-Principalul scop al biotehnologiei este obinerea de produse sau servicii utile activitii umane, cu ajutorul organismelor vii.

-Procesul de baz n biotehnologie este procesul biologic", dup cum procesul de baz n tehnologia chimic este procesul chimic". Spaiul n care se desfoar o reacie sau un proces chimic se numete reactor chimic". In mod asemntor, spaiul n care se desfoar un proces biologic se numete bioreactor.

-n bioreactor, transformarea materiilor prime este realizat de sistemul enzimatic al microorganismelor vii, al celulelor animale i vegetale sau de enzimele izolate din acestea.

-nainte de alegerea modului de operare (discontinuu, continuu, semicon-tinuu), a tipului, a mrimii i a condiiilor de operare, este necesar o alegere preliminar a tipului de reactor n funcie de microorganismul utilizat, mediul de cultur i de caracteristicile procesului biochimic.

CARACTERIZAREA BIOREACTOARELOR

1. Bioreactorul discontinuu

Bioreactorul discontinuu este caracterizat prin amestecarea ideal a mediului de cultur i prin operarea n arje: se ncarc componentele mediului, se inoculeaz, iar dup un interval de timp determinat se descarc mediul de fermentaie coninnd produii de biosintez.

2. Bioreactorul continuu

n cazul cultivrii continue, prelungirea fazei de cretere exponenial un timp nedefinit se realizeaz prin adugarea continu n reactor a unei soluii de mediu proaspt cu un debit volumetric i eliminarea continu a biomasei cu acelai debit, astfel nct volumul biomasei din fermentator s rmn constant.

Pentru stabilirea ecuaiei ce genereaz dezvoltarea microorganismelor, trebuie s se in seama de faptul c variaia concentraiei biomasei este datorat existenei a dou fenomene antagoniste:

-creterea numrului microorganismelor datorit dezvoltrii populaiei

-scderea cantitii de microorganisme datorit eliminrii lor din sistem.

3. Bioreactorul cu recirculare extern

In unele cazuri, mediul de fermentaie de la ieirea din bioreactor este supus

unei operaii de separare (prin centrifugare, filtrare, sedimentare), iar concentratul coninnd biomasa se recircul parial n bioreactor.

Bioreactoarele cilindrice cu sau fr agitare sunt cel mai des utilizate n biotehnologie.

Tipuri noi de bioreactoare au fost construite pentru aplicaii speciale, cum ar fi: culturi de esuturi vegetale sau animale i bioreactoare pentru celule imobilizate.

Dup natura proceselor biotehnologice, reactoarele pot fi clasificate n:

- reactoare biologice: n care se desfoar un proces de fermentaie (cu biomas);

- reactoare biochimice: n care se desfoar procesele enzimatice. Reactoarele biologice pot fi pentru fermentaii aerobe sau anaerobe. Reactoarele biochimice pot fi: cu enzime libere, cu enzime imobilizate i cu faz solid.

Formele constructive i modurile de operare ale bioreactoarelor pot fi foarte diferite, n funcie de cerinele i specificaiile proceselor tehnologice.

Alegerea bioreactorului potrivit pentru un anumit proces biotehnologic se realizeaz n funcie de o serie de factori predeterminai cum ar fi: natura microorganismului folosit, proprietile mediului de cultur, parametrii biochimici ai procesului, amplasamentul bioreactorului.

Caracteristicile mediilor de cultur determin alegerea unui anumit tip de bioreactor.

Un biosenzor este uninstrument analitic care transform un rspuns biologic ntr-un semnal electric.

Termenul debiosenzoreste adesea utilizat pentru a ngloba dispozitivele utilizate n scopul determinrii concentraiilor unor substane sau a altor parametri de interes biologic, chiar dac acesteanuutilizeaz un sistem biologic n mod direct.

Diagrama schematic a principalelor componente ale unui biosenzorBiocatalizatorul (a) converge substratul la produs. Aceast reacie este constatat de traductor (b) care o converge ntr-un semnal electric. Ieirea din traductor este amplificat (c), prelucrat (d) i prezentat (e).

Un biosenzor adecvat trebuie s posede cel puin urmtoarele caracteristici:

-biocatalizatorul trebuie s fie nalt specific pentru scopul analizei;

-s fie stabil n condiii de depozitare normale i, cu excepia benzilor enzimatice de hrtie i dipsticks, s prezinte o bun stabilitate pentru un numr larg de determinri (de exemplu mai mult de 100);

-reacia nu trebuie s fie afectat de parametri fizici cum sunt agitarea, pH sau temperatura.

-dac reacia implic cofactori sau coenzime, acestea ar trebui, n mod preferabil, s fie co-imobilizai cu enzima;

-rspunsul trebuie s fie exact, precis, reproductibil i liniar pe domeniul analitic utilizat, fr diluie sau concentrare.

-trebuie de asemenea s fie liber de zgomot electric;

-dac biosenzorul trebuie s fie utilizat pentru monitorizarea sistemelor invazive n situaii clinice, trebuie s fie micu i biocompatibil, s nu aib efecte antigenice sau toxice. Dac se vor utiliza n bioreactoare trebuie s fie sterilizabili.

Clasificarea biosenzorilor

Se poate realiza dup mai multe criterii:

dup tipul traductorului folosit n prelucrarea informaiilor preluate de la elementul biologic:

-biosenzori realizai pe baza senzorilor electrochimici (poteniometrici, amperometrici, conductometrici);

-biosenzori realizai pe baza unor senzori termici;

-biosenzori optici;

-biosenzori piezoelectrici;

-biosenzori manometrici.

dup tipul de agent biologic folosit

-biocatalitic (enzime, celule, esuturi)

-anticorp (imunosenzor)

-antigen (fragment de ARN).

dup analitii sau reaciile pe care le monitorizeaz

-monitorizare direct

-monitorizare indirect

O alt clasificare a biosenzorilor

1) Biosenzori de afinitate

Analitul nu se modific chimic n timpul msurtorii. El doar se leag de receptor. La sfrit el poate fi ndeprtat chimic sau prin splare.

2) Biosenzori de metabolism

Aici substratul biologic se consum printr-o reacie chimic cu analitul. Se formeaz un nou produs. Starea iniial se poate reface dup completa consumare a analitului. Exemplu: se dorete detectarea microorganismului Helycobacter Pylor n substana purttoare - suc gastric. n metabolismul su, acest microb produce NH3 (amoniac). Aadar, senzorul nu va detecta microbul n sine, ci concentraia de amoniac.

3) Imunosenzori

Detectarea substanelor de tip antigen (Ag) se face cu ajutorul anticorpilor (Ac), pe principiul "lact-cheie". Anticorpii sunt proteine cu molecule n form de Y (numite imunoglobuline). n vrfurile Y-ului sunt doar dou locuri, unde se poate leaga un singur tip de antigen.

4) Senzori biomimetici

Cu ajutorul acestor senzori se detecteaz semnale fizice (sunet, stres mecanic, lumin) pe baza interaciunii lor cu substratul biologic activ (receptorul).

Biosenzorii prezint o serie de avantaje, n afar de sensibilitate i selectivitate ridicat dup cum urmeaz:

n cazul n care analitul prezint mai muli izomeri, prezint selectivitate diferit, permind determinarea separat a fiecruia.

timpul necesar unei analize folosind biosenzori este incomparabil mai scurt, fa de metodele clasice (timpul de analiz se poate reduce la 1-3 minute.)

prin co-imobilizarea enzimelor i a coenzimei n realizarea biosenzorilor, se asigur reutilizarea acestor reactivi pentru determinri multiple, scznd astfel preul unei analize i simplificnd procedura.

protocolul de lucru este, n cazul metodelor enzimatice, mult mai simplu dect n cazul metodelor chimice.

Concluzii

Biosenzorii integrai n microcircuite electronice prezint marele avantaj al posibilitii de realizare a unor instrumente analitice ieftine, reproductibile, care pot fi produse n serie larg.

Timpul de rspuns sczut al biosenzorilor, conduce la variante de analiz mai economice, datorat utilizrii unei singure enzime n cantiti foarte mici.

Realizarea senzorului este extrem de simpl.

Deosebit de importante din punct de vedere practic sunt etapele care privesc calibrarea i modalitatea de furnizare a unor rezultate (cu grad de incertitudine determinat i admisibil),