Bioreactor là gì? Các loại lò phản ứng sinh học

Bioreactor là gì? 

Bioreactor được đề cập đến như một thiết bị sản xuất hoặc là hệ thống có hỗ  môi trường hoạt tính sinh học. Cũng có thể nói Bioreactor là một bình chứa quá trình phản ứng sinh học xảy ra. Quá trình này có thể được thực hiện bởi các vi sinh vật hoặc các chất có hoạt tính sinh hóa có nguồn gốc từ các vi sinh vật đó. Quá trình này còn được gọi là hiếu khí hay kỵ khí. Các phản ứng sinh học này thường có dạng hình trụ, kích thược được tính theo lít hoặc mét khối. Chất lượng thường được làm bằng thép không gỉ.

Bioreactor cũng có thể được đề cập đến như một thiết bị hoặc hệ thống được thiết kế có quy mô nhằm mục đích phát triển tế bào hoặc các mô trong bối cảnh nuôi cấy tế bào. Các thiết bị này đang được sử dụng trong kỹ thuật nuôi cấy tế bào mô hoặc trong kỹ thuật xử lỹ sinh hóa. 

Môi trường phát triển

Các sinh vật phát triển trong Bioreactor có thể bị ngập trong môi trường lỏng hoặc chúng có thể bám vào bề mặt của môi trường rắn. Các sinh vật phát triển trong môi trường lỏng được gọi là nuôi cấy cố định. Lò phản ứng sinh học ở dạng treo này có thể được sử dụng ở nhiều loại vi sinh vật hơn. Các bề mặt của môi trường rắn có thể hoạt động ở quy mô lớn hơn nhiều so với môi trường nuôi cấy cố định. 

Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động liên tục, các sinh vật sẽ được loại bỏ khỏi lò phản ứng qua đường nước thải. Cố định là một thuật ngữ chung mô tả nhiều phương pháp nuôi cấy tế bào hoặc các vi sinh dính bám. Nó có thể được áp dụng cho tất cả các loại cơ chế sinh học bao gồm enzym, bào tử, tế bào động vật và thực vật. Việc cố định này rất hữu ích cho các quá trình hoạt động liên tục, vì các sinh vật sẽ không bị loại bỏ bằng nước thải của Bioreactor, nhưng nó sẽ bị hạn chế về quy mô vì các vi sinh vật chỉ hiện diện trên bề mặt của bình.

Các loại lò phản ứng sinh học 

Photobioreactor

Lò phản ứng quang sinh học (PBR) là một bioreactor kết hợp với một số loại nguồn sáng. Nó có thể là ánh sáng mặt trời tự nhiên hoặc là ánh sáng nhân tạo. Các bình phản ứng thường được thiết kế có độ trong mờ để ánh sang có thể xuyên qua được. Photobioreactor được sử dụng để nuôi dưỡng các sinh vật phát quang nhỏ như vi khuẩn lam, rêu, tảo.

Những sinh vật này sử dụng nguồn ánh sáng thông qua quá trình quang hợp làm nguồn năng lượng và không cần đường hoặc lipit. Do đó, nguy cơ ô nhiễm các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm sẽ thấp hơn trong lò phản ứng sinh học so với các phản ứng sinh học đối với sinh vật dị dưỡng.

Xử lý nước thải 

Hệ thống xử lý nước thải sử dụng biện pháp sinh học để thực hiện các quá trình thanh lọc chính. Trong một số hệ thống thì môi trường trơ ​​về mặt hóa học với diện tích bề mặt rất cao sẽ làm chất nền cho sự phát triển của màng sinh học. Quá trình tách màng sinh học dư thừa sẽ được diễn ra trong bể lắng hoặc xyclon.

Ở các hệ thống khác thì máy sục khí sẽ cung cấp oxy cho nước thải và quần thể sinh vật để tạo ra bùn hoạt tính.  Trong đó thành phần sinh học được trộn tự do trong chất lỏng ở dạng "flocs". Trong các quá trình này, nhu cầu oxy sinh hóa của chất lỏng(BOD) sẽ được giảm đủ để làm cho nước bị ô nhiễm có thể tái sử dụng được. Các chất rắn sinh học thu được có thể tái chế, sấy khô hoặc sử dụng làm phân bón.

Một phiên bản cực kỳ đơn giản của phản ứng sinh học nước thải là bể tự hoại, theo đó nước thải sẽ được giữ nguyên  ở tại chỗ. Trong trường hợp này, chính bùn sinh học là vật chủ chính cho vi khuẩn tạo ra phản ứng sinh hóa. 

Lò phản ứng sinh học cho các mô chuyên dụng

Nhiều loại tế bào và mô, đặc biệt là ở các tế bào động vật có vú cần phải có bề mặt hoặc cấu trúc hỗ trợ khác để phát triển. Môi trường kích động thường sẽ phá hủy đi các loại tế bào và mô. Sinh vật bậc cao là auxotrophic cũng đòi hỏi phải có sự chuyên môn cao.  Điều này đặt ra một thách thức khi mục tiêu đặt ra là nuôi cấy số lượng tế bào lớn hơn cho mục đích sản xuất trị liệu và cần phải có một thiết kế khác biệt so với các lò phản ứng sinh học công nghiệp được sử dụng để phát triển các hệ thống protein như nấm men và vi khuẩn. 

Nhiều nhóm nghiên cứu đã phát triển ra các lò phản ứng sinh học mới để nuôi cấy các mô và tế bào chuyên biệt trên cấu trúc giàn, nhằm hỗ trợ tái tạo lại các cấu trúc mô giống với các cơ quan trong ống nghiệm . Trong số này bao gồm các tiến sỹ sinh học phát triển mô tim, mô cơ xương, mô ung thư, dây chằng và các mô hình khác. 

Hiện tại, việc mở rộng sản xuất quy mô các lò phản ứng sinh học chuyên dụng này cho mục đích sử dụng công nghiệp vẫn còn nhiều thách thức và cần phải được nghiên cứu tích cực hơn.

Trên đây là bài viết về Bioreactor mà chúng tôi tổng hợp đến cho bạn. Hy vọng những thông tin về bài viết sẽ giúp ích được cho bạn.