Un bioréacteur est un récipient qui abrite un milieu biologiquement actif. C'est là que les cellules se développent, que les enzymes réagissent et que des produits se forment. Il fournit la température, le pH, l'oxygène et les nutriments nécessaires aux organismes vivants. Il assure également le brassage, permettant ainsi une répartition homogène des cellules et des nutriments. Sans bioréacteur, la bioproduction se limiterait à des flacons peu profonds et des boîtes de Petri.

Il existe de nombreux modèles de bioréacteurs. Les bioréacteurs à cuve agitée sont les plus utilisés dans l'industrie. Ils utilisent une turbine pour mélanger la culture. Les bioréacteurs à circulation d'air utilisent un flux de gaz pour faire circuler le liquide. Les bioréacteurs à lit fixe contiennent des cellules ou des enzymes dans une matrice fixe. Les bioréacteurs à membrane séparent les cellules du produit en continu. Le choix dépend des cellules, du produit et de l'échelle de production.

Le passage à l'échelle industrielle est la partie la plus complexe. Un bioréacteur de 10 litres se comporte différemment d'un bioréacteur de 10 000 litres. Le mélange est plus long. Le transfert d'oxygène devient un facteur limitant. La chaleur s'accumule. Les ingénieurs utilisent des modèles informatiques et des installations pilotes pour prédire le comportement d'un procédé à grande échelle. Ce n'est pas toujours prévisible.

Les bioréacteurs sont également utilisés dans le traitement des déchets, où les microbes décomposent les polluants, et en ingénierie tissulaire, où ils fournissent un environnement contrôlé pour la culture de cellules en tissus. Le principe du bioréacteur est simple. Sa mise en œuvre, en revanche, est complexe.