Kinetik und Skalenverhalten kontinuierlicher Bioreaktoren

Im Rahmen dieses Arbeitsgebietes werden dynamisches Verhalten und Skaleneigenschaften von Zellpopulationen in kontinuierlichen Bioreaktoren untersucht. Zellpopulationen in kontinuierlicher Kultur haben mit vielzelligen Organismen zahlreiche Gemeinsamkeiten. Bei beiden handelt es sich um energiedissipative Mehrphasensysteme. Ihre Umsetzungen unterliegen den Gesetzmäßigkeiten der heterogenen Katalyse in fraktaler Struktur. Die Ausbildung lokaler Gradienten, die Limitierung von Diffusion und Mischung haben entscheidenden Einfluß auf das kinetische Verhalten und die Skaleneigenschaften des Reaktors. Die Kinetik der Umsetzungen, insbesondere die Übergänge zwischen verschiedenen Gleichgewichtszuständen, werden durch gezielte Veränderungen der äußeren Parameter, wie Sauerstoffeintrag, Nährstoffgehalt, Verdünnungsrate des Reaktormediums, analysiert. Die experimentellen Ansätze erfordern gleichzeitig eine Reihe meßtechnischer Entwicklungen, z.B. Meßverfahren zum O₂-Verbrauch und zur CO₂-Produktion (s. Abb.). Die systemtheoretische Betrachtung eines Bioreaktors kann bei der Übertragung biotechnologischer Prozesse aus dem experimentellen in den technischen Maßstab eine wichtige Rolle spielen.