فهرست مطالب
بیوراکتور دستگاهی برای رشد ارگانیسم‌ها (مخمر، باکتری یا سلول‌های حیوانی) است. رشد ارگانیسم‌ها در شرایط کنترل‌شده اتفاق می‌افتد. از بیوراکتورها در فرآیندهای صنعتی برای تولید داروها، واکسن‌ها یا آنتی‌بادی‌ها استفاده می‌شود. همچنین برای تبدیل مواد خام به محصولات جانبی مفید استفاده می‌شود.
ویژگی‌های بیوراکتور
بیوراکتورها در اندازه‌ها و شکل‌های مختلف و برای کاربردهای مختلف هستند. از کوچک‌ترین راکتورها با ظرفیت چند میلی‌لیتر تا بیوراکتورهای بزرگ با ظرفیت 100 مترمکعب. اکثر بیوراکتورها باید گازها و مواد مغذی برای رشد باکتری‌ها، مخمرها یا سلول‌ها را تامین کنند، تا سنتز بیولوژیکی موردنظر انجام شود. این افزودنی‌ها به‌طور معمول و به‌صورت مداوم در یک دوره از چند روز تا چند هفته اضافه می‌شوند.
اضافه‌کردن مواد مغذی مورد نیاز میکروارگانیسم‌ها
در طی یک فرآیند زیستی، میکروارگانیسم‌ها معمولاً طیف وسیعی از مواد مغذی را مصرف می‌کنند. ترکیب اصلی یک محیط غذایی معمولاً شامل آب، یک منبع انرژی قابل استفاده برای ارگانیسم (به‌عنوان مثال گلوکز)، و همچنین مواد مغذی مورد نیاز آن (کربن، نیتروژن و فسفر)، نمک‌ها و عناصر کمیاب است. این مواد مغذی در ابتدای کشت میکروارگانیسم ها در بیوراکتور، در دسترس قرار می‌گیرند یا به مرور زمان اضافه می‌شوند.
اندازه‌گیری و کنترل دما
میکروارگانیسم‌ها و کشت‌های سلولی آنزیم‌هایی هستند که در محدوده‌های دما و pH خاص بهترین عملکرد را دارند. اگر شرایط خارج از این محدوده باشد، فرآیند زیستی موردنظر بسیار کندتر پیش خواهد رفت.
در بدترین حالت، شرایط محیطی نامطلوب حتی ممکن است آنها را از بین ببرد. کشت سلولی پستانداران در محدوده بسیار باریکی از دماها راحت‌تر است. دمایی که فقط از منظر آنها زمانی وجود دارد که دمای داخل ظرف کشت 37 درجه سانتی‌گراد باشد؛ بنابراین در بیوراکتور از یک سنسور مقاوم پلاتینیوم معروف به سنسور Pt100 برای تعیین دما استفاده می‌شود. این دارای مقاومت 100 Ω در دمای 0 درجه سانتی‌گراد است.
کنترل pH برای فعالیت میکروارگانیسم‌ها
برای اندازه‌گیری pH در طول فرآیند زیستی، هر بیورآکتور مجهز به یک حسگر pH است که به‌عنوان الکترود ترکیبی برای pH شناخته می‌شود. بیوراکتور می‌تواند هرگونه انحراف در pH را اصلاح کند. برای این منظور، یک محلول اسید و یا یک محلول قلیایی در دسترس قرار می‌گیرد و از طریق لوله‌ها و پمپ‌ها به ظرف کشت متصل می‌شود.
غلظت اسید و باز باید به طرز ماهرانه‌ای انتخاب شود تا کار کند. اگر خیلی زیاد باشد، قطرات اسید یا باز غلیظ ممکن است قبل از توزیع در بیوراکتور به میکروارگانیسم‌ها و کشت‌های سلولی آسیب برساند. از طرف دیگر، اگر غلظت خیلی کم باشد، اپراتورها مجبورند اسید یا باز بیشتری اضافه کنند و محیط کشت را رقیق کنند.
افزودن گاز برای فعالیت بهتر میکروارگانیسم‌ها
در طول فرآیند زیستی، بیوراکتور یک مخلوط گاز استریل مانند هوا را وارد محیط کشت می‌کند. هم‌زدن مداوم نه تنها مواد مغذی را توزیع می‌کند، بلکه اندازه حباب‌های گازی را که در ظرف کشت ایجاد می‌شوند را کاهش می‌دهد، بنابراین به‌طور موثر اکسیژن را در محلول غذایی آزاد می‌کند. میکروارگانیسم‌ها و کشت‌های سلولی فقط می‌توانند اکسیژن حل‌شده در محلول غذایی را جذب کنند.
هرچه مساحت سطح کل تعداد کل حباب‌های گاز در بیوراکتور بیشتر باشد، یعنی خود حباب‌های گاز ریزتر توزیع شوند؛ اکسیژن به‌طور موثرتری از گاز به فاز مایع منتقل می‌شود. این بدان معناست که افزایش سرعت هم‌زدن می‌تواند اکسیژن‌رسانی را برای میکروارگانیسم‌ها بهبود ببخشد، زیرا همزن حباب‌های گاز را حتی کوچک‌تر می‌کند و در نتیجه سطح حباب‌های گاز را در بیوراکتور افزایش می‌دهد.
نتیجه‌گیری
یک بیوراکتور محیط ایده‌آلی را فراهم می‌کند تا سلول‌ها بتوانند روی کاری که قرار است انجام دهند تمرکز کنند. سلول‌ها تنها در شرایط مناسب می‌توانند فعالیت مناسبی داشته باشند. آنها باید به اندازه کافی غذای مغذی و هوای تازه داشته باشندکه این به‌معنای حفظ pH، دما، اطمینان از عرضه گاز کافی و افزودن مواد مغذی است. بیوراکتور می‌تواند این شرایط را برای میکروارگانیسم‌ها فراهم کند.
نویسنده: صبا معجزاتی
منابع
همچنین بخوانید: سیستم تزریق نمونه (میکروانژکتور)
یک نظر