Is je bioreactor klaar voor de nieuwe sensortechnologie?

De bioreactor is in de biofarmaceutische industrie hét hart van het productieproces. In industriële fermentatieprocessen worden zowel micro-organismen (zoals gist en bacteriën) alsook dierlijke cellijnen in een bioreactor gekweekt. Optimale cultuurcondities zijn nodig om de gewenste doelmoleculen te kunnen produceren voor de ontwikkeling van bijvoorbeeld medicatie. Betrouwbare sensoren zijn daarom essentieel. Kevin Boels en Wouter Postuma, werkzaam bij Elscolab, gaan dieper in op de voordelen van digitale, intelligente sensortechnologie.

In bioreactoren vinden biologische processen plaats. “Om een robuust, betrouwbaar proces te creëren met een optimale opbrengst, zijn een aantal factoren belangrijk: hygiëne, het creëren van een steriele omgeving, betrouwbare monitoring, kalibratie en validatie. Betrouwbare meetapparatuur is daarbij essentieel”, begint Kevin Boels, sales support manager process bij Elscolab. “In de R&D-fase beginnen bedrijven met een klein volume van een tot twintig liter, waarbij ze in glazen bioreactoren sensoren kunnen integreren in een aantal daarvoor bestemde openingen. Deze zijn gekoppeld aan een biocontroller die alles monitort; denk aan parameters als geleidbaarheid, pH, het zuurstofgehalte, turbiditeit, CO2-gehalte, osmo­laliteit enzovoort. Hierna volgt de scale-up-/ process development-schaal met volumes tussen de tien en vijfhonderd liter, vaak gevolgd door een volledige productieschaal van meer dan vijfhonderd liter. Elscolab begeleidt bedrijven in alle fasen en biedt betrouwbare sensoren die met elke fase kunnen meegroeien, zodat bedrijven hun sensoren niet hoeven te veranderen als ze opschalen. ”

Digitaal én intelligent

Wouter Postuma, salesengineer bij Elscolab, vult aan: “Analoog meten kan leiden tot een slechte signaaloverdracht of storingen. Tegenwoordig kan dit digitaal én intelligent. Niet alleen de meetwaarden worden doorgegeven, maar ook informatie over kalibratie en de status van de sensor. De gebruiker weet exact over hoeveel dagen een sensor onderhoud nodig heeft of moet worden vervangen. Het garandeert dat metingen tijdens processen nauwkeurig blijven.” Veel bedrijven meten momenteel nog steeds analoog. “Op een bepaald moment zal iemand de keuze moeten maken om over te stappen op een inline digitale en intelligente methode die juist veel meer voordelen biedt. Het juiste momentum hiervoor kiezen is soms lastig. Maar ook daarvoor hebben we een oplossing. Veel van onze digitale sensoren kun je ook integreren in een analoog systeem. Dat betekent dat de eindgebruiker zijn werkwijze niet hoeft aan te passen en tegelijkertijd al kan profiteren van de voordelen van het digitale, intelligente systeem.”

Single use

De biofarmaceutische industrie blijft doorontwikkelen. Boels: “Glazen- en inoxreactoren worden al geruime tijd gebruikt. Nog vrij nieuw zijn de grote steriele single-usebags waarmee de productie van honderden liters van een product mogelijk is. In deze nieuwe variant kunnen nog steeds dezelfde robuuste sensoren worden toegepast, maar ook de inzet van een kleiner type sensoren dat al in de single-usebag is geïntegreerd is een optie.” Postuma zegt hierover: “De nieuwere single-usevariant biedt een hogere garantie op een succesvolle fermentatie door een lagere kans op contaminatie. Na afronding van het proces wordt alles in z’n geheel verwijderd. Specialismen of het werken met een gevaarlijk virus of een besmettelijke bacterie om een vaccin of medicatie te produceren zijn wellicht interessante toepassingen.”

Parameters

Tegenwoordig kunnen parameters als geleidbaarheid, pH, het zuurstofgehalte, turbiditeit, CO2-gehalte en osmolaliteit erg nauwkeurig worden gemeten. Boels: “We kunnen al ontzettend veel meten en valideren, maar er ligt nog een hele wereld open voor nieuwe parameters. Mogelijk kunnen we in de toekomst zelfs lactaat of glucose inline digitaal meten. De ontwikkelingen volgen elkaar snel op. Hoe meer variabelen biofarmaceutische bedrijven kunnen meten en analyseren, hoe beter ze hun micro-organismen kunnen beheren, monitoren én optimaliseren.”