Cómo funciona un biorreactor de laboratorio

Para entender cómo funciona un biorreactor, conviene pensarlo como un recipiente donde se le da a un cultivo vivo exactamente lo que necesita: temperatura, oxígeno, pH y nutrientes. Se usa para crecer bacterias, levaduras, algas o células, y obtener de ellas enzimas, proteínas, vacunas, alimentos o biomasa. En el laboratorio sirve para investigar, optimizar procesos y preparar el paso a una escala mayor.

Las partes y qué controlan

Vaso. Es el recipiente, normalmente de vidrio en laboratorio y de acero inoxidable en escala piloto. Puede ser de pared simple con manta calefactora, o de doble pared con un líquido que circula para calentar o enfriar.

Agitación. Un eje con paletas mezcla el cultivo y reparte el oxígeno. Las células son más delicadas que las bacterias, de modo que se agita más suave. El controlador IKA HABITAT cell trabaja de 1 a 2200 rpm; los BIOF-A de Lab Geni, hasta 1200 rpm.

Aireación. Se inyecta aire u oxígeno por el fondo con un difusor. Hay equipos con varias entradas de gas, y otros suman control de flujo de cada una.

Sensores. Miden en línea:

• Temperatura: en el HABITAT, de 5 a 80 °C.
• pH: el HABITAT cubre de 0 a 14. Los BIOF-A trabajan de 2,00 a 12,00, con exactitud de ±0,02.
• Oxígeno disuelto: indica si el cultivo respira con holgura.

Bombas. Agregan ácido, base, antiespumante o alimento según lo que indican los sensores. El HABITAT trae 4 cabezales peristálticos.

Controlador y software. Reúnen las lecturas, ajustan todo y registran los datos.

Cómo funciona un ciclo

1. Preparación. Se llena el vaso con el medio y se esteriliza, con frecuencia en autoclave.
2. Inoculación. Se agrega el cultivo inicial en condiciones estériles.
3. Crecimiento. El controlador mantiene las condiciones. Si el oxígeno baja, aumenta la agitación o el gas. Si el pH cambia, la bomba corrige.
4. Alimentación. En un proceso discontinuo no se agrega nada; en fed-batch se alimenta poco a poco; en continuo entra medio y sale cultivo al mismo tiempo.
5. Cosecha. Se retira el cultivo y se separa el producto.

Fermentación, cultivo celular o fotobiorreactor

• Fermentación. Para bacterias y levaduras, con mucha agitación y aireación, como el HABITAT ferment.
• Cultivo celular. Para células de mamífero u otras sensibles, con agitación suave y control fino, como el HABITAT cell.
• Fotobiorreactor. Suma iluminación para algas y microalgas, como el HABITAT photo o el BIOF-P.

Cómo elegir

1. Qué organismo cultiva. Define el tipo de sistema.
2. Volumen de trabajo. No es el volumen del vaso. En los BIOF-A, el llenado máximo es de 80 %. La serie va de 1 a 15 L.
3. Control. Decida si necesita pH, oxígeno, temperatura o gases adicionales.
4. Escalamiento. Si piensa pasar a planta piloto, considere un sistema con series mayores en acero.

Errores comunes

• Cotizar el controlador sin vaso, o el vaso sin controlador. En el HABITAT son un conjunto.
• Olvidar el termostato. Un vaso de doble pared necesita un circulador externo.
• Descuidar la esterilización. Una contaminación arruina el proceso completo.
• Calibrar mal los sensores. El pH se calibra antes, y el oxígeno, en las condiciones de trabajo.

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