Bioreactor

(S'ha redirigit des de: Reactor anaeròbic)
De Viquipèdia
Jump to navigation Jump to search
Biorecator de laboratori

Un bioreactor és un sistema que manté un ambient biològicament actiu per facilitar el creixement de cultius cel·lulars, teixits o microorganismes. Duu a terme un procés bioquímic aeròbic o anaeròbic que involucra organismes o substàncies bioquímicament actives. També se l'anomena digestor[1] o fermentador, nom que només s'aplica als bioreactors sense airejar.

Antecedents i futur[modifica]

Les tines utilitzades per la vinificació o la fabricació de cervesa, així com els cups per a la fermentació del llet en formatgeria poden considerar-se com bioreactors amb més de cinquanta segles de història.[2] Des del segle XIX, cercadors com Robert Koch, Louis Pasteur i molts altres van començar a estudiar el fenomen. En comprendre els processus bioquímics, a poc a poc es van poder desenvolupar noves aplicacions industrials en àrees tant diferents com ara l'alimentació, el tractament de deixalles i aigües grises, la medicina,[3] la farmacologia, la fabricació de biogàs[4] etc. en bioreactors sempre més sofisticats.[2] Més recentment, en arquitectura també es creen «façanes-bioreactors» que sense gaire èqup tècnic, fomenten la proliferació de microorganismes que redueixen les emissions de diòxid de carboni i l'escalfament local.[5] En medicina, els bioreactors evolucionen vers «bioimpressores» que a més de teixits senzills podrien crear empelts o fins i tot organs complets.[6]

Components[modifica]

Un bioreactor generalment conté un vas, canonades d'alimentació, canonades de sortida, vàlvules de control a l'entrada i la sortida, sistema de control del medi de cultiu, temperatura, concentració d'oxigen, aeració i del pH, una camisa o serpentins de refrigeració, deflectors, etc. Si cal agitació s'ha d'afegir un motor. Encara que es pot regular manualment, la multitud de factors que intervenen per obtenir la reacció desitjada, necessiten un sistema de control automatitzat amb sensors interconnectats.

Bioreactors són comunament cilíndrics, variant en grandària des d'alguns mil·lilitres fins a mils de metres cúbics. Són fabricats d'acer inoxidable, 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 per fer créixer cèl·lules o teixits en operacions de cultiu cel·lular.

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[modifica]

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 (entre altres oxigen, nitrogen o diòxid de carboni, 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 autoregulats pel sistema.

La mateixa propagació cel·lular (fenomen conegut en anglès 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 netejable 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 un sistema de refrigeració. 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 per 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.

Articles relacionats[modifica]

Referències[modifica]

  1. «Bioreactor». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  2. 2,0 2,1 «Les biotechnologies, un peu d'histoire» (en francès). Universitat de Rouen, 15-09-2016.
  3. Madridejos, Antonio «Un múscul en un xip». elperiodico, 10-12-2017. «Investigadors de l'Ibec creen un bioreactor que reprodueix en miniatura el comportament de les cèl·lules musculars»
  4. Mínguez Martínez, Josep-Vicent. Disseny d'un digestor per a l'obtenció de biogàs a partir de fangs de depuradora generats en una indústria alimentària. València: Universitat Politècnica de València, 2015-09-24. 
  5. Brownell, Blaine «Bioreactor and Microbial Façades Take Green Energy to Another Level» (en anglès). Architect Magazine, 05-04-2013.
  6. «Las bioimpresoras abren el camino a la creación de órganos en 3D». Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), 09-10-2017. [Consulta: 23 gener 2018].

Enllaç extern[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Bioreactor Modifica l'enllaç a Wikidata