¿Qué son los biorreactores personalizados?

 ¿Qué es un biorreactor personalizado, y cuándo necesita uno un proceso?Un biorreactor personalizado es un recipiente de cultivo diseñado según una especificación específica de los requisitos del usuario en lugar de seleccionarse de un catálogo estándar,con cada variable de diseño establecida por el proceso en lugar de por defecto del fabricanteLas diez variables que definen la envolvente son el volumen de trabajo, la relación de aspecto, el tipo y el recuento del impulsor, el diseño de la palanca, la configuración del deflector, la superficie de transferencia de calor, la presión y la temperatura de diseño.Material y acabado de la superficieLa ingeniería de un buque personalizado toma de 6 a 10 semanas para un diseño aprobado y la fabricación, el montaje,y pruebas de aceptación de fábrica traen la entrega total a 5-9 meses.

1Las variables de diseño que impulsan la personalización

Cuatro variables explican la mayor parte de la diferencia de rendimiento entre un buque que cumple con los objetivos de título y uno que no lo hace:

• Geometría y tren del impulsor:La relación de aspecto es la primera decisión.5El vaso de 1:1 a 2:1 favorece la transferencia de masa gas-líquido porque extiende la zona de espuma y aumenta el tiempo de residencia de las burbujas, mientras que un vaso de 3:1 a 4:1 recipiente favorece la transferencia de calor y la mezcla en forma de enchufe para caldos viscosos o filamentososLa selección del impulsor sigue: una turbina de Rushton radial tiene un número de potencia de aproximadamente 5,0 y sobresale en la dispersión de gases, un hidrofoil axial tiene un número de potencia de 0,3-0.8 y ofrece mezcla a granel a bajo corteLa mayoría de los recipientes personalizados combinan un impulsor radial inferior con uno o dos impulsor axial superior.
• Diseño de dispersión de gas y Sparger:El suministro de oxígeno es generalmente la restricción de unión. Un simple anillo con agujeros de 1-2 mm da kLa de 30-80 h-1 a 0.5-1.0 vvm, mientras que un micro-sparger sinterizado produce 0.Las burbujas de 5-50 μm elevan kLa a 100-250 h-1 en el mismo flujo de gas porque el área de interfaz aumenta bruscamente a medida que el diámetro de la burbuja disminuyeLa compensación es la contaminación: los micro-spargers se obstruyen con células y antiespuma,Por lo tanto, la mayoría de los recipientes de producción utilizan un anillo sparger para la robustez y lograr kLa a través de una mayor potencia de entrada y el enriquecimiento de oxígeno hasta un 40% de O2 en el gas de alimentación.
• Capacidad de transferencia de calor:El calor metabólico en un cultivo aeróbico denso alcanza 15-40 kW por metro cúbico de volumen de trabajo, y las reacciones de polimerización o neutralización pueden excederlo.Así que el personalizador debe o aumentar el área o aumentar UUna capa simple da U de 300-600 W/m2·K, una bobina de medio tubo alcanza 600-900, y una capa de hoyuelo con flujo turbulento alcanza 800-1,200Cuando el área de la chaqueta es insuficiente, el diseño añade un circuito de circulación externo a través de un intercambiador de calor de concha y tubo o placa, que también mejora la mezcla en recipientes altos.
• Presión, material y acabado:La presión de diseño está determinada por el deber de esterilización y contención: 0,35 MPa para SIP estándar a 121 °C, hasta 1,0 MPa o más para procesos de alta temperatura, cultivos termofílicos,o química a base de disolventes por encima del punto de ebullición atmosféricoEl material sigue la envolvente de corrosión: 316L para la mayoría de los procesos biológicos, 904L o duplex 2205 para caldos que contienen cloruro por encima de 500 ppm,y titanio de grado 2 o Hastelloy C-276 para el servicio de halogenuros agresivosEl acabado de la superficie se especifica como pulido mecánico a Ra 0,8 μm para el servicio industrial o electropolished Ra 0,4 μm para GMP.

2Desde la especificación de los requisitos del usuario hasta la entrega validada

Un proyecto personalizado bien dirigido pasa por cuatro puertas.

• Especificación de los requisitos del usuario:El URS es el documento de control para todo el proyecto, en el que se indican el producto y el organismo, el volumen de trabajo y el proceso de transformación, los kLa requeridos en el peor caso de viscosidad del caldo, el tiempo de ciclo y el perfil del lote,Método CIP y SIP, disponibilidad y calidad de utilidad, materiales y acabados, arquitectura de instrumentación y control, códigos y normas aplicables, así como la documentación y los resultados de calificación.Debe distinguir los requisitos obligatorios de las preferencias, porque cada línea obligatoria tiene un costo y cada línea vaga se convierte en una orden de cambio.
• Calificación de diseño e ingeniería:La calificación del diseño demuestra que el diseño propuesto cumple con cada línea URS, con el apoyo de cálculos: potencia del agitador y par del número de potencia del impulsor en el número de Reynolds especificado,kLa predicción de una correlación como van't Riet, balance de transferencia de calor frente a la carga térmica máxima y cálculo de los límites de presión según el código aplicable.y un documento de filosofía de controlEste es el último punto en el que los cambios de diseño son baratos.
• Fabricación y aceptación de fábrica:La fabricación sigue los dibujos aprobados con puntos de retención para la verificación del material, la inspección de soldadura, la verificación dimensional y la prueba hidrotest.Las pruebas de aceptación de fábrica demuestran entonces que el agitador está en funcionamiento con medición de vibración y temperatura., controles de circuito de control con señales simuladas a 0, 50 y 100% del rango, verificación de alarma e interbloqueo, pruebas de cobertura CIP con riboflavina e inspección ultravioleta,y una retención estéril a 121°C durante 30 minutos con uniformidad de temperatura dentro de ±1°C en todos los puntos de control.
• Entrega, instalación y cualificación:El buque se envía con protección y documentación, se instala y se une a los servicios públicos, luego pasa por pruebas de aceptación del sitio,calificación de instalación que abarque la verificación de la construcción y la calibración de los instrumentosLa calificación del rendimiento del proceso concluye con tres lotes consecutivos que cumplen criterios predeterminados.Los proveedores que proporcionan paquetes de documentación alineados con el plan maestro de validación del propietario eliminan semanas de esta fase.

Variables de diseño de biorreactores personalizados Matriz de comparación

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuándo vale la pena un biorreactor personalizado sobre un recipiente estándar?

R: La ingeniería personalizada vale la pena cuando se aplica una de las cuatro condiciones: primero, el organismo o la química tiene una demanda de oxígeno inusual o una sensibilidad al corte que la geometría estándar no puede satisfacer,como los hongos filamentosos superiores a 10En segundo lugar, el proceso se ejecuta a una presión superior a 0,35 MPa o a una temperatura superior a 121°C, lo que excluye los diseños de catálogo.el caldo es lo suficientemente corrosivo como para requerir duplexEn cuarto lugar, la instalación está limitada por las dimensiones existentes del edificio, las capacidades existentes de las empresas de servicios públicos o la integración requerida con el equipo de aguas abajo.Si no se aplica ninguna de estas condiciones, un buque estándar será más barato y más rápido.

P: ¿Cuánto cuesta más un biorreactor personalizado?

R: Esperar una prima del 15-40% sobre un recipiente estándar del mismo volumen nominal para la personalización mecánica como la relación de aspecto no estándar, aleación exótica, clasificación de alta presión,o un tren de impulsión especializadoLa adición de documentación farmacéutica completa, acabado electrolibrado y un paquete completo de DQ/IQ/OQ puede llevar la prima al 50-80%.Esta prima se recupera generalmente rápidamente cuando la alternativa es un buque que no puede alcanzar el kLa objetivoEl coste de ingeniería en sí es típicamente del 8 al 15% del valor del equipo para un diseño genuinamente personalizado.

P: ¿Qué información debo proporcionar para obtener una cotización personalizada precisa?

A: Proporcionar once elementos: el organismo o la química y su tolerancia al corte; volumen de trabajo objetivo y reducción mínima; kLa o tasa de absorción de oxígeno requerida al final del lote;viscosidad y densidad del caldo a lo largo del ciclo• carga térmica máxima y temperatura del agua de refrigeración disponible; presión y temperatura de diseño, incluido el método de esterilización; química y ciclo de CIP y SIP; requisitos de acabado del material y de la superficie;la disponibilidad de servicios públicos, incluidos el vapor, el agua refrigerada, el aire comprimido y el suministro eléctrico; códigos y normas aplicables para la jurisdicción de la instalación;y la documentación requerida y el alcance de la cualificaciónLa falta de datos de kLa y viscosidad es la causa más común de un agitador de bajo tamaño.

P: ¿Se puede modernizar un buque existente en lugar de comprar uno nuevo?

R: A menudo sí, y vale la pena evaluar antes de comprometerse con un nuevo capital.cambiar el tren del impulsor de radial a axial para reducir el corte, añadiendo una bobina de medio tubo o un circuito de intercambio de calor externo para aumentar la capacidad de enfriamiento, mejorando el sello mecánico a un doble sello con fluido de barrera estéril,y modernizar la instrumentación y el control con nuevos sensores y una plataforma PLCLas restricciones son el esquema de boquillas existente, el grosor de la cáscara disponible para cortar nuevas boquillas y la presión nominal del recipiente original.todos los cuales deben volver a verificarse con respecto al código de diseño vigente antes de cualquier modificación.