Tipos de biorreator e suas aplicações no laboratório e na indústria

O uso de tecnologias biológicas tem ganhado cada vez mais espaço em setores como farmacêutico, alimentício, cosmético, agrícola e ambiental. Nesse cenário, o biorreator se destaca como um dos principais equipamentos para cultivar células, microrganismos ou tecidos sob condições controladas, promovendo reações bioquímicas com eficiência e reprodutibilidade.

Existem diversos tipos de biorreator, cada um projetado para atender a necessidades específicas de cultivo, seja em laboratório de pesquisa ou em escala industrial. Conhecer essas variações é fundamental para escolher o modelo ideal de acordo com a aplicação desejada, o tipo de organismo utilizado e a complexidade do processo.

Neste artigo, você confere os principais tipos de biorreator e suas respectivas aplicações, além de entender como funcionam e como são utilizados nas diferentes etapas da biotecnologia moderna.

O que é um biorreator?

O biorreator é um equipamento que fornece um ambiente controlado para o cultivo de organismos vivos ou células. Seu papel é otimizar variáveis como temperatura, pH, oxigênio, agitação e fornecimento de nutrientes, criando as condições ideais para que ocorra o crescimento celular ou a produção de substâncias de interesse.

Além de facilitar reações bioquímicas complexas, o biorreator permite um alto grau de padronização nos processos, o que o torna indispensável tanto em pesquisas científicas quanto em linhas de produção.

Tipos de biorreator mais utilizados

A seguir, exploramos os principais tipos de biorreator, com foco em suas características técnicas e nas aplicações mais comuns em laboratório e indústria.

1. Biorreator de tanque agitado (STR – Stirred Tank Reactor)

É o modelo mais amplamente utilizado em laboratórios e plantas industriais. Possui um tanque com agitadores mecânicos e entrada de gases controlada, permitindo a mistura eficiente dos nutrientes e aeração adequada do meio.

Aplicações: Muito usado na produção de antibióticos, hormônios, vacinas, enzimas industriais e na fermentação de bebidas e alimentos. Também é comum em culturas de microrganismos como bactérias e leveduras.

Vantagens:

• Alta homogeneidade;
• Controle preciso de variáveis;
• Fácil escalonamento.

2. Biorreator de leito fixo

Nesse modelo, as células crescem aderidas a uma matriz sólida ou suporte interno. É ideal para culturas sensíveis ao cisalhamento, como células animais ou vegetais.

Aplicações: Utilizado em cultura de tecidos, produção de biofármacos, terapia celular e estudos em engenharia de tecidos.

Vantagens:

• Baixo estresse mecânico;
• Alta densidade celular por área de superfície;
• Indicado para processos com células aderentes.

3. Biorreator de leito fluidizado

Utiliza microcarregadores com células aderidas que permanecem em suspensão devido ao fluxo contínuo do meio líquido. Isso proporciona alta taxa de transferência de oxigênio e nutrientes.

Aplicações: Cultivo de células com alta demanda metabólica, produção de enzimas e processos de biodegradação em efluentes.

Vantagens:

• Excelente troca gasosa;
• Evita acúmulo de resíduos;
• Flexível para diferentes tipos celulares.

4. Biorreator de membrana

Conta com membranas semipermeáveis que separam fisicamente as células do produto. Esse tipo de biorreator é ideal para processos contínuos e purificação in situ.

Aplicações: Produção de antibióticos, proteínas recombinantes, anticorpos monoclonais e outros produtos biotecnológicos.

Vantagens:

• Retenção das células;
• Separação eficiente do produto;
• Minimiza contaminações cruzadas.

5. Biorreator de perfusão

Opera com renovação contínua de meio nutritivo e remoção de subprodutos, mantendo as células em crescimento ativo por longos períodos.

Aplicações: Cultivo prolongado de células mamíferas para produção de biofármacos, como anticorpos, hormônios e proteínas terapêuticas.

Vantagens:

• Alta produtividade;
• Menor acúmulo de resíduos;
• Ideal para processos longos e estáveis.

6. Biorreator a arlift (Airlift bioreactor)

Utiliza fluxo de ar para movimentar o meio e as células dentro do reator, eliminando a necessidade de agitadores mecânicos. O fluxo cria circulação interna e promove aeração.

Aplicações: Cultivo de algas, produção de biocombustíveis, enzimas e outros produtos de baixa viscosidade.

Vantagens:

• Menor consumo energético;
• Baixo cisalhamento;
• Estrutura simples.

Aplicações dos biorreatores em laboratório

No ambiente laboratorial, o biorreator é amplamente utilizado em pesquisas científicas, desenvolvimento de processos e testes de viabilidade para produção em larga escala. Alguns exemplos:

• Estudo de metabolismo microbiano;
• Avaliação de linhagens celulares;
• Produção de compostos bioativos em pequena escala;
• Desenvolvimento de biofármacos e vacinas;
• Testes de engenharia genética com microrganismos modificados.

Além disso, os biorreatores em bancada permitem simular com precisão os processos industriais, o que facilita a transição da pesquisa para a produção.

Aplicações industriais dos biorreatores

Na indústria, o biorreator é peça-chave para transformar processos biológicos em soluções comerciais viáveis. Ele está presente em diversos setores:

– Indústria farmacêutica:

Produção de insulina, hormônios, vacinas, antibióticos e anticorpos monoclonais em grande escala.

– Indústria alimentícia:

Fermentação de iogurtes, queijos, vinhos, cervejas e produtos à base de soja ou probióticos.

– Indústria de cosméticos:

Desenvolvimento de ingredientes bioativos e cultivo de células para testes dermatológicos sem uso animal.

– Setor agrícola:

Produção de biofertilizantes, biopesticidas e inoculantes biológicos.

– Tratamento de resíduos:

Biorreatores são utilizados em processos de biorremediação e tratamento de efluentes por meio da ação de bactérias específicas.

Como escolher o tipo de biorreator ideal?

A escolha do biorreator ideal depende de fatores como:

• Tipo de organismo a ser cultivado (bactéria, fungo, célula animal, etc.);
• Tempo de cultivo e escala de produção;
• Sensibilidade ao cisalhamento;
• Necessidade de purificação contínua ou batelada;
• Capacidade de automação e controle de variáveis.

Além disso, é importante considerar a possibilidade de escalabilidade do modelo escolhido, especialmente se o projeto for migrar do laboratório para a indústria.

Cuidados essenciais no uso de biorreatores

Independentemente do tipo, todo biorreator exige cuidados básicos para garantir desempenho ideal:

• Esterilização adequada antes de cada uso para evitar contaminações;
• Monitoramento contínuo de variáveis como pH, temperatura e oxigênio;
• Manutenção preventiva de sensores e agitadores;
• Limpeza completa após cada ciclo de uso;
• Capacitação da equipe técnica para operação e resposta a alarmes.

Forph: tecnologia de ponta em biorreatores

A escolha de um bom fornecedor é tão importante quanto a escolha do equipamento em si. A Forph oferece uma linha completa de biorreatores com diferentes configurações, tanto para laboratórios quanto para aplicações industriais. Os modelos são desenvolvidos com tecnologia de alta precisão, painéis de controle intuitivos, sensores confiáveis e estrutura robusta, assegurando estabilidade nos processos biológicos e suporte técnico especializado em todas as etapas.

Escolher o tipo certo de biorreator é essencial para o sucesso biotecnológico

Compreender os diferentes tipos de biorreator e suas aplicações é indispensável para garantir o sucesso de processos biotecnológicos em laboratório ou na indústria. Cada modelo tem vantagens específicas e deve ser escolhido conforme a natureza do organismo cultivado, os objetivos do processo e os requisitos de controle e escalabilidade. Com o suporte de empresas como a Forph, é possível alcançar alto desempenho, segurança e padronização em qualquer etapa da cadeia produtiva biológica.