نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

طراحی و ساخت راکتور زیستی لرزشی یک بار مصرف در مقیاس نیمه صنعتی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
هوتن گل دوست 1
قاسم عموعابدینی 1
حمید راشدی 1
ابراهیم عموعابدینی 2
عماد ایمنی پور 2
مهدی پسران حاجی عباس 3
1 تهران، دانشگاه تهران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشکده مهندسی شیمی
2 تهران، دانشگاه تهران، مرکز پژوهشی فناوری‌های نوین در مهندسی علوم زیستی، گروه بیوراکتورهای مینیاتوری و مهندسی غربالگری
3 تهران، دانشگاه تهران، مرکز پژوهشی فناوری های نوین در مهندسی علوم زیستی، گروه بیوراکتورهای مینیاتوری و مهندسی غربالگری
چکیده
در این مقاله طراحی و ساخت راکتور زیستی لرزشی یک ‌بار مصرف در مقیاس نیمه صنعتی مورد مطالعه قرار گرفت. ترکیب فناوری ساده و پر استفاده ‌ی راکتور‌های زیستی لرزشی با راکتورهای یک‌ بار مصرف استوانه‌ ای یک گزینه‌ ی ایده ‌آل برای کشت سلول‌ های گیاهی و جانوری به منظور تولید در مقیاس نیمه صنعتی ایجاد کرد.در این مطالعه، راکتور زیستی یک‌ بارمصرف تا حجم  50 لیتر در مقیاس نیمه صنعتی طراحی و ساخته شد و به کمک سامانه اکسایش سولفیت از نظر پارامتر‌های مهم مهندسی افزایش مقیاس مانند اختلاط، توان مصرفی و سرعت انتقال اکسیژن با  میلی‌ راکتورهای زیستی مدل در مقیاس آزمایشگاهی دارای حجم 500 میلی ‌لیتر مقایسه شد. بهترین بازده ی در سرعت گردش rpm250 و حجم عملیاتی %20 به دست آمد. با افزایش دور لرزاننده از 200 به rpm250 و در نتیجه کاهش زمان اختلاط به اندازه ‌ی % 13،  توان مصرفی %50 افزایش یافت که این مسئله انتخاب شرایط مناسب برای تولید اقتصادی فراورده را ضروری می ‌کند. به منظور تأیید نهایی عملکرد راکتورهای زیستی، بیشینه و کمینه‌ی OTRmax در راکتورهای زیستی محاسبه شد. این مقدارها به ترتیب mol/L/h 028/0 و 008/0 (در rpm 250 و 100)بود. کمینه‌ی OTRmax  به دست آمده، دو برابر بیشینه‌ ی مورد نیاز گزارش شده در منابع برای رشد انواع سلول‌ های گیاهی و جانوری بوده و در نتیجه قابلیت کشت این سلول‌ها را در راکتوهای زیستی جدید با عملکرد میانه ‌ی آن به خوبی تأیید می‌ کند
کلیدواژه‌ها
راکتورهای زیستی یک بار مصرف
میلی راکتور زیستی
فناوری لرزشی
سامانه سولفیت

موضوعات

[1] Falch E.A., Heden C.G., Disposable Shaker Flasks, Biotechnol. Bioeng., 5 (3): 211-220 (1963).
[2] Liu C.M., Hong L.N., Development of a Shaking Bioreactor System for Animal Cell Cultures, Biochem. Eng. J., 7 (2): 121-125 (2001).
[3] DePalma A., Turning to Disposable Manufacturing Methods, Genet. Eng. News, 22 (13): 42-43 (2002).
[4] DePalma A., Plastic Fills Niche in Bioprocess Applications, Genet. Eng. News, 22 (13): 40-41 (2002).
[5] Novais J.L., Economic Comparison between Conventional and Disposable based Technology for the Production of Pharmaceuticals, Biotechnol. Bioeng., 75 (2): 143-153 (2001).
[6] Disposable, Modular Systems for Boprocess, Genet. Eng. News, 22 (18): 20-22 (2002).
[7] DeJesus M.J., Bourgeois G.M., Baumgartner G., Jacko B., Amstutz H., Wurm F.M., TubeSpin Satellites: A Fast Track Approach for Process Development with Animal Cells Using Shaking Technology, Biochem. Eng. J., 17 (3): 217-223 (2004).
[8] Honda H., Hattori S., Uozumi N., Kobayashi T., Kato Y., Hiraoka S., Production of Regenerated Plantlet Using a Shaking Vessel-Type Bioreactor, J. Chem. Eng. Jpn., 30: 179-182 (1997).
[9] Buechs J., Introduction to Advantages and Problems of Shaken Cultures, Biochem. Eng. J., 7: 91-98 (2001).
[10] Buechs J., Evaluation of Maximum to Specific Power Consumption Ratio in Shaking Bioreactors, J. Chem. Eng. Jpn.: 34 (5): 647-653 (2001).
[11] Buechs J., Maier U., Milbrandt C., Zoels B., Power Consumption in Shaking Flasks on Rotary Shaking Machines. I. Power Consumption Measurement in Unbaffled Flasks at Low Liquid Viscosity, Biotechnol. Bioeng., 68: 589-593 (2000).
[12] Raval K., "Characterization and Application of Large Disposable Shaking Bioreactor", Institute of Biochemical Engineering, Dep. of Mech. Eng., RWTH Aachen, Thesis (2008).
[13] Büchs J., Maier U., Milbradt C., Zoels B., Power Consumption in Shaking Flasks on Rotary Shaking Machines, II: Non-Dimensional Description of the Specific Power Consumption and Flow-Regimes in Unbaffled Flasks at Elevated Liquid Viscosity, Biotechnology and Bioengineering, 68: 594-601 (2000).
[14] Kato Y., Hiraoka S., Tada Y., Sato K., Ohishi T., Measurement of Mass Transfer Rate from Free Surface in Shaking Vessel Type Bioreactor, Journal of Chemical Engineeing of Japan, 30: 362-365 (1997).
[15] Singh V., Disposable Bioreactors for Cell Culture Using Wave-Induced Agitation, Cytotechnology, 30: 149-158 (1999).
[16] Stöckmann C., Maier U., Anderlei T., Knocke C., Gellissen G., Büchs J., The Oxygen Transfer Rate as Key parameter for the Characterization of Hansenula Polymorpha Screening Cultures, Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 30: 613-622 (2003).