Introduction to Benchtop Bioreactor Lab Fermenter

Lab fermenter is a laboratory device used for biological processes (such as cell culture, fermentation, etc.), mainly used to control and simulate the environmental conditions in organisms to achieve specific biological reactions. The lab fermenter is a small, closed device that usually has adjustable parameters such as temperature, pH, oxygen content, stirring speed, etc. to meet the needs of different biological reactions.

The functions of a lab fermenter son los siguientes:

1.Provide suitable environmental conditions: The lab fermenter can provide constant temperature, pH, oxygen content and other parameters to meet the requirements of different biological reactions. These parameters of benchtop bioreactor have a vital impact on cell growth, metabolite production and other biological processes.

2.Achieve control of biological processes: The lab fermenter can accurately control the progress of biological processes and the generation of products by adjusting parameters such as stirring speed, gas supply rate, and nutrient material concentration. This is of great significance for studying the dynamic changes of biological processes in the laboratory and optimizing product yield and quality.

3.Monitoring and sampling: The lab fermenter is usually equipped with sensors and monitoring equipment to monitor key parameters in biological reactions in real time, such as cell density, metabolite concentration, etc. In addition, the lab fermenter can also perform timed or quantitative sampling for further analysis and evaluation of the reaction.

4.Small-scale production and R&D: lab fermenters are often used in the initial R&D stage of biopharmaceutical production, and can be used for small-scale production and evaluation. The lab fermenters can be used to screen and optimize production strains, culture conditions and process parameters, and provide guidance for subsequent large-scale production.

The lab fermenter is a powerful experimental equipment designed to provide optimized environmental conditions for biological processes and control the reaction process. The lab fermenter is used in biological research, drug production, biofuel production, environmental remediation and other fields. The lab fermenter is one of the important tools for bioprocess and biotechnology research and has broad application prospects.

The main components of a lab fermenter usually include the following:

1. Recipiente reactor: También conocido como fermentador o tanque de cultivo, es la parte principal del reactor. Suele estar hecho de vidrio transparente o materiales plásticos para facilitar la observación del proceso de reacción. Los recipientes reactores tienen diferentes volúmenes y formas, y el tamaño de recipiente adecuado se selecciona según las diferentes necesidades experimentales.

2.Stirring system: A stirring system is installed in the lab fermenter,which produces shear and mixing effects in the reaction materials through a stirring paddle or agitator. This helps to maintain uniform temperature, gas distribution and uniform supply of nutrients, promote cell growth and production of metabolites.

3.Sensors and monitoring devices: lab fermenters are usually equipped with various sensors and monitoring devices for real-time monitoring of key parameters in the reaction process, such as temperature, pH, oxygen content, cell density, metabolite concentration, etc. These devices can provide real-time data of the reaction process, helping researchers understand the reaction dynamics and control the reaction.

4.Control system: The control system of a lab fermenter is usually controlled by a computer or similar instrument, which can adjust and control various parameters in the reactor, such as temperature, pH, stirring speed, gas supply rate, etc. This allows precise regulation of reaction conditions, making the reaction process stable and controllable.

5.Gas supply system: lab fermenter bioreactors usually require an appropriate amount of gas supply, including common air (oxygen), and some special gases such as carbon dioxide can also be used. The gas supply system can ensure that the appropriate amount of gas enters the reactor and maintains convection and uniform gas distribution through components such as gas filters, gas flow controllers and distributors.

6.Temperature control system: lab fermenters require stable temperature control to keep the biological reaction within the appropriate temperature range. The temperature control system usually consists of a temperature sensor and a heater, which can adjust and maintain the temperature inside the reactor according to the reaction requirements.

7.Data recording and control software: lab fermenters are usually connected to a computer or data recorder. Through special data recording and control software, various parameters in the reaction process can be recorded in real time, and data analysis and processing can be performed.

Los biorreactores de sobremesa se pueden clasificar según diferentes normas de clasificación. Las clasificaciones principales incluyen las dos categorías siguientes:

1. Clasificación según el método de agitación:

Bubble stirring type lab fermenter: A gas inlet device is set at the bottom or side of the reactor. The gas enters the liquid to form bubbles, stir the liquid and provide oxygen supply. This stirring method is simple and low-cost, and is suitable for some biological reactions that require lower wave intensity.

Biorreactor de sobremesa con agitación mecánica: el líquido de reacción se agita mediante un agitador o una paleta de agitación accionados por motor para lograr una mezcla uniforme del líquido y la transmisión de oxígeno. Este método de agitación es más flexible y controlable, y es adecuado para reacciones biológicas que requieren una mayor intensidad de onda y un control preciso.

2. Clasificación según el modo de funcionamiento:

Biorreactor de sobremesa de tipo de operación discreta: La operación de reacción por lotes se lleva a cabo en el reactor, es decir, se agrega una cierta cantidad de medio de cultivo y organismos al reactor, y se lleva a cabo el cultivo y la reacción durante un período de tiempo, y luego se recogen muestras para su análisis. Este modo de operación se utiliza a menudo para la investigación experimental a pequeña escala y la selección preliminar.

3. Biorreactor de sobremesa de tipo de operación continua: La operación de reacción se lleva a cabo mediante la alimentación y recolección continuas de metabolitos. El líquido de reacción circula continuamente en el reactor, suministra nutrientes de forma continua y recolecta los metabolitos producidos. Este modo de operación se utiliza a menudo en la producción a gran escala y en la investigación de procesos continuos.

Además, según los diferentes campos de aplicación y necesidades específicas, los biorreactores de sobremesa se pueden subdividir y clasificar según funciones y tamaños. Por ejemplo, para aplicaciones específicas de cultivo celular o fermentación, también se pueden dividir en reactores de cultivo celular, reactores de fermentación, reactores de cultivo de tejidos vegetales, etc.

Lab fermenter tienen las siguientes ventajas:

1. Fácil de operar y mantener: En comparación con los grandes reactores industriales, los biorreactores de sobremesa suelen ser de menor tamaño y más fáciles de operar, lo que facilita el control y el ajuste de las condiciones de reacción. Además, la limpieza y el mantenimiento son relativamente cómodos, lo que reduce la carga de trabajo de los operadores.
2. Buen rendimiento de control de bioprocesos: los biorreactores de sobremesa están equipados con sensores y dispositivos de monitoreo, que pueden monitorear parámetros clave en el proceso de reacción en tiempo real, y ajustar y mantener las condiciones objetivo a través del sistema de control para lograr un control preciso del bioproceso. Esto ayuda a optimizar la eficiencia y la calidad de la generación de bioproductos y proporciona datos confiables para la transformación del proceso posterior.
3. Menor costo y menor espacio ocupado: en comparación con los grandes reactores industriales, los biorreactores de sobremesa tienen menores costos de fabricación y operación. Además, debido a su pequeño tamaño, los requisitos de espacio de laboratorio o taller de producción también son menores, lo que reduce la presión sobre el diseño del equipo y la inversión en recursos.

Aunque los biorreactores de sobremesa tienen muchas ventajas, también tienen algunas limitaciones:

1. Escala de reacción limitada: debido al pequeño tamaño de los biorreactores de sobremesa, la cantidad de materiales de reacción y la cantidad de células que se pueden transportar son limitadas. Esto los hace principalmente adecuados para experimentos a pequeña escala y etapas de investigación de bioprocesos, y no pueden satisfacer las necesidades de la producción industrial a gran escala.
2. Dificultad para lograr una producción a gran escala: existen ciertas dificultades técnicas en la producción a gran escala de biorreactores de sobremesa. Durante el proceso de escalado, deben tenerse en cuenta los cambios en factores como la agitación, la transferencia de masa y la transferencia de calor del líquido en el reactor para mantener la consistencia de las condiciones de reacción y la estabilidad de la eficiencia de conversión.
3. Limitación de transferencia de masa: debido a la limitación de volumen del biorreactor de sobremesa, el efecto de transferencia de masa dentro del líquido es limitado, lo que puede provocar un suministro insuficiente de oxígeno u otros gases, lo que afecta el crecimiento celular y la generación de productos. Por lo tanto, es necesario optimizar el rendimiento de transferencia de masa al diseñar un biorreactor de sobremesa para mejorar la eficiencia de la reacción y la calidad del producto.

Aunque el biorreactor de sobremesa tiene algunas limitaciones, sigue siendo una herramienta y un equipo muy útil para la investigación a escala de laboratorio y la escala de producción preliminar. Para la conversión de procesos biológicos de pequeña escala a gran escala, estas limitaciones se pueden resolver mediante un diseño de ingeniería razonable y una verificación experimental, y los resultados de la investigación y la experiencia de los biorreactores de sobremesa se pueden aplicar a la producción industrial a gran escala.

Los biorreactores de sobremesa se utilizan ampliamente en diversos campos. A continuación, se presenta una introducción detallada de su aplicación:

Producción biofarmacéutica: Los biorreactores de sobremesa desempeñan un papel importante en el proceso de fabricación de productos biofarmacéuticos. Los productos biofarmacéuticos son un método de producción de fármacos o agentes terapéuticos mediante el uso de organismos en biorreactores. Entre los productos biofarmacéuticos más comunes se encuentran los fármacos proteínicos, los fármacos de anticuerpos y los fármacos de terapia génica. Los biorreactores de sobremesa proporcionan un entorno para controlar y optimizar el proceso de biorreacción, lo que garantiza un alto rendimiento y calidad de los fármacos.

Producción de biocombustibles: Los biorreactores de sobremesa se utilizan en la producción de biocombustibles, incluido el biogás (como el biogás, el hidrógeno), el bioetanol, el biodiésel, etc. La producción de biocombustibles utiliza la capacidad de los microorganismos para fermentar y metabolizar para convertir desechos orgánicos o materiales de origen vegetal en energía renovable.

Remediación ambiental y tratamiento de residuos: Los biorreactores de sobremesa desempeñan un papel fundamental en la remediación ambiental y el tratamiento de residuos. Por ejemplo, los biorreactores de sobremesa se pueden utilizar para el tratamiento del agua para convertir sustancias nocivas como metales pesados y compuestos orgánicos en sustancias inocuas. Además, los biorreactores de sobremesa también se pueden utilizar para la remediación del suelo, donde las sustancias nocivas se descomponen y la calidad del suelo se mejora mediante la acción de bacterias u hongos.

Producción de biomateriales y bioquímicos: Los biorreactores de sobremesa se utilizan para la producción de biomateriales y bioquímicos. Por ejemplo, los microorganismos en los biorreactores de sobremesa se utilizan para sintetizar polímeros como bioplásticos y materiales biodegradables. Además, los biorreactores de sobremesa también se utilizan para producir aditivos alimentarios, enzimas, aminoácidos y otros bioquímicos.

La aplicación de los biorreactores de sobremesa en diversos campos sigue expandiéndose e innovando. Con el avance de la tecnología y los requisitos de desarrollo sostenible y protección del medio ambiente, las perspectivas de aplicación de los biorreactores de sobremesa serán más amplias y prometedoras.