Biorreactor de tambor rotatorio: estructura interna y funcionamiento

Los biorreactores de tambor rotatorio, tanto mecánicos como neumáticos, son sistemas utilizados en la biotecnología para cultivar microorganismos o células en un ambiente controlado. A diferencia de los biorreactores de tanque agitado, la mezcla y la transferencia de oxígeno se logran a través de la rotación del tambor. Este artículo se centra en la estructura interna de estos biorreactores, omitiendo la descripción de su estructura externa.

Tipos de Biorreactores de Tambor Rotatorio

Existen dos tipos principales de biorreactores de tambor rotatorio:

• Biorreactores de tambor rotatorio mecánico: La rotación del tambor se realiza mediante un motor externo, que acciona un sistema de engranajes o un sistema de transmisión por correa. Este tipo de biorreactor permite un control preciso de la velocidad de rotación.
• Biorreactores de tambor rotatorio neumático: La rotación del tambor se consigue utilizando aire comprimido. Este sistema suele ser más sencillo y menos costoso que el mecánico, pero ofrece menos control sobre la velocidad de rotación.

Estructura Interna del Biorreactor de Tambor Rotatorio

La estructura interna de un biorreactor de tambor rotatorio, independientemente del mecanismo de rotación, se compone de los siguientes elementos:

Tambor de Cultivo:

El tambor es el componente principal y está fabricado con materiales resistentes a la corrosión y fáciles de esterilizar, como el acero inoxidable. Su diseño puede variar, pero generalmente es cilíndrico y puede presentar diferentes configuraciones internas para optimizar la mezcla y la transferencia de masa. Algunos diseños incorporan baffles internos para mejorar la homogeneización del contenido.

Características del tambor:

• Material: Acero inoxidable, materiales poliméricos resistentes.
• Diseño: Cilíndrico, con o sin baffles internos.
• Tamaño: Variable, desde pequeños reactores de laboratorio hasta grandes sistemas industriales.

Sistema de Rotación:

En los biorreactores mecánicos, el sistema de rotación consiste en un motor, un reductor de velocidad y un sistema de transmisión que conecta el motor al tambor. En los biorreactores neumáticos, el sistema de rotación se basa en la inyección de aire comprimido a través de boquillas estratégicamente ubicadas en el tambor. La presión y el flujo del aire se controlan mediante válvulas y reguladores.

Características del sistema de rotación:

• Mecanismo: Motor y transmisión (mecánico), aire comprimido (neumático).
• Control de velocidad: Preciso en sistemas mecánicos, menos preciso en sistemas neumáticos.
• Mantenimiento: Requiere mantenimiento periódico para asegurar un funcionamiento óptimo.

Sistema de Control de Parámetros:

Para asegurar un crecimiento óptimo del cultivo, el biorreactor incorpora un sistema de control de parámetros cruciales como:

• Temperatura: Se controla mediante camisas de agua o aire, o mediante sistemas de calefacción/refrigeración integrados.
• pH: Se controla mediante la adición automatizada de ácidos o bases.
• Oxigenación: En los biorreactores de tambor rotatorio, la oxigenación se logra principalmente a través de la superficie de contacto entre el medio de cultivo y el aire. Algunos diseños incorporan sistemas de aireación adicionales.
• Humedad: En biorreactores de cultivo sólido, se controla mediante la regulación de la humedad del aire.

Sistema de Entrada y Salida:

El biorreactor cuenta con puertos para la entrada del medio de cultivo, la inoculación del inóculo, la adición de nutrientes y la salida del producto final. Estos puertos están diseñados para permitir la esterilización y el mantenimiento de la integridad del sistema.

Sistema de Monitoreo:

Se utilizan sensores para monitorear continuamente los parámetros del proceso, como la temperatura, el pH, la concentración de oxígeno disuelto, la presión y la velocidad de rotación. Esta información se utiliza para ajustar los parámetros de operación y asegurar el funcionamiento óptimo del biorreactor.

Ventajas y Desventajas de los Biorreactores de Tambor Rotatorio

Ventajas:

• Mezcla suave: La rotación del tambor proporciona una mezcla suave y eficiente, lo que reduce el daño celular.
• Adecuado para cultivos densos: Son adecuados para el cultivo de microorganismos o células que tienden a aglomerarse.
• Fácil de operar y mantener: Comparativamente, son más simples de operar y mantener que otros tipos de biorreactores.

Desventajas:

• Limitaciones en la transferencia de oxígeno: La transferencia de oxígeno puede ser limitada en comparación con los biorreactores de tanque agitado.
• Menos control sobre la homogeneización: La homogeneización puede ser menos precisa que en otros tipos de biorreactores.
• Escalado: El escalado de estos biorreactores puede ser complejo.

Consultas Habituales

Algunas de las consultas habituales sobre biorreactores de tambor rotatorio son:

• ¿Qué tipo de biorreactor es mejor para mi aplicación? La elección depende del tipo de cultivo, las necesidades de oxígeno y los requerimientos de homogeneización.
• ¿Cuál es el costo de un biorreactor de tambor rotatorio? El costo varía según el tamaño, las características y el fabricante.
• ¿Cómo se esteriliza un biorreactor de tambor rotatorio? La esterilización se puede realizar mediante autoclave o mediante otros métodos de esterilización in situ.

Tabla Comparativa

En conclusión, los biorreactores de tambor rotatorio ofrecen una alternativa eficiente y versátil para el cultivo de microorganismos y células. La elección entre un sistema mecánico o neumático depende de los requerimientos específicos de cada aplicación. La comprensión de la estructura interna de estos biorreactores es fundamental para su correcto funcionamiento y para el éxito de los procesos biotecnológicos.