Evaluation of a new mist‐chamber bioreactor for biotechnological applications
Evaluation of a new mist‐chamber bioreactor for biotechnological applications
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用于生物技术应用的新型雾室生物反应器的评估
DOI：
10.1002/bit.25523
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发表时间：
2015
影响因子：
3.8
通讯作者：
T. Scheper
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
B. Tscheschke;J. Dreimann;Jürgen von der Ruhr;T. Schmidt;F. Stahl;L. Just;T. Scheper
在本文中，我们描述了一种用于培养不同的原核细胞和真核细胞系统的新型生物反应器的发展、表征和评价：雾室生物反应器。这种创新的生物反应器满足了剪应力敏感细胞培养系统对气体供应的高要求。在雾室生物反应器中，细胞培养在由超声波汽化产生的汽化介质的气雾剂中。与许多现有的生物反应器系统相比，雾室生物反应器提供了一个良好的供气环境，没有任何叶轮或气泡引起的剪应力。在这项工作中，已经制造了雾室生物反应器的原型并对其进行了表征。在技术和化学表征中，我们对汽化过程进行了评估，在工作条件下的汽化性能为32 毫升/小时。在此基础上，计算了酿酒酵母(S.cerevisiae，QS=3.45 × 10-3 10-3 /g/h)和黑曲霉(Aspergillusniger，QS=1.33 × 10-3 /g/h)的生物量，其生长速度受到运输过程的限制。此外，我们还确定了高度为3 cm的均匀种植面积，使L的栽培总体积为0.45 。根据中间成分在蒸发过程中的稳定性进行了检查，结果是所有成分都至少稳定了5天。经过技术鉴定，论证了该菌种培育的可行性。Cerevisiae和F.雾室生物反应器中的天鹅绒。结果表明，雾室生物反应器能够稳定地将足够的营养物质输送到细胞样品中，并提供良好的氧气供应，而不会产生任何剪应力引起的曝气。此外，我们还成功地培养了F。天鹅绒在长期的实验中进行了固态培养。数据表明，根据培养的细胞类型，新的生物反应器概念可以促进各种发酵和细胞培养过程的改进。生物技术。比昂斯。2015；112：1155-1164。©2014 Wiley期刊，Inc.
In this article we describe the development, the characterization and the evaluation of a novel bioreactor type for the cultivation of different pro‐ and eukaryotic cell‐systems: the mist‐chamber bioreactor. This innovative bioreactor meets the demand of cultivation systems for shear stress sensitive cells with high requirements for gas supply. Within the mist‐chamber bioreactor the cells are cultivated inside an aerosol of vaporized medium generated by ultrasonic vaporization. In contrast to many established bioreactor systems the mist‐chamber bioreactor offers an environment with an excellent gas supply without any impeller or gas bubble induced shear stress. A mist‐chamber bioreactor prototype has been manufactured and characterized during this work. In the technical and chemical characterization we evaluated the vaporization process, resulting in a vaporization performance of 32 mL/h at working conditions. On this basis we calculated a biomass of 1.4 g(S. cerevisiae, qs=3.45 × 10–3 mol/g/h)and 3.4 g(Aspergillus niger, qs=1.33 × 10–3 mol/g/h)where the growth rate becomes limited by transport processes. Additionally, we determined a homogenous cultivation area to a height of 3 cm giving a total volume of 0.45 L for the cultivation. Medium components were examined according to their stability during vaporization with the result that all components are stable for at least 5 days. After the technical characterization we demonstrated the feasibility to cultivateS. cerevisiaeandF. velupitesin the mist‐chamber bioreactor. The results demonstrated that the mist‐chamber bioreactor is able to transport a sufficient amount of nutrients consistently to the cell samples and offers an excellent oxygen supply without any shear stress inducing aeration. Furthermore we successfully cultivatedF. velupitesin a solid state cultivation in a long term experiment. The data indicate that the new bioreactor concept can contribute to improve various fermentations and cell culture processes depending on the cultured cell types. Biotechnol. Bioeng. 2015;112: 1155–1164. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.
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