstoffverteilung durch die ständige Vermischung zu erhöhen. Mechanische Stimulation kann gleichzeitig genutzt werden, um das Gerüst, um ermutigen extrazellulären Matrix Produktion und aktiv lenken, Zellwachstum und Differenzierung. Die daraus resultierende Gerüste wurden verbessert, physiologischen und mechanische Eigenschaften, so dass sie attraktiv für die Implantation.
Sie haben nur Jupiters Video auf Batch- und kontinuierliche gerührten Reaktoren beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie Batch- und kontinuierliche Rührbehälters Bioreaktoren funktionieren und wie diese Systeme im Bereich Biotechnik angewendet werden können. Danke fürs Zuschauen.
Bioreaktoren werden verwendet, um Organismen in großen Mengen, wodurch die Produktion von großen Mengen des Zielprodukts wachsen. Diese Reaktoren kann…
Bioreaktoren, auch bekannt als Fermenter sind Zellkultursysteme, die geeignete Wachstum Umgebungen bieten. Zwei Arten von Bioreaktoren werden häufig in Zellkultur, Batch- und kontinuierliche Rührbehälters Bioreaktoren verwendet. Ein Batch-Reaktor ist ein geschlossenen Gefäß-System, die alle für die Zellkultur erforderlichen Komponenten enthält. Während eine kontinuierliche Tank Reaktor gerührt ist ein offenes System wo Komponenten aktiv ein-und fließen ermöglicht die Beseitigung von Abfällen und den Nachschub an Nährstoffen. Zur Maximierung Zellwachstum und Zelldichte, mehrere Reaktor-Parameter gesteuert werden, für beide Systeme, einschließlich Temperatur, Druck, gelöste Sauerstoff und pH-Wert. Dieses Video stellen die grundlegenden Prinzipien hinter Batch- und kontinuierliche Reaktoren und zeigen eine Vorgehensweise detailliert ihren Einsatz im Labor.
Die einfachste Art der Bioreaktor ist die Batch-Reaktor, der ein geschlossenes System mit Zellkulturmedien und einer Bevölkerung der Zellen ist. Da die Zellen wachsen, sie verbrauchen die Nährstoffe und Abfälle, die im Behälter sammelt sich scheiden. Kontinuierliche Rührbehälters Reaktoren werden auch verwendet, das sind offene Systeme, wo Nährstoffe fließen kontinuierlich, und Zellen und Zellen ausfließen verschwenden. Dies ermöglicht die Steuerung der Zelldichte über die Beseitigung von Abfällen und den Nachschub an Nährstoffen. Vor dem Einsatz der beiden Systeme sind die Komponenten sterilisiert, in der Regel mit Dampf, um Kontamination zu mildern. Wenn der Reaktor komplett montiert ist, ist sterile Nährmedien hinzugefügt, das Hauptschiff und dann mit einer Starterkultur beimpft. Während des Gebrauchs mischen und Oxygenierung gesteuert werden, mit dem Einsatz der Laufräder, eine homogene Lösung zu erhalten, wo Zellen mit ausreichenden Mengen von Nährstoffen und Sauerstoff benötigt für Wachstum versorgt werden. Darüber hinaus Fermenter Tanksysteme sind oft mit Sonden ausgestattet, um Bedingungen wie Temperatur messen, gelöste Sauerstoff und pH-Wert auf optimale Wachstumsbedingungen zu gewährleisten. Während Batch Wachstum erfährt die Zellpopulation klassische Wachstumsphasen. Geben Sie zuerst die Zellen Lag-Phase, wo Zellen langsam wachsen, wie sie an ihre Umgebung anzupassen. Zellen als nächstes geben Sie Log-Phase und teilen mit einer exponentiellen Rate, bis die Nährstoffe erschöpft sind oder giftige Nebenerscheinungen ein kritisches Niveau erreichen. Schließlich Wachstum verlangsamt und Zellen erreichen die stationäre Phase bietet die Möglichkeit, das Produkt von Interesse aus der Kultur zu ernten. Das Produkt ist entweder von den Zellen sezerniert und direkt aus der Kultur-Brühe gesammelt, oder das Produkt bleibt in der Zelle und muss per lyse der Zelle entfernt werden. Nach der Ernte wird der Reaktor für eine neue Zelle Kultur Charge von Reinigung und Sterilisation vorbereitet. Kontinuierliche Rührbehälters Reaktoren zunächst ähnliche Wachstumsmuster aufweisen und eine konstante Zelldichte im stationären Betrieb zu erreichen. Diese Zelldichte ist jedoch abhängig von der Verdünnung, die zu- und Abwasser Preis dividiert durch das Reaktorvolumen ist. So wie die Verdünnung einer nähert, nimmt die Zelldichte. Als Bioreaktor-Konfigurationen in Betracht ziehen, ist es hilfreich, im Hinterkopf behalten, dass Batch-Reaktoren häufig, wegen ihrer Einfachheit verwendet werden und niedrige Kosten, obwohl Zelldichte begrenzt ist. Kontinuierliche Reaktoren sind in der Lage, Zelldichte erhöhen. Allerdings kann bei hohen Zelldichten Aggregation auftreten, optimales Wachstum verhindert. Darüber hinaus können längere Gärung erhöht das Risiko einer Kontamination der Kultur.
Nun, da wir Batch- und kontinuierliche Reaktoren eingeführt haben, betrachten wir ein Verfahren für beide, beginnend mit der Batch-Reaktor. Vor dem Batch-Reaktor Einsatz werden eine saubere Reaktionsgefäß Zelle Medien hinzugefügt. Einmal ausgefüllt, werden die Schiffskomponenten mit entionisiertem Wasser gespült und montiert. Die Komponenten umfassen die Kopfplatte, die Ernte-Rohr für Kultur, sampling, ein Laufrad für die Aufrechterhaltung der Einheitlichkeit der Kultur und Medien Sauerstoffversorgung und Gas Sparger, Gas-Infusion zur Kultur zu bieten. Montage geht weiter mit der Installation einer Sauerstoffversorgung Sonde zur Messung des gelösten Sauerstoffgehalt im Behälter, Zuleitungen für das Hinzufügen von Säure oder Base, pH-Wert, zu kontrollieren und eine kalibrierte pH-Sonde. Wenn alle Komponenten installiert sind, wird der montierte Reaktor sterilisiert mit einem Autoklaven. Das Schiff wird dann in den Fermenter Basis installiert wo die pH-Sonde und Sauerstoff Sonde an den Computer angeschlossen sind. Darüber hinaus ist der Gas-Sparger mit ein Rotameter Gas verbunden, Gas-Durchfluss misst. Zu diesem Zeitpunkt das Laufrad eingeschaltet ist und die Gasdurchfluss, Temperatur und Schiff Erregung werden angepasst, bis der gewünschte Parameter erreicht sind. Die Inokulation Port wird dann mit Alkohol sterilisiert und die Starterkultur verzichtet in den Reaktorbehälter. Während des Betriebs werden Zellproben Kultur zu ausgewählten Zeitpunkten eine Wachstumskurve basierend auf Zelle Dichtemessungen konstruieren gezeichnet. Wenn die Zelldichte das gewünschte Niveau erreicht, die Kultur wird gestoppt und die Zellen werden aus dem Gefäß durch eine Reihe von Filtrationsschritte geerntet. Der Restinhalt Behälter entsorgt werden mit Bleichmittel oder andere antimikrobielle Inhalt.
Ähnlich wie Batch-Reaktoren, kontinuierliche Rührbehälters Reaktoren, manchmal genannt Chemostats, erfordern ihre Einzelkomponenten mit entionisiertem Wasser vor der Montage gründlich gespült werden. Einmal gereinigt, verfügen die Rührer Montage- und Antriebswelle Komponenten zusammen, und das Reaktorgefäß gefüllt mit entionisiertem Wasser Sterilisation beim Autoklavieren zu verbessern. Gelöste Sauerstoff, pH-Wert und Temperatur-Sonden sind kalibriert und dann nachträglich eingebaut. Mit dem Schiff komplett montiert ist Reaktor mit einem Autoklaven sterilisiert. Nach der Sterilisation das Schiff befindet sich in einem Hitze-Jacke, die Temperatur zu kontrollieren und die kalibrierten Sonden zusammenhängen. Dann sind die Medienversorgung Korbflasche und Luft mit einem sterilen Filter vor dem Einschalten des Luftstroms verbunden. Das Schiff ist mit sterilen Medien durch Lösen der Korbflasche Schlauch, und dann läuft das Programm grundlegende Fermenter grundiert. Die Medien in den aktiven Reaktor strömt, wird die Impfung Port mit Alkohol sterilisiert, bevor das Schiff ein Milliliter Starterkultur hinzugefügt wird. Während des Betriebs sind Kultur zu ausgewählten Zeitpunkten Proben, Zelldichte zu messen. Diese Daten werden dann verwendet, um eine Wachstumskurve erstellen. Optimales Wachstum wird erreicht, wenn die Kultur Steady-State erreicht, was bedeutet, dass die Zelldichte konstant bleibt.
Nun, da Sie über Batch und kontinuierliche Rührbehälters Reaktoren gelernt haben, schauen Sie bitte einige praktischen Anwendungen dieser Technologie. Bierbrauen ist in der Regel durch den Anbau von Hefe in einem Batch-Reaktor-System durchgeführt. Eine Reihe von grundlegenden Zutaten bestehend aus gereinigtem Wasser, Gerstenmalz, Hopfen und Hefe werden hinzugefügt, um einen Reaktor. Die gemälzte Gerste stimuliert den Fermentationsprozess fungiert als Zucker-reiche Nahrungsquelle für die Hefe, die beim Verzehr, ergibt sich bei der Herstellung von Alkohol als Abfallprodukt. Sobald die Mischung erreicht sein Ziel Alkoholgehalt oder fermentiert für die vorgeschriebene Zeit hat, kann es werden gefiltert, verpackt und Links zu alt sein, um Kohlensäure zu induzieren, bevor das Endprodukt verteilt wird. Standard-Reaktoren können auch für spezielle Zwecke angepasst werden. Beispielsweise können spezialisierte Reaktoren verwendet werden, um die Zellviabilität Gewebe Gerüste durch verstärkte Zelle und Nährstoffverteilung durch die ständige Vermischung zu erhöhen. Mechanische Stimulation kann gleichzeitig genutzt werden, um das Gerüst, um ermutigen extrazellulären Matrix Produktion und aktiv lenken, Zellwachstum und Differenzierung. Die daraus resultierende Gerüste wurden verbessert, physiologischen und mechanische Eigenschaften, so dass sie attraktiv für die Implantation.
Sie haben nur Jupiters Video auf Batch- und kontinuierliche gerührten Reaktoren beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie Batch- und kontinuierliche Rührbehälters Bioreaktoren funktionieren und wie diese Systeme im Bereich Biotechnik angewendet werden können. Danke fürs Zuschauen.
Bioreaktoren, auch Fermenter genannt, sind Zellkultursysteme, die geeignete Wachstumsumgebungen bieten. In Zellkulturen werden üblicherweise zwei Arten von Bioreaktoren verwendet: Batch- und kontinuierliche Rührtank-Bioreaktoren. Ein Batch-Reaktor ist ein geschlossenes Behältersystem, das alle für die Zellkultur benötigten Komponenten enthält, während ein kontinuierlicher Rührkesselreaktor ein offenes System ist, in dem Komponenten aktiv ein- und ausströmen, was die Entfernung von Abfällen und die Wiederauffüllung von Nährstoffen ermöglicht. Um das Zellwachstum und die Zelldichte zu maximieren, können für beide Systeme mehrere Reaktorparameter gesteuert werden, darunter Temperatur, Druck, gelöster Sauerstoff und pH-Wert. In diesem Video werden die Grundprinzipien von Batch- und kontinuierlichen Reaktoren vorgestellt und ein Verfahren demonstriert, das deren Einsatz im Labor beschreibt.
Die einfachste Art von Bioreaktor ist der Batch-Reaktor, bei dem es sich um ein geschlossenes System handelt, das Zellkulturmedien und eine Population von Zellen enthält. Während die Zellen wachsen, verbrauchen sie die Nährstoffe und scheiden Abfallstoffe aus, die sich im Gefäß ansammeln. Es werden auch kontinuierliche Rührkesselreaktoren verwendet, bei denen es sich um offene Systeme handelt, in denen kontinuierlich Nährstoffe einfließen und Zellen und Zellabfälle abfließen. Dies ermöglicht die Kontrolle der Zelldichte durch die Entfernung von Abfallstoffen und die Auffüllung von Nährstoffen. Vor dem Einsatz beider Systeme werden die Komponenten sterilisiert, in der Regel mit Dampf, um die Kontamination zu minimieren. Wenn der Reaktor vollständig zusammengebaut ist, wird steriles Nährmedium in das Hauptgefäß gegeben und dann mit einer Starterkultur beimpft. Während des Gebrauchs werden das Mischen und die Sauerstoffzufuhr mit Hilfe von Laufrädern gesteuert, um eine homogene Lösung zu erhalten, in der die Zellen mit ausreichenden Mengen an Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden, die für das Wachstum benötigt werden. Darüber hinaus sind Fermentertanksysteme oft mit Sonden ausgestattet, um Bedingungen wie Temperatur, gelösten Sauerstoff und pH-Wert zu messen und so optimale Wachstumsbedingungen zu gewährleisten. Während des Batch-Wachstums durchläuft die Zellpopulation klassische Wachstumsphasen. Zunächst treten die Zellen in die Verzögerungsphase ein, in der die Zellen langsam wachsen, während sie sich an ihre Umgebung anpassen. Als nächstes treten die Zellen in die logarithmische Phase ein und teilen sich exponentiell, bis die Nährstoffe erschöpft sind oder toxische Nebenprodukte ein kritisches Niveau erreichen. Schließlich verlangsamt sich das Wachstum und die Zellen erreichen die stationäre Phase, die die Möglichkeit bietet, das gewünschte Produkt aus der Kultur zu ernten. Das Produkt wird entweder von den Zellen sezerniert und direkt aus der Kulturbrühe gesammelt, oder das Produkt verbleibt in der Zelle und muss über die Zelllyse entfernt werden. Nach der Ernte wird der Reaktor durch Reinigung und Sterilisation für eine neue Zellkulturcharge vorbereitet.
Kontinuierlich gerührte Tankreaktoren weisen anfangs ähnliche Wachstumsmuster auf und erreichen im stationären Betrieb eine konstante Zelldichte. Diese Zelldichte ist jedoch abhängig von der Verdünnungsrate, die sich aus der Zu- und Abflussrate dividiert durch das Reaktorvolumen ergibt. Wenn sich die Verdünnungsrate also eins nähert, nimmt die Zelldichte ab. Bei der Betrachtung von Bioreaktorkonfigurationen ist es hilfreich zu bedenken, dass Batch-Reaktoren aufgrund ihrer Einfachheit und geringen Kosten häufig verwendet werden, obwohl die Zelldichte begrenzt ist. Kontinuierliche Reaktoren sind in der Lage, die Zelldichte zu erhöhen. Bei hohen Zelldichten kann es jedoch zu einer Aggregation kommen, die ein optimales Wachstum verhindert. Darüber hinaus können längere Fermentationszeiten das Risiko einer Kontamination der Kultur erhöhen.
Nachdem wir nun Batch- und kontinuierliche Reaktoren eingeführt haben, untersuchen wir ein Verfahren für beide, beginnend mit dem Batch-Reaktor. Vor dem Einsatz des Batch-Reaktors wird das Zellmedium in ein sauberes Reaktionsgefäß gegeben. Nach der Befüllung werden die Behälterkomponenten mit entionisiertem Wasser gespült und zusammengebaut. Zu den Komponenten gehören die Kopfplatte, das Ernterohr für die Kulturprobenahme, ein Laufrad zur Aufrechterhaltung der Gleichmäßigkeit der Kultur und der Sauerstoffversorgung des Mediums sowie ein Gassparger zur Gasinfusion der Kultur. Die Montage wird mit der Installation einer Oxygenierungssonde zur Messung des Gehalts an gelöstem Sauerstoff im Gefäß, Zuleitungen für die Zugabe von Säure oder Base zur Kontrolle des pH-Werts und einer kalibrierten pH-Sonde fortgesetzt. Wenn alle Komponenten eingebaut sind, wird der zusammengebaute Reaktor mit einem Autoklaven sterilisiert. Das Gefäß wird dann in den Fermenterboden eingebaut, wo sowohl die pH-Sonde als auch die Sauerstoffsonde mit dem Computer verbunden sind. Zusätzlich ist der Gassparger mit einem Gasrotameter verbunden, der den Gasdurchfluss misst. Zu diesem Zeitpunkt wird das Laufrad eingeschaltet und der Gasfluss, die Temperatur und die Behälterbewegung werden eingestellt, bis die gewünschten Parameter erreicht sind. Anschließend wird der Impfanschluss mit Alkohol sterilisiert und die Starterkultur in das Reaktorgefäß abgegeben. Während des Betriebs werden Zellkulturproben zu ausgewählten Zeitpunkten entnommen, um auf der Grundlage von Zelldichtemessungen eine Wachstumskurve zu erstellen. Wenn die Zelldichte das gewünschte Niveau erreicht, wird die Kultur gestoppt und die Zellen werden durch eine Reihe von Filtrationsschritten aus dem Gefäß geerntet. Der restliche Gefäßinhalt wird mit Bleichmittel oder anderen antimikrobiellen Inhaltsstoffen entsorgt.
Ähnlich wie bei Batch-Reaktoren müssen bei kontinuierlichen Rührkesselreaktoren, manchmal auch Chemostate genannt, die einzelnen Komponenten vor dem Zusammenbau gründlich mit deionisiertem Wasser gespült werden. Nach der Reinigung werden die Rührbaugruppe und die Komponenten der Antriebswelle zusammengefügt und der Reaktorbehälter mit deionisiertem Wasser gefüllt, um die Sterilisation während des Autoklavierens zu verbessern. Sonden für gelösten Sauerstoff, pH-Wert und Temperatur werden kalibriert und anschließend installiert. Wenn der Behälter fertig montiert ist, wird der Reaktor mit einem Autoklaven sterilisiert. Nach der Sterilisation wird das Gefäß in einen Wärmemantel gelegt, um seine Temperatur zu kontrollieren, und die kalibrierten Sonden werden angeschlossen. Dann werden die Medienballonflasche und die Luftzufuhr mit einem Sterilfilter angeschlossen, bevor der Luftstrom eingeschaltet wird. Das Gefäß wird mit sterilen Medien grundiert, indem die Ballonschläuche gelöst und dann das grundlegende Fermenterprogramm ausgeführt wird. Während das Medium in den aktiven Reaktor fließt, wird der Impfanschluss mit Alkohol sterilisiert, bevor ein Milliliter Starterkultur in das Gefäß gegeben wird. Während des Betriebs werden zu ausgewählten Zeitpunkten Kulturproben entnommen, um die Zelldichte zu messen. Diese Daten werden dann verwendet, um eine Wachstumskurve zu konstruieren. Ein optimales Wachstum wird erreicht, wenn die Kultur einen stabilen Zustand erreicht, was bedeutet, dass die Zelldichte konstant bleibt.
Nachdem Sie nun etwas über Batch- und kontinuierliche Rührkesselreaktoren gelernt haben, schauen wir uns einige praktische Anwendungen dieser Technologie an. Beim Bierbrauen wird in der Regel Hefe in einem Batch-Reaktorsystem gezüchtet. Eine Reihe von Grundzutaten, bestehend aus gereinigtem Wasser, gemälzter Gerste, Hopfen und Hefe, wird in einen Reaktor gegeben. Das Gerstenmalz regt den Gärprozess an, indem es als zuckerreiche Nahrungsquelle für die Hefe dient, die beim Verzehr zur Produktion von Alkohol als Abfallprodukt führt. Sobald die Mischung ihren Zielalkoholgehalt erreicht oder für die vorgeschriebene Zeit fermentiert ist, kann sie gefiltert, verpackt und gereift werden, um eine Kohlensäure zu induzieren, bevor das Endprodukt vertrieben wird. Standard-Reaktoren können auch für spezielle Zwecke angepasst werden. So können beispielsweise spezialisierte Reaktoren eingesetzt werden, um die Zellviabilität von Gewebegerüsten durch verbesserte Zell- und Nährstoffverteilung durch ständiges Mischen zu erhöhen. Gleichzeitig kann das Gerüst mechanisch stimuliert werden, um die Produktion extrazellulärer Matrix zu fördern und das Zellwachstum und die Zelldifferenzierung aktiv zu steuern. Die daraus resultierenden Gerüste haben verbesserte physiologische und mechanische Eigenschaften, die sie für die Implantation attraktiv machen.
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Q1: What is the main difference between batch and continuous bioreactors?
Batch reactors are closed systems containing all components needed for cell culture, where nutrients are consumed and waste accumulates. Continuous stirred tank reactors are open systems where fresh nutrients flow in continuously and cells with waste flow out, enabling control of cell density through waste removal and nutrient replenishment.
Q2: How do cells grow during batch reactor operation?
Batch cultures undergo four classic growth phases. Cells first enter lag phase, adapting slowly to their environment. They then enter log phase, dividing exponentially until nutrients deplete or toxic byproducts accumulate. Growth slows as cells reach stationary phase, providing an opportunity to harvest the product of interest from the culture.
Q3: What parameters are controlled in bioreactors to optimize cell growth?
Multiple reactor parameters are controlled to maximize cell growth and density, including temperature, pressure, dissolved oxygen, and pH. Impellers maintain homogenous solutions and supply cells with sufficient nutrients and oxygen. Fermenter systems are equipped with probes to measure these conditions continuously, ensuring optimal growth environments.
Q4: Why is sterilization important before using a bioreactor?
Sterilization, typically using steam in an autoclave, is essential to mitigate contamination before bioreactor use. All components are sterilized before assembly to eliminate microorganisms that could interfere with cell culture. This ensures a clean environment for reliable cell growth and product production.
Q5: How does dilution rate affect cell density in continuous reactors?
In continuous stirred tank reactors, cell density at steady state depends on the dilution rate, calculated as feed and effluent rate divided by reactor volume. As the dilution rate approaches one, cell density decreases. This relationship allows operators to control final cell density by adjusting flow rates.
Q6: What are practical applications of bioreactor technology in bioengineering?
Beer brewing uses batch reactors where yeast ferments malted barley, producing alcohol as a waste product. Specialized reactors enhance tissue engineering by improving cell viability through constant mixing and mechanical stimulation, promoting extracellular matrix production and directing cell growth and differentiation for tissue engineering and regenerative medicine applications.
Q7: What are the advantages and limitations of batch versus continuous reactors?
Batch reactors are simple and cost-effective but have limited cell density. Continuous reactors achieve higher cell densities but risk aggregation at very high densities, reducing growth efficiency. Longer continuous fermentation periods increase contamination risk, requiring careful monitoring and maintenance to ensure product quality.
Chapters in this video
0:06
Overview
1:08
Principles of Batch and Continuous Reactors
4:16
Batch Reactor Operation
6:15
Continuous Reactor Operation
7:50
Applications
9:18
Summary
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