Fermentacion sensores

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[pic 19][pic 20][pic 21][pic 22]

Si analizamos el modelo propuesto, es fácil concluir que RL depende mucho de la viscosidad del medio líquido, mientras Rm permanece invariante, lo que daría como resultado una gran dependencia del electrodo a las características reológicas del medio. Para que esto no suceda, se modifica (aumenta) el espesor de la membrana de tal manera que . De esta manera se obtiene un electrodo prácticamente independiente de la viscosidad del medio de cultivo, pero menos sensitivo a los cambios en la concentración de oxígeno disuelto. En general los tiempos de respuesta para este tipo de electrodos son lentos (90% de la respuesta dentro de los 10-100 segundos) pero son muy adecuados para monitorear los cambios producidos en un cultivo que normalmente son mucho más lentos. En el caso de querer medir cinéticas más rápidas (métodos dinámicos) se deben hacer correcciones debido a estas limitaciones

Calibración del electrodo: Para entender la forma de calibrar estos electrodos se debe acotar en principio que estos electrodos lo que miden en realidad no es la concentración de oxígeno disuelto, sino la actividad del oxígeno en solución. Para entender esto, se utilizará el siguiente ejemplo:

Intuitivamente sabemos que la concentración de oxígeno en el aire, en agua destilada en equilibrio con aire y en una solución saturada en NaCl en equilibrio con aire son distintas (21%, ~ 8 ppm y ~ 2 ppm respectivamente).

Si colocamos el mismo electrodo de oxígeno en los tres medios mencionados obtendremos la misma respuesta, lo que claramente no estamos midiendo concentración, sino una propiedad común a los 3 sistemas que es la actividad de O2.

Normalmente los instrumentos utilizados para medir oxígeno disuelto poseen dos perillas, una de ajuste de cero y la otra de calibración. Generalmente la compensación por temperatura es automática debido a un sensor de temperatura alojado en el interior del electrodo.

Ajuste de 0: Se coloca al electrodo en una corriente de N2 gaseosa, o en una solución libre de O2 (saturada en Na o con ditionito de sodio) y con la perilla “cero” se lleva la indicación a este valor (este control produce, al igual que en el caso del pH un corrimiento del 0 del instrumente).

Calibración del instrumento: Se coloca el electrodo en una corriente de aire o en el fermentador sin sembrar con el medio de cultivo aereándose y agitándose y utilizando la perilla de calibración se lo lleva al valor deseado. Este último valor varía de acuerdo a las intenciones del usuario, pues si elegimos 100 el instrumento nos indicará el porcentaje de saturación de oxígeno que hay en solución. Si elegimos 159,6 el instrumento indicará la pO2 en mm Hg en equilibrio con la solución (ley de Henry). Y si conocemos la solubilidad del O2 en nuestro medio y elegimos dicho valor, el instrumento nos indicará la concentración de oxígeno disuelto en el medio de cultivo siempre y cuando no varíe su solubilidad a lo largo de todo el proceso. De todos modos el valor más usado es el porcentaje de saturación.

Medida del CO2 disuelto:

Para la medida de este parámetro se utiliza una modificación del electrodo de pH. Dicha modificación consiste en ubicar al electrodo en una cámara con una solución de NaHCO3, separada del medio de cultivo por una membrana permeable al CO2. Dentro de la cámara se establecen los siguientes equilibrios:[pic 23][pic 24]

Lo que nos indica que una variación en la pCO2 se traducirá en una variación de pH. Si no se cuenta con un instrumento para medir pCO2 se puede utilizar un peachímetro, teniendo en cuenta que la linealidad se cumple para log pCO2 vs. pH.

Calibración del electrodo: Esto se logra sumergiendo el electrodo en el medio de cultivo y haciendo burbujear una mezcla gaseosa con tenor de CO2 conocido.

Potencial REDOX

El concepto de un biosensor basado en sistemas redox surgió de la investigación básica llevada a cabo en células de combustible biológico. La clave en la construcción de este tipo de biosensores es facilitar la transferencia de los electrones generados por una enzima óxido-reductasa (o un sistema enzimático) a la superficie del electrodo. Se han demostrado que los intermediarios naturales, como los citocromos, promueven, de hecho, el paso de los electrones, pero uno de los más recientes y más prometedores transportadores de electrones es el ferroceno y sus derivados. El principio de este tipo de biosensores y algunos datos representativos de su respuesta usando diferentes intermediarios redox, tal como han sido obtenidos en el laboratorio, usando glucosa como sustrato, como puede verse en la figura. El tiempo de respuesta de estos biosensores puede ser extremadamente rápido, del orden de segundos. Con el desarrollo de semiconductores orgánicos más eficientes (usualmente por técnicas de doping) podemos esperar ver en el futuro una asociación todavía más íntimas entre la enzima empleada y la superficie del electrodo, que permita una miniaturización a gran escala.