مفاعل حيوي

منظم النمو المفرط

ومن جهة أخرى، هناك أنواع أخرى من منظمات النمو المفرط يمكنها قياس جهد الأكسجين وتركيزات الإيثانول بالإضافة لتركيزات السكر.

من جهة ثانية، منظم النمو المفرط هو عبارة عن جهاز إمداد مستمر بمزارع النمو، والذي في حين تشغيله، يقوم باستخدام المعلومات والإحصائيات من القياسات المأخوذة بشأن غرفة النمو للتحكم في معدل تدفق وسط النمو، محافظاً على القياس بشكل ثابت . كان «أوكسو» آلهة الإغريق أثناء نمو الربيع، وكبادئة تمثل المواد الغذائية . ومع ذلك، فإن أكثر الأنواع مثالية لجهاز منظم النمو المفرط هو الخاص بدرجة الحوضة ، حيث يتم تسجيل الملاحظات أو الإحصائيات ما بين معدل النمو ومقياس درجة الحموضة pH.

انظر كذلك

مفاعل ناسا الحيوي لاستنساخ الأنسجة

علاوةً على ذلك، لمزيد من المعلومات عن مزرعة النسيج الصناعي، اطلع على هندسة النسج.

من جانب آخر، طورت ناسا من نموذجاً جديداً من المفاعلات الحيوية التي تقوم صناعياً بإنماء الأنسجة في مزارع الخلايا. ولمفاعل ناسا الحيوي للأنسجة القدرة على إنماء نسيج القلب، الأنسجة الهيكلية، الأربطة، فضلًا عن الأنسجة السرطانية بغرض الدراسة، وكذلك أنواعٍ أخرى من الأنسجة.

المفاعل الحيوي الضوئي

وفي هذا الصدد، المفاعل الحيوي الضوئي هو مفاعلٌ حيويٌ يقوم بدمج بعضاً من نماذج مصادر الضوء. وبصورةٍ فرضيةٍ، يمكن اعتبار أي وعاء أو حاوية شفيف (مضيء داخلياً) مفاعلاً حيوياً ضوئياً، على الرغم من أن المصطلح يشيع استخدامه لتحديد أو تعريف نظام مغلق، على عكس الحوض المفتوح أو البركة المفتوحة. وتستعمل المفاعلات الحيوية الضوئية لإنماء وتربية بعض الأحياء المضيئة ومنها مثلًا الزراقم (البكتريا الزرقاء)، الأشنيات، أو النباتات الطحلبية . وتستعمل مثل تلك الكائنات الحية الضوء من خلال عملية التمثيل الضوئي، الممثلة لمصدر طاقتهم والتي لا تتطلب إلى سكريات أو دهون كمصدرٍ للطاقة. نتيجةً لذلك، تنخفض مخاطر التلوث بالكائنات الأخرى كالبكتريا أو الفطريات في تلك المفاعلات الحيوية الضوئية عند مقارنتها بالمفاعلات الحيوية الخاصة بالعضويات غيرية التغذية.

معالجة مياه الصرف الصحي

من جانب آخر، وفي المفاعلات الحيوية، حيث يكون الهدف نموالخلايا أو الأنسجة سواءً للأغراض التجريبية أو العلاجية، فإن التصميم يكون مختلفٌ بصورةٍ واضحةٍ عن تلك (المفاعلات الحيوية) المستعملة للأغراض الصناعية. هذا ويجب أن يكون للعديد من الخلايا والأنسجة، خاصةً الثديية منها، دعماً سطحياً أو بنائياً لتنمو، فضلًا عن أن البيئات المتهيجة غالباً ما تكون مدمرةً لمثل تلك الخلايا والأنسجة. هذا وتحتاج الحيوانات الأرقى إلى وسيطٍ أكثر تعقداً للنمو.

من جانب آخر، ونتيجة أنها تُعَدُ المحركات التي تقوم بعمليات المعالجة الحيوية لمياه الصرف الصحي، فمن الضروري أن يتم ضبط ومراقبة كم وجودة الكائنات الحية الدقيقة في تلك المفاعلات الحيوية بصورةٍ قريبةٍ. وأحد الأمثلة على تلك الطرق هو من خلال الجيل الثاني من اختبارات أدينوسين ثلاثي الفوسفات أو ATP tests.

ومن جهة أخرى، كما صُممت المفاعلات الحيوية كذلك لمعالجة مياه الصرف الصحي والمخلفات السائلة. وفي أكثر تلك الأنظمة كفاءةً، يوجد مورداً للتدفق الحر، وهو عبارة عن وسيطٍ خاملٍ كيميائياً والذي يلعب دور الوعاء للبكتريا والتي تُكَسِّرُ مياه الصرف الصحي الخام. وغالباً ما تشتمل الأمثلة على مثل تلك المفاعلات الحيوية حاويات أو أحواض منفصلة متوالية فضلًا عن عازل كيميائي أو أغعصار حلزوني لتسريع انقسام المياه والمواد الصلبة الحيوية. وهنا توفر المهويات (أجهزة للإشباع بالهواء) الأكسجين لمياه الصرف والوسيط كذلك لتسريع عملية التكسير. كما يقل معدل طلب الأكسجين البيوكيميائي بصورةٍ كافيةٍ بهدف جعل المياه الملوثة صالحة لإعادة الاستخدام مرةً أخرى. في حين يمكن تجميع المواد الصلبة الحيوية من أجل إجراء مزيدٍ من المعالجة لها أو يتم تجفيفها واستخدامها كمخصباتٍ. ومن الأمثلة البسيطة بوشوحٍ على المفاعلات الحيوة ي لمعالجة مياه الصرف الصحي ذلك المكون من حوض أو خزان للتفسخ أو التعفن، حيث تترك مياه الصرف الصحي في الموقع، سواءً مع أو بدون وسيطٍ إضافيٍ لتنشئة البكتريا. وفي تلك اللحظة، يمثل الرسوب الطيني أو الوحلي اللزج المضيف أو العائل الأولي (الطين المنشط) للبكتريا. وهنا تُعَدُ أنظمة التعفن تلك الأكثر تناسباً عندما تتوفر مساحةً كافيةً من اليابسة، فضلًا عن نظامٍ ليس عرضةً للطوفان أو الأرض زائدة التشبع، وحيث لا يمثل أيٍ من الوقت أو الكفاءة عاملٍ جوهريٍ هناك.

Biochemical engineering

• إنتاج الهيدروجين الحيوي )
• زرع الخلايا
• Chemostat

تقنية حيوية صناعية

• خزان تفسخ أو خزان تعفن )
• هندسة النسج
• المصادر

تصميم المفاعل الحيوي

من جهة ثانية، حيث أن المبدل الحراري يكون مطلوباً للحفاظ على العملية الحيوية في درجة حرارةٍ مستقرة وثابتة. حيث يكون التخمر الحيوي مصدراً أساسياً للحرارة، ومن ثم تحتاج المفاعلات الحيوية في أغلب الأحيان إلى عملية تبريدٍ أو تجميدٍ. حيث قد يتم تبريدهم أو تجميدهم بغطاءٍ خارجيٍ أو، في بعض الأوعية أو الحاويات الكبيرة، بأنابيبٍ وملفاتٍ داخليةٍ.

كذلك، وفي عملية التنفس الهوائي، ربما تمثل عملية نقل الأكسجين أصعب مهمةٍ لتُنْجَزُ. فالأكسجين هو أحد الغازات التي تذوب أو تنحل في الماء بصعوبةٍ وبدرجةٍ منخفضةٍ – بل بدرجةٍ أقل في حساء التخمر – كما أنه نادر أو شحيح في الهواء الجوي (حيث تصل نسبة تواجده في الهواء إلى 20.95%). وغالباً ما تساعد عملية التهيج في نقل الأكسجين، والتي تكون مطلوبة لخلط المغذيات والحفاظ على نتاغم وتجانس عملية التخمر. إلا أنه على الرغم من ذلك، توجد حدود لسرعة التهيج، وذلك بسبب كلاً من الاستهلاك العالي للطاقة (والتي تتناسب مع مكعب سرعة حركة الإلكترون) والضرر الذي تتعرض له الكائنات الحية بسبب سرعة الميل المتزايدة. وفي مجال الممارسة، تتعرض المفاعلات الحيوية للضغط؛ مما يزيد من محلولية الأكسجين في الماء.

وفي هذا السياق، يمثل تصميم المفاعل الحيوي مسألةً هندسيةً معقدةً مركبةً، والتي تم دراستها في نظام الهندسة الكيمياحيوية. وتحت الظروف المثلى، تُعَدُ الكائنات الدقيقة أو الخلايا قادرة على أداء وظيفتها المرغوبة بنسبة نجاح تُقَدَرُ بـمائة في المائة. هذا ويجب ضبط الظروف البيئية ومراقبتها بشكلٍ دقيقٍ والتي منها الغازية (كالهواء، الأكسجين، النيتروجين، ثاني أكسيد الكربون)، وكذلك معدلات التدفق، درجة الحرارة، الأس الهيدروجيني (pH)، فضلًا عن مستويات الأكسجين المذاب، وأيضاً معدل سرعة/ دائرية التهيج .

من جانب آخر، إلا أنه يجب ملاحظة أن القاذورات قد تضر بالكفاءة العامة للمفاعل الحيوي، وبخاصةً المبادلات الحرارية . ولتجنب وقوع مثل ذلك الإفساد، يجب تنظيف المفاعل الحيوي بسهولةٍ ويسرٍ كلما كان ذلك متاحاً (ومن ثم تتشكل الجولة).

علاوةً على ذلك، ويستعمل أغلب مصنعي المفاعلات الحيوية الصناعية الأوعية، المستشعرات ونظاماً للتحكم مشتبكين معاً في شبكةٍ واحدةٍ.