monitoreo en tiempo real de bioprocesos

Monitoreo de bioprocesos en tiempo real
Parte I: Sensores in Situ
Abstract
En las últimas décadas, la biotecnología se ha disparado hacia una industria de vanguardia y su importancia económica está creciendo exponencialmente. La eficiencia, productividad y optimización de los bioprocesos son esenciales. Un control de proceso eficiente permite que se mantenga la calidad del producto, perotambién reduce costos, aumenta ganancias, y reduce la contaminación del medio ambiente. El monitoreo en tiempo real de bioprocesos es fundamental para un buen control del proceso. El rápido desarrollo de aplicaciones de bioprocesos llevó a una búsqueda intensiva de nuevos sensores capaces de proporcionar información en tiempo real sobre el proceso. Los sensores en tiempo real pueden operar en unaconfiguración in situ (in-line) y ex situ (on-line). Este trabajo revisa los enfoques que han sido utilizados para el control de bioprocesos y se divide en dos partes. La primera parte trata los métodos in situ con sensores colocados en el interior del reactor y en contacto directo con “la mayor parte” del medio. La segunda parte …
1. Introduccion
Como resultado de los avances en microbiología,biología molecular, ingeniería genética, “hibridoma, cultivo de células animales, genómica y proteómica, ” , la biotecnología y procesos biotecnológicos se han disparado desde una artesanía tradicional en una tecnología de vanguardia dinámica. La biotecnología es vista hoy en día como tecnología prestigiosa del futuro, con países que luchan por reivindicar sus posiciones en los mercados futuros. Losnúmeros de productos y aplicaciones biotecnológicas está incrementando constantemente. La industria alimenticia, medio ambiente, industria farmacéutica, industria ortopédica, producción energética, nuevos materiales y análisis químicos y biológicos, son algunos de ellos.
El control de bioprocesos resulta en un aumento de la eficiencia, productividad y reproductividad, reducción de costos, mejoradel control de calidad y reducción de contaminación ambiental. El compuesto activo de todos los bioprocesos, el biocatalizador, es muy sensible a las condiciones ambientales. Incluso un pequeño cambio no controlado en la composición, pH, temperatura, y presión pueden alterar el metabolismo celular y cambiar radicalmente la eficiencia del proceso y la productividad y puede incluso hacer que elproceso sea no rentable. Un control total de bioprocesos tiene como objetivo ajustar el entorno en el cual las células son cultivadas hacia las condiciones óptimas para crecimiento, biosíntesis, y / o posterior procesamiento.
Un ejemplo de la importancia del control de bioprocesos es la producción de proteínas “recombinante”, en el que las células se multiplican hasta que se alcanza la densidadcelular deseada, y luego es inducida la expresión de genes ”heteróloga”. Esto minimiza los efectos nocivos del clonado plásmido en la célula durante el crecimiento, así como cualquier toxicidad de la célula de la proteína extraña. Por lo tanto, estos procesos de cultivo de células se llevan a cabo típicamente en dos etapas, y se requiere un control preciso del crecimiento celular y elinterruptor de fase metabólica.
Un prerrequisito para un buen control de procesos es el uso de una adecuada metodología de monitoreo. El monitoreo off-line se lleva a cabo en muestras tomadas del interior del medio del bioreactor y su análisis se lleva a cabo a posteriori. Aunque esta aproximación (aproach) permite mediciones de alta precisión, su desventaja obvia es la demora entre el muestreo y eltiempo de análisis. El monitoreo off-line se usa normalmente para el desarrollo de modelos matemáticos que son usados para el control pre-programado de futuros procesos. En contraste , las técnicas de monitoreo en tiempo real tienen la ventaja de proveer información durante el proceso. Esta aproximación (aproach) proporciona una visión directa a los estados de los bioprocesos y es esencial para...