Minifors – bioreaktor, který vás nekousne

Pěstovat bakterie nebo i tkáňové kultury lze několika způsoby. Nejrozšířenějšími z nich jsou statické uložení v inkubátoru nebo třepání v orbitální třepačce. Ne každého však uspokojí výtěžnost těchto metod. 

Překvapivě mnoho uživatelů třepaček se fermentorů obává. "Je tam spousta hadiček, pumpiček, musí se neustále regulovat vzdušnění a navíc to stojí hodně peněz!" I takové argumenty už jsem zaslechl. Jiní si jenom nevěří, že obsluhovat plnohodnotnou fermentaci bude v rámci jejich sil a schopnosti pochopení sofistikovaného zařízení. Přece jenom u třepačky stačí nastavit teplotu, otáčky a je vystaráno. 

Skutečností však je, že bioreaktor může být nejen stejně jednoduchý na obsluhu jako inkubovaná třepačka, ale nabídne mnohem lepší výsledky, a dokonce může být i levnější. Důkazem tvrzení je Minifors, který INFORS HT koncipoval především pro uživatele - začátečníky. Je ovšem pravdou, že se těší oblibě také u dlouhodobých fermentací, kde není zapotřebí pokročilejší regulace plynů. 

Z čeho se skládá bioreaktor

Minifors je patrně nejmenší plnohodnotný bioreaktor na trhu. Slovo plnohodnotný má zde svůj význam, protože za fermentor můžeme prohlásit rovněž magnetickou míchačku s ohřevem a patřičnou nádobou pro médium. Skutečný fermentor musí obsahovat minimálně kultivační nádobu s určitým poměrem výška / šířka, možnost regulace vzdušnění, schopnost samostatně regulovat pH, aseptický způsob inokulace a odběru vzorků, míchání, které lze reprodukovat i ve větších objemech, ale nesmí chybět ani adekvátní řídící jednotka pro rychlou kontrolu stavu a samozřejmě SCADA software, který bude celý proces řídit a zaznamenávat. 

Při pohledu na Minifors uživatele může opustit strach ze složitého zařízení. Představíme jeho hlavní části:

• Tělo bioreaktoru obsahuje všechny přípojky (plyny, voda, elektřina) a ve spodní části najdeme stejný, voděodolný ovládací panel, jako mají inkubované třepačky Multitron Standard. 
• V horní části je umístěno rameno coby pohon míchadla.
• Na pravé straně jsou 2 peristaltické pumpičky pro dávkování kyseliny/zásady, příkrm a odpěňovadlo, je-li zapotřebí.
• Na levé straně je pak rotametr určující množství plynu, které se dostane do kultivační nádoby.
• Uprostřed je nerezový držák, který je spjatý s kultivační nádobou, a pojme také 2 lahvičky o objemu 250 ml pro reagencie.
• Samozřejmě neschází ani software IRIS, který je instalován na příslušném počítači. 

Kromě hlav peristaltických pumpiček bychom na přístroji marně hledali další plasty. Víko i držák kultivační nádoby, stejně jako míchadlo, jsou z kvalitní nerezové oceli AISI 316L. Cokoliv dalšího ve styku s produktem je bromsilikátové sklo. 

Vše výše uvedené je holý základ, který ovšem už plně postačuje pro spuštění první kultivace. Postup od rozbalení až po první inokulaci ukazuje následující video:

Volitelné příslušenství

Minifors sice nenabízí takovou variabilitu jako model Labfors 5, ale přesto vyhoví většině běžných požadavků. Kontroluje a sleduje teplotu, otáčky, pH a lze ručně regulovat vzdušnění. Pokud bychom chtěli Minifors plně osadit, můžeme přidat řadu příslušenství. 

3. a 4. perilstaltická pumpička slouží pro odpěňovadlo a příkrm. To se hodí zvláště pro kontinuální kultivace, se kterými bioreaktor nemá nejmenší problém. Součástí pumpičky je také vždy propojení a další lahvička o objemu 250 ml. 

O měření kyslíku se stará pO₂ sonda. Minifors již v základním provedení disponuje potřebným kabelem, a lze tak systém jednoduchým připojením sondy rozšířit o měření rozpuštěného kyslíku (DO). Stejným způsobem je možné fermentor rozšířit o měření redox potenciálu v případě anaerobních fermentací. 

Regulace teploty média probíhá za pomoci aluminiového bloku. Potřebuje-li uživatel médium pouze přihřívat, není ani nutné systém napojovat na vodovodní síť. Napojení vody poslouží pro chlazení kultivační nádoby. Pokud by chlazení stále nebylo dostačující, pomůže tzv. "Cold-Finger", tedy rozšíření chladícího okruhu přímo do média. 

V otázce vzdušnění je možné systém rozšířit o obohacování vzduchu kyslíkem a současně lze přidat MassFlow Controller, který zajišťuje automatickou regulaci průtoku plynu do kultivační nádoby. V programu IRIS je pak možné vytvořit kaskádu pro regulaci pO₂, kdy se nejprve zvýší otáčky míchadla a teprve při neustálém nedostatku okysličování začne fermentor pozvolně otevírat vzdušnící ventil. Zejména pak pro fermentaci tkáňových kultur se nabízí možnost samostatné větve CO₂ s vývodem pod víko pro regulaci pH.

Kromě dalšího příslušenství v podobě balíků spotřebního materiálu a systémů pro různé metody odběru vzorků stojí za zmínku analogový I/O. Ten umožňuje uživateli připojit jakýkoliv další měřený i regulovatelný parametr, jako například 5. peristaltickou pumpičku, dávkování podle hmotnosti nebo různé analyzátory (biomasa, zákal,...). Společně s tímto INFORS HT nabízí i vlastní analyzátor O₂&CO₂, ale měřit lze de facto jakýkoli plyn. 

Kompaktní systém

Jak již bylo uvedeno, Minifors se vyrábí ve dvou variantách objemu kultivační nádoby. Verze s 2,5 litru celkového objemu poskytuje možnost kultivovat 0,6 až 1,7 litru média, zatímco 5 l varianta nabízí kultivace od 1,4 do 3,5 litru. 

Toto je zajímavé především při porovnání s rozměry celého fermentoru, které jsou stejné, bez ohledu velikosti kultivační nádoby. Minifors zabere laboratorní stůl pouze 384 mm na šírku a 370 mm na hloubku. Při srovnání se zpracovávaným objemem je nemožné najít adekvání poměr u jakékoli třepačky nebo inkubátoru. 

Při maximálním osazení dosahuje kompletní systém výšky 655 mm. Tyto rozměry tak dávají uživateli možnost Minifors umístit do laminárního boxu a vést celou kultivaci v A třídě čistoty. 

Řízení a záznam

Ačkoliv je bioreaktor vybaven stejným řídícím panelem jako oblíbené orbitální třepačky, žádný z dosavadních uživatelů, oproti původním plánům, u něj dlouho nezůstal. Součástí balení je vždy program IRIS. Jeho dominantou je jednoduché rozhraní, které začínajícího uživatele nezahltí množstvím složitých nastavení, ale pokročilejším uživatelům tyto možnosti nabízí. 

Spustit fermentaci v úvodní fázi inokulace zabere asi necelou minutu. Pokud je médium ustálené a uživatel provede "naočkování", jedním stiskem se přepne do ostrého režimu fermentace, kdy už systém hlídá veškeré hodnoty a uživateli hlásí každé případné překročení nastavené hodnoty nebo následně kritický alarm. Ze samotné kultivace nemusí mít začátečník strach, součástí dodávky je také tzv. kuchařka pro běžné typy bakterií (příp. buněk) s uvedeným postupem a tipy právě pro Minifors. 

Záznam celého procesu lze následně exportovat do formátu MS Excel^TM nebo provést porovnání s předchozími procesy. 

Bioreaktor se k počítači připojuje pomocí sériového kabelu RS-232. K jednomu počítači lze tak připojit běžně i 2 nebo 3 přístroje Minifors. Je-li potřeba, lze pomocí multiplexeru INFORS HT zapojit na jeden počítač až 7 fermentorů. 

Za zmínku stojí také jedna vlastnost řídící jednotky - ačkoliv je jí program IRIS nadřazen při zadávání parametrů, není na něm závislá. V praxi to znamená, že při ztrátě komunikace s počítačem (selhání disku, zamrznutí operačního systému, atp.) bude udržovat poslední nastavené paramertry a fermentace tak bude zachována.