스테인레스 스틸 생물 반응기와 관련하여 대부분의 사람들은 즉시 스테인레스 스틸을 주요 재료로 생각합니다. 스테인레스 스틸 생물 반응기의 주요 공급 업체로서 저는 이러한 필수 장비에서 중요한 역할을하는 다양한 다른 재료를 밝히기 위해 왔습니다. 스테인레스 스틸은 구조적 백본을 형성하지만 생물 반응기 작동에서 최적의 성능, 내구성 및 안전성을 보장하기 위해 다양한 보충 재료가 사용됩니다.
밀봉 재료
생물 반응기의 가장 중요한 측면 중 하나는 누출 - 타이트한 환경을 유지하는 것입니다. 이곳에서 밀봉 재료가 작동하는 곳입니다. O- 링은 일반적으로 배양 배지, 가스 또는 기타 물질의 누출을 방지하기 위해 스테인레스 스틸 생물 반응기에서 일반적으로 사용됩니다. O- 링에 가장 인기있는 재료는 실리콘 및 플루오로 카본 엘라스토머입니다.
실리콘 O- 링은 우수한 유연성과 생체 적합성으로 유명합니다. 그들은 서브 0에서 비교적 높은 온도에 이르기까지 다양한 온도를 견딜 수있어 다른 바이오 프로세싱 조건에 적합합니다. 실리콘은 또한 중간 산 및 염기와 같은 생물 반응기에 일반적으로 사용되는 많은 화학 물질에 내성이 있습니다. 또한, 부드러운 질감은 스테인리스 스틸 표면에 대해 잘 밀봉되어 손상을 일으키지 않습니다.
반면 플루오로 카본 엘라스토머는 우수한 화학 저항성을 제공합니다. 그들은 특정 바이오 프로세스 동안 존재할 수있는 강산, 용매 및 공격적인 화학 물질에 대한 노출을 견딜 수 있습니다. 플루오로 카본 O- 링은 실리콘보다 단단하지만 여전히 효과적인 밀봉을 제공합니다. 화학 공격에 대한 높은 저항은 생물 반응기의 밀봉 시스템의 장기적인 무결성을 보장하여 오염 위험을 줄이고 배양 환경의 멸균을 유지합니다.
개스킷
개스킷은 스테인레스 스틸 생물 반응기에 사용되는 또 다른 유형의 밀봉 재료입니다. 이들은 일반적으로 PTFE (폴리 테트라 플루오로 에틸렌) 또는 EPDM (에틸렌 프로필렌 디엔 단량체)과 같은 물질로 만들어진다. PTFE 개스킷은 열, 화학 물질 및 마찰에 매우 강합니다. 마찰 계수가 낮으므로 유지 보수 또는 청소 절차 중에 쉽게 설치하고 제거 할 수 있습니다. PTFE는 또한 대부분의 물질과 비 반응성이 없으므로 배양 배지의 순도가 가장 중요한 생물 반응기에 사용하기에 이상적입니다.
EPDM 개스킷은 우수한 기상 저항과 탄력성으로 평가됩니다. 온도 및 습도 변화와 같은 환경 조건이 변화하더라도 좋은 씰을 유지할 수 있습니다. EPDM은 또한 물, 증기 및 많은 일반적인 화학 물질에 저항력이있어 생물 반응기의 조인트와 연결을 밀봉하기위한 안정적인 선택입니다.
센서 및 프로브
센서와 프로브는 온도, pH, 용존 산소 및 바이오 매스 농도와 같은 다양한 매개 변수에 대한 실제 시간 데이터를 제공하므로 스테인레스 스틸 바이오 팅터의 필수 구성 요소입니다. 이 장치는 다양한 재료로 만들어집니다.
온도 센서의 경우 백금은 일반적으로 사용되는 재료입니다. 플래티넘은 매우 안정적인 저항 - 온도 관계를 가지므로 정확한 온도 측정을 가능하게합니다. 고온을 견딜 수 있으며 부식에 내성이있어 생물 반응기의 가혹한 환경에서 사용하기에 적합합니다.
pH 프로브는 종종 유리 막을 사용합니다. 유리 막은 용액의 수소 이온에 민감하여 pH 값을 측정 할 수있게한다. 이들 프로브에 사용 된 유리는 화학적으로 내성이 있고 광범위한 pH 값에 대한 안정적인 반응을 제공하도록 특별히 제조된다. 또한, pH 프로브 내부의 전극은 일반적으로 안정되고 신뢰할 수있는 전기 신호를 생성 할 수있는은/은 염화은/은과 같은 재료로 만들어진다.
용해 된 산소 센서는 금 및은과 같은 재료를 사용할 수 있습니다. 이 센서의 금 음극 및은 양극은 배양 배지에서 용존 산소의 농도를 측정 할 수있는 전기 화학적 세포를 생성합니다. 이 금속은 정확한 산소 측정에 필요한 전기 화학 반응을 촉진하는 안정성과 능력을 위해 선택됩니다.
코팅
경우에 따라, 스테인레스 스틸 생물 반응기는 성능을 향상시키기 위해 추가 재료로 코팅 될 수있다. 그러한 코팅 중 하나는 패시베이션 층입니다. 패시베이션은 스테인레스 스틸 표면에 얇고 보호적인 산화물 층을 형성하는 화학 처리입니다. 이 층은 부식을 방지하고 스테인레스 스틸을 배양 배지 및 세정제의 효과에 더 강하게 만듭니다.
다른 유형의 코팅은 비 - 스틱 코팅입니다. PTFE와 같은 비 스틱 코팅은 생물 반응기의 내부 표면에 적용될 수 있습니다. 이것은 세포, 단백질 및 기타 물질의 생물 반응기 벽에 대한 접착력을 감소시켜 청소하고 유지하기가 더 쉬워집니다. 비 - 스틱 코팅은 또한 생물막의 형성을 방지하는 데 도움이되며, 이는 생물 반응기에서 오염의 원인이 될 수 있습니다.
단열재
생물 반응기 내부의 안정적인 온도를 유지하기 위해 절연 재료가 종종 사용됩니다. 일반적인 단열재에는 유리 섬유 및 폴리 우레탄 폼이 포함됩니다. 유리 섬유 단열재는 공기를 포획하는 미세한 유리 섬유로 만들어져 우수한 열 단열재를 제공합니다. 가볍고 설치하기 쉽고 고온을 견딜 수 있습니다. 유리 섬유는 또한 화재 및 화학 물질에 저항력이있어 생물 반응기에 사용하기에 안전한 선택입니다.
폴리 우레탄 폼 단열재는 높은 절연 효율로 알려져 있습니다. 생물 반응기의 표면에 스프레이하여 모양을 준수하고 매끄러운 절연 층을 제공 할 수 있습니다. 폴리 우레탄 폼은 열전도율이 낮으므로 생물 반응기와 주변 환경 사이의 열 전달을 최소화하여 에너지 소비를 줄이고 생물 반응기 내부의보다 일관된 온도를 유지하는 데 도움이됩니다.
교반 및 혼합 성분
교반기와 믹서는 생물 반응기의 영양소, 가스 및 세포의 적절한 분포를 보장하는 데 중요합니다. 이 교반 장치의 임펠러는 종종 스테인레스 스틸로 만들어 지지만 추가 코팅이 있거나 복합 재료로 만들어 질 수 있습니다.
일부 임펠러는 내마모성을 향상시키기 위해 세라믹과 같은 재료로 코팅됩니다. 세라믹 코팅은 교반 동안 생성 된 연마력을 견딜 수 있으며, 특히 배양 배지에 고체 입자 또는 높은 점도 유체를 함유 한 생물 반응기에서 특히.
탄소 - 섬유 - 강화 폴리머와 같은 복합 재료는 또한 임펠러를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 이 재료는 높은 강도 대 중량 비율을 제공하므로, 임펠러는 교반의 기계적 응력을 견딜 수있을 정도로 가볍지 만 강하게 설계 될 수 있습니다. 이것은 교반 시스템의 에너지 소비를 줄이고 생물 반응기의 전반적인 효율을 향상시킬 수 있습니다.
튜브 및 배관
튜브 및 배관은 생물 반응기의 다른 구성 요소를 연결하고 시스템 안팎에서 유체를 전달하는 데 사용됩니다. 튜브 및 배관에 사용되는 재료에는 PVC (폴리 비닐 클로라이드), 실리콘 및 스테인레스 스틸이 포함됩니다.
PVC 튜브는 일반적으로 저압 응용 분야에 일반적으로 사용됩니다. 비교적 저렴하고 유연하며 자르고 연결하기 쉽습니다. PVC는 많은 화학 물질에 내성이 있으며 물, 배양 배지 및 일부 비 공격적인 화학 물질을 운반하는 데 사용될 수 있습니다.
실리콘 튜브는 매우 유연하고 생체 적합성입니다. 쉽게 멸균 될 수 있으므로 멸균 응용 분야에 사용하기에 적합합니다. 실리콘 튜브는 또한 고온에 내성이 있으며 뜨거운 유체 또는 가스를 운반하는 데 사용될 수 있습니다.
스테인리스 - 강철 배관은 고압 적용 및 부식성 또는 고 순도 유체를 운반하는 데 사용됩니다. 스테인레스 스틸은 강력하고 내구성이 뛰어나며 부식에 내성이있어 생물 반응기에서 배관 시스템의 장기적인 무결성을 보장합니다.
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참조
- Michael L. Shuler와 Fikret Kargi의 "Bioreactor Engineering Principles".
- ASM International의 "스테인리스 스틸 : 기술 안내서".
- DuPont (PTFE) 및 Dow Corning (실리콘 용)과 같은 재료 공급 업체의 다양한 기술 데이터 시트.