Cada aplicação possui necessidades específicas. Por isso, a configuração do seu biorreator faz a diferença.

Você provavelmente já sabe que um biorreator é um equipamento capaz de manter condições controladas para o crescimento de microrganismos e células. Embora o princípio de funcionamento seja o mesmo, dificilmente uma única configuração atenderá com eficiência todos os bioprocessos. 

Enquanto alguns cultivos exigem altas taxas de transferência de oxigênio, outros demandam condições suaves de agitação para preservar a viabilidade celular. Há aplicações que necessitam do monitoramento de diversos parâmetros específicos, enquanto outras requerem estratégias específicas de alimentação, controle térmico ou iluminação. 

Se cada aplicação possui necessidades próprias, faz sentido utilizar exatamente a mesma configuração de biorreator para processos tão diferentes? Na prática, a resposta é não. 

É por isso que a Tecnal desenvolve biorreatores que podem ser customizados, permitindo que pesquisadores, centros de pesquisa, universidades e indústrias configurem o equipamento de acordo com as necessidades específicas de cada aplicação. 

Você não escolhe apenas um modelo. Você escolhe os componentes que vai usar.

Antes de escolher um biorreator, faça algumas perguntas

Antes de definir um equipamento, vale a pena analisar as necessidades do seu bioprocesso. 

Pergunte-se, por exemplo: 

• Será necessário monitorar parâmetros específicos?
• O cultivo exige um tipo específico de agitação?
• Os microrganismos são sensíveis ao cisalhamento?
• Será importante visualizar o cultivo durante todo o processo?
• O sistema precisará crescer no futuro, com novos sensores ou acessórios?
• Haverá alimentação automática de nutrientes, controle de pH ou dosagem de antiespumante? 

Responder a essas perguntas ajuda a definir quais componentes realmente fazem diferença para o seu processo. 

Quando a configuração do equipamento não está alinhada à aplicação, algumas funcionalidades podem permanecer subutilizadas, enquanto outras, importantes para o processo, podem fazer falta durante a operação ou em futuras expansões.

Um bom biorreator é a soma de diversos componentes 

Quando pensamos em um biorreator, normalmente imaginamos apenas o vaso de cultivo e o módulo de controle. Porém, o desempenho do processo depende de diversos componentes que trabalham em conjunto. 

O tipo de vaso, o sistema de agitação, os sensores instalados, a quantidade de bombas peristálticas e os recursos de automação influenciam diretamente na eficiência do cultivo, na reprodutibilidade dos resultados, na redução de contaminações, na qualidade dos dados obtidos e, claro, na facilidade de uso. 

Por isso, os biorreatores foram desenvolvidos como um sistema flexível, capaz de atender a diversas aplicações. A seguir, veja quais configurações podem ser personalizadas nos biorreatores Tecnal.

Tipo de vaso: escolha o mais adequado para sua aplicação 

O vaso é um dos principais componentes de um biorreator. Seu material, volume e sistema de controle térmico influenciam diretamente no comportamento do cultivo. 

Não existe um único material ideal. Existe o mais adequado para cada processo.

Vasos de vidro

Os vasos de vidro permitem melhor visualização do cultivo, possibilitando acompanhar parâmetros qualitativos como formação de espuma, turbidez, homogeneidade da mistura e eficiência da aeração. 

Essa característica torna o vidro uma excelente opção para aplicações envolvendo bactérias, leveduras, culturas celulares e diversos outros microrganismos. Esses vasos podem ser do tipo encamisado ou de parede simples. 

Vasos de aço inox

Além da resistência, o material oferece maior proteção contra incidência de luz externa, característica importante em determinados processos biológicos. Disponíveis em modelos encamisados ou de parede simples.

Vasos mistos (vidro e inox)

Os modelos mistos combinam a resistência do aço inox com a possibilidade de visualização proporcionada pelo vidro. 

São amplamente utilizados em cultivos de fungos filamentosos e outros microrganismos que apresentam tendência à aderência nas paredes internas do vaso. Disponíveis apenas no modelo encamisado. 

Vasos Airlift (pneumáticos) 

Nem todos os processos toleram agitação mecânica. Para esses casos, a Tecnal também fabrica biorreatores pneumáticos do tipo Airlift, nos quais a circulação do meio ocorre pela própria aeração, reduzindo o estresse mecânico sobre os microrganismos. 

Essa configuração é geralmente utilizada em cultivos de fungos filamentosos, microalgas, cianobactérias e outros organismos fotossintetizantes. 

Além disso, os modelos Airlift podem ser equipados com sistemas de iluminação LED em diferentes espectros, controle de fotoperíodo e sensor PAR para monitorar a intensidade luminosa em tempo real, criando condições ideais para organismos que dependem da luz para seu desenvolvimento. 

Diferentes volumes 

Os vasos Tecnal estão disponíveis em diversos volumes operacionais, permitindo atender desde pesquisas em bancada até aplicações em escala piloto. 

Para escalonamento do processo, podem ser escolhidos os vasos pilotos de 55 ou 170 litros. 

Projetos especiais também podem ser desenvolvidos conforme a necessidade da aplicação.

Sistemas de controle térmico 

Os vasos podem contar com diferentes sistemas de controle térmico, garantindo estabilidade e reprodutibilidade nos processos:

• Vasos encamisado: O fluido (água ou solução hidroalcoólica) circula na camisa do vaso para aquecimento e resfriamento. Controlado por um banho termostatizado
• Faixa de temperatura: 10°C até 70°C.
• Ideal para: fermentação, bioprocessos convencionais. 

• Vasos de parede simples: Uma serpentina interna permite resfriamento eficiente, enquanto uma manta siliconada oferece aquecimento.
• Faixa de temperatura: -2°C até 130°C.
• Maior flexibilidade térmica.
• Usada em bioprocesso, fermentação e reação química. 

Impelidores: a agitação certa para cada processo 

O tipo de impelidor define como o fluido se move dentro do vaso, impactando na distribuição de nutrientes, transferência de oxigênio, suspensão de sólidos e homogeneidade da mistura. 

Por isso, a Tecnal disponibiliza diferentes configurações de impelidores. Entre as opções disponíveis estão turbinas Rushton e Smith, impelidores de pás inclinadas, propulsores navais, hélices tipo âncora, sistemas duplo helicoidais e mais. 

Cada modelo apresenta características específicas de escoamento, cisalhamento e transferência de massa, permitindo adequar a agitação às necessidades do cultivo.

Para fluidos pouco viscosos:

• Turbinas Rushton e Smith: Alta velocidade (100-1000 RPM), ótima dispersão de gases e mistura de líquidos imiscíveis;
• 4 Pás Inclinadas: Suspensão eficiente de sólidos e mistura de líquidos imiscíveis;
• Naval: Alta velocidade (300–1500 RPM), sólidos em suspensão com baixo índice de cisalhamento e agitação de fluidos miscíveis.

Para fluidos viscosos:

• Duplo Helicoidal: Fluidos muito viscosos (20-1000 Pa.s), baixa rotação (5-100 RPM), escoamento misto;
• Âncora: Fluidos viscosos (5-50 Pa.s), escoamento radial, baixas velocidades (5-100 RPM).

Para processos sensíveis ao cisalhamento:

• O indicado é o uso de biorreatores Airlift, onde a agitação é pneumática e não mecânica.

Sensores: monitore os parâmetros que importam 

Outro benefício dos biorreatores Tecnal é a possibilidade de selecionar os sensores mais adequados para cada aplicação. Os sistemas podem ser configurados com sensores digitais de alta precisão para monitoramento de diversos parâmetros. 

Com comunicação digital direta, sem necessidade de conversores analógicos, os sensores proporcionam maior estabilidade de sinal, redução de ruídos e maior confiabilidade dos dados.

• Sensor de pH digital (Hamilton): Sensor de pH pressurizado sem necessidade de manutenção. Alta estabilidade mesmo após ciclos de esterilizações a vapor, autoclavagem ou CIP. Elimina ruídos de sinal e garante medição confiável, mesmo em meios complexos.
• Sensor de oxigênio dissolvido (Hamilton): Medição óptica precisa e sem interferência de CO₂ ou pH. Sem necessidade de tempo de polarização e uso de eletrólito, ou seja, reconhecimento imediato com resposta precisa e estável desde o início da medição. Acompanha CAP de alta durabilidade para calibração a cada 10 esterilizações.
• Sensor de temperatura PT-100: Leitura precisa da temperatura do meio, com estabilidade a longo prazo. Essencial para manter a faixa ideal de crescimento microbiano.
• Sensor de espuma: Excesso de espuma pode bloquear linhas e filtro de exaustão. O sensor de espuma evita essas falhas, pois aciona automaticamente a bomba peristáltica para dosagem de antiespumante.

Os biorreatores também podem ser equipados com sensores digitais adicionais, com comunicação via protocolo RS-485 em Modbus RTU (digital) diretamente no CLP, como: 

• Sensor de células viáveis: Medição por permissividade (capacitância).
• Sensor de condutividade: Célula de condutividade industrial, esterilizável e com 4 eletrodos. Faixa de condutividade: 0.02 a 500 mS/cm.
• Sensor de turbidez: Medição por infravermelho próximo (NIR) a 860 nm, com passo óptico de 5 mm. Escala: 0 – 30.000 NTU.
• Sensor de metano (CH₄): Medição por sensor de infravermelho com duplo comprimento de onda. Faixa de leitura: 0,5 – 100%.
• Sensor ORP (Redox): Eletrodo com anel de platina. Faixa de leitura: -1.500 a 1.500mV.
• Sensor de CO₂ dissolvido: Medição por infravermelho não dispersivo (NDIR). Faixa de leitura: 0,5 – 100%-vol.

Além disso, o sistema pode incluir sensoriamento complementar, conforme o modelo e a aplicação:

• Sensor PAR: mede a intensidade de luz.
• Sensor de pressão: monitora a pressão interna do biorreator. Faixa de trabalho: 0 - 380 mm Hg.
• Sensor/analisador de CO₂ e O₂ gás: Mede concentrações de dióxido de carbono (faixa de leitura: 0 - 5%, 0 - 20% ou 0 - 100%) e oxigênio (faixa de leitura: 0 a 25%) 

Com mais de 14 portas de entrada no vaso, você tem flexibilidade para adicionar os sensores e acessórios que fazem sentido para seu processo. 

Configure a alimentação do seu cultivo 

Cada estratégia de cultivo possui exigências específicas de alimentação. 

Processos de batelada (batch), batelada alimentada (fed-batch) e contínuos podem demandar diferentes combinações de nutrientes, corretores de pH, antiespumantes e outros insumos. 

Por isso, os biorreatores Tecnal podem operar com até cinco bombas peristálticas independentes (a depender do módulo escolhido), da marca Watson-Marlow, permitindo total flexibilidade na condução do processo, podendo ser com contagem de giro/volume. 

O funcionamento das bombas peristálticas é simples, os roletes pressionam uma mangueira flexível e empurram o líquido pelo sistema. Como o fluido passa apenas pelo interior da mangueira, o risco de contaminação é reduzido. 

Além disso, o sistema conta com funções em modo cascata, capazes de ajustar automaticamente determinados parâmetros conforme o comportamento do cultivo. 

Saiba mais: Batelada, batelada alimentada ou contínuo: como escolher o modo de operação em biorreatores

Quando você precisa de algo totalmente diferente: Biorreatores Especiais 

Embora a linha de biorreatores Tecnal tenha uma ampla combinação de vasos, impelidores, sensores e sistemas de alimentação, alguns projetos exigem soluções ainda mais específicas. 

Nesses casos, contamos com o desenvolvimento de biorreatores especiais sob medida. 

Esses projetos podem envolver adaptações de vasos, integração de sensores específicos, modificações construtivas, sistemas de iluminação e outras soluções definidas de acordo com a necessidade de cada aplicação. 

Com uma equipe de desenvolvimento exclusiva para biorreatores, temos experiência em criar biorreatores totalmente personalizados. O processo é simples: 

1. Você apresenta sua necessidade: descrevendo o bioprocesso, limitações e necessidades.
2. Avaliamos o projeto: discutindo possibilidades, restrições técnicas e viabilidade.
3. Definimos a solução técnica: com base nas necessidades levantadas.
4. Realizamos a fabricação e validações internas: incluindo projeto, montagem, integração e testes.
5. Entrega de um equipamento projetado para a sua aplicação.

Já desenvolvemos biorreatores especiais para diferentes finalidades, como:

• Reatores químicos;
• Reatores para hidrólises enzimáticas;
• Mini biorreatores para digestões enzimáticas;
• Biorreatores para pesquisa em mineração;
• Reatores para polímeros e meios de alta viscosidade;
• Reator/misturador para carvão granulado; 
• Reatores de 150 L para pesquisa e produção de biomassa de leveduras e mais.  

Um biorreator que evolui junto com o seu laboratório 

As necessidades de um laboratório mudam com o tempo. Novas linhas de pesquisa surgem, processos evoluem e diferentes tecnologias passam a integrar a rotina. 

Os biorreatores Tecnal foram desenvolvidos para permitir expansões futuras sem a necessidade de substituir todo o sistema. 

É possível incorporar novos sensores, adicionar bombas peristálticas, utilizar diferentes vasos compatíveis, atualizar o software de controle e ampliar as funcionalidades do equipamento conforme surgem novas demandas. 

Para quem precisa avançar no escalonamento do processo, a linha também inclui biorreatores em escala piloto, facilitando a transição entre a pesquisa laboratorial e a produção. 

Assim, o equipamento acompanha a evolução do projeto, garantindo maior flexibilidade e melhor aproveitamento do investimento ao longo do tempo.

Quer se aprofundar no tema e conhecer os nossos modelos de biorreatores disponíveis? Baixe nosso e-book ou fale com nossos especialistas.