Aspectos generales
Responsable
Métodos de evaluación
| Método |
Cantidad |
Porcentaje |
| Caso de estudio |
14 |
30% |
| Exámenes |
4 |
50% |
| Participación en clase |
26 |
20% |
Integrantes
| Integrante |
Rol |
Horas |
Actividad complementaria |
| SERRANO CARREON LEOBARDO |
Responsable |
28.00 |
|
| LÓPEZ MUNGUIA CANALES AGUSTÍN |
Profesor invitado (MDCBQ) |
4.00 |
|
| MORALES SÁNCHEZ DANIELA |
Profesor invitado (MDCBQ) |
12.00 |
|
| CASTILLO ROSALES EDMUNDO |
Profesor invitado (MDCBQ) |
6.00 |
|
| GALINDO FENTANES ENRIQUE |
Profesor invitado (MDCBQ) |
12.00 |
|
| AYALA ACEVES MARCELA |
Profesor invitado (MDCBQ) |
6.00 |
|
| RAMÍREZ REIVICH OCTAVIO TONATIUH |
Profesor invitado (MDCBQ) |
12.00 |
|
| AGUSTÍN LUNA BULBARELLA |
Profesor invitado (Externo) |
8.00 |
|
Introducción
La bioingeniería se puede definir como la aplicación de las diversas ramas de la ingeniería, incluida la ingeniería mecánica, eléctrica y química, a los sistemas biológicos, incluidos los relacionados con la medicina. A través de tal comprensión cuantitativa, la ingeniería bioquímica tiene como objetivo central generar productos a los menores costos posibles y de la mejor calidad mediante bioprocesos que rindan la mayor productividad y que sean consistentemente reproducibles lote tras lote. Este curso está destinado a estudiantes interesados en comprender los conceptos fundamentales que permitan adquirir las aptitudes básicas para abordar los conceptos de cinética microbiana y su modelamiento. En ese sentido, no se supone ningún conocimiento previo de ingeniería química.
El curso busca cerrar la brecha de conocimiento y experiencia para los estudiantes formados o en formación en microbiología, biología molecular, biotecnología y disciplinas afines que estén interesados en cómo los descubrimientos biológicos pueden transformarse en productos y servicios comerciales. De acuerdo con este objetivo general, la biología básica no se cubre en este curso, ya que se asume una base de microbiología. Por otra parte, aunque la mayoría de los temas abordados se presentan cuantitativamente, se dará prioridad a minimizar el uso de matemáticas complejas que pueden estar más allá de la zona de comodidad de los alumnos que no son de ingeniería.
Objetivos
El curso está dividido en cuatro módulos. El primer módulo está dedicado a entender los conceptos asociados con el diseño de fermentadores y transferencia de masa. El segundo módulo aborda el control de los bioprocesos así como las herramientas básicas para lograr transformar procesos desarrollados a escala de laboratorio a un nivel planta piloto y/o comercial de una manera reproducible tanto cualitativa como cuantitativamente (validación). En el tercer módulo se estudiarán los procesos de purificación, introduciendo los conceptos básicos para evaluar las necesidades de purificación y la eficiencia de ésta (balances de materia, criterios de pureza) así como los fundamentos de las operaciones más comunes en la purificación de productos de interés (células, proteínas, compuestos orgánicos). Finalmente el cuarto módulo consiste en un taller experimental (caso de estudio), de una semana de duración, donde los alumnos realizarán prácticas experimentales donde consolidarán los conceptos abordados en los tres primeros módulos. Se llevarán a cabo prácticas para el estudio del efecto de la agitación (potencia volumétrica) sobre el coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno (Kla). Así mismo, se llevará a cabo una práctica cuyo objetivo es establecer un sistema de control automático (PID) de oxígeno disuelto en un biorreactor con un cultivo de levadura. Finalmente, se llevará a cabo una evaluación de dos sistemas de purificación de una proteína recombinante en donde se llevarán a cabo los balances de masas para calcular los rendimientos de purificación y los factores de purificación de cada proceso. Por tal razón, este módulo también involucra una sesión de presentación de análisis y discusión de resultados por parte de los alumnos.
Temario
Modulo I Diseño del fermentador
Conceptos fundamentales (3 sesiones) Dra Daniela Sánchez Morales
Lunes 27 de Enero & Viernes 31 de Enero, Viernes 7 de Febrero
- Liquidos no gaseados
- Liquidos gaseados
- Mezclado de líquidos en tanque agitado
- Supensión de sólidos en tanque agitado
- Requerimientos de potencia en líquidos no newtonianos
Transferencia de masa gas-líquido en fermentadores (6 sesiones) Dr Enrique Galindo Fentanes
Lunes 10 de Febrero, Viernes 14 de Febrero, Lunes 17 de Febrero, Viernes 21 de Febrero, Lunes 24 de Febrero, Viernes 28 de Febrero
- Conceptos básicos de transferencia de masa
- Mediciones del área interfacial
- Correlaciones para a y D32
- Hold up
- Mediciones del Coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno (kLa)
- Correlaciones para kL a
- Efecto de los electrolitos
- Presencia de células
- Efectos de antiespumantes y tensoactivos
- kLa en emulsiones
- kLa en líquidos no newtonianos
- Velocidad de consumo de oxígeno (OUR) & Velocidad de transferencia de oxígeno (OTR)
Primer exámen parcial: Lunes 3 de Marzo. Dr. Leobardo Serrano Carreón
Modulo 2 Fundamentos de escalamiento y control de bioprocesos
Criterios de Escalamiento de bioprocesos (3 sesiones) Dra Daniela Sánchez Morales
Viernes 7 de Marzo, Lunes 10 de marzo, Viernes 14 de Marzo,
- Tiempo de mezclado (Tm)
- Potencia volumétrica (P/V)
- Coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno (kLa)
- Velocidad de transferencia de oxígeno (OTR)
- Escalamiento descendente
Control de Bioprocesos (6 sesiones) Dr. Octavio T. Ramírez Reivich
Viernes 21 de Marzo, Lunes 24 de Marzo, Viernes 28 de Marzo, Lunes 31 de Marzo, Viernes 4 de Abril, Viernes 11 de Abril
- Principios del control de bioprocesos
- Algoritmos para el control de variables
- Control de pH y temperatura
- Control de oxígeno disuelto
- Coeficiente respiratorio
- pH Stat & DO Stat
Segundo exámen parcial: Lunes 21 de Abril. Dr. Leobardo Serrano Carreón
Modulo 3 Procesos de separación y purificación (8 sesiones)
Viernes 25 de Abril, Lunes 28 Abril, Viernes 2 de Mayo, Lunes 5 de Mayo, Viernes 9 de Mayo, Lunes 12 de Mayo, Viernes 16 de Mayo, Lunes 19 de Mayo
- Introducción a los procesos de separación. Dr. Agustín López-Munguía Canales, Viernes 25 de Abril Lunes 28 de Abril
- Separación sólido-líquido (filtración, centrifugación). Dr Edmundo Castillo Rosales, Viernes 2 de Mayo
- Ruptura celular. Dr Edmundo Castillo Rosales, Lunes 5 de Mayo
- Extracción mono y multi etapa. Dr Edmundo Castillo Rosales, Viernes 9 de Mayo
- Adsorción (Isotermas y operación). Dra Marcela Ayala Aceves, Lunes 12 de Mayo
- Purificación (Precipitación, cromatografía, electroforesis, membranas de separación). Dra Marcela Ayala Aceves, Viernes 16 de Mayo
- Balances de masa (Rendimiento y factor de purificacion). Dra Marcela Ayala Aceves, Lunes 19 de Mayo
Tercer exámen parcial: Viernes 23 de Mayo. Dr. Leobardo Serrano Carreón
Modulo 4 Caso de Estudio (14 sesiones)
Lunes 26 al viernes 30 de Mayo
Taller que comprende 14 sesiones de actividad experimental que implica:
- Determinación de Kla en función de P/V. Dr. Agustín Luna Bulbarella ( 2 sesiones )
- Estimación de constantes de control de oxígeno disuelto en fermentación. Dr. Agustín Luna Bulbarella ( 2 sesiones ).
- Separación y purificación de penicilina-amidasa de un caldo de fermentación (Choque osmótico, homogenización, cromatografía y electroforesis). Dr. Leobardo Serrano Carreón (8 sesiones).
- Balances de materia (rendimiento y factor de purificación). Dr. Leobardo Serrano Carreón (2 sesiones).
Presentación de análisis de resultados del modulo 4. Dr. Leobardo Serrano Carreón. Lunes 2 de Junio.
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