6/5 バイオリアクターの設計基礎と スケールアップ計算方法

東洋大学理工学部 応用化学科 名誉教授
川瀬 義矩 氏　【講師紹介】

早稲田大学理工学研究科博士課程修了、千代田化工建設（株）、東京都立大学、ニューヨーク州立大学、ウォタール―大学（カナダ）などを経て東洋大学理工学部応用化学科教授。現在名誉教授

【主なご業務/専門】
バイオリアクターの設計・スケールアップ、水処理プロセス（生物処理、促進酸化法など）、化学反応装置設計、分離プロセスシミュレーションなどを研究。200以上の学術論文を外国の技術雑誌に発表。

バイオリアクターの設計とスケールアップについて基礎から実際の計算まで解りやすくポイントを解説します。微生物・動物/植物細胞・高濃度培養など用途に特化した設計/スケールアップについて具体的に解説します。

 1. バイオリアクターの基礎と実践
　　1-1　バイオプロセス
　　　　　1-1-1　生産目的に適したバイオリアクター
　　　　　1-1-2　微生物、動物細胞、植物細胞の培養
　　1-2　バイオリアクターの実例
　　　　　1-2-1　微生物培養バイオリアクター
　　　　　1-2-2　動物細胞培養バイオリアクター
　　　　　1-2-3　植物細胞培養バイオリアクター
　　　　　1-2-4　固定化生体触媒バイオリアクター
　　　　　1-2-5　固体培養バイオリアクター
 
2. 微生物の反応速度の基礎
　　2-1　酵素反応の反応速度
　　　　　2-1-1　ミカエリス・メンテン式
　　2-2　微生物反応の反応速度
　　　　　2-2-1　モノー式
　　　　　2-2-2　基質消費速度
　　　　　2-2-3　酸素消費速度と呼吸速度
　　　　　2-2-4　代謝産物生成速度
　　2-3　阻害反応
　　　　　2-3-1　酵素反応における阻害
　　　　　2-3-2　細胞増殖における阻害
　　2-4　固定化酵素、固定化微生物の反応速度
　　　　　2-5-1　担体に固定化された生体触媒
　　　　　2-5-2　有効係数
　　2-5　発酵熱（反応熱）の計算
　　　　　2-6-1　反応温度の影響
　　　　　2-6-2　発酵熱の計算
 
3. バイオリアクターの操作
　　3-1　バイオリアクターの操作法とシミュレーション
　　3-2　回分操作
　　3-3　反復回分操作
　　3-4　流加培養による高濃度培養操作
　　3-5　連続操作
　　　　　3-5-1　ケモスタット
　　　　　3-5-2　灌流操作による高濃度培養操作
　　3-6　実際の混合
　　3-7　バイオリアクターの混合状態と収率
 
4. バイオリアクターの設計の基礎と実践
　　4-1　設計のスペック
　　4-2　撹拌槽バイオリアクターの設計計算
　　　　　4-2-1　撹拌槽バイオリアクター設計における重要なパラメーター
　　　　　4-2-2　設計計算例
　　4-3　気泡塔バイオリアクターの設計計算
　　　　　4-3-1　気泡塔バイオリアクター設計における重要なパラメーター
　　　　　4-3-2　設計計算例
　　4-4　エアリフトバイオリアクターの設計計算
　　　　　4-4-1　エアリフトバイオリアクター設計における重要なパラメーター
　　　　　4-4-2　設計計算例
　　4-5　固定化酵素・微生物バイオリアクターの設計計算・計算例
　　4-6　嫌気バイオリアクターの設計計算・計算例
　　4-7　CHO細胞を用いた抗体生産培養のバイオリアクターの設計
 
5. バイオリアクターのスケールアップ
　　5-1　撹拌槽バイオリアクターのスケールアップ
　　　　　5-1-1　スケールアップのパラメーター
　　　　　5-1-2　幾何学的相似
　　　　　5-1-3　撹拌槽バイオリアクターのスケールアップ計算
　　5-2　気泡塔型バイオリアクターのスケールアップ
　　　　　5-2-1　スケールアップのパラメーター
　　　　　5-2-2　気泡塔バイオリアクターのスケールアップ計算
　　5-3　エアリフトバイオリアクターのスケールアップ
　　　　　5-3-1　スケールアップのパラメーター
　　　　　5-3-2　エアリフトバイオイオリアクターのスケールアップ計算
　　5-4　CFDによる流動解析
　　　　　5-4-1　撹拌槽バイオリアクター
　　　　　5-4-2　気泡塔バイオリアクター
　　　　　5-4-3　エアリフトバイオリアクター
　　5-5  CHO細胞を用いた抗体生産培養のバイオリアクターのスケールアップ
 
6. バイオリアクターの設計・スケールアップにおけるトラブル解決
　　6-1　バイオリアクターのトラブルを解決する戦略
　　　　　6-1-1　非ニュートン流動特性
　　　　　6-1-2　泡沫層の形成
　　6-2　バイオリアクターの設計とスケールアップに失敗しない戦略
　　　　　6-2-1　スケールダウン
　　　　　6-2-2　CFD（流動解析）
 
7. バイオリアクターの展開
　　7-1　シングルユースバイオリアクター
　　7-2　バイオリファイナリーにおけるバイオリアクター
　　7-3　バイオ水素生産におけるバイオリアクター
　　7-4　バイオメタネーションにおけるバイオリアクター
　　7-5　微細藻類によるCO2削減のフォトバイオリアクター
　　7-6　省エネルギー
　　7-7　コスト計算
　　7-8　バイオリアクターにおけるAIの活用
 
8. 質疑応答

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