Prosesleriniz için en doğru biyoreaktörü seçmek çok önemlidir. Ayrıca bunun kadar önemli olan bir diğer konu ise satış sonrası teknik ve akademik destektir. IKA Türkiye sizlere doğru biyoreaktör seçiminde ve sonraki süreçlerdeki teknik destek süreçlerinde en etkili, hızlı ve doğru hizmeti sunmaktadır. Bir biyoreaktör alım sürecindeyseniz IKA Türkiye satış temsilcisi ile irtibata geçerek bir demo talebinde bulunabilirsiniz. Demo talebinde bulunabilmek için buraya tıklayınız.

Kimyasal ve biyokimyasal reaksiyonlar, bitkiler ve hayvanlar da dahil olmak üzere doğada gerçekleşir. Günümüzde sıklıkla duyduğumuz biyoreaktörlerin geçmişi aslında çok eskilere dayanır. Biyoreaktörler 5000 yılı aşkın bir süredir faydalı ürünlerin üretimi için üretilmekte ve kullanılmaktadır. Şarap üretimi için kullanılan fermentörler ve mayalı ekmek pişirmek için kullanılan kaplar en eski biyoreaktörlerden bazılarına örnektir. İlk örnekler arasında diğer gıda işleme ve pişirme türlerine yönelik biyoreaktörler de yer almaktadır. Biyoreaktör, bir veya daha fazla biyolojik reaksiyonun gerçekleşmesi için iyi bir ortam yaratmak amacıyla kullanılan herhangi bir kabı tanımlamak için kullanılan nispeten modern bir terimdir.

Bu yazımızda biyoreaktörün ne olduğuna, uygulama alanlarına, çeşitlerine ve dikkat edilmesi gereken önemli hususlara bakacağız.

Biyoreaktörler, biyoteknoloji ve mikrobiyoloji alanında önemli rol oynayan cihazlardır.

Bu sistemler belirli koşullar altında mikroorganizmaları veya hücreleri büyütmek ve reaksiyonları gerçekleştirmek için kullanılır.

Biyoreaktörler birçok endüstriyel ve bilimsel uygulamada çeşitli amaçlarla kullanılmaktadır.

Biyoreaktör nedir?

Biyoreaktör, biyolojik reaksiyonların kontrol altında yürütüldüğü sistemlerdir. Tipik olarak biyoreaktörler mikroorganizmalar, maya veya hücre kültürleri gibi biyolojik materyallerin büyümesini ve metabolik reaksiyonlarını desteklemek için kullanılır. Bu reaksiyonlar farmasötik üretim, gıda işleme, biyoyakıt üretimi, biyopolimer sentezi, atık su arıtma vb. alanlarda önemlidir.

IKA Biyoreaktör Çeşitleri;

HABITAT cell dw

HABITAT araştırma biyoreaktörü için 0,5 litre ve 10 litre arası hazne kapasitesi, hücre kültürü uygulamalarına yönelik 0,5 litre ile 10 litre aralığında sunulan çeşitli çift cidarlı cam haznenin yanı sıra uygun karıştırma kumandası içermektedir. Ayrıca temin edilen kontrol kulesi paketi (ör. HABITAT hücre) ile birlikte başarılı bir kültivasyon için gerekli tüm bileşenlere sahip olursunuz.Çift ceket üzerinden sıcaklık kontrolü için HRC temel veya kontrol gibi sirkülatörlerimizden birini öneriyoruz.

HABITAT photo cell

*çift cidarlı kap paketleri ile kombine edilebilir

HABITAT araştırma biyoreaktörünün HABITAT fotosel hücre kontrol ünitesi paketi biyoprosesi izlemek ve kontrol etmek için kullanılır. Teslimat kapsamında yer alan LED paneller yardımıyla sistem örneğin alg kültivasyonu için bir fotobiyoreaktör olarak kullanılabilir. Işık yoğunluğunun ayarlanması, gündüz-gece düzeninin simülasyonunu sağlar. Bunun yanı sıra paket içerisinde gaz beslemesi, sıvı ilavesi, sensörler ve sıcaklık kontrolü için tüm bağlantı seçeneklerine sahip kontrol ünitesinin yanı sıra biyoreaktörün kolay ve sorunsuz çalışması için bir tablet bulunmaktadır.

Kontrol ve izleme
Biyoproses ve ilgili tüm test parametreleri kontrol ünitesine bağlı bir tablet üzerinden ve sezgisel, kullanımı kolay yazılım yardımıyla kolayca kontrol edilebilir ve izlenebilir. Kültivasyon türüne bağlı olarak, kesikli, beslemeli kesikli ve perfüzyon/sürekli çalışma modları arasında seçim yapabilirsiniz. Yeni Kaotik Karıştırma işlevi gerektiğinde daha hızlı ve daha etkili karıştırma sağlar. 10,4 inç tablet ana ekranda tüm aktüatörlere doğrudan erişim sağlar. Açık kalibrasyon yönetimi, şema genel bakışı ve eksiksiz dokümantasyon operasyonu tamamlar. Bir seçenek olarak FDA CFR Kısım 11 gerekliliklerini karşılayan bir yazılım mevcuttur.

Gaz beslemesi
4 ayrı gaz hattı için (N2, O2, hava ve CO2) yerleşik kütle akış kontrol üniteleri hücrelerinizin ihtiyaçlarına uygun olarak düzenlenmiş kesin, ayrı ayrı ayarlanabilen gaz çıkışı sağlar. 0,01-2 l/dak’lık akış hızları sağlanabilir.

Sıvı beslemesi
Yön ve hız ayarı yapılabilen 4 entegre Watson Marlow pompası size farklı sıvıları (asit, baz, köpük önleyici, besleme çözeltileri gibi) içeri ve dışarı pompalama imkanı sunar.

Sensörler
HABITAT hücre aşağıdaki parametrelerin sensörler yardımıyla ölçülmesini sağlar:
• pH
• DO (çözünmüş oksijen)
• sıcaklık
• dolum seviyesi
• köpük

Sıcaklık kontrolü
Kültivasyon sırasındaki sabit ve hassas sıcaklık kontrolü, ilgili hazne boyutuna uyarlanmış ısıtma manşonu ile sağlanır. (Isıtma manşonu HABITAT hücre haznesi paketine dahildir).

Biyoreaktörlerin başlıca uygulama alanları;

Biyoreaktörlerin uygulama alanları çok çeşitlidir. İşte bazı örnekler:

1.Farmasötik Üretim;

Biyoreaktörler, farmasötik üretimde hücreleri kültürlemek ve ilaç üretmek için kullanılır. Özellikle biyoteknolojik ilaçlar ve genetik mühendisliği ile üretilen proteinler biyoreaktörlerde üretilmektedir.

2.Gıda Fermantasyonu;

Gıda üretiminde maya, bakteri ve diğer mikroorganizmalar kullanılmaktadır. Biyoreaktörler bu organizmaların büyümesini ve metabolik reaksiyonlarını kontrol etmek için kullanılır. Örneğin bira ve şarap üretimi bu uygulama alanlarına örnektir.

3. Biyoyakıt Üretimi;

Biyoetanol ve biyodizel gibi biyoyakıtlar, biyoreaktörlerde mikrobiyal fermantasyon yoluyla üretilebilir. Bu, fosil yakıtlara alternatif ve çevre dostu bir enerji kaynağı yaratmak için kullanılır.

4. Biyopolimer Üretimi;

Biyopolimerler, biyoreaktörlerde mikroorganizmalar tarafından üretilen biyolojik kökenli polimerlerdir. Bu polimerler plastik endüstrisi ve ambalaj malzemeleri gibi birçok alanda kullanılmaktadır.

5. Atık Su Arıtımında Biyoreaktörler;

Atık su arıtma tesislerinde organik kirleticilerin biyolojik filtrasyonunda kullanılmaktadır. Mikroorganizmalar atıklarını biyoreaktörlerde ayrıştırarak temiz su üretirler. Biyoreaktör tipleri biyoreaktör, farklı uygulamalar için farklı işlevlere sahip  farklı tiplerde mevcuttur.

Bazı yaygın biyoreaktör türleri şunlardır:

1. Tezgah Üstü Biyoreaktör; Bu tür biyoreaktör, kontrollü koşullar altında sabit bir hacim kullanır. Genellikle laboratuvar ölçekli araştırmalar için kullanılır.

 2. Sürekli Akışlı Biyoreaktör; Daha büyük tesislerde kullanılan sürekli akışlı biyoreaktörler, sürekli olarak yeni besin maddeleri eklenerek ve harcanan çözelti kullanımının boşaltılmasıyla çalışır.

 3. Sıralı Biyoreaktörler; Bir dizi biyoreaktörün bir araya getirildiği sistemlerdir. Bu, büyük miktarlarda ürün üretmek için verimliliği artırır.

 4. Yüzey Biyoreaktörler; Yüzey biyoreaktörler, biyolojik reaksiyonların yüzeylerde gerçekleştirildiği özel biyoreaktörlerdir. Bu tür biyoreaktörler biyofilm oluşumu gibi uygulamalarda kullanılır.

Biyoreaktörlerin kullanımı dikkatle kontrol edilmesi gereken birçok önemli faktörü içerir. Bunlar şunlar olabilir:

1. Sterilite; Mikrobiyal veya hücre kültürü kontaminasyonu istenmeyen sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle biyoreaktörlerde sterilite çok önemlidir.

 2. Sıcaklık ve pH Kontrolü; Biyoreaktörlerde sıcaklık ve pH seviyeleri, mikroorganizmaların büyümesi ve reaksiyonlarını etkiler. Bu faktörlerin sıkı kontrolü gereklidir.

 3. Besin Maddeleri ve Oksijen Kontrolü; Mikroorganizmaların beslenmesi ve oksijen ihtiyacı, biyoreaktörün tasarımına bağlı olarak farklılık gösterir.

Bir biyoreaktörün tasarımı, yetiştirilen organizmaların türüne ve nihai ürünün kullanım amacına bağlıdır. Tipik olarak, biyoreaktörler sıcaklık, pH, oksijen ve besin seviyeleri gibi faktörleri izlemek ve kontrol etmek için sensörlerle donatılmıştır. Ayrıca hücrelerin veya mikroorganizmaların reaktör boyunca eşit olarak dağılmasını sağlamak için mekanik karıştırıcılara veya çarklara sahip olabilirler.

Biyoreaktörler, küçük tezgâh üstü ünitelerden büyük endüstriyel ölçekli kaplara kadar çeşitli şekil ve boyutlarda olabilir. Bazı biyoreaktörler tek kullanımlıkken, bazıları birden fazla kullanım için tasarlanmıştır, bu nedenle biyoreaktör seçimi özel uygulamaya ve ihtiyaç duyduğunuz üretim düzeyine bağlıdır.

Karıştırmalı Tank Biyoreaktör Tasarımı (Resim Kaynağı: ika.com)

Biyoreaktör Çalışma Prensibi

Biyoreaktörün çalışma prensibi nispeten basittir, ancak arkasındaki teknoloji inanılmaz derecede karmaşıktır. Belirtildiği gibi, esasen bir biyoreaktör, canlı hücrelerin veya organizmaların belirli bir ürün üretmek için kontrollü koşullar altında yetiştirildiği bir kaptır.

Tipik bir biyoreaktör çalışma prensibi gösterimi

Biyoreaktörlerin nasıl çalıştığını anlamanın ilk adımı onların neyden yapıldığını anlamaktır.

Tipik olarak biyoreaktörler bir kap, karıştırıcı, sıcaklık, pH ve diğer çevresel faktörleri kontrol etme araçlarını içerir. Kap camdan veya paslanmaz çelikten yapılabilir ve besin eklemek, atıkları çıkarmak ve kültürün ilerlemesini izlemek için bağlantı noktalarına sahiptir. Karıştırıcılar, tüm hücrelerin eşit miktarda besin ve oksijen almasını sağlamak amacıyla biyoreaktördeki maddeleri karıştırmak için kullanılır. Bir biyoreaktörün çalışma prensibi hücrelerin veya kültür organizmalarının büyümesi için uygun bir ortam yaratmaktır.

Örneğin, bakterileri kullanarak belirli bir protein üretmeye çalışıyorsanız, onlara glikoz ve amino asitler gibi doğru besinleri sağlamanız gerekir. Optimum bakteri üremesini sağlamak için kültür ortamının sıcaklığını ve pH’ını da kontrol etmeniz gerekir. Biyoreaktör doğru koşullara ayarlandıktan sonra onu bakterilerle beslemelisiniz. Zamanla bakteriler çoğalacak ve ilgilenilen proteini üretecektir.

Bunu yaparken besinleri tüketirler ve yan ürün olarak karbondioksit ve laktik asit gibi atık ürünler açığa çıkartırlar. Bu atıklar ortamın saflığını etkileyebilir, dolayısıyla bunların periyodik olarak uzaklaştırılması önemlidir.

Sonuç Biyoreaktörler, biyoteknoloji, ilaç üretimi, gıda işleme, enerji üretimi ve çevre koruma gibi birçok endüstriyel ve bilimsel alanda önemli araçlardır.

Biyoreaktörler çeşitli amaçlar için yaygın olarak kullanılmaktadır. Son 70 yılda kimya, biyokimya ve çevre mühendisliğindeki ilerlemeler nedeniyle uygulamalarına yönelik bilgi tabanı önemli ölçüde artmıştır. Her bir uygulama için her bir kap içindeki üretim ortamını optimize etmenin önemi nedeniyle birçok farklı biyoreaktör tasarlanmıştır.

Birçok farmasötik, biyomedikal, biyokimyasal, gıda, içecek, yakıt ve biyomalzeme ürünü biyoreaktörlerde üretilmektedir. Bu biyo-ürünlerin toplam miktarı ve ticari değeri her yıl artmaktadır. Biyoreaktör seçiminde doğru teknik destek oldukça önemlidir. Bu konuda IKa Türkiye mühendisleri sizlere en doğru tercihi yapmanız kosunuda etkin ve hızlı teknik destek sağlayacaktır. IKA Türkiye ile iletilime geçmek ve bir destek talebinde bulunmak için buraya tıklayınız.

Yazan: Lab Akademi Editör Masası

Kaynaklar:

1. sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780080885049002361
2. atlas-scientific.com
3. ika.com