Cada aplicación tiene necesidades específicas. Por eso, la configuración de su biorreactor marca la diferencia.

Usted probablemente ya sabe que un biorreactor es un equipo capaz de mantener condiciones controladas para el crecimiento de microorganismos y células. Aunque el principio de funcionamiento es el mismo, es improbable que una sola configuración satisfaga eficazmente las necesidades de todos los bioprocesos.

Mientras algunos cultivos requieren altas tasas de transferencia de oxígeno, otros exigen condiciones de agitación suaves para preservar la viabilidad celular. Algunas aplicaciones requieren el monitoreo de varios parámetros específicos, mientras que otras exigen estrategias específicas de alimentación, control de temperatura o iluminación.

Si cada aplicación tiene sus propias necesidades específicas, ¿tiene sentido utilizar exactamente la misma configuración de biorreactor para procesos tan diferentes? En la práctica, la respuesta es no.

Por eso Tecnal desarrolla biorreactores personalizables que permiten a investigadores, centros de investigación, universidades e industrias configurar los equipos según las necesidades específicas de cada aplicación.

Usted no solo elige un modelo, sino también los componentes que va a utilizar. Antes de elegir un biorreactor, hágase algunas preguntas.

Antes de elegir un biorreactor, hágase algunas preguntas

Antes de seleccionar el equipo, conviene analizar las necesidades de su bioproceso. 

Pregúntese, por ejemplo: 

• ¿Será necesario monitorizar parámetros específicos?
• ¿El cultivo requiere algún tipo de agitación específica?
• ¿Son los microorganismos sensibles al atrito?
• ¿Es importante visualizar el cultivo durante todo el proceso?
• ¿Será necesario ampliar el sistema en el futuro con nuevos sensores o accesorios?
• ¿Habrá dosificación automática de nutrientes, control de pH o dosificación de un agente antiespumante?

Responder a estas preguntas ayuda a definir qué componentes marcan realmente la diferencia en su proceso. 

Cuando la configuración del equipo no se ajusta a la aplicación, algunas funcionalidades pueden quedar infrautilizadas, mientras que otras, importantes para el proceso, pueden faltar durante el funcionamiento o en futuras ampliaciones.

Un bueno biorreactor es la suma de varios componentes 

Cuando pensamos en un biorreactor, normalmente imaginamos únicamente el recipiente de cultivo y el módulo de control. Sin embargo, el rendimiento del proceso depende de que varios componentes trabajen conjuntamente.

El tipo de recipiente, el sistema de agitación, los sensores instalados, el número de bombas peristálticas y las funciones de automatización influyen directamente en la eficiencia del cultivo, la reproducibilidad de los resultados, la reducción de la contaminación, la calidad de los datos obtenidos y, por supuesto, la facilidad de uso.

Por lo tanto, los biorreactores se han desarrollado como un sistema flexible, capaz de adaptarse a diversas aplicaciones. A continuación, se muestran las configuraciones personalizables de los biorreactores Tecnal.

Tipo de recipiente: elija el más adecuado para su aplicación 

El recipiente es uno de los componentes principales de un biorreactor. Su material, volumen y sistema de control térmico influyen directamente en el comportamiento del cultivo. 

No existe un único material ideal. Solo existe el más adecuado para cada proceso.

Recipientes de vidrio

Los recipientes de vidrio permiten una mejor visualización del cultivo, lo que posibilita el control de parámetros cualitativos como la formación de espuma, la turbidez, la homogeneidad de la mezcla y la eficiencia de la aireación.

Esta característica convierte al vidrio en una excelente opción para aplicaciones que involucran bacterias, levaduras, cultivos celulares y otros microorganismos. Estos recipientes pueden ser encamisados o de pared simple.

Recipientes de acero inoxidable

Además de su resistencia, el material ofrece mayor protección contra la luz externa, una característica importante en ciertos procesos biológicos. Está disponible en modelos encamisados o de pared simple.

Recipientes mixtos (vidrio y acero inoxidable)

Los modelos mixtos combinan la resistencia del acero inoxidable con la visibilidad que proporciona el vidrio. 

Se utilizan ampliamente en el cultivo de hongos filamentosos y otros microorganismos que tienden a adherirse a las paredes internas del recipiente. Disponibles únicamente en el modelo encamisado.

Recipientes (neumáticos) 

No todos los procesos toleran la agitación mecánica. Para estos casos, Tecnal también fabrica biorreactores neumáticos del tipo Airlift, en los que la circulación del medio se produce mediante la propia aireación, reduciendo así el estrés mecánico sobre los microorganismos. 

Esta configuración se utiliza habitualmente en el cultivo de hongos filamentosos, microalgas, cianobacterias y otros organismos fotosintéticos. 

Además de eso, los modelos Airlift pueden equiparse con sistemas de iluminación LED en diferentes espectros, control de fotoperiodo y un sensor PAR para monitorizar la intensidad de la luz en tiempo real, creando las condiciones ideales para los organismos que dependen de la luz para su desarrollo. 

Diferentes volúmenes 

Los recipientes Tecnal están disponibles en una variedad de volúmenes operativos, lo que les permite satisfacer las necesidades de todo tipo de aplicaciones, desde la investigación de laboratorio hasta las aplicaciones a escala piloto.

Para ampliar el proceso, se pueden elegir recipientes piloto de 55 o 170 litros. 

También se pueden desarrollar proyectos especiales según las necesidades de la aplicación.

Sistemas de control térmico 

Los recipientes pueden incorporar diferentes sistemas de control térmico, lo que garantiza la estabilidad y la reproducibilidad de los procesos:

• Recipientes encamisados: El fluido (agua o solución hidroalcohólica) circula por la camisa del recipiente para calentarlo y enfriarlo. El control se realiza mediante un baño termostático.
• Rango de temperatura: 10°C a 70°C.
• Ideal para: fermentación, bioprocesos convencionales. 

• Recipiente de pared simple: Un serpentín interno permite una refrigeración eficiente, mientras que una manta de silicona proporciona calefacción.
• Rango de temperatura: -2°C a 130°C.
• Mayor flexibilidad térmica.
• Se utiliza en bioprocesos, fermentación y reacciones químicas. 

Impulsores: la agitación adecuada para cada proceso 

El tipo de impulsor determina cómo se mueve el fluido dentro del recipiente, impactando la distribución de nutrientes, la transferencia de oxígeno, la suspensión de sólidos y la homogeneidad de la mezcla. 

Por lo tanto, Tecnal ofrece diferentes configuraciones de impulsores. Entre las opciones disponibles se encuentran las turbinas Rushton y Smith, impulsores de aspas inclinadas, propulsores navales, hélices de tipo ancla, sistemas de doble hélice y más. 

Cada modelo presenta características específicas de flujo, atrito y transferencia de masa, lo que permite adaptar la agitación a las necesidades del cultivo.

Para fluidos de baja viscosidad:

• Turbinas Rushton y Smith: Alta velocidad (100–1000 RPM), excelente dispersión de gases y mezcla de líquidos inmiscibles;
• 4 aspas inclinadas a 45º: Suspensión eficiente de sólidos y mezcla de líquidos inmiscibles;
• Naval: Alta velocidad (300–1500 RPM), sólidos en suspensión con baja velocidad de atrito y agitación de fluidos miscibles.

Para fluidos viscosos:

• Doble hélice: Fluidos de alta viscosidad (20-1000 Pa.s), baja velocidad de rotación (5-100 RPM), flujo mixto;
• Anclaje: Fluidos viscosos (5-50 Pa.s), flujo radial, bajas velocidades (5-100 RPM).

Para procesos sensibles al atrito:

• El recomendado consiste en utilizar biorreactores Airlift, donde la agitación es neumática en lugar de mecánica.

Sensores: monitoree los parámetros que importan

Otra ventaja de los biorreactores Tecnal es la posibilidad de seleccionar los sensores más adecuados para cada aplicación. Los sistemas pueden configurarse con sensores digitales de alta precisión para monitorear diversos parámetros.

Con comunicación digital directa, que elimina la necesidad de convertidores analógicos, los sensores proporcionan una mayor estabilidad de la señal, una reducción del ruido y una mayor confiabilidad de los datos. 

• Sensor de pH digital (Hamilton): Sensor de pH presurizado que no requiere mantenimiento. Alta estabilidad incluso después de la esterilización por vapor, el autoclave o los ciclos CIP. Elimina el ruido de la señal y garantiza una medición confiable, incluso en medios complejos.
• Sensor de oxígeno disuelto (Hamilton): Medición óptica precisa sin interferencias de CO₂ o pH. No requiere tiempo de polarización ni electrolito, es decir, detección inmediata con una respuesta precisa y estable desde el inicio de la medición. Incluye CAP de alta durabilidad para su calibración cada 10 esterilizaciones.
• Sensor de temperatura PT-100: Lecturas precisas de la temperatura del medio, con estabilidad a largo plazo. Imprescindible para mantener el rango ideal para el crecimiento microbiano.
• Sensor de espuma: El exceso de espuma puede obstruir las tuberías de escape y los filtros. El sensor de espuma previene estos problemas activando automáticamente la bomba peristáltica para dispensar el agente antiespumante.

Los biorreactores también pueden equiparse con sensores digitales adicionales, que se comunican a través del protocolo RS-485 en Modbus RTU (digital) directamente al CLP, tales como: 

• Sensor de células viables: Medición de la permisividad (capacitancia).
• Sensor de conductividad: Célula de conductividad industrial, esterilizable y con 4 electrodos. Rango de conductividad: 0,02 a 500 mS/cm.
• Sensor de turbidez: Medición en el infrarrojo cercano (NIR) a 860 nm, con una trayectoria óptica de 5 mm. Escala: 0 – 30 000 NTU.
• Sensor de metano (CH₄): Medición mediante sensor infrarrojo de doble longitud de onda. Rango de lectura: 0,5 – 100%.
• Sensor ORP (Redox): Electrodo con anillo de platino. Rango de lectura: -1.500 a 1.500 mV.
• Sensor de CO₂ disuelto: Medición por infrarojo no dispersiva (NDIR). Rango de lectura: 0,5 – 100 % vol.

Además de eso, el sistema puede incluir sensores suplementarios, dependiendo del modelo y la aplicación:

• Sensor PAR: mide la intensidad de la luz.
• Sensor de pressão: monitorea la presión interna del biorreactor. Rango de trabajo: 0 a 380 mm Hg.
• Sensor/analisador de gases CO₂ y O₂: Mide las concentraciones de dióxido de carbono (rango de medición: 0 a 5%, 0 a 20% o 0 a 100%) y de oxígeno (rango de medición: 0 a 25%) 

Con más de 14 puertos de entrada en el recipiente, usted tiene la flexibilidad de agregar los sensores y accesorios que sean adecuados para su proceso. 

Configura la alimentación de su cultivo 

Cada estrategia de cultivo tiene requisitos específicos de alimentación. 

Los procesos por lotes, por lotes alimentados y continuos pueden requerir diferentes combinaciones de nutrientes, reguladores de pH, agentes antiespumantes y otros insumos.

Por lo tanto, los biorreactores Tecnal pueden funcionar con hasta cinco bombas peristálticas independientes (dependiendo del módulo elegido), de la marca Watson-Marlow, lo que permite una flexibilidad total en la realización del proceso, con posibilidad de control por conteo de revoluciones o por volumen.

El funcionamiento de las bombas peristálticas es sencillo: los rodillos comprimen una manguera flexible y empujan el líquido a través del sistema. Como el fluido entra en contacto únicamente con el interior de la manguera, el riesgo de contaminación se reduce. 

Además de eso, el sistema cuenta con funciones en cascada, capaces de ajustar automáticamente ciertos parámetros según el comportamiento del cultivo.

Para más información: Lote, lote alimentado o continuo: cómo elegir el modo de funcionamiento en Biorreactores
 

Cuando usted necesita algo completamente diferente: Biorreactores Especiales 

Si bien la línea de biorreactores Tecnal cuenta con una amplia gama de recipientes, impulsores, sensores y sistemas de alimentación, algunos proyectos requieren soluciones aún más específicas. 

En estos casos, recurrimos al desarrollo de biorreactores diseñados especialemente. 

Estos proyectos pueden implicar adaptaciones de recipientes, integración de sensores específicos, modificaciones estructurales, sistemas de iluminación y otras soluciones definidas según las necesidades de cada aplicación. 

Con un equipo especializado en el desarrollo de biorreactores, tenemos experiencia en la creación de biorreactores totalmente personalizados. El proceso es sencillo: 

1. Usted expone su necesidad: describiendo el bioproceso, las limitaciones y las necesidades.
2. Evaluamos el proyecto, analizando las posibilidades, las limitaciones técnicas y la viabilidad.
3. Definimos la solución técnica en función de las necesidades identificadas.
4. Nos encargamos de la fabricación y las validaciones internas, incluyendo el diseño, el ensamblaje, la integración y las pruebas.
5. Entrega de equipos diseñados específicamente para su aplicación.

Ya hemos desarrollado biorreactores especiales para diferentes propósitos, como por ejemplo:

• Reactores químicos;
• Reactores para hidrólisis enzimáticas;
• Mini biorreactores para digestiones enzimáticas;
• Biorreactores para la investigación minera;
• Reactores para polímeros y medios de alta viscosidad;
• Reactor/mezclador para carbón granulado; 
• Reactores de 150 L para investigación y producción de biomasa de levadura y otros usos.  

Un biorreactor que evoluciona a la par de su laboratorio 

Las necesidades de un laboratorio cambian con el tiempo. Surgen nuevas líneas de investigación, los procesos evolucionan y diferentes tecnologías se integran en la rutina. 

Los biorreactores Tecnal se desarrollaron para permitir futuras ampliaciones sin necesidad de reemplazar todo el sistema. 

Es posible incorporar nuevos sensores, añadir bombas peristálticas, utilizar diferentes recipientes compatibles, actualizar el software de control y ampliar las funcionalidades del equipo a medida que surjan nuevas necesidades. 

Para aquellos que necesiten avanzar en la ampliación del proceso, la línea también incluye biorreactores a escala piloto, lo que facilita la transición entre la investigación de laboratorio y la producción. 

De este modo, el equipo evoluciona a la par del proyecto, lo que garantiza una mayor flexibilidad y un mejor retorno de la inversión a lo largo del tiempo.

¿Quiere profundizar en el tema y conocer nuestros modelos de biorreactores disponibles? Descargue nuestro E-book o contacte con uno de nuestros especialistas