Биотехнологические предприятия выпускают огромный перечень жизненно важной продукции - это лекарственные препараты, вакцины, тест-системы, средства защиты, факторы роста растений, ветеринарные препараты, экзополисахариды для увеличения добычи нефти, деструкторы нефтезагрязнений, пищевые продукты, добавки, ферменты и многое другое.

Биореактор - это основное звено в процессе микробиологического синтеза.

Газо-вихревой безградиентный биореактор является уникальным аппаратом нового поколения и не имеет аналогов в мире. По характеристикам, он значительно превосходит все известные типы биореакторов.

Газо-вихревой способ перемешивания. Отличия от существующих способов.

Перемешивание культуральной среды в биореакторе осуществляется путем создания в жидкой среде трехмерного движения типа "вращающегося вихревого кольца" (квазистационарный поток с осевым противотоком). Движение генерируется аэрирующим газовым вихрем за счет перепада давления над поверхностью и силы трения воздушного потока о поверхность суспензии.

Аэрирующий газовый вихрь формируется установленным над поверхностью суспензии в направляющем аппарате центробежным активатором.

Газо-вихевой безградиентный биореактор осуществляет мягкое, но эффективное перемешивание без образования пены, гидроударов, кавитации, высокотурбулентных и застойных зон.
Назначением биореактора любого типа является создание наиболее оптимальных условий для жизнедеятельности культивируемых в нем клеток и микроорганизмов.

Это обеспечение:

• хорошего массообмена по газовой фазе - дыхания,
• хорошего массообмена по жидкой фазе (перемешивания) – подвода питания и отвод метаболитов.

При этом клетки не должны подвергаться механическим, тепловым и другим стрессовым воздействиям.

Известны и применяются два способа перемешивания:

• I. Перемешивание механическим устройством находящимся в жидкой фазе (ложка в стакане),
• II. Перемешивание за счет продувки газовой фазы через жидкую – аэрлифтное, барботажное.

Недостатком биореакторов с механической мешалкой является:

1. поверхностный массообмен в аппарате по причине хаотичного, неорганизованного перемешивания недостаточен для многих культур клеток и микроорганизмов.
2. в процессе перемешивания образуются высоко турбулентные и застойные зоны, вследствие чего подвод питания клеткам осуществляется неравномерно.
3. тоже происходит и с отводом метаболитов.
4. культивируемые клетки и микроорганизмы гибнут из-за механического воздействия на них лопастей мешалки и возникающих срезающих напряжений возле них.

На концах лопаток перемешивающего устройства возникают микрозоны локальных перегревов, которые также губительны для клеток.

Недостатками аэрлифтных биореакторов является то, что:

1. из-за слабого (неинтенсивного) перемешивания (т.е. подвода питания и отвода метаболитов) они не всегда пригодны для культур с активной жизнедеятельностью.
2. всплывающие воздушные пузырьки при контакте с чувствительными клетками губят их вследствие резкого перепада давления.

Кроме того, в биореакторах данного типа происходит обильное пенообразование, что не позволяет использовать весь объем аппарата, а применение химического пеногасителя снижает качество конечного продукта и удорожает процесс. В аэрлифтных биореакторах невозможно использовать вязкие культуральные жидкости.

Большинство используемых в мире биореакторов представляют собой комбинацию этих двух типов аппаратов с вышеуказанными недостатками, проявляющимися в большей или меньшей степени в зависимости от конструкции аппарата.

Эти недостатки связаны с травмируемостью клеток, микроорганизмов при перемешивании, недостаточностью массообмена, наличием турбулентных и застойных зон, высоким энергопотреблением, низкими характеристиками при работе с вязкими средами.

	Из жидкой среды устранен источник нежелательных возмущений и напряжений – механическая мешалка.
Газо-вихревой биореактор		Традиционный биореактор

ТЕХНИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ГАЗО-ВИХРЕВОГО БИОРЕАКТОРА

• Позволяет культивировать любые типы клеток и микроорганизмов, в том числе и легко травмируемые.
• Работает с особо вязкими жидкостями.
  Особенности закрученных потоков обеспечивают возможность перемешивания особо вязких жидкостей (выше 1,270 Пуаз ) в газо-вихревом биореакторе. Благодаря этому свойству аппарат получил дополнительное применение в различных сферах, например, в процессах биоконверсии крахмала и производства полисахаридов.
• Обладает пониженным энергопотреблением.
  Энергозатраты на перемешивание жидкости в 10-12 раз меньше, чем у биореакторов с механической мешалкой.
  В биореакторах с механической мешалкой почти 70% потребляемой мощности расходуется на преодоление сил сопротивления среды. При этом происходит переход механической энергии в тепловую и как следствие - избыточный вредный нагрев культуральной жидкости. Возникает необходимость отведения этого избыточного тепла, что требует дополнительных затрат. В газо-вихревом биореакторе 98% вносимой мощности используется непосредственно на перемешивание.
• Осуществляет интенсивное перемешивание без образования пены.
  Образующийся газовый вихрь является эффективным пеногасителем.
• Имеет высокую скорость массобмена.
  KL 6-8 1/час.
• Работает, не меняя своих качественных характеристик при заполнении 15%-90%.
  Гидродинамика биореактора практически мало зависит от уровня жидкости в нем, биореактор легко масштабируется.
  Это свойство позволяет при промышленном производстве убрать промежуточные «запускные» биореакторы из технологической цепи.
• В процессе перемешивания не образуется зон локального перегрева - микрозон с повышенной температурой.
  В биореакторах с механической мешалкой при переходе механической энергии в тепловую при перемешивании эта 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. Энергия (температура) в газо-вихревых безградиентных биореакторах вводится по всему объему равномерно, в не вызывающих местные перегревы количествах.  

Технические характеристики газо-вихревых безградиентных биореакторов позволяют:

• Культивировать клетки, плохо воспроизводимые в известных типах биореакторов;
• Сократить количество биореакторов промежуточного объема в технологической цепи;
• Не использовать химический пеногаситель, существенно усложняющий и удорожающий дальнейший процесс очистки и получения конечного продукта;
• Применять биореактор в процессах, использующих вязкие жидкости или получающих таковые в процессе микробиологического синтеза;
• Резко снизить затраты электроэнергии, что особенно важно в промышленном производстве.

РЕЗУЛЬТАТЫ  КУЛЬТИВИРОВАНИЯ  некоторых типов клеток (без замены среды)

Кроме того, в газо-вихревыом биореакторе успешно культивировались также клетки Ф4C5 (гибрид клеток почки и лимфоцита свиньи), клетки тимуса человека (Т-5), ФЭК, VERO, Aspergillus awamori, Fusarium moniliforme, и многие другие.

Основные преимущества газо-вихревого безградиентного биореактора:

• Универсальность - возможность успешно культивировать практически любые типы клеток (в т.ч. гибридные, эмбриональные) и микроорганизмы.
• Полная воспроизводимость (масштабируемость) результатов лабораторных процессов при промышленном внедрении разработок.
• Высокая экономическая эффективность при промышленном использовании.

ОБЛАСТЬ ПРИМНЕНИЯ

Производство

• лекарственных препаратов (в том числе с использованием особо чувствительных эмбриональных, гибридомных и других клеток),
• широкого спектра микробиологических препаратов для сельского хозяйства и ветеринарии,
• полисахаридов и нефтедеструкторов для нефтедобывающей промышленности,
• продукции для пищевой и легкой промышленностей (ферменты, пищевые добавки, глюкозные сиропы и т.д.),
• ПАВ и ферментов для химической промышленности,

Проведение научно-исследовательских работ различной направленности.

Газо-вихревой безградиентный биореактор - наиболее оптимальный вариант для научно-исследовательских работ и промышленного использования

1. Использование лабораторных газо-вихревых биореакторов в научно-исследовательских работах

Оснащение лабораторными универсальными газо-вихревыми биореакторами 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 безопасность страны;
• создавать и внедрять в промышленность новые биотехнологические продукты;
• сократить число необходимых лабораторных биореакторов, имея один универсальный аппарат, работающий при заполнении 10-90% вместо линейки из нескольких разного объема, это так же актуально для экономии культуральных сред, которые во многих экспериментах весьма дороги.

Серьезной проблемой при внедрении многих лабораторных разработок в производство является сложности при масштабировании полученного результата – возможности 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 биореакторах очень значительно изменяется в зависимости от увеличения объема аппарата. При газо-вихревом способе перемешивания таких проблем нет.

2. Использование газо-вихревых биореакторов в промышленности

Широкое внедрение газо-вихревых биореакторов в промышленность позволяет:

• резко снизить себестоимость выпускаемой предприятиями продукции, использовать в процессах промышленного микробиологического синтеза практически любые типы клеток и микроорганизмов и выпускать биотехнологическую продукцию самого различного назначения;
• заменить устаревшие роллерные технологии производства фармацевтической продукции (вакцин и т.д.) на современные, соответствующие требованиям;
• в случае создания чрезвычайных ситуаций, быстро и в нужных объемах нарабатывать необходимые вакцины, и другие лекарственные препараты, обеспечивающие биологическую безопасность страны;
• снизить экологическую нагрузку на окружающую среду за счет снижения потребления ресурсов (вода, электроэнергия и т.д.) и уменьшения стоков:
• создавать высокоэффективные универсальных модульные биотехнологические предприятия - биофармкомбинаты нового типа.

ТЕХНИЧЕСКИЕ  ПАРАМЕТРЫ  ЛАБОРАТОРНОГО  БИОРЕАКТОРА

Габаритные размеры в пределах (мм)    длина  270 ширина 270 высота  350 Масса в полном комплекте поставки (кг) 20 Рабочий объём (литров)  0,75-4,5 Диапазон поддержания температуры рабочей среды (°C) 25-70 Количество вводов для жидкостей и газов (шт)    боковых 3 на верхней крышке  5 снизу 1-3 Количество гнезд для датчиков (шт)  4 Максимальная потребляемая мощность, не более (Вт) 500 Напряжение (В) 220±20

ТЕХНИЧЕСКИЕ  ПАРАМЕТРЫ  ПРОМЫШЛЕННОГО  БИОРЕАКТОРА 
ОБЪЕМОМ  300  ЛИТРОВ

Габаритные размеры в пределах (мм)    длина  1025 ширина 1015 высота  1665 Масса в полном комплекте поставки (кг) 693 Рабочий объём (литров)  90-250 Диапазон поддержания температуры рабочей среды (°C) 25-70 Количество вводов для жидкостей и газов (шт)    боковых 5 на верхней крышке  5 снизу 4 Количество гнезд для датчиков (шт)  5 Максимальная потребляемая мощность, не более (Вт) 500 Напряжение (В) 220±20

Компания «Саяны» :

 Тел./факс: +7 383 306-26-20, 306-26-40