Bioreactor fermentador

Bioreactors de tancs agitats en continu
El bioreactor Continuous Stirred Tank és el disseny clàssic i encara el bioreactor màxim utilitzat. La majoria dels centres de producció i les estratègies de producció acreditades per la FDA per a productes biofarmacèutics es basen en els bioreactors de tancs agitats. El procés d'escalada des del laboratori fins als sistemes de mida de fabricació es basa, per tant, en aquesta disposició correctament. Aquest bioreactor cilíndric utilitza un dispositiu de barreja giratori instal·lat al pinacle o al darrere. La proporció de coses sol estar entre 3:5.

Bioreactors de columna de bombolles
Els bioreactors de columna de bombolles són bioreactors de columna alta on s'afegeix gas a la fase inferior per a la barreja i l'aireació. El recipient utilitzat per als bioreactors de columna de bombolles és generalment cilíndric amb una proporció d'elements de 4-6.

Bioreactors de transport aeri
Els bioreactors de transport d'aire són molt semblants als reactors de columna de bombolles, però varien per la veritat que inclouen un tub d'aire. El tub de tir és contínuament un tub intern o un tub exterior que millora el moviment i l'interruptor d'oxigen i iguala les forces de cisalla dins del reactor.

Bioreactors de llit fluiditzat
El bioreactor de llit fluiditzat és similar al bioreactor de columna de bombolles, excepte que la funció superior s'accelera per reduir la velocitat del fluid. El disseny dels bioreactors fluiditzats és tal que els sòlids queden retinguts dins del reactor al mateix temps que el líquid surt. Aquests bioreactors són adequats per ser utilitzats per dur a terme reaccions que involucren biocatalitzadors en suspensió de fluids, inclosos enzims immobilitzats, cèl·lules immobilitzades i ramats microbians.

Bioreactors de llit envasat
Un matalàs de restes sòlides, amb biocatalitzadors a la matriu de sòlids o dins de la matriu, envasat en una columna constitueix un bioreactor de matalàs empaquetat. Els sòlids utilitzats poden ser gels porosos o no porosos, i seran de naturalesa compressible o inflexible. Un brou de nutrients flueix contínuament sobre el biocatalitzador immobilitzat. Els productes adquirits al bioreactor de llit envasat es llancen al fluid i s'eliminen. Si bé el lliscament del fluid pot ser cap amunt o cap avall, es prefereix la baixada per gravetat.

Expansió cel·lular i sembra
Els bioreactors s'utilitzen per expandir i proliferar cèl·lules per obtenir una població cel·lular suficient per a l'enginyeria de teixits. Això és especialment important quan s'utilitzen cèl·lules primàries o cèl·lules mare. Els bioreactors poden assegurar una distribució cel·lular uniforme sobre bastides.

Construcció de teixits 3D
Els bioreactors permeten el muntatge capa per capa de construccions de teixits 3D. Permeten la col·locació precisa de cèl·lules, factors de creixement i biomaterials per crear estructures de teixit complexes que imiten els teixits natius.

Vascularització
La generació de xarxes de vasos sanguinis funcionals dins dels teixits dissenyats és fonamental per garantir un subministrament adequat de nutrients i oxigen. Els bioreactors poden promoure el desenvolupament de xarxes vasculars proporcionant un flux controlat i un esforç de cisalla.

Aportació controlada d'oxigen i nutrients
Els bioreactors mantenen els gradients d'oxigen i nutrients dins de les construccions de teixits, la qual cosa és essencial per a la viabilitat cel·lular i el desenvolupament dels teixits. També poden eliminar els residus de manera eficient. Els bioreactors poden aplicar forces mecàniques, com ara compressió, tensió i cisalla, per imitar condicions fisiològiques.

Ampliació de la producció
Els bioreactors s'utilitzen per augmentar la producció de teixits per a aplicacions clíniques. Asseguren que els teixits dissenyats compleixen els estàndards de qualitat i quantitat necessaris per al trasplantament. Els bioreactors són eines versàtils en enginyeria de teixits que permeten la creació de teixits i òrgans complexos i funcionals.

● En primer lloc, les cèl·lules s'han d'obtenir i conrear en petits flascons que contenen medis de cultiu cel·lular, que proporcionen a les cèl·lules un entorn ric en nutrients en el qual poden proliferar còmodament.

● Quan les cèl·lules comencen a superar els flascons, es traslladen a una casa més gran, que pot ser un matràs més gran o un petit bioreactor. Aquest procés de "dimensionament" es coneix com a "tren de sembra" i garanteix que les cèl·lules creixin sempre en condicions òptimes.

● Abans que les cèl·lules entrin en un bioreactor, el recipient es programa per complir uns paràmetres específics i s'afegeixen mitjans.

● Quan les condicions són adequades, les cèl·lules s'introdueixen al bioreactor i es permeten que proliferin, ja sigui en bastides si són del tipus de cèl·lules que els agrada adherir-se a les superfícies, o en suspensió, com les nostres cèl·lules, que proliferen feliçment mentre suren a través del mitjans en moviment. Les condicions es controlen constantment durant la "execució" o cicle del bioreactor. Depenent del disseny del bioreactor i del procés utilitzat per conrear les cèl·lules, es poden prendre altres mesures per mantenir les condicions òptimes.

● Quan les cèl·lules assoleixen una densitat òptima, es "colliten" o s'eliminen i es netegen, o se separen dels medis i residus que s'hagin pogut acumular durant la prova. Aleshores, els científics poden utilitzar les cèl·lules per a diversos propòsits. En el nostre cas, utilitzem la biomassa per fer tires de pollastre, kebabs i altres tipus de carn familiars.

Característiques del producte
El valor i el volum del producte que s'està produint influeixen en els requisits de disseny. Les begudes alcohòliques de baix valor i gran volum poden requerir fermentadors més senzills sense necessitat de condicions asèptiques. Els productes d'alt valor i de baix volum, d'altra banda, sovint requereixen processos més complexos i condicions asèptiques per mantenir la qualitat del producte.

Nivells de substrat i producte
Cal controlar acuradament els nivells de substrats (substàncies de partida) i productes de la mescla de reacció. Els nivells inadequats de substrats o la presència de productes excessius poden dificultar el procés. És crucial mantenir les condicions òptimes per al desenvolupament cel·lular, els enzims intracel·lulars i la formació de productes, com ara proporcionar una nutrició adequada, sals, oxigen i mantenir la temperatura adequada, la concentració de reactius i el pH dins d'un rang estret.

Substàncies, inhibidors i efectors
Substàncies específiques, inhibidors, efectors i productes metabòlics poden tenir un impacte en la velocitat i la naturalesa de les reaccions i la regulació intracel·lular. Aquests factors s'han de tenir en compte en el disseny per garantir un rendiment òptim del procés.

Substrats i contaminants no convencionals
Els microorganismes utilitzats en bioreactors poden metabolitzar substrats no convencionals o fins i tot contaminants presents a les matèries primeres, com la cel·lulosa, els minerals, el midó, els residus i la contaminació de l'aire. Dissenyar bioreactors que puguin manejar aquests substrats, inclosos medis altament viscosos, és important per a un bioprocessament eficient i eficaç.

Característiques dels microorganismes
A diferència dels enzims i productes químics aïllats, els microorganismes poden ajustar l'estructura i la funció dels seus enzims en resposta a les condicions del procés. Aquesta adaptabilitat pot afectar la seva productivitat i selectivitat. A més, els microorganismes són susceptibles a mutacions, que poden ocórrer en determinades condicions, la qual cosa requereix consideracions de disseny acurades.

Influències ambientals
Els microorganismes sovint són vulnerables a un alt esforç de cisalla, així com a influències químiques i tèrmiques. Dissenyar bioreactors que minimitzin aquestes tensions i proporcionin un entorn estable i controlat és crucial per mantenir una activitat microbiana òptima.

Sistemes de reacció
Els bioreactors solen incloure sistemes gas-líquid-sòlid, amb la fase líquida predominantment aquosa. És necessari dissenyar mecanismes de mescla, aireació i separació adequats per garantir una transferència de massa eficient i una cinètica de reacció.

Dinàmica i creixement
Els bioreactors continus, en particular, poden presentar un comportament dinàmic complex a causa del flux continu i les condicions variables. A més, durant la conversió bioquímica, la massa de cèl·lules microbianes pot créixer, provocant efectes com el creixement a les parets, la floculació i l'autòlisi. Aquests fenòmens relacionats amb el creixement s'han de tenir en compte en el disseny del bioreactor.

Treballar amb fermentadors requereix un estricte compliment de les precaucions de seguretat establertes per salvaguardar el benestar del personal i mantenir un entorn de treball segur. Els equips de protecció individual (EPI) tenen un paper fonamental per minimitzar el risc d'exposició a substàncies potencialment perilloses. És essencial que els operadors portin EPI adequats, com ara guants, ulleres i bates de laboratori, per protegir-se de les esquitxades de productes químics, partícules en l'aire i qualsevol perill biològic potencial.

A més, la correcta manipulació i eliminació dels productes químics és de màxima importància per prevenir accidents i minimitzar l'impacte ambiental. És crucial seguir els protocols establerts per a l'emmagatzematge, la manipulació i l'eliminació segurs dels productes químics utilitzats en el procés de fermentació. El manteniment i el calibratge periòdics dels equips també són essencials per garantir que els fermentadors funcionin de manera òptima i per evitar possibles errors de funcionament que puguin comprometre la seguretat.

A més d'aquestes mesures, s'han de dur a terme auditories de seguretat rutinàries per identificar qualsevol perill potencial o àrees de millora. Aquestes auditories ajuden a avaluar l'eficàcia dels protocols de seguretat existents i identificar oportunitats per millorar les mesures de seguretat. En supervisar i avaluar contínuament les pràctiques de seguretat, les organitzacions poden abordar de manera proactiva qualsevol problema de seguretat i mantenir una cultura de seguretat al lloc de treball.

El manteniment dels fermentadors i l'adhesió a protocols de seguretat estrictes són crucials per al funcionament eficient i segur dels processos de fermentació. Els procediments minuciosos de neteja i esterilització, juntament amb la implementació de precaucions de seguretat integrals, contribueixen a un entorn de treball segur i garanteixen la integritat del procés de fermentació. En prioritzar les mesures de manteniment i seguretat, les organitzacions poden minimitzar els riscos, protegir el personal i aconseguir resultats coherents i fiables en les seves operacions de fermentació.