Diseño e implementación de un dispositivo para la gestión automatizada de flujos de entrada y salida en un sistema de múltiples mini-biorreactores

Abstract

[ES] Con la ayuda de la biotecnología, es posible producir metabolitos de interés (por ejemplo, aminoácidos, biocombustibles, fármacos) en células cultivadas en biorreactores. Este proyecto busca diseñar e implementar un sistema de placas de milifluídica para automatizar las tareas de alimentación de medio fresco, control de volumen y muestreo para un sistema de biorreactores de laboratorio de pequeña escala (10 ml a 100 ml) para su uso en aplicaciones de biología sintética. Tras revisar el estado del arte, se diseñan e implementan prototipos de validación para probar el proceso de fabricación y las funciones básicas de las placas de milifluídica. El proceso de fabricación consiste en la preparación del material con un adhesivo, el procesamiento mediante una cortadora láser y el montaje de las placas. Tras la calibración de la bomba peristáltica, se realizan pruebas experimentales de los prototipos de validación para validar el sistema y mejorar el diseño y el proceso de fabricación. Posteriormente, se diseña y fabrica un prototipo para controlar cuatro biorreactores en paralelo. Se desarrolla un simulador para comparar diferentes estrategias y parámetros de control para los experimentos que utilizan el sistema milifluídico. El simulador permite elegir cualquier número de biorreactores a controlar, lo que lo hace aplicable a una amplia gama de configuraciones experimentales. Finalmente, se discuten los aspectos de escalabilidad del sistema.

[EN] With the help of biotechnology, it is possible to produce metabolites of interest (e.g. amino acids, biofuel, drugs) in cells that are cultured in bioreactors. This project seeks to design and implement a millifluidic board system to automate the tasks of fresh medium feeding, volume control and sampling for a small scale (10 ml to 100 ml) laboratory bioreactor system for use in synthetic biology applications. After reviewing the state of the art, validation prototypes are designed and implemented to test the manufacturing process and the basic functions of the millifluidic boards. The manufacturing process consists of preparation of the material with adhesive, laser processing and the assembly. After calibration of the peristaltic pump, experimental tests of the validation prototypes are carried out to validate the system and to improve the design and manufacturing process. Subsequently, a prototype for controlling four bioreactors in parallel is designed and manufactured. A simulator is developed to compare different control strategies and parameters for experiments which use the millifluidic system. The simulator allows choosing any number of bioreactors to control thus making it applicable to a wide range of experimental setups. Finally, the scalability aspects of the system are discussed.