Der "bioREACTOR 48" von 2mag revolutioniert die biotechnologische Prozessentwicklung

Die moderne Biotechnologie ist aus der heutigen Industrielandschaft kaum mehr wegzudenken. Bei der Herstellung genetisch veränderter Pflanzen für die Lebensmittel- und Futterindustrie (grüne Biotechnologie), der Erzeugung neuer Medikamente in der Pharmaindustrie (rote Biotechnologie), der Nutzung von Meeresressourcen (blaue Biotechnologie), dem Umweltschutz (braune Biotechnologie) oder der Abfallwirtschaft (graue Biotechnologie) - biotechnologische Verfahren ersetzen immer mehr die alten klassischen Prozesse oder schaffen neue Produktionswege für bisher industriell schwer zugängliche Substanzen. Auch in anderen klassischen Industriezweigen, wie der Herstellung von Waschmitteln, Kosmetika und Reinigungsmitteln (weiße/industrielle Biotechnologie), sind biotechnologische Produktionsverfahren bereits fester Bestandteil der Industrie geworden, da sie umweltfreundlicher und ressourcenschonender als viele chemische Verfahren sind.

Um wettbewerbsfähige biotechnologische Prozesse zu entwickeln ist eine Vielzahl von Experimenten notwendig. Meist beginnt die Suche nach geeigneten Stämmen und Medienzusammensetzungen in Mikrotiterplatten oder Schüttelkolben. Ein paar wenige erfolgversprechende Ansätze werden anschließend in den Labormaßstab (wenige Liter) übertragen und näher charakterisiert. Auf Basis dieser Daten kann nun ein geeigneter Produktionsprozess identifiziert, gestartet und optimiert werden.

Identifizierung und Optimierung neuer biotechnologischer Produktionswege
Identifizierung und Optimierung neuer biotechnologischer Produktionswege


Die Entwicklung solcher neuer Prozesse ist auf Grund der großen Parametervielzahl (Mikroorganismus, Medienzusammensetzung, Prozessführung, Up-Scaling…) sehr zeit-, kosten- und materialintensiv. Bisher gab es auf dem Markt kein Bioreaktionssystem, das eine einfache und dennoch genaue Abbildung von Produktionsprozessen im Milliliter-Maßstab ermöglicht und gleichzeitig kostengünstig, platz- und zeitsparend eingesetzt werden konnte.

Die Antwort für die Bioprozessentwicklung

Der 2mag bioREACTOR 48 ist die moderne und einfache Antwort auf die bereits seit längerem bestehende Nachfrage nach einem solchen Tool für die Bioprozessentwicklung. Hier können in 48 parallelen miniaturisierten Reaktoren Experimente durchgeführt werden, die sowohl Versuche im µL-Maßstab (Mikrotiterplatten) als auch Versuche im Schüttelkolben ersetzen. Der zum klassischen Laborfermenter vergleichbare Leitungs- und Sauerstoffeintrag ermöglicht zudem eine einfache Skalierung in den Labormaßstab. Somit kann die Entwicklung neuer biotechnologischer Prozesse oder die Optimierung bereits bestehender biotechnologischer Verfahren mit dem bioREACTOR 48 deutlich beschleunigt werden.

Im 2mag bioREACTOR 48 können in 48 parallelen Reaktoren Experimente durchgeführt werden, die sowohl Versuche im µL-Maßstab, als auch im Schüttelkolben ersetzen.
Im 2mag bioREACTOR 48 können in 48 parallelen Reaktoren Experimente durchgeführt werden, die sowohl Versuche im µL-Maßstab, als auch im Schüttelkolben ersetzen.


Die Miniaturisierung in den niedrigen Milliliter-Maßstab (8-15 ml) gewährleistet eine signifikante Material- und Kostenersparnis. Der 2mag bioREACTOR 48 zeichnet sich besonders durch die präzise Temperaturregelung, den exakt kontrollierbaren Drehzahlbereich mit automatischem Rührstab-Monitoring sowie der nicht-invasiven Echtzeitmessung von pH und Gelöstsauerstoff aus. Die Begasung und Durchmischung der einzelnen Reaktionsgefäße erfolgt durch gasinduzierende, induktiv angetriebene Magnetrührorgane. Die sterile Kopfraumbegasung mit variablem Volumenstrom 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 > 0,4s-1) gewährleisten eine einfache und zugleich zuverlässige Skalierung der Ergebnisse.

Neben dem Betrieb als Einzelgerät (Stand-Alone) kann der bioREACTOR 48 zudem auch vollautomatisiert durch Integration in einen Pipettierroboter betrieben werden.

Applikationen bioREACTOR 48

Der bioREACTOR 48 wurde auf Grund seiner Vielseitigkeit bereits bei der Entwicklung verschiedenster biotechnologischer Prozesse eingesetzt. Eine Vielzahl weiterer bisher nicht publizierter Projekte läuft derzeit an diversen Forschungseinrichtungen und in der Industrie. Exemplarisch sind hier dennoch einige bereits veröffentlichte Projekte zu nennen:

  • Vitamin B2 Produktion mit Bacillus subtilis [1]
  • Enzymatische Hydrolyse von Pflanzenmaterialien [2]
  • Biokraftstoff Butanol mit Clostridium acetobutylicum [3]
  • Herstellung eines Antimykotikums mit Streptomyces tendae [4]
  • Essigsäureproduktion aus Synthesegas mit Acetobacterium woodii [5]

Um weitere Prozesse realisieren zu können wird der 2mag bioREACTOR stetig weiterentwickelt.

Kurzinformation 2mag bioREACTOR

bioREACTOR 48
Rührstellen 48
Rührstellenabstand 35 mm
Rührvolumen/Rührstelle 8 - 15 ml
Blockbohrungen (Ø) 22,5 mm
Reaktionsgefäße (ØxL) 22,5 mm x 87 mm
Rührleistung 25/50/75/100 W (4-stufig)
Zul. Betriebstemperatur 0 - 65°C
Drehzahlbereich 0 - 4.000 rpm
pH-Messbereich Sensor 5,5 - 8,0
Werkstoff Block Aluminiumlegierung, hard-coated
Maße (BxTxH) 240 x 340 x 145 mm
Gewicht ca. 16 kg
Lagerbedingungen -40°C bis +70°C, 10 - 95%, 500 - 1060 hPa
Schutzklasse IP 31
Anschlußwert 230 V / 150 W
Versandgewicht (brutto) ca. 27 kg
Bestell-Nr. 70048


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