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Un biorreactor puede referirse a cualquier dispositivo o sistema fabricado o diseñado que soporta un entorno biológicamente activa. En un caso, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activos derivados de esos organismos. Este proceso puede ser aeróbico o anaeróbico. Estos biorreactores son comúnmente cilíndricos, que varían en tamaño desde litros a metros cúbicos, y con frecuencia están hechos de acero inoxidable.

Un biorreactor también puede referirse a un dispositivo o sistema destinado a crecer células o tejidos en el contexto de cultivo celular. Estos dispositivos están siendo desarrollados para su uso en la ingeniería de tejidos o la ingeniería bioquímica.

Sobre la base del modo de operación, un biorreactor puede ser clasificado como lote, lote alimentado o continuo. Un ejemplo de un biorreactor continuo es el quimiostato.

Organismos que crecen en biorreactores pueden ser suspendidos o inmovilizados. Un método simple, donde se inmovilizan las células, es una placa de Petri con gel de agar. Escala grande biorreactores de células inmovilizadas son:

  • los medios de comunicación móviles, también conocidos como Moving Bed Biofilm Reactor
  • lecho empacado
  • cama fibrosa
  • membrana

Diseño del biorreactor

Diseño del biorreactor es una tarea de ingeniería relativamente compleja, que se estudia en la disciplina de la ingeniería bioquímica. En condiciones óptimas, los microorganismos o las células son capaces de realizar su función deseada con una tasa de éxito del 100 por ciento. Condiciones ambientales del biorreactor como las tasas de flujo de gas, niveles de oxígeno, temperatura, pH y disuelto, y la velocidad/caudal de circulación de agitación deben ser estrechamente monitoreados y controlados.

La mayoría de los fabricantes de biorreactores industriales usan vasos, sensores y un sistema de control conectados en red.

El ensuciamiento puede perjudicar la esterilidad en general y la eficiencia del biorreactor, especialmente los intercambiadores de calor. Para evitarlo, el biorreactor debe limpiarse con facilidad y lo más suave posible ..

Es necesario un intercambiador de calor para mantener el bioproceso a una temperatura constante. Fermentación biológica es una importante fuente de calor, por lo tanto, en la mayoría de los casos biorreactores necesita refrigeración. Ellos pueden ser refrigerados con una camisa externa o, en caso de grandes vasos, con serpentines internos.

En un proceso aerobio, la transferencia óptima de oxígeno es tal vez la tarea más difícil de lograr. El oxígeno es poco soluble en agua, incluso menos en caldos de fermentación-y es relativamente escasa en el aire. La transferencia de oxígeno es normalmente ayudado por agitación, que también se necesita para mezclar los nutrientes y para mantener la fermentación homogénea. Hay, sin embargo, límites a la velocidad de agitación, debido tanto al alto consumo de energía y para el daño para los organismos causadas por el exceso de velocidad punta. En la práctica, biorreactores son a menudo a presión, lo que aumenta la solubilidad del oxígeno en agua.

Fotobiorreactor

Un fotobiorreactor es un bioreactor que incorpora algún tipo de fuente de luz. Prácticamente cualquier recipiente translúcido que se podría llamar un PBR, sin embargo, el término se utiliza más comúnmente para definir un sistema cerrado, en contraposición a un tanque abierto o estanque. Fotobiorreactores son utilizadas para el cultivo de pequeños organismos fototróficas como las cianobacterias, algas o plantas de musgo. Estos organismos utilizan la luz a través de la fotosíntesis como fuente de energía y no requieren de azúcares o lípidos como fuente de energía. Por consiguiente, el riesgo de contaminación con otros microorganismos como las bacterias o los hongos es menor en fotobiorreactores en comparación con biorreactores para organismos heterotroph.

Tratamiento de aguas residuales

Biorreactores también están diseñados para tratar las aguas residuales y las aguas residuales. En el más eficiente de estos sistemas, hay un suministro de un medio de flujo libre, químicamente inerte que actúa como un receptáculo para las bacterias que descomponen las aguas residuales en bruto. Ejemplos de estos biorreactores a menudo tienen, tanques secuenciales separadas y un separador mecánico o ciclón para acelerar la separación de agua y biosólidos. Aireadores suministran oxígeno a las aguas residuales y medianas, lo que acelera aún más detalle. Mezcladores sumergibles proporcionan agitación en biorreactores anóxicas para mantener los sólidos en suspensión y de ese modo asegurar que las bacterias y los materiales orgánicos "se reúnen". En el proceso, la Demanda Bioquímica de Oxígeno del líquido se reduce lo suficiente como para hacer que el agua contaminada en forma para su reutilización. Los biosólidos pueden ser recogidas para su posterior procesamiento, o secarse y utilizarse como fertilizante. Una versión muy simple de un biorreactor de aguas residuales es un tanque séptico por lo que las aguas residuales se deja in situ, con o sin medios de comunicación adicionales a albergan bacterias. En este caso, el propio lodo biológico es el huésped primario para las bacterias. Los sistemas sépticos son los más adecuados cuando hay suficiente masa de tierra, y el sistema no está sujeto a inundaciones o suelo excesivamente saturado, y donde el tiempo y la eficiencia no se priorizan.

Debido a que son el motor que impulsa el tratamiento biológico de aguas residuales, es fundamental seguir de cerca la cantidad y calidad de los microorganismos en biorreactores. Un método para esto es a través de pruebas de ATP de 2 ª Generación.

NASA clonación biorreactor tejido

En biorreactores en los que el objetivo es hacer crecer células o tejidos para fines experimentales o terapéuticas, el diseño es significativamente diferente de biorreactores industriales. Muchas células y tejidos, especialmente los mamíferos, deben tener una superficie u otro soporte estructural para poder crecer, y los ambientes agitados suelen ser destructivos para estos tipos de células y tejidos. Los organismos superiores, siendo auxotrophic, también requieren medios de cultivo muy especializadas.

La NASA ha desarrollado un nuevo tipo de biorreactor que crece artificialmente tejido en cultivos celulares. Biorreactor tejido de la NASA puede crecer tejido del corazón, tejido esquelético, ligamentos, tejido de cáncer para el estudio, y otros tipos de tejido.

Para obtener más información sobre el cultivo de tejidos artificiales, consulte la ingeniería de tejidos.