Tipos de biorreator comparados
O tipo de um biorreator decide-se face a três condicionantes, por esta ordem: a pressão e a temperatura a que o processo decorre, o esforço de corte que a cultura tolera e a forma como a esterilidade é obtida e validada. Esta página compara tanque agitado, airlift, coluna de bolhas, fotobiorreator, leito fixo e descartável, com os limites declarados de cada um.
Os seis tipos, um por linha
Os limites da tabela são os declarados nas fichas técnicas das séries correspondentes: são o critério de seleção mais firme, porque podem ser verificados. Os dois tipos que a Vinci não fabrica mantêm-se na tabela, porque uma comparação que os omite não é uma comparação.
| Tipo | Como mistura | Limites declarados | Quando convém |
|---|---|---|---|
| Agitado, em vidro | Mecanicamente, com agitador | 0,5 – 12 L · até 1 bar · 80 °C com camisa, 60 °C com manta de aquecimento · esterilização em autoclave | Desenvolvimento de processo e triagem, quando a cultura tem de estar visível |
| Agitado, aço inoxidável de bancada | Mecanicamente, com agitador | 1 – 15 L · série XLP até 1 barg e 70 °C, séries XVP e XHP até 10 barg e 135 °C | Processos sob pressão ou a alta temperatura já na bancada, por exemplo a fermentação gasosa |
| Agitado, aço inoxidável esterilizável in situ | Mecanicamente, com agitador | De 30 L a mais de 1.000 L de volume total · ciclos SIP e CIP integrados · kLa ≥ 200 h⁻¹ | Processos microbianos com elevada procura de oxigénio, ambientes GMP, escalonamento para produção |
| Airlift | Pneumaticamente, apenas com o fluxo de gás: sem agitador | 0,5 – 12 L em vidro borossilicato, como configuração do kit de fotobiorreator | Culturas que não toleram esforço de corte: microalgas, cianobactérias, micélio |
| Fotobiorreator | Pneumaticamente (airlift) ou mecanicamente, à escolha | 0,5 – 12 L · LED multicanal, PAR de 0 a 2.500 µmol/m²·s · 2 a 70 °C · sensor PAR | Culturas fotossintéticas, onde a luz é um parâmetro de processo como o pH |
| Descartável | Mecanicamente, com agitador | 0,35 – 40 L de volume total · 0 a 0,5 barg · +4 a +50 °C · até 12 reatores em paralelo | Mudança rápida entre projetos e sem validação de limpeza: o percurso dos fluidos chega estéril |
| Coluna de bolhas não fabricado | Pneumaticamente, sem tubo ascendente: sem circulação imposta | — | Processos com baixa necessidade de mistura; a Vinci não fabrica este tipo |
| Leito fixo não fabricado | O líquido atravessa um leito de suportes aos quais as células aderem | — | Células aderentes e perfusão prolongada; a Vinci não fabrica este tipo |
Os volumes dos tipos que a Vinci fabrica são volumes totais, como nas páginas de produto. O volume útil é inferior: na página escalonamento o percurso é dado em volume útil.
Três perguntas, por esta ordem
A que pressão e a que temperatura decorre o processo?
É o primeiro filtro e o mais nítido: elimina tipos inteiros antes de se pesar qualquer outra coisa. Acima de 1 bar sai o vidro; acima de 0,5 barg ou 50 °C sai o descartável; acima de 70 °C restam as séries em aço inoxidável construídas para pressão.
Quanto esforço de corte tolera a cultura?
Uma cultura que não o tolera exclui o agitador e aponta para o airlift, onde só o fluxo de gás move o líquido. Uma cultura robusta ganha, pelo contrário, com a mistura mais enérgica de um tanque agitado.
Como se obtém a esterilidade, e quem a valida?
A autoclave limita o volume ao que lá cabe. O SIP esteriliza o sistema já montado e ligado e, acima de certo volume, é o único caminho. O descartável desloca a questão para montante: chega estéril e, em vez da validação de limpeza, há os certificados de lote do fornecedor.
Quanto tolera uma cultura
O esforço de corte quantifica-se de duas formas, a ler em conjunto: a potência específica dissipada no líquido, em watts por metro cúbico, e a velocidade periférica do agitador, em metros por segundo. Os intervalos abaixo não são valores da Vinci: são ordens de grandeza da literatura, úteis para enquadrar uma cultura antes de dimensionar seja o que for. Cada estirpe tem a sua sensibilidade, e uma medição de binário no sistema real diz mais do que qualquer intervalo.
| Cultura | Potência específica · velocidade periférica | Fonte |
|---|---|---|
| Células de mamífero (CHO, HEK293) | 10 – 100 W/m³ · 1 – 2 m/s típica | Nienow, Cytotechnology 50 (2006) 9–33 |
| Bactérias e leveduras | 1 – 5 kW/m³ · 3 – 7 m/s típica | Doran, Bioprocess Engineering Principles, 2nd ed. |
| Microalgas | A sensibilidade varia demasiado entre espécies para que um único intervalo seja honesto: é por isso que aqui se usa o airlift, que retira o agitador da equação. | |
Nos sistemas Vinci o esforço de corte mede-se com o módulo opcional de binário, destinado à monitorização da viscosidade e do corte durante o processo.
Diga-nos como decorre o seu processo
Pressão, temperatura, cultura e quantidade por lote: com esses quatro dados o tipo reduz-se a um ou dois, e a nossa equipa de engenharia responde em 24 horas.
Perguntas frequentes
O volume não é a primeira escolha: decorre da quantidade de produto por lote e do rendimento esperado do processo, e só depois se verifica se o tipo aguenta a pressão, a temperatura e o esforço de corte exigidos. O percurso Vinci cobre 250 mL a mais de 1.000 L de volume útil em quatro etapas que partilham a plataforma de controlo, pelo que um processo desenvolvido na bancada se transfere sem reescrever a automação.
Ambos misturam apenas com o fluxo de gás, sem agitador. O airlift tem um tubo ascendente que separa a zona onde o gás sobe daquela onde o líquido volta a descer, e isso impõe uma circulação definida: o líquido percorre sempre o mesmo circuito. A coluna de bolhas não o tem, pelo que a mistura é menos previsível. A Vinci fabrica airlift, não colunas de bolhas.
Os limites decidem antes da economia: acima de 40 L de volume total, acima de 0,5 barg ou acima de 50 °C o descartável não é opção e o aço inoxidável assume. Abaixo desses limites o descartável compensa onde os projetos mudam muitas vezes, porque elimina a limpeza e a sua validação; o aço compensa onde o mesmo processo corre muito tempo e o custo dos recipientes consumíveis se acumula.
Para a Vinci, biorreator é o termo geral e fermentador designa um biorreator configurado para microrganismos: arejamento mais enérgico, agitadores Rushton, maior potência específica. A diferença está na configuração, não na máquina — o mesmo controlador governa ambos os casos, e os recipientes descartáveis levam as duas siglas SUB e SUF no mesmo recipiente.