Capacidad de los biorreactores con agitación orbital
Se demostró la aplicación exitosa de SUB biorreactores con agitación orbital agitación orbital para el cultivo de líneas celulares de mamíferos desde la escala de mililitros hasta la escala de metros cúbicos.
La potencia de entrada en los sistemas orbitales sacudidos se puede determinar con una medición de torsión en el vibrador exterior (cuando se desprecia la fricción interior) o cuando se mide la temperatura del líquido y del aire en el recipiente.
El área de superficie correspondiente para el cálculo de la transferencia de masa de oxígeno puede aumentar significativamente cuando el reactor se somete a agitación orbital.
La formación de un chorro de agua conduce a la formación de una película en la pared del recipiente.
La película de agua se satura con oxígeno disuelto muy rápidamente debido a la alta relación superficie-volumen. Una vez que el núcleo de la fase líquida toca la película, se vuelve a mezclar con el núcleo líquido.
Por lo tanto, el oxígeno disuelto en la película contribuye a un valor de kLa mucho mayor.
La formación de la película depende principalmente de la geometría, el movimiento de agitación y la tensión superficial del material de la pared y la fase líquida, entre varios parámetros.
Por lo tanto, la transferencia de masa de oxígeno debe evaluarse experimentalmente para cada recipiente de cultivo. Para la aproximación del valor de kLa en matraces de agitación, Maier y Buchs desarrollaron la siguiente ecuación]:
Se ha descrito el mantenimiento del tiempo de mezcla entre diferentes escalas para SUBs con agitación orbital. Para lograr esto, el diámetro interior del recipiente con respecto al diámetro de agitación y el número de Froude deben mantenerse constantes. Esto se logró en diferentes escalas, desde el mililitro hasta el rango de metros cúbicos.
Dado que la formación de una película en la pared contribuye en gran medida a la transferencia de masa del gas, las características de la superficie del material de la bolsa juegan un papel importante, así como la tensión superficial de la fase líquida.
Sin embargo, especialmente a pequeña escala, se llevó a cabo una mayor optimización de las geometrías y los materiales para lograr tasas de transferencia de masa de gas comparativamente altas.
En primer lugar, se optimizó el diseño para mejorar la transferencia de masa de oxígeno.
Se había introducido la tecnología de cobertura, que permite la aplicación de alta velocidad de agitación sin perder las capacidades de transferencia de masa de oxígeno y dióxido de carbono del sistema mediante la humectación de la membrana.
Al aplicar la tecnología de sensor de fluorescencia (PreSens), el pH, el DOT y la biomasa se pueden monitorear en línea, lo que permite el ajuste de los sistemas de liberación de sustrato in situ.
Permiten la aplicación de un modo de alimentación por lotes limitado en nutrientes en casi cualquier escala.
Mediante el control liberado con gránulos de silicio, las condiciones de cultivo de Hansenula polymorpha podrían mejorarse en matraces de agitación, lo que condujo a un aumento de la concentración de la biomasa final en un 85 % en comparación con los cultivos por lotes.
Como se informó [45], la tecnología BioLector (m2p-labs) puede combinarse con un dispositivo de control de microfluidos para ejecutar cultivos por lotes alimentados a escala de placa de micropocillos.
La alimentación constante y exponencial se puede aplicar en sistemas de biorreactores con agitación orbital paralelos impulsados por microbombas o sistemas de manejo de líquidos.
La tecnología BioLector permite además medir la concentración de biomasa, los metabolitos y las proteínas indicadoras midiendo las intensidades de la fluorescencia y la luz dispersa en línea en hasta 96 pocillos de una placa desechable.
El sistema de biorreactor en miniatura con agitación orbital 𝜇-24 (Pall Life Sciences Inc., NY) está equipado con sensores para medir el OD, la temperatura y el valor de pH.
Se demostró una alta reproducibilidad de pocillo a pocillo, que es de alguna manera crucial cuando se aplican métodos de cultivo a escala de microlitros y mililitros, para cultivos de Saccharomyces cerevisiae.
La transferencia de masa de oxígeno volumétrica aparente que se puede lograr en un sistema de este tipo con tanques de acero inoxidable osciló entre 3 y 22 h-1 para la aireación del espacio de cabeza, y entre 4 y 53 h-1 para el rociado directo de gas, respectivamente.
El rociado directo de gas redujo los tiempos de mezclado en un factor de hasta 19.
Otra contribución a los biorreactores desechables con agitación orbital completamente operados a pequeña escala es su integración en sistemas automatizados de manejo de líquidos.
Varios informes describen aplicaciones con control de procesos individuales, perfiles de alimentación y procedimientos de inducción en cultivos paralelos en plataformas de manejo de líquidos.
Por lo tanto, junto con las tecnologías independientes de la plataforma y el medio de alimentación en el tiempo (FIT), las placas de micropocillos y los matraces de agitación representan la escala inicial en la que los sistemas de biorreactores de agitación orbital completamente equivalentes son aplicables en la actualidad.