Einführung in die Bioprozesstechnik - Cheatsheet.pdf

Grundlagen der Bioprozesstechnik: Prinzipien und Konzepte

Definition:

Grundlagen der Bioprozesstechnik: Prinzipien und Konzepte - Anwendungsprinzipien aus Biologie und Technik zur Entwicklung und Optimierung von Prozessen für die Produktion biologischer Produkte.

Details:

• Bioreaktoren: Bauarten und Anwendung
• Sterilisation: Verfahren und Notwendigkeit
• Wachstumskinetik: Monod-Gleichung \(\mu = \mu_{max} \frac{S}{K_s + S}\)
• Substratverbrauch und Produktausbeute: \(Y_{x/s} = \frac{dx}{ds}\; Y_{p/s} = \frac{dp}{ds}\)
• Upscaling: Größe und Komplexität
• Prozessregelung und Optimierung

Prozessabläufe in der biotechnologischen Produktion: Schritte und Sequenzen

Definition:

Sequenz von Schritten zur Herstellung biotechnologischer Produkte

Details:

• Inokulumvorbereitung: Kultivierung von Zellen
• Fermentation: Zellwachstum und Produktbildung
• Ernte: Zelltrennung und Produktgewinnung
• Aufreinigung: Entfernung von Verunreinigungen
• Formulierung: Endproduktaufbereitung und Stabilisierung
• Verpackung: Abfüllung und Verpackung für den Vertrieb

Technologische Anwendungen: Instrumente und Methoden in der Biotechnologie

Definition:

Einsatz von Werkzeugen und Techniken zur Umsetzung biotechnologischer Prozesse.

Details:

• Spektralphotometer: Quantifizierung von DNA, RNA und Proteinen durch Absorptionsmessung.
• PCR (Polymerase Kettenreaktion): Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen.
• Fermentation: Biokonversionsprozesse in Bioreaktoren zur Herstellung von Biomasse, Enzymen, etc.
• Chromatographie: Trennung und Reinigung von Biomolekülen.
• Elektrophorese: Trennung von Nukleinsäuren und Proteinen durch ein elektrisches Feld.
• Massenspektrometrie: Bestimmung der Molekülmasse und -struktur.
• ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay): Nachweis und Quantifizierung spezifischer Proteine.

Kinetik biologischer Reaktionen: Reaktionsgeschwindigkeit und Dynamik

Definition:

Geschwindigkeit und Dynamik biologischer Reaktionen, beeinflusst durch Parameter wie Substratkonzentration, Enzymaktivität und äußere Bedingungen.

Details:

• Reaktionsgeschwindigkeit: Änderungsrate der Konzentration von Reaktanten oder Produkten
• Michaelis-Menten-Kinetik: \[ v = \frac{V_{max} [S]}{K_m + [S]} \]
• Lineweaver-Burk-Diagramm: Darstellung der umgekehrten Michaelis-Menten-Gleichung \[ \frac{1}{v} = \frac{K_m}{V_{max} [S]} + \frac{1}{V_{max}} \]
• Einflussfaktoren: Temperatur, pH-Wert, Inhibitoren, Aktivatoren
• Charakteristische Größen: Vmax, Km, kcat
• Dynamik: zeitliche Änderung von Reaktanten und Produkten

Bioreaktordesign: Struktur und Funktion von Bioreaktoren

Definition:

Gestaltung von Reaktoren für biotechnologische Prozesse; Struktur zur Bereitstellung optimaler Wachstumsbedingungen für Mikroorganismen/Zellen.

Details:

• Arten: Batch, Fed-Batch, kontinuierlich
• Hauptkomponenten: Rührwerk, Belüftungssystem, Temperatur- und pH-Regelung, Sensoren
• Designkriterien: Mischen, Sauerstofftransfer, Sterilität
• Volumenbilanz: \[ V = V_0 + F_{Zufuhr} \times t - F_{Abfluss} \times t \]
• Wachstumsrate: \[ \frac{dX}{dt} = \text{wachstumsrate} - \text{auswaschrate} \]
• Wesentliche Funktionen: Produktion, Kultivierung, Fermentation

Optimierung von Fermentationsbedingungen: Parameter und Strategien

Definition:

Verfahren zur Verbesserung von Fermentationsprozessen durch Anpassung verschiedener Bedingungen und Parameter.

Details:

• Wichtige Parameter: Temperatur, pH-Wert, Sauerstoffzufuhr, Rührgeschwindigkeit
• Strategien: Fed-Batch, Batch, kontinuierliche Fermentation
• Ziel: Maximierung des Produktertrags und der Produktionsrate
• Parameterkontrolle mittels Sensoren und Regelsystemen
• Mathematische Modellierung zur Vorhersage und Optimierung

Verfahren zur Produktisolierung und -aufreinigung: Techniken und Methoden

Definition:

Isolation und Reinigung von Produkten in biotechnologischen Prozessen.

Details:

• Wichtige Schritte in der Bioproduktion zur Gewinnung reiner Produkte.
• Primär- und Sekundärmetode unterschieden.
• Primärisolierung: Zellabtrennung (z.B. Filtration, Zentrifugation).
• Sekundäre Reinigung: Feinreinigung (z.B. Chromatographie, Ultrafiltration).
• Berücksichtige reinheits- und skalierungsrelevante Anforderungen.
• Wirtschaftlichkeit und Effizienz entscheidend.

Regulatorische Aspekte der Bioprozesstechnik: Richtlinien und Standards

Definition:

Rechtliche Rahmenbedingungen und Vorgaben zur Qualitätssicherung und Sicherheit in biotechnologischen Prozessen.

Details:

• GMP (Good Manufacturing Practice): Richtlinien für Herstellungspraxis.
• GLP (Good Laboratory Practice): Standards für Laborarbeiten.
• GCP (Good Clinical Practice): Vorschriften für klinische Prüfungen.
• ISO-Normen: Internationale Standards, z.B. ISO 9001 (Qualitätsmanagement)
• ICH-Richtlinien: Entwicklung und Zulassung von biopharmazeutischen Produkten.
• FDA und EMA: Behördliche Vorgaben für Marktzulassungen (USA und EU).