Diseño y construcción de un prototipo de sensor para la medición en línea de biomasa microbiana.

GIOIA, LUCAS; DE BATTISTA, HERNÁN; JAMILIS, MARTÍN; CASTAÑEDA, MARÍA TERESITA

San Rafael

Congreso; Congreso Latinoamericano de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Clicap 2018; 2018

Universidad Nacional de Cuyo

La medición en línea de la concentración de biomasa microbiana es una herramienta importante para laoptimización en línea de procesos biotecnológicos. Sin embargo, a pesar de existir una variedad de sensorescomerciales, es aún poco común tanto en el ámbito científico como el industrial. Esto se debe en parte a su elevadocosto y a que la mayoría solo puede emplearse en cultivos de baja densidad celular. En este trabajo, se desarrollóun prototipo de sensor de densidad óptica para la medición en línea de la concentración de biomasa microbiana demanera sencilla y económicamente accesible. El principio de funcionamiento del sensor se basa en la ley de BeerLambert,que establece una relación lineal entre la absorción de luz de un medio y la concentración de partículassuspendidas en él. El sensor está formado básicamente por un emisor de luz y dos detectores. Uno de losdetectores mide la intensidad de la luz transmitida a través de la muestra mientras que el otro mide la intensidad dela luz incidente. Esta última medida se realizó mediante un sistema de vidrios que desvía una porción del haz, previoa pasar por el medio, hacia el detector. Como fuente de luz se utilizó un diodo láser de 625 nm y 200 mW encombinación con una lente colimadora. Los detectores de luz se construyeron mediante fotodiodos integrados conamplificadores de transimpedancia OPT101 de Texas Instruments. El ancho de banda de la medida se acotómediante filtros pasabajo en topología Sallen-Key. El cálculo de la absorbancia de la muestra se realizó digitalmentedespués de adquirir las señales medidas. Con el fin de evitar la saturación de los fotodetectores e incrementar elrango de absorbancias medidas, se implementó un circuito de control realimentado para la corriente del láser. Deesta manera, dependiendo de la intensidad de luz medida se adecúa la potencia de la luz incidente cambiando elset-point de la corriente. El soporte para el montaje del sensor se construyó empleando una impresora 3D marcaKikai LABS. La validación del sensor se realizó empleando una suspensión madre de Saccharomyses cerevisiaecon una DO625 de 4,315  0,086 equivalente a 2,234 g/l. Dicha solución fue utilizada para elaborar una curva decalibración en un rango de DO625 de 0 a 1. Luego, se contrastaron las determinaciones realizadas mediante elprototipo con las correspondientes mediciones realizadas en un espectrofotómetro comercial Beckman modelo DU.Los resultados indican una mayor linealidad en el rango de DO medido con el prototipo respecto alespectrofotómetro comercial, el cual resultó lineal hasta una DO625 de 0,6. En contraste, en el rango DO625 de 0 a0,6, se obtuvo una mejor correlación lineal con el espectrofotómetro comercial (R2 =0.999) respecto al prototipo (R2=0.988). Los resultados indican que el prototipo de sensor diseñado tiene un gran potencial para su utilización en ladeterminación de biomasa en línea. Futuras mejoras incluirán el mejoramiento del sensor en cuanto a su montaje ysu resolución en cultivos de alta densidad celular.