Como otimizar o desempenho do bioreactor utilizando controladores de massa.

Estamos atualmente numa corrida contra o tempo no desenvolvimento de novas vacinas contra doenças infecciosas. No mundo biofarmacêutico, a eficiência e a produtividade tecnológica dos biorreactores é um ponto-chave neste desenvolvimento. Os bioreactores criam as condições ambientais ideais de temperatura, concentração de nutrientes, pH, oxigénio dissolvido, … para a fermentação e/ou produção de culturas de células. Quanto maior for o rendimento da cultura celular em biorreactor, maior será a probabilidade de obter um produto de qualidade: vacina, farmaco….  

Funcionamento de um bioreactor

Existem duas variáveis fundamentais que influenciam diretamente o funcionamento de um bioreactor, o O2 dissolvido e o pH. Ambas dependem diretamente do controlo preciso e fiável do caudal de gás. A quantidade de O2 dissolvida no meio deve ser reduzida ou aumentada através da injeção precisa de O2 ou N2. Uma vez que o O2 é relativamente insolúvel na água, é normalmente adicionada uma quantidade constante de ar para manter uma concentração de O2 que favoreça o desempenho do bioreactor. O pH do meio é normalmente regulado pela adição de ácidos e/ou bases. No caso das culturas de células, os ácidos líquidos podem danificar as células, pelo que a acidificação é normalmente efectuada através da adição de CO2 . Para o ajuste do caudal de CO2, os fabricantes de bioreactores têm utilizado tradicionalmente rotâmetros com uma válvula manual. Estes sistemas têm limitações óbvias, pelo que a tendência atual é substituí-los por controladores de caudal de massa digitais.  

Vantagens dos controladores de caudal mássico.

Em primeiro lugar, tanto os rotâmetros como os controladores de pressão diferencial são sistemas volumétricos. Por conseguinte, pequenas variações na pressão (P) e na temperatura (T) resultam num erro significativo na medição do caudal. Os instrumentos de massa, ao contrário dos anteriores, são totalmente independentes de P e T, e não necessitam de qualquer compensação. Por outro lado, é evidente que um controlo automático do fluxo é fundamental para um bom funcionamento do biorreactor. Apesar das vantagens económicas dos rotâmetros, estes não possuem qualquer sinal de saída que lhes permita lidar automaticamente com variações nas condições necessárias para um funcionamento ótimo do biorreactor. Outros aspectos importantes são o tamanho do controlador de caudal mássico e a sua versatilidade. Por exemplo, a capacidade de lidar com diferentes gases (O2 e N2) com o mesmo dispositivo é sempre uma caraterística interessante. Finalmente, em ambientes de sala limpa, os fenómenos de contaminação podem estragar lotes de culturas, com a consequente perda de produtividade. A utilização de equipamento menos sensível à contaminação reduzirá este risco. Em conclusão, podemos dizer que os controladores de caudal mássico (MFC) Smart-Trak da empresa americana Sierra Instruments podem desempenhar perfeitamente esta função.  

Caraterísticas mais importantes do SMART-Track:

1. A tecnologia de medição da dispersão térmica permite uma medição direta do caudal mássico, não afetada por variações de P e T.
2. O seu sistema de medição do tipo capilar proporciona uma elevada linearidade de medição, independentemente do gás medido. Graças à sua eletrónica digital, o aparelho está calibrado para 10 gases diferentes.
3. Desempenho de medição “superior”; exatidão +/- 1% da escala completa (para todos os gases), repetibilidade +/-0,2% f.f. e rangeabilidade 50:1.
4. Incorpora uma válvula de controlo automática, sem fricção e de ação direta para um ajuste rápido e estável do caudal de gás entre 2 e 100% da gama do equipamento.
5. Tamanho compacto, com corpo de medição em aço inoxidável 316 de alta qualidade e vários tipos de ligação ao processo disponíveis

  Para mais informações, contacta a MATELCO, SA. e-mail: instrumentacion@matelco.es.