انواع فرمانتور

انواع فرمانتور:

فرمانتورها یا بیوراکتورها دستگاه‌هایی هستند که برای کشت میکروارگانیسم‌ها، سلول‌های گیاهی یا جانوری در مقیاس صنعتی و آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دستگاه‌ها محیطی کنترل‌شده را برای رشد و تکثیر میکروارگانیسم‌ها فراهم می‌کنند و در صنایع مختلفی از جمله داروسازی، غذایی، کشاورزی و زیست‌سوخت استفاده می‌شوند.

انواع فرمانتور بر اساس طراحی و کاربرد به شرح زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

1 .فرمانتورهای همزن‌دار (Stirred-Tank Reactor):

این نوع فرمانتورها رایج‌ترین نوع هستند و از یک مخزن استوانه‌ای شکل با همزن‌هایی برای مخلوط کردن محیط کشت استفاده می‌کنند. همزن‌ها باعث همگن شدن محیط کشت، انتقال اکسیژن و حذف دی‌اکسید کربن می‌شوند.

· مزایا: طراحی ساده، قابلیت کنترل دقیق پارامترهای عملیاتی، مناسب برای کشت‌های با چگالی سلولی بالا.

· معایب: احتمال آسیب به سلول‌ها به دلیل برش توسط همزن، نیاز به انرژی زیاد برای هم زدن.

2 .فرمانتورهای حبابی (Bubble Column Reactor):

در این نوع فرمانتور، هوا یا گاز از پایین مخزن به صورت حباب وارد می‌شود و باعث اختلاط و هوادهی محیط کشت می‌شود.

• مزایا:طراحی ساده، هزینه ساخت پایین، مناسب برای کشت میکروارگانیسم‌های هوازی.
• معایب:کنترل ضعیف بر روی اندازه حباب‌ها، محدودیت در انتقال اکسیژن به محیط کشت.

 3 .فرمانتورهای ایرلیفت (Airlift Reactor):

در این نوع فرمانتور، هوا یا گاز به یکی از دو ناحیه تقسیم شده در مخزن دمیده می‌شود و باعث ایجاد جریان همرفتی می‌شود.

• مزایا:برش کم سلولی، انتقال اکسیژن بالا، مناسب برای کشت سلول‌های حساس.
• معایب:طراحی پیچیده‌تر نسبت به فرمانتورهای همزن‌دار.

 4 .فرمانتورهای نوری (Photobioreactor):

این فرمانتورها برای کشت میکروارگانیسم‌های فتوسنتزی مانند جلبک‌ها طراحی شده‌اند و به منبع نوری نیاز دارند.

• مزایا:مناسب برای تولید بیومس، تولید سوخت‌های زیستی، تولید مواد شیمیایی.
• معایب:نیاز به منبع نور قوی و کنترل دقیق شدت نور.

 5 . فرمانتورهای بستر ثابت (Packed Bed Reactor):

در این نوع فرمانتور، حامل‌های جامد (مانند دانه‌های پلیمر) در مخزن قرار می‌گیرند و میکروارگانیسم‌ها روی سطح آن‌ها رشد می‌کنند.

• مزایا:چگالی سلولی بالا، مناسب برای تصفیه فاضلاب.
• معایب:مشکل در تمیز کردن و استریل کردن.

عوامل موثر در انتخاب نوع فرمانتور:

• نوع میکروارگانیسم:برخی از میکروارگانیسم‌ها به برش حساس هستند و نیاز به فرمانتورهای با برش کم دارند.
• اندازه و چگالی سلول‌ها:سلول‌های بزرگتر به فضای بیشتری نیاز دارند.
• میزان اکسیژن مورد نیاز:برخی از فرآیندها به اکسیژن بیشتری نیاز دارند.
• ویسکوزیته محیط کشت:محیط‌های کشت با ویسکوزیته بالا به همزن‌های قوی‌تری نیاز دارند.
• حجم تولید:برای تولید در مقیاس بزرگ، فرمانتورهای با حجم بالا مورد نیاز است.

عوامل دیگری که در انتخاب فرمانتور موثر هستند عبارتند از:

• هزینه ساخت و نگهداری
• سهولت در تمیز کردن و استریل کردن
• قابلیت اتوماسیون

انتخاب نوع مناسب فرمانتور برای هر فرآیند بیولوژیکی، به عوامل مختلفی بستگی دارد و نیاز به ارزیابی دقیق شرایط دارد. مهندسان بیوشیمی و زیست‌پزشکی با توجه به نیازهای خاص هر پروژه، بهترین نوع فرمانتور را انتخاب می‌کنند.

اجزای اصلی یک فرمانتور شامل موارد زیر است:

  1 . مخزن کشت (Vessel):

• مخزن اصلی:این بخش، محل کشت و رشد میکروارگانیسم‌ها است. معمولاً از جنس استیل ضد زنگ یا شیشه ساخته می‌شود و باید استریل و ضدعفونی شده باشد.
• ژاکت:برای کنترل دما و ایجاد شرایط دمایی مناسب برای رشد میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شود

 2 . سیستم هم‌زن:

• همزن:برای مخلوط کردن محیط کشت، انتقال اکسیژن و حذف دی‌اکسید کربن استفاده می‌شود. انواع مختلفی از همزن‌ها مانند همزن توربینی، همزن پروانه‌ای و همزن انکر وجود دارد.

  3 . سیستم هوادهی:

• اسپارجر:برای تزریق هوا یا گازهای دیگر به محیط کشت استفاده می‌شود. حباب‌های هوا باعث انتقال اکسیژن به میکروارگانیسم‌ها می‌شوند.

4 .  سیستم کنترل دما:

• ترموستات:برای تنظیم دمای محیط کشت استفاده می‌شود.
• سنسور دما:برای اندازه‌گیری دمای محیط کشت استفاده می‌شود.

 5 . سیستم کنترل pH:

• پمپ تزریق اسید و باز:برای تنظیم pH محیط کشت استفاده می‌شود.
• سنسورpH: برای اندازه‌گیری pH محیط کشت استفاده می‌شود.

6. سیستم کنترل فوم:

• ضد کف:برای جلوگیری از تشکیل کف در محیط کشت استفاده می‌شود.

7. سیستم نمونه‌برداری:

• پورت نمونه‌برداری:برای برداشت نمونه از محیط کشت در طول فرآیند تخمیر استفاده می‌شود.

8. 8. سیستم کنترل:

• کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی(PLC): برای کنترل تمام پارامترهای فرآیند مانند دما، pH، سرعت همزن و جریان هوا استفاده می‌شود.
• صفحه نمایش:برای نمایش اطلاعات و تنظیم پارامترها استفاده می‌شود.

سایر اجزای جانبی:

• پمپ‌ها:برای پمپاژ محیط کشت، مواد مغذی و سایر محلول‌ها استفاده می‌شوند.
• فیلترها:برای تصفیه هوا و گازهای ورودی به فرمانتور استفاده می‌شوند.
• شیرها و اتصالات:برای کنترل جریان سیالات و گازها استفاده می‌شوند.

توجه: طراحی و پیچیدگی یک فرمانتور بسته به نوع فرآیند و مقیاس تولید متفاوت است. برخی از فرمانتورها ممکن است دارای تجهیزات اضافی مانند سیستم‌های استریلیزاسیون، سیستم‌های کنترل فشار و سیستم‌های اندازه‌گیری آنلاین باشند.

سخن پایانی

شرکت اشکان تجهیز اسپادانابه عنوان یک شرکت دانش بنیان مستقر در پارک علم و فناوری اصفهان دارای محصولاتی همچون: راکتور ، راکتور همزن دار، راکتور همزن دار تحت فشار، کوپلینگ مغناطیسی، مگنت کوپلینگ، مگنت درایو، اتوکلاو، فرمانتور، کابل جمع کن، کابل جمع کن مغناطیسی، کابل جمع کن مگنتی، میکسر دابل پلانتری،  همزن دو پروانه ای است.