Ein Bioreaktor ist ein Gefäß, das ein biologisch aktives Milieu ermöglicht. Hier wachsen Zellen, reagieren Enzyme und Produkte entstehen. Er liefert die für lebende Systeme notwendige Temperatur, den pH-Wert, Sauerstoff und Nährstoffe. Zudem sorgt er für die Durchmischung, sodass Zellen und Nährstoffe gleichmäßig verteilt werden. Ohne Bioreaktor wäre die Bioproduktion auf flache Kolben und Petrischalen beschränkt.

Bioreaktoren gibt es in vielen Ausführungen. Rührkesselreaktoren sind die Arbeitspferde der Industrie. Sie verwenden ein Rührwerk zur Durchmischung der Kultur. Airlift-Reaktoren nutzen einen Gasstrom zur Flüssigkeitsumwälzung. Festbettreaktoren halten Zellen oder Enzyme in einer festen Matrix. Membranbioreaktoren trennen Zellen kontinuierlich vom Produkt. Die Wahl des Reaktortyps hängt von den Zellen, dem Produkt und dem Maßstab ab.

Die Skalierung ist die größte Herausforderung. Ein 10-Liter-Bioreaktor verhält sich anders als ein 10.000-Liter-Reaktor. Das Mischen dauert länger. Der Sauerstofftransfer wird zum limitierenden Faktor. Es entsteht Wärme. Ingenieure nutzen Computermodelle und Pilotanlagen, um das Verhalten eines Prozesses im großen Maßstab vorherzusagen. Doch auch das ist nicht immer möglich.

Bioreaktoren werden auch in der Abfallbehandlung eingesetzt, wo Mikroorganismen Schadstoffe abbauen, und im Tissue Engineering, wo sie eine kontrollierte Umgebung für das Wachstum von Zellen zu Gewebe bieten. Das Konzept des Reaktors ist einfach. Die technische Umsetzung hingegen nicht.