Biorreactor a base de materiales de silicona.

Biorreactor para el cultivo de organismos fotótrofos en un medio de cultivo acuoso,

cuyas paredes del reactor que entran en contacto con el medio de cultivo están hechas, en su totalidad o en parte, de materiales de silicona, caracterizado por que los materiales de silicona están hechos de siliconas reticuladas por adición, y la superficie de los materiales de silicona presenta un ángulo de contacto con el agua de al menos 100º.

Biorreactor a base de materiales de silicona La invención se refiere a un biorreactor que está equipado con siliconas, a un procedimiento para la fabricación de biorreactores, así como al uso de siliconas para la fabricación de biorreactores.

Los biorreactores se emplean para la producción a gran escala de organismos fotótrofos, p. ej. cianobacterias o microalgas, por ejemplo Spirulina, Chlorella, Clamydomonas o Haematococcus. Microalgas de este tipo están en condiciones de transformar, con la ayuda de la energía luminosa, CO2 y agua en biomasa. Fotobiorreactores de la primera generación aprovechan la luz solar como fuente de luz. Los reactores se componen de grandes instalaciones de depósito abiertas de una configuración múltiple, por ejemplo, instalaciones de depósitos redondos con diámetros de hasta 45 m y brazos mezcladores circulantes. Estos reactores están hechos, por lo general, de hormigón o materiales sintéticos. Los biorreactores cerrados se emplean asimismo en múltiples formas. En el caso de los biorreactores cerrados puede tratarse de biorreactores de placas, biorreactores de tubos, biorreactores de columnas (de burbujas) o biorreactores de mangueras. Este tipo de reactor se hace de materiales transparentes o translúcidos tales como vidrio o material sintético.

Las condiciones de cultivo de microorganismos fotótrofos que se crean en reactores cerrados no se pueden hasta la fecha mantener constantes a lo largo de un espacio de tiempo prolongado, dado que los microorganismos fotótrofos que se forman en la fase de cultivo se depositan en las paredes del reactor, lo cual conduce a oscilaciones de la cantidad de luz incorporada en el medio de cultivo, así como a una mezcladura a fondo inconstante del medio de cultivo. Los depósitos de algas son provocados a menudo mediante condiciones de estrés durante el cultivo, cuyas causas pueden ser condiciones incontroladas de crecimiento (p. ej. luz, temperatura, en el caso de reactores en forma de estanque abierto, así como de reactores cerrados) de los microorganismos o la inducción de la producción de sustancias valiosas por parte de los organismos fotótrofos (p. ej. astaxantina, beta-caroteno) .

El documento WO 2007/129327 A1 se refiere a un fotobiorreactor para el cultivo de biomasa que está constituido por tubos transparentes y enrollados helicoidalmente. Como material del tubo se aconseja por lo general silicona, no ocupándose de la problemática de desarrollo. En el documento WO 2008/145719 se describe la iluminación de foto-reactores con piezas moldeadas de material sintético con LED. Como materiales del reactor se citan acero, material sintético y material cerámico. El elemento de iluminación es preferiblemente una pieza moldeada de silicio con LED. El documento WO 2004/108881 A2 incluye una disposición de biorreactor a base de recipiente y fuente de luz, indicándose como materiales para el recipiente todos los materiales sintéticos posibles, entre otros, siliconas no especificadas con mayor detalle. El documento WO 2009/037683 A1 describe un biorreactor en forma de pileta, con una cubierta en forma de paraguas, a base de materiales permeables a la luz y no especificados con mayor detalle. Para la aportación de dióxido de carbono, se emplean mangueras permeables a los gases, preferiblemente de silicona. El documento GB 2118572 A describe un fotobiorreactor con tubos de vidrio, que están unidos con piezas de unión en forma de U a base de silicona. En el documento DE 10 2005 025 118 A1 se describe un fotobiorreactor hecho de tubos de vidrio, eliminándose mediante ultrasonidos los microorganismos que se han depositado en las superficies. En el documento US 2003/0073231 A1 se describe un fotobiorreactor hecho de materiales termoplásticos tales como poli (cloruro de vinilo) o polietileno. Objeto del documento US 2007/0048848 A1 es un fotobiorreactor asimismo hecho de materiales termoplásticos. En ambos casos, los depósitos de microorganismos en las paredes de los reactores se eliminan por medios mecánicos, por ejemplo cepillos. En este caso, se trata en todos los casos de procedimientos relativamente complejos que no pueden ser aumentados en escala de forma arbitraria. En el documento DE 44 16 069 A1 se aconseja proveer a fibras fotoconductoras, que se emplean para la iluminación de biorreactores, de una superficie lisa. El documento US 2008/0311649 A1 propone aumentar en biorreactores de tubos la velocidad de flujo del medio con contenido en algas, con el fin de evitar la deposición de las algas. En este caso, es desventajoso el que los parámetros de cultivo en relación con la velocidad de flujo ya no puedan ser ajustados de manera independiente.

Ante estos antecedentes, existía la misión de mejorar biorreactores para el cultivo de microorganismos en el sentido de que se impida ampliamente el desarrollo de microorganismos en las partes del reactor que entran en contacto con el medio de cultivo, y que se pueda eliminar sin gran complejidad un desarrollo que eventualmente se manifieste. La solución no debería influir negativamente sobre la calidad del producto, debería ser susceptible de ser aumentada en escala y debería poder ser empleado universalmente independientemente de los parámetros del proceso necesarios para el cultivo.

Objeto de la invención es un biorreactor para el cultivo de organismos fotótrofos en un medio de cultivo acuoso, cuyas paredes del reactor que entran en contacto con el medio de cultivo están hechas, en su totalidad o en parte, de materiales de silicona, caracterizado por que los materiales de silicona están hechos de siliconas reticuladas por adición, y la superficie de los materiales de silicona presenta un ángulo de contacto con el agua de al menos 100º.

Para el cultivo, organismos adecuados son, en particular, macroorganismos o microorganismos fotótrofos. En calidad de organismos fotótrofos se designan en este caso aquellos que para su desarrollo requieren luz y dióxido de carbono o, eventualmente, además otra fuente de carbono. Ejemplos de macroorganismos fotótrofos son macroalgas, plantas, musgos, cultivos de células vegetales. Ejemplos de microorganismos fotótrofos son bacterias fotótrofas tales como bacterias púrpuras, microalgas fotótrofas, incluidas cianobacterias. Preferiblemente, el bioreactor sirve para el cultivo de microorganismos fotótrofos, de manera particularmente preferida para el cultivo de microalgas fotótrofas.

En el caso del biorreactor se puede tratar de un reactor cerrado o de un reactor abierto, en cada caso con una configuración arbitraria. En el caso de los reactores abiertos pueden emplearse, por ejemplo, piletas o los denominados “estanques abiertos” o “estanques de tipo circuito”. En calidad de biorreactores se prefieren reactores cerrados. En el caso de los biorreactores cerrados se puede tratar, por ejemplo, de biorreactores de placas, biorreactores de tubos, biorreactores de columnas (de burbujas) o biorreactores de mangueras. Los biorreactores de placas se componen de placas rectangulares, dispuestas en posición vertical o inclinada, estando reunida una pluralidad de placas para formar un sistema de reactor mayor. Los biorreactores de tubos se componen de un sistema de tubos que puede estar dispuesto en posición vertical u horizontal o en ángulos arbitrarios entremedias, pudiendo ser el sistema de tubos muy largo, preferiblemente de hasta varios cientos de kilómetros. El medio de cultivo es transportado en este caso a través del sistema de tubos, preferiblemente por medio de bombas o del principio de “Airlift”. El bio-reactor de columnas se compone de un recipiente cilíndrico cerrado que está cargado con el medio de cultivo. En el caso de biorreactores de este tipo se introduce dióxido de carbono, procurando la columna de burbujas ascendente la mezcladura a fondo del medio de cultivo. En el caso de reactores de mangueras se trata de un sistema de reactores que se compone de una única manguera de longitud arbitraria o de una pluralidad de mangueras de longitud arbitraria, preferiblemente mangueras de hasta varios metros de longitud.

Los biorreactores están hechos preferiblemente de materiales de silicona transparentes o translúcidos, reticulados por adición. Por materiales de silicona transparentes se entienden aquellos que dejan pasar al menos el 80% la luz en el intervalo del espectro de 400 nm a 1000 nm. Por materiales de silicona translúcidos se entienden aquellos que dejan pasar al menos el 50% de la luz en el intervalo del espectro de 400 nm a 1000 nm. Por piezas del reactor se entienden las paredes del reactor, incluidos el fondo del reactor y la cubierta del reactor, así como elementos estructurales en el medio de cultivo tales como, p. ej., interruptores del flujo. A las paredes del reactor corresponden, en... [Seguir leyendo]

1. Biorreactor para el cultivo de organismos fotótrofos en un medio de cultivo acuoso, cuyas paredes del reactor que entran en contacto con el medio de cultivo están hechas, en su totalidad o en parte, de materiales de silicona, 5 caracterizado por que los materiales de silicona están hechos de siliconas reticuladas por adición, y la superficie de los materiales de silicona presenta un ángulo de contacto con el agua de al menos 100º.

2. Biorreactor según la reivindicación 1, caracterizado por que el biorreactor es un reactor cerrado.

3. Biorreactor según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el biorreactor es un biorreactor de placas, biorreactor de tubos, biorreactor de columna (de burbujas) o biorreactor de mangueras.

4. Biorreactor según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las paredes del reactor están hechas de una o varias siliconas del grupo que contiene siliconas reticuladas por adición (cauchos de silicona) , así como 15 polímeros híbridos de silicona reticulados por adición.

5. Biorreactor según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las paredes del reactor están hechas de una o varias siliconas del grupo que contiene cauchos de silicona HTV reticulados por adición, así como polímeros híbridos de silicona reticulados por adición.

2.

6. Procedimiento para la producción de biorreactores, estando hechas las paredes del reactor que entran en contacto con el medio de cultivo, en su totalidad o en parte, de materiales de silicona reticulados por adición, cuyas superficies presentan un ángulo de contacto con el agua de al menos 100º.

7. Procedimiento para la producción de biorreactores, en el que las paredes del reactor a base de siliconas reticuladas por adición están hechas mediante extrusión, colada por inyección o laminación.

8. Uso de piezas moldeadas de silicona reticuladas por adición, cuya superficie presenta un ángulo de contacto con el agua de al menos 100º, para la fabricación de paredes del reactor para biorreactores.