Биореактор — это сосуд, поддерживающий биологически активную среду. В нём растут клетки, реагируют ферменты и образуются продукты. Он обеспечивает температуру, pH, кислород и питательные вещества, необходимые живым системам. Он также обеспечивает перемешивание, благодаря чему клетки и питательные вещества распределяются равномерно. Без биореактора биопроизводство ограничивалось бы неглубокими колбами и чашками Петри.

Биореакторы бывают разных конструкций. Реакторы с мешалкой — это основные рабочие лошадки отрасли. В них для перемешивания культуры используется импеллер. В барботажных реакторах для циркуляции жидкости используется поток газа. В реакторах с неподвижным слоем клетки или ферменты находятся в фиксированной матрице. Мембранные биореакторы непрерывно отделяют клетки от продукта. Выбор зависит от типа клеток, продукта и масштаба производства.

Масштабирование — самая сложная часть. Биореактор объемом 10 литров ведет себя иначе, чем биореактор объемом 10 000 литров. Перемешивание занимает больше времени. Перенос кислорода становится ограничивающим фактором. Накапливается тепло. Инженеры используют вычислительные модели и пилотные установки, чтобы предсказать, как будет вести себя процесс в больших масштабах. Но это не всегда предсказуемо.

Биореакторы также используются в очистке сточных вод, где микроорганизмы разлагают загрязняющие вещества, и в тканевой инженерии, где они обеспечивают контролируемую среду для выращивания клеток в ткани. Концепция реактора проста. Инженерное решение – нет.