In biotechnologischen Prozessen ist die Sterilisation der erste Schritt zum Erfolg. Aufheizen des Kesselinneren auf 121°C für 20 Minuten stellt sicher, dass sich vor der Inokulation im Reaktor keine Keime befinden, die das Kulturmedium kontaminieren können.

Aber Aufheizen alleine reicht dafür nicht bei einem Bioreaktor. Der Rückflusskühler muss deaktiviert sein, der Kessel muss entlüftet sein, damit die die Temperatur erreicht werden kann. Bei Vollsterilisation muss gerührt werden, damit das Medium gleichmässig aufgeheizt wird. Die Temperatur muss die gesamte Zeit gehalten werden, damit das Medium nicht durch Überhitzen, oder die Sterilität durch Absinken der Temperatur beeinträchtigt wird. Es muss sichergestellt werden, dass Zuluft- und Abluftfilter und alle Schnittstellen zu Dosier- und Transferleitungen mitsterilisiert werden. Beim Abkühlen muss ein Ventil geöffnet werden, damit der Fermenter nicht ins Vakuum fällt.

Bei der Sterilisation ist nicht nur darauf zu achten, dass Keime und Sporen abgetötet werden, sondern auch, dass das Medium möglichst wenig denaturiert wird.

Für die in situ sterilisierbaren Laborfermenter von Bioengineering (KLF, NLF, LP) gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Sterilisation:

Vollsterilisation (KLF, NLF, LP)

Medien für die mikrobielle Kultivierung sind üblicherweise nicht besonders hitzeempfindlich. Deshalb wird der Fermenter bereits mit Medium gefüllt sterilisiert und hitzelabile Medienbestandteile gegebenenfalls nachträglich über einen Sterilfilter zugegeben.

Beim Benchtopfermenter KLF erfolgt das Aufheizen elektrisch mit einem Heizstab, der in den Boden des Reaktors montiert ist.

Bei den Stahlfermentern NLF und LP wird Wasser im Doppelmantel über einen Wärmetauscher erhitzt. Beheizt wird entweder elektrisch oder mit Dampf.

Leersterilisation (NLF, LP)

Medien für die Zellkultur sind oft hitzelabil und werden steril in den Bioreaktor filtriert. Der Kessel muss daher vorher leer sterilisiert werden. Dafür wird Reindampf durch den Kessel und die Filter geleitet. Um die Kondensatbildung gering zu halten, wird auch der Doppelmantel beheizt.

Für die Sterilisation sind verschiedene Automatisierungsgrade erhältlich. In allen Varianten wird die Sterilisation im Batchreport dokumentiert und es ist jederzeit nachvollziehbar, ob die Temperatur die erforderliche Zeit gehalten wurde:

Manuell (Voll, Leer, KLF, NLF, LP)

Die manuelle Sterilisation ist ein über die Schrittkette als Rezept programmierter Prozess, der weitgehend automatisch abläuft, und bei dem einige Handgriffe manuell ausgeführt werden. Das Programm macht die Betreiber zum jeweils richtigen Zeitpunkt mit einer Nachricht auf die auszuführenden Handgriffe aufmerksam. Die Temperatur wird bis zur Bestätigung der Nachricht gehalten, damit der Reaktor nicht ausdampfen oder ins Vakuum fallen kann, weil ein Ventil nicht geöffnet oder geschlossen wird. Die Betreiber müssen während der Sterilisation anwesend sein, um die Handgriffe auszuführen.

Automatisch (Voll, NLF, LP)

Die automatische Vollsterilisation ist auch über die Schrittkette programmiert, der Fermenter ist aber zusätzlich mit automatisierten Ventilen ausgestattet, die sich zum richtigen Zeitpunkt öffnen und schliessen. Die Betreiber starten das Sterilisationsprogramm und dieses läuft bis zum Erreichen der Kutivierungstemperatur nach erfolgreicher Sterilisation ganz autonom.

Vollständige Ventilautomatisierung (Voll, Leer, NLF, LP)

Bei vollständiger Ventilautomatisierung wird nicht nur die Kesselsterilisation mit pneumatischen Ventilen automatisiert, sondern auch die Sterilisation von fest verrohrten Dosierleitungen und anderen funktionellen Gruppen des Fermentersystems. Die Ventilstellungsabläufe für die Kultivierung, die Ernte, und gegebenenfalls für den Reinigungsprozess sind ebenfalls als Operations aufrufbar.

Welche Variante gewählt wird, hängt vom Modell, von den Prozess-Erfordernissen und vom Budget ab.