Bioreactor

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Biorecator de laboratori
Laboratori bioreactor fermentador emprat de cultiu cel·lular i recombinants proteïnes

Un bioreactor (en el camp de l'enginyeria química també se'ls anomena fermentadors, nom que des de la vessant biològica només s'aplica als bioreactors sense airejar) és un recipient o sistema que manté un ambient biològicament actiu. En alguns casos, un bioreactor és un recipient en què es duu a terme un procés químic que involucra organismes o substàncies bioquímicament actives derivades dels dits organismes. Aquest procés pot ser aeròbic o anaeròbic. Aquests bioreactors són comunament cilíndrics, variant en grandària des d'alguns mil·lilitres fins a mils de metres cúbics i són usualment fabricats d'acer inoxidable havent-hi també de vidre o plàstic. En la indústria alimentària n'arriba a haver de fusta, i en l'obtenció de proteïnes recombinants s'arriba a considerar un bioreactor una planta o un animal sencer.

Els petits també poden ser concebuts com a dispositius o sistema emprat per a créixer cèl·lules o teixits en operacions de cultiu cel·lular. Aquests dispositius es troben en desenvolupament per al seu ús en enginyeria de teixits.

En termes generals, un bioreactor busca mantindre certes condicions ambientals propícies (pH, temperatura, concentració d'oxigen, etcètera) a l'element que es cultiva. En funció dels fluxos d'entrada i eixida, l'operació d'un bioreactor pot ser de tres modes distints, continu, discontinu o alimentat (Fed-batch). Així mateix també es poden dividir en si són agitats o no agitats:

Bioreactor Saccejat Continu
RFP No
RCTA
RDTA No

Les fórmules d'operativitat dels fenòmens de transport són molt diferents depenent del reactor que es faci servir.

Disseny de bioreactors[modifica | modifica el codi]

El disseny de bioreactors és una tasca d'enginyeria prou complexa. Els microorganismes o cèl·lules són capaces de realitzar la seua funció desitjada amb gran eficiència sota condicions òptimes. Les condicions ambientals d'un bioreactor com ara el flux de gasos (per exemple, oxigen, nitrogen, diòxid de carboni entre altres), temperatura, pH, oxigen dissolt i velocitat d'agitació o circulació, han de ser curosament monitoritzades i controlades menys en els pocs casos en què siguin paràmetres auto-regulats pel sistema.

La majoria dels fabricants industrials de bioreactors usen recipients, sensors, controladors i un sistema de control interconnectats per al seu funcionament en el sistema de bioreacció (vegeu PLC).

La mateixa propagació cel·lular (fenomen conegut en anglés com Fouling) pot afectar l'esterilitat i eficiència del bioreactor, especialment en els intercanviadors de calor. Per a evitar açò, el bioreactor ha de ser fàcilment netetjable i amb acabats tan sanitaris com siguin possibles (d'ací les seues formes arredonides).

Es requereix un intercanviador de calor per a mantindre el bioprocés a temperatura constant. L'oxidació biològica és una font important de calor, per la qual cosa en bona part dels casos, els bioreactors requereixen d'aigua de refredament. Poden ser refrigerats amb una camisa externa o, per a recipients summament grans, amb serpentins interns.

En un procés aerobi, la transferència òptima d'oxigen és tal vegada la tasca més difícil d'aconseguir. L'oxigen es dissol poc en aigua (i encara menys en brous de cultiu) i és relativament escàs en l'aire (20.8 %). La transferència d'oxigen usualment es facilita per l'agitació, que es requereix també per a mesclar els nutrients i mantindre la fermentació homogènia. No obstant això, hi ha límits per a la velocitat d'agitació, deguts tant a l'alt consum d'energia (que és proporcional al cub de la velocitat del motor) com al dany ocasionat als organismes degut a un esforç de tall excessiu.

Els bioreactors industrials usualment empren bacteris o altres organismes simples que poden resistir la força d'agitació. També són fàcils de mantindre, ja que requereixen només solucions simples de nutrients i poden créixer a grans velocitats.

En els bioreactors utilitzats per a créixer cèl·lules o teixits, el disseny és significativament diferent del dels bioreactors industrials. Moltes cèl·lules i teixits, especialment de mamífer, requereixen una superfície o un altre suport estructural per a poder créixer i els ambients agitats són comunament perjudicials per a aquests tipus de cèl·lules i teixits. Els organismes superiors també requereixen medis de cultiu més complexos.