Der 2mag bioREACTOR ist ein neu entwickelter, extrem platzsparender und benutzerfreundlicher Bioreaktorblock mit 8 parallelisierten Minireaktoren.
Die hohe Parallelisierung ermöglicht eine einfache Realisierbarkeit von Hochdurchsatz-Fermentationen im Bereich der Biotechnologie, Chemie und Pharmazie. Dadurch können sowohl Entwicklungszeiten als auch Entwicklungskosten für neue Produktionsprozesse deutlich reduziert werden. Die Miniaturisierung in den niedrigen Milliliter-Maßstab (8-15 ml) gewährleistet zudem eine signifikante Material- und Kostenersparnis.
Der 2mag bioREACTOR zeichnet sich besonders durch die präzise Temperaturregelung, den exakt kontrollierbaren Drehzahlbereich mit automatischem Rührstabüberwachung sowie der nicht-invasiven Echtzeitmessung von pH und Gelöstsauerstoff (DO) aus. Die Begasung und Durchmischung der einzelnen Reaktionsgefäße erfolgt durch gasinduzierende, induktiv angetriebene Magnetrührorgane.
Die sterile Kopfraumbegasung verhindert Kreuz- und Fremdkontaminationen und ermöglicht die Kultivierung von aeroben sowie anaeroben Mikroorganismen.
Präzise definierte verfahrenstechnische Parameter und der zu klassischen Rührkesselreaktoren vergleichbare Leistungs- und Sauerstoffeintrag (kLa > 0,4 s-1) gewährleisten eine einfache und zugleich zuverlässige Skalierung der Ergebnisse.
Neben dem Betrieb als Einzelgerät (Stand-Alone) kann der bioREACTOR 8 zudem auch vollautomatisiert durch Integration in einen Pipettierroboter betrieben werden.
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| Typ | bioREACTOR 8 | |
| Rührstellen | 8 | |
| Rührstellenabstand | 35 mm | |
| Werkstoff Block | Aluminium, hard-coated | |
| Maße (BxTxH) | 66 x 340 x 145 mm | |
| Versandgewicht (brutto) | ca. 3,7 kg | |
| Anschlußwert | 230 V / 50 W | |
| Schutzart | IP31 | |
| Reaktionsgefäße | ||
| Arbeitsvolumen | 8 - 15 ml | |
| Material | Polystyrol (PS) | |
| Temperatur | ||
| Zul. Betriebstemperatur | +10 °C bis +65 °C (bei 80% Luftfeuchte) | |
| Durchmischung | ||
| Rührer | gasinduzierende Magnetrührkörper | |
| Drehzahlbereich | 100 - 4.000 rpm | |
| Begasung | ||
| Begasungsrate | 0,8 l/min | |
| Echtzeitmessung | ||
| pH-Bereich | 6,0 bis 8,5 | |
| DO-Bereich | 0 - 50 % O2 | |
| Ansprechzeit (pH/DO) | < 30 s (bei 15 - 45°C) | |
| Bestell-Nr. | B70008 | |
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Hohe Parallelisierung | |
Rührstabüberwachung | |
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Präzise Temperaturregelung | |
Intelligente Software für den Parallelbetrieb | |
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Optimales Arbeitsvolumen | |
Autoklavierbarkeit und Sterilität | |
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Nicht-invasive Echtzeitmessung von pH und DO | |
Einfache Skalierbarkeit in den Litermaßstab | |
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Einfaches Handling durch Disposables | |
Automatisierbar | |
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Hoher Sauerstoffeintrag | |
Hohe parallele und sequentielle Reproduzierbarkeit |
Parallelisierung
Der bioREACTOR ist in zwei Modellvarianten mit 8 oder 48 parallelen Reaktoren erhältlich. Eine noch höhere Parallelisierung lässt sich durch die gleichzeitige Nutzung mehrerer bioREACTOR Einheiten erzielen. Diese können über eine intelligente Zentralsoftware kontrolliert und gemessene Prozessparameter (pH und DO) in Echtzeit abgebildet werden. Der Parallelbetrieb mehrerer bioREACTOR Einheiten ermöglicht darüber hinaus die Variation weitere Parameter, wie Rührerdrehzahl oder Temperatur.
Temperaturregelung
Die Temperatur des Bioreaktorblocks wird über einen internen Pt100 Fühler erfasst und extern über ein Thermostat geregelt. Um Verdunstungsverluste zu minimieren, wird zudem der Kopfraum der Reaktionsgefäße mit einem Rückflusskühler abgekühlt. Das verdunstete Wasser kondensiert und verbleibt somit im Reaktionsgefäß.
Arbeitsvolumen
Das Arbeitsvolumen der Reaktionsgefäße liegt zwischen 8 und 15 Millilitern. Dies ermöglicht eine mehrfache Probenahme ohne das Fermentationsvolumen stark zu minimieren aber auch genug Kapazität für das Zudosieren von pH-Korrekturmitteln oder Substraten.
Echtzeitmessung von pH und DO
pH und Gelöstsauerstoff können während der gesamten Versuchsdauer in Echtzeit über eine nicht-invasive Optosensorik erfasst werden. Hierfür sind die Reaktionsgefäße mit kleinen Sensorspots (pH- und O2-sensitiver Lumineszenzfarbstoff) am Boden ausgestattet. Die Messung erfolgt fluorometrischen durch Anregung mit Licht und Messung der Abklingzeit (DLR=Dual Lifetime Referencing Prinzip, PreSens GmbH). Der Messbereich liegt für den pH zwischen 6,0 und 8,5 und für den Gelöstsauerstoff bei 0 bis 50 % O2.
Reaktionsgefäße (Disposables)
Die mit Sensorpunkten ausgestatteten Einweg-Reaktionsgefäße sind aus Polystyrol gefertigt und im 2er Set steril verpackt. Dies ermöglicht ein zeitsparendes und einfaches Arbeiten mit dem bioREACTOR. Die spezielle Geometrie der Reaktoren mit Strömungsbrechern führt in Kombination mit den eingesetzten Rührkörpern zu einer sehr guten Durchmischung des Mediums und zu hohen Sauerstoffeinträgen.
Begasung
Die kontinuierliche Gasversorgung des bioREACTOR kann über eine Gasmischstation realisiert werden. Abhängig von den eingesetzten Gasen (O2, N2, CO2, Luft,…) sind so aerobe als auch anaerobe Kultivierungen möglich. Der Gaseintrag ins Medium und die Durchmischung der einzelnen Reaktionsgefäße erfolgen passiv durch gasinduzierende, induktiv angetriebene Magnetrührorgane. Über die Rührerdrehzahl kann die Begasungsrate gesteuert werden.
Rührstabüberwachung
Bei sehr hohen Zelldichten oder einem hohen Anteil an Feststoffen im Medium kann es in seltenen Fällen dazu kommen, dass vereinzelt Rührorgane ausfallen. Dies wird innerhalb weniger Sekunden über spezielle Sensoren detektiert und ein Neustart aller Rührkörper automatisiert ausgelöst. Die Rührstabüberwachung gewährleistet somit einen sicheren Versuchsverlauf.
Intelligente Software
Die Stand-alone Software ermöglicht den parallelen Betrieb mehrerer bioREACTOR 8 und/oder bioREACTOR 48 Einheiten. Gleichzeitig können bereits abgeschlossene mit neuen laufenden Versuchen verglichen werden.
Autoklavierbarkeit und Sterilität
Alle mit dem Medium in Kontakt kommenden Teile sind autoklavierbar oder steril verpackte Einwegmaterialien. Die Gashaube des bioREACTOR mit den fixierten Rührkörpern ist vollständig autoklavierbar. Der komplette Bioreaktorblock ist zudem mit Ethanol sterilisierbar. Die Einweg-Reaktionsgefäße sind steril verpackt und werden nach dem Versuch verworfen. Während des Versuchs verhindert die sterile Kopfraumbegasung eine Kreuz- und/oder Fremdkontamination. Eine optional erhältliche Abgashaube kann darüber hinaus die Freisetzung von Sporen in die Umgebungsluft verhindern.
Skalierbarkeit
Die genauestens definierte Geometrie der Rührkörper, die präzise charakterisierten verfahrenstechnische Parameter sowie der zu klassischen Rührkesselreaktoren vergleichbare Leistungs- und Sauerstoffeintrag (kLa > 0,4 s-1) durch die Magnetrührkörper ermöglichen eine einfache Skalierung der Ergebnisse in den Labor- und Produktionsmaßstab.
Automatisation
Der bioREACTOR kann als Desktopgerät (Stand-Alone) oder vollautomatisiert durch Integration in einen Pipettierroboter betrieben werden. Die Integration ermöglicht eine Kontrolle des pH, Zugabe von Substrat sowie Probenahme aus den Reaktionsgefäßen. Damit können Feeding-Strategien untersucht werden, eine OD Messung (atline) erfolgen oder Probe für weitere Versuche entnommen werden.
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Aerobe und anaerobe Kultivierung von Bakterien, Hefen und Pilzen Evaluierung geeigneter Produktionsstämme (Stammentwicklung) Medienscreening und -optimierung Optimierung der Prozessführung (manuelles Satzverfahren oder automatisiertes Satzverfahren sowie Zulaufverfahren durch Integration in Pipettierroboter) Wachstumsuntersuchungen Gen- und Proteinexpressionsstudien Viabilitätstests Inhibierungs- und Toxizitätsuntersuchungen Enzymessays Qualitätskontrolle Auch für chemische und enzymatische Reaktionen einsetzbar Vitamin B2 Produktion mit Bacillus subtilis [1] Enzymatische Hydrolyse von Pflanzenmaterialien [2] Herstellung des Biokraftstoffs Butanol mit Clostridium acetobutylicum [3] Herstellung eines Antimykotikums mit Streptomyces tendae [4] Essigsäureproduktion aus Synthesegas mit Acetobacterium woodii [5] Feeding-Strategien für Saccharomyces cerevsiae [6] Hydroxyisobuttersäureherstellung mit Cupriavidus necator [7] Fluxomanalysen von Escherichia coli Mutanten [8]Literatur
[1] Vester A, Hans M, Hohmann P, Weuster-Botz D (2009): Discrimination of riboflavin producing Bacillus subtilis strains based on their fed-batch process performances on a millilitre scale. Appl Microbiol Biotechnol 84: 71-76
[2] Riedlberger P, Weuster-Botz D (2012): New miniature stirred-tank bioreactors for parallel study of enzymatic biomass hydrolysis. Bioresource Technol 106: 138-146
[3] Schmidt M, Weuster-Botz D (2012): Reaction engineering studies of acetone-butanol-ethanol fermentation with Clostridium acetobutylicum. Biotechnol J 7: 656-661
[4] Hortsch R, Krispin H, Weuster-Botz D (2010): Process performance of parallel bioreactors for batch cultivation of Streptomyces tendae. Bioproc Biosys Eng, 34: 297-304
[5] Demler M, Weuster-Botz D (2011): Reaction engineering analysis of hydrogenotrophic production of acetic acid by Acetobacterium woodii. Biotechnol Bioeng 108: 470-474
[6] Gebhardt G, Hortsch R, Kaufmann K, Arnold M, Weuster-Botz D (2011): A new microfluidic concept for parallel operated milliliter-scale stirred tank bioreactors. Biotechnol Prog Vol. 27, No. 3.
[7] Höfel T, Wittmann E, Reinecke L, Weuster-Botz D (2010): Reaction engineering studies for the production of 2-hydroxyisobutyric acid with recombinant Cupriavidus necator H16. Appl Microbiol Biotechnol 88: 477-484.
[8] Heux S, Poinot J, Massou S, Sokol S, Portais JC (2014): A novel platform for automated high-throughput fluxome profiling of metabolic variants. Metabolic Engineering 25:8-19.
| Typ | bioREACTOR 48 | bioREACTOR 8 |
| Rührstellen | 48 | 8 |
| Rührstellenabstand | 35 mm | |
| Werkstoff Block | Aluminium, hard-coated | |
| Maße (BxTxH) | 240 x 340 x 145 mm | 66 x 340 x 145 mm |
| Versandgewicht (brutto) | ca. 16 kg | ca. 3,7 kg |
| Anschlußwert | 230 V / 100 W | 230 V / 50 W |
| Schutzart | IP31 | |
| Reaktionsgefäße | ||
| Arbeitsvolumen | 8 - 15 ml | |
| Material | Polystyrol (PS) | |
| Temperatur | ||
| Zul. Betriebstemperatur | +10 °C bis +65 °C (bei 80% Luftfeuchte) | |
| Durchmischung | ||
| Rührer | gasinduzierende Magnetrührkörper | |
| Drehzahlbereich | 100 - 4.000 rpm | |
| Begasung | ||
| Begasungsrate | 4,8 l/min | 0,8 l/min |
| Echtzeitmessung | ||
| pH-Bereich | 6,0 bis 8,5 | |
| DO-Bereich | 0 - 50 % O2 | |
| Ansprechzeit (pH/DO) | < 30 s (bei 15 - 45°C) | |
| Bestell-Nr. | B70048 | B70008 |
