بیورآکتور: تفاوت میان نسخه‌ها

محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده

درخط

نسخهٔ ‏۲۵ اوت ۲۰۱۷، ساعت ۱۴:۲۳

بیورآکتور

یا رآکتور زیستی(به انگلیسی: Bioreactor) گونه ای از راکتورهای شیمیایی هستند که در آن واکنش های زیستی شبیه سازی می شوند.^[۱]

پرونده:Autoclavable bench-top laboratory bioreactor & fermenter, Lambda MINIFOR.jpg

مقیاس های آزمایشگاهی فرمانتورها و بیوراکتورها دستگاه

یک بیوراکتور می تواند به هر سیستم و یا دستگاه مصنوعی ساخته و یا مهندسی شده که از یک محیط بیولوژیکی فعال حمایت می کند، اطلاق شود^[۲]. به عبارتی یک بیوراکتور ظرفی است که در آن یک فرآیند شیمیایی حاصل از فعالیت ارگانیسم ها و یا مواد فعال بیوشیمیایی مشتق از آن ها در حال انجام است که می توانند به صورت هوازی و یا بی هوازی باشند. بیوراکتورها معمولاً استوانه ای، در اندازه های متغیری از لیتر تا متر مکعب و اغلب از فولاد ضد زنگ ساخته می شوند.

یک بیوراکتور همچنین می تواند به دستگاه یا سیستمی که به منظور رشد سلول ها یا بافت ها در یک محیط کشت سلولی طراحی شده است، اطلاق شود. استفاده از این دستگاه ها در مهندسی بافت و مهندسی بیوشیمیایی در حال گسترش می باشد.

بر اساس نحوه ی عمل، یک بیوراکتور می تواند به انواع batch ،Fed-batch و یا continuous (پیوسته) (به عنوان مثال مدل راکتور همزن دار پیوسته) طبقه بندی شود. به طور مثال chemostat نمونه ای از یک بیوراکتور پیوسته، است.

ارگانیسم های در حال رشد در بیوراکتور ها می توانند در محیط کشت مایع غوطه (submerged in liquid medium) و یا به سطح یک محیط جامد متصل شده باشند (attached to the surface of a solid medium). محیط کشت های تعلیقی (Submerged cultures) می توانند معلق(suspenden) یا ثابت باشند (immobilized). از آنجا که در بیوراکتور های تعلیقی به سطوح اتصالی خاصی نیاز نبوده و در مقایسه با محیط کشت های ثابت قابلیت استفاده در مقیاس های بسیار بزرگتر را دارند، برای تنوع وسیع تری از ارگانیسم ها استفاده می شوند.و.با این حال، در یک بیوراکتور تعلیقی و طی یک فرآیند عملی پیوسته، امکان حذف ارگانیسم ها از راکتور همراه با خروج پساب وجود خواهد داشت. ثابت سازی یک اصطلاح کلی است که طیف گسترده ای از سلول ها یا ذرات چسبیده و یا به دام افتاده را توصیف می کند ^[۳] و می تواند برای انواع تجزیه گرهای زیستی (بیوکاتالیز) شامل آنزیم ها، اندامک های سلولی، سلول های گیاهی و جانوری به کار رود ^[۴]. ثابت سازی برای فرآیند های عملی پیوسته مفید است، چون ارگانیسم ها با پساب راکتور حذف نمی شوند، اما از نظر مقیاس محدود تر هستند چرا که میکروب ها تنها روی سطح ظرف حضور دارند.

کاربردهای فرمانتور:

صنایع تخمیری، بیوتکنولوژی، پروژه های تحقیقاتی تکنولوژی انزیمی، تولید پروتئین‌های نوترکیب، متابولیت های اولیه و ثانویه، تکنولوژی کلونینگ ژن ها و نانو- تولید سرم، تولید انواع داروها و واکسن‌ها

ازدیگر کاربرد های فرمانتور: فرآیندهای تخمیری ناپیوسته، تولید انتی بیوتیک ها، اسیدهای آمینه ،پروتئین های دارویی ،تولید فرآورده های زیستی در مقیاس کم مراکز تحقیقاتی بیوتکنولوژی و کشت بافت،سلول های گیاهی و تکنولوژی DNA نوترکیب و…می توان نام برد.^[۵]

بیوراکتور های سلولی ثابت در مقیاس وسیع عبارتند از:

- محیط در حال حرکت، همچنین به عنوان راکتور فیلم زیستی بستر در حال حرکت (MBBR) شناخته می شود.

- بستر آکنده (packed bed)

- بستر فیبری (Fibrous bed)

- غشاء

انواع بیوراکتورها

راکتورهای همزن دار ( Stirred-Tank Reactor ) :

این نوع بیوراکتور به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود که با عبارت STR به صورت مخفف نشان می دهند. از دو کلمه Strrid-Tank bioreactor و Strrid-Tank Reactor می توانند به جای همدیگر استفاده کرد و مرز قابل تشخیصی بین آن ها وجود ندارد برای همین عبارت STR هم می تواند دلالت بر Strrid-Tank Bioreactor داشته باشد. از این بیوراکتور ها برای مایع های ویسکوز، آبکی ، کشت های با جریان هوای کم و حجم بزرگ بکار می رود. این نوع به ویژه برای تخمیرهایی که ریسه های قارچی فراوان در آن شرکت دارند و برای تولید بیوپلیمیرهایی که چسبناکی بالایی ایجاد می کنند، کاربرد دارد.^[۶]

بیوراکتورهای نوری (فوتو بیوراکتور)

یک فوتو بیوراکتور (PBR)، بیوراکتوری است که یک منبع نوری استفاده می کند(که می تواند نور طبیعی خورشید یا نور مصنوعی باشد). تقریباً هر ظرف شفافی می تواند یک بیوراکتور نوری خوانده شود، با این حال این اصطلاح بیشتر برای توصیف یک سیستم بسته استفاده می شود وکمتر در مورد مخازن یا حوضچه های باز مورد استفاده قرار می گیرند. بیوراکتورهای نوری برای رشد موجودات کوچک فوتوگرافیک (نوپرورد) مثل سیانوباکتری ها، جلبک ها و یا گیاهان خزه مورد استفاده می شوند ^[۷]. این موجودات نور را به عنوان منبع انرژی خود استفاده کرده و نیازی به قند ها یا چربی ها به عنوان منبع انرژی ندارند. در نتیجه، خطر آلودگی با موجودات دیگر مانند باکتری ها یا قارچ ها در بیوراکتورهای نوری در مقایسه با بیوراکتورهای دارای موجودات هتروتروف (همه چیزخوار) کمتر است.

بیوراکتورهای شخصی

یک بیوراکتور پیوسته ی ساده که برای اشخاص غیر حرفه ای طراحی شده است و آن ها را قادر می سازد تا باکتری های E-coli را تحت شرایط هوازی یا بی هوازی رشد دهند. این بیوراکتورها توانایی اتوکلاو شدن نداشته ، و برای استفاده ی مجدد وابسته به غیر فعالسازی شیمیایی هستند. این بیوراکتورهای شخصی برای رشد باکتری ها و محیط های کشت مناسب هستند.

بیوراکتورهای تصفیه ی فاضلاب

این بیوراکتورها برای تصفیه ی فاضلاب و پساب ها طراحی شده اند. در کارآمد ترین این سیستم ها، ذخیره ای از یک محیط کشت شیمیایی بی اثر با جریان آزاد وجود دارد که به عنوان بستری برای باکتری هایی که فاضلاب خام را تجزیه می کنند عمل می کند. دستگاه های هوادهی، اکسیژن را برای فاضلاب و محیط کشت تأمین می کنند که منجر به بیشتر شدن سرعت تجزیه می شود. مخلوط کن های قابل فرورفتن در آب در بیوراکتور های اکسیژنی تلاطم را برای نگه داشتن مواد جامد در سوسپانسیون ایجاد می کنند و در نتیجه اطمینان حاصل می شود که باکتری ها و مواد آلی "با یکدیگر برخورد کنند".

از آن جا که میکروارگانیسم ها موتور تصفیه ی فاضلاب های بیولوژیکی را پیش می برند، نظارت کمیت و کیفیت میکروارگانیسم ها در بیوراکتور ها بسیار مهم است. یکی از این روش ها آزمون ATP نسل دوم است.

بیوراکتور متلاطم بالا و پایین

همزدن های بالا و پایین که در این نوع بیوراکتور وجود دارد برای جلوگیری از استرس تیغه در سلول ها مفید می باشند. این کار بدون نیاز به روش سنتی پروانه ی همزن دار که نیاز به یک موتور گران و کوپلینگ های (اتصالات) مغناطیسی دارند ؛ انجام می شود. حرکت عمودی بالا و پایین در این بیوراکتورها بوسیله ی یک موتور به همراه یک غشای ارزان ایجاد می شود که استریل بودن را کاملاً حفظ کرده و مخلوطی کارآمد، بدون تشکیل گرداب را تولید می کند (هیچ تیغه ای مورد نیاز نیست). همچنین این نوع اختلاط با سلول ها ملایم تر بوده و کف کمتری تولید می کند. صفحه های تکان دهنده ی جدیدی که با الهام حرکت دم ماهی ها ساخته شده اند و "دم ماهی" نام دارند، حداکثر بهره وری مخلوط کردن بدون لبه های برشی را در این بیوراکتورها ارائه می دهند^[۸].

بیوراکتور شبیه سازی بافت ناسا (NASA)

طراحی بیوراکتورهایی که هدف آن ها رشد سلول ها یا بافت ها برای اهداف آزمایشگاهی یا درمانی می باشد، تفاوت بسیاری با بیوراکتور های صنعتی دارد. بسیاری از سلول ها و بافت ها، به خصوص در پستانداران، باید یک سطح یا ساختار حمایتی دیگری برای رشد داشته باشند و اغلب، محیط های آشفته برای این نوع از سلول ها و بافت ها مخربند. موجودات عالی تر که آگزوتروفیک اند (auxotrophic)، نیز به محیط های رشد بسیار تخصصی نیاز دارند.

ناسا نوع جدیدی از بیوراکتور را که به طور مصنوعی بافت ها را در محیط کشت سلولی رشد می دهد، تولید کرده است. بیوراکتور بافت ناسا می تواند بافت قلبی، بافت عضلانی، رباط ها، بافت سرطانی و انواع دیگر بافت ها را برای مطالعه کشت دهد^[۹].

جستارهای وابسته

منابع

↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "bioreactor".
↑ 1. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "bioreactor".
↑ 2. Lopez A, Lazaro N, Marques AM. The interphase technique: a simple method of cell immobilization in gel-beads. J Microbiol Methods, 1997, 30:231-234.
↑ 3. Peinado PA, Moreno JJ, Villaba JM, Gonzalez-Reyes JA, Ortega JM, Mauricio JC. A new immobilization method and their applications. Enzyme Microb Tech, 2006, 40:79-84.
↑ سعید کارگر (۲۰۱۷-۰۸-۲۵). «معرفی بیوراکتور و فرمانتور». از پارامتر ناشناخته |وب‌گاه= صرف نظر شد (|وبگاه= پیشنهاد می‌شود) (کمک)
↑ سعید کارگر (۲۰۱۷-۰۸-۲۵). «معرفی بیوراکتور و فرمانتور». از پارامتر ناشناخته |وب‌گاه= صرف نظر شد (|وبگاه= پیشنهاد می‌شود) (کمک)
↑ 4. Eva L. Decker und Ralf Reski (2008): Current achievements in the production of complex biopharmaceuticals with moss bioreactor. Bioprocess and Biosystems Engineering 31, 3-9 [1]
↑ 5. A non-rotational, computer-controlled suspension bioreactor for expansion of umbilical cord blood mononuclear cells, Niloufar Shayan, Marzieh Ebrahimi, Bahareh Beiki, Ehsan Janzamin
↑ 6. http://science.nasa.gov/NEWHOME/headlines/msad05oct99_1.htm

[1] IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "bioreactor".

[2] 1. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "bioreactor".

[3] 2. Lopez A, Lazaro N, Marques AM. The interphase technique: a simple method of cell immobilization in gel-beads. J Microbiol Methods, 1997, 30:231-234.

[4] 3. Peinado PA, Moreno JJ, Villaba JM, Gonzalez-Reyes JA, Ortega JM, Mauricio JC. A new immobilization method and their applications. Enzyme Microb Tech, 2006, 40:79-84.

[5] سعید کارگر (۲۰۱۷-۰۸-۲۵). «معرفی بیوراکتور و فرمانتور». از پارامتر ناشناخته |وب‌گاه= صرف نظر شد (|وبگاه= پیشنهاد می‌شود) (کمک)

[6] سعید کارگر (۲۰۱۷-۰۸-۲۵). «معرفی بیوراکتور و فرمانتور». از پارامتر ناشناخته |وب‌گاه= صرف نظر شد (|وبگاه= پیشنهاد می‌شود) (کمک)

[7] 4. Eva L. Decker und Ralf Reski (2008): Current achievements in the production of complex biopharmaceuticals with moss bioreactor. Bioprocess and Biosystems Engineering 31, 3-9 [1]

[8] 5. A non-rotational, computer-controlled suspension bioreactor for expansion of umbilical cord blood mononuclear cells, Niloufar Shayan, Marzieh Ebrahimi, Bahareh Beiki, Ehsan Janzamin

[9] 6. http://science.nasa.gov/NEWHOME/headlines/msad05oct99_1.htm

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

@@ خط ۱۱: / خط ۱۱: @@
 ارگانیسم های در حال رشد در بیوراکتور ها می توانند در محیط کشت مایع غوطه (submerged in liquid medium) و یا به سطح یک محیط جامد متصل شده باشند (attached to the surface of a solid medium). محیط کشت های تعلیقی (Submerged cultures)  می توانند معلق(suspenden) یا ثابت باشند (immobilized). از آنجا که در بیوراکتور های تعلیقی به سطوح اتصالی خاصی نیاز نبوده و در مقایسه با محیط کشت های ثابت قابلیت استفاده در مقیاس های بسیار بزرگتر را دارند، برای تنوع وسیع تری از ارگانیسم ها استفاده می شوند.و.با این حال، در یک بیوراکتور تعلیقی و طی یک فرآیند عملی پیوسته، امکان حذف ارگانیسم ها از راکتور همراه با خروج پساب وجود خواهد داشت. ثابت سازی یک اصطلاح کلی است که طیف گسترده ای از سلول ها یا ذرات چسبیده و یا به دام افتاده را توصیف می کند <ref>2.	Lopez A, Lazaro N, Marques AM. The interphase technique: a simple method of cell immobilization in gel-beads. J Microbiol Methods, 1997, 30:231-234.</ref> و می تواند برای انواع تجزیه گرهای زیستی (بیوکاتالیز) شامل [[آنزیم]] ها، اندامک های سلولی، سلول های گیاهی و جانوری به کار رود <ref>3.	Peinado PA, Moreno JJ, Villaba JM, Gonzalez-Reyes JA, Ortega JM, Mauricio JC. A new immobilization method and their applications. Enzyme Microb Tech, 2006, 40:79-84.</ref>. ثابت سازی برای فرآیند های عملی پیوسته مفید است، چون ارگانیسم ها با پساب راکتور حذف نمی شوند، اما از نظر مقیاس محدود تر هستند چرا که میکروب ها تنها روی سطح ظرف حضور دارند.
+== [http://bio-engineering.ir/bioreactor/ کاربردهای فرمانتور]: ==
+صنایع تخمیری، بیوتکنولوژی، پروژه های تحقیقاتی تکنولوژی انزیمی، تولید پروتئین‌های نوترکیب، متابولیت های اولیه و ثانویه، تکنولوژی کلونینگ ژن ها و نانو- تولید سرم، تولید انواع داروها و واکسن‌ها
+ازدیگر کاربرد های فرمانتور: فرآیندهای تخمیری ناپیوسته، تولید انتی بیوتیک ها، اسیدهای آمینه ،پروتئین های دارویی ،تولید فرآورده های زیستی در مقیاس کم مراکز تحقیقاتی بیوتکنولوژی و کشت بافت،سلول های گیاهی و تکنولوژی DNA نوترکیب و…می توان نام برد.<ref>{{یادکرد وب|نویسنده=سعید کارگر|کد زبان=fa|تاریخ=2017-08-25|وب‌گاه=بیوتکنولوژی|نشانی=http://bio-engineering.ir/bioreactor/|عنوان=معرفی بیوراکتور و فرمانتور}}</ref>
 '''بیوراکتور های سلولی ثابت در مقیاس وسیع عبارتند از:'''
@@ خط ۲۲: / خط ۲۷: @@
 - غشاء
-=== انواع بیوراکتورها ===
+== انواع بیوراکتورها ==
+=== [http://bio-engineering.ir/bioreactor/ راکتورهای همزن دار ( Stirred-Tank Reactor )] : ===
+این نوع بیوراکتور به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود که با عبارت STR به صورت مخفف نشان می دهند. از دو کلمه Strrid-Tank bioreactor و Strrid-Tank Reactor می توانند به جای همدیگر استفاده کرد و مرز قابل تشخیصی بین آن ها وجود ندارد برای همین عبارت STR هم می تواند دلالت بر Strrid-Tank Bioreactor داشته باشد. از این بیوراکتور ها برای مایع های ویسکوز، آبکی ، کشت های با جریان هوای کم و حجم بزرگ بکار می رود. این نوع به ویژه برای تخمیرهایی که ریسه های قارچی فراوان در آن شرکت دارند و برای تولید بیوپلیمیرهایی که چسبناکی بالایی ایجاد می کنند، کاربرد دارد.<ref>{{یادکرد وب|نویسنده=سعید کارگر|کد زبان=fa|تاریخ=2017-08-25|وب‌گاه=بیوتکنولوژی|نشانی=http://bio-engineering.ir/bioreactor/|عنوان=معرفی بیوراکتور و فرمانتور}}</ref>
 ==== بیوراکتورهای نوری (فوتو بیوراکتور) ====
 یک فوتو بیوراکتور (PBR)، بیوراکتوری است که یک منبع نوری  استفاده  می کند(که می تواند نور طبیعی خورشید یا نور مصنوعی باشد). تقریباً هر ظرف شفافی می تواند یک بیوراکتور نوری خوانده شود، با این حال این اصطلاح بیشتر برای توصیف یک سیستم بسته استفاده می شود وکمتر در مورد  مخازن یا حوضچه های باز مورد استفاده قرار می گیرند. بیوراکتورهای نوری برای رشد موجودات کوچک فوتوگرافیک (نوپرورد) مثل [[سیانوباکتر|سیانوباکتری ها]]، جلبک ها و یا گیاهان خزه مورد استفاده می شوند <ref>4.	Eva L. Decker und Ralf Reski (2008): Current achievements in the production of complex biopharmaceuticals with moss bioreactor. Bioprocess and Biosystems Engineering 31, 3-9 [1]</ref>. این موجودات نور را به عنوان منبع انرژی خود استفاده کرده  و نیازی به قند ها یا چربی ها به  عنوان منبع انرژی ندارند. در نتیجه، خطر آلودگی با موجودات دیگر مانند باکتری ها یا [[قارچ]] ها در بیوراکتورهای نوری در مقایسه با بیوراکتورهای دارای موجودات [[هتروتروف]] (همه چیزخوار) کمتر است.