Cours d'introduction à la conception de bioréacteurs

Leçon 1 • Aperçu des types de bioréacteurs

Présente les principales configurations de bioréacteurs et leurs principes de fonctionnement. Prépare le terrain pour une analyse détaillée de la conception dans les chapitres suivants.

Leçon 2 • Stœchiométrie des réactions biologiques

Applique les principes de bilan massique aux systèmes biologiques. Permet l'analyse quantitative de la consommation de substrat et du rendement en produit.

Leçon 3 • Essentiels de la biologie microbienne et cellulaire

Passe en revue les types de cellules, la physiologie de la croissance et les voies métaboliques pertinentes pour le fonctionnement des bioréacteurs. Fournit les bases biologiques pour les décisions d'ingénierie ultérieures.

Leçon 4 • Portée du génie des bioprocédés

Définit le génie des bioprocédés et ses applications industrielles. Relie les objectifs de production biologique aux exigences de conception en ingénierie.

Leçon 1 • Inhibition par le substrat et le produit

Analyse comment un excès de substrat ou un produit accumulé supprime la croissance. Guide la sélection des conditions opératoires pour éviter les régimes d'inhibition.

Leçon 2 • Modèles de croissance non structurés

Présente le modèle de Monod et les modèles associés pour décrire la vitesse de croissance en fonction du substrat. Fournit la base mathématique pour le dimensionnement et le contrôle des bioréacteurs.

Leçon 3 • Estimation des paramètres et ajustement de modèle

Couvre la conception expérimentale et les méthodes statistiques pour extraire les paramètres cinétiques. Permet un calibrage fiable du modèle à partir de données de laboratoire.

Leçon 4 • Modèles structurés et ségrégés

Présente des modèles qui tiennent compte de la composition intracellulaire et de l'hétérogénéité de la population. Prépare les étudiants à des scénarios avancés d'optimisation de procédés.

Leçon 1 • Mélange et dynamique des fluides

Examine comment la conception des turbines et les schémas d'écoulement affectent le temps de mélange et le transfert de matière. Guide la sélection du système d'agitation pour des conditions de culture uniformes.

Leçon 2 • Fondamentaux du transfert de chaleur

Analyse la génération de chaleur due au métabolisme et à l'agitation mécanique par rapport à la capacité de refroidissement. Soutient la conception du système de contrôle thermique.

Leçon 3 • Vitesse de consommation d'oxygène et demande

Relie la consommation d'oxygène microbienne aux vitesses de croissance et de formation de produit. Permet d'adapter l'apport en oxygène à la demande biologique.

Leçon 4 • Principes du transfert de matière gaz-liquide

Explique la théorie du double film et les forces motrices pour le transfert d'oxygène. Établit la base théorique pour la mesure et l'amélioration du kLa.

Leçon 1 • Systèmes de perfusion et de rétention cellulaire

Présente la culture continue à haute densité utilisant des dispositifs de rétention cellulaire. Aborde les considérations de conception pour les procédés de perfusion de cellules de mammifères.

Leçon 2 • Stratégies de fonctionnement en fed-batch

Examine les profils d'alimentation qui maximisent le titre en biomasse ou en produit tout en évitant l'inhibition. Relie la stratégie d'alimentation aux modèles cinétiques du chapitre deux.

Leçon 3 • Fonctionnement continu en chémostat

Dérive les relations en régime stationnaire entre le taux de dilution, la biomasse et le substrat. Permet la conception de procédés continus pour la production à haut volume.

Leçon 4 • Sélection du mode et compromis économiques

Compare les modes de fonctionnement sur la productivité, la flexibilité et le coût d'investissement. Prépare les étudiants à justifier le choix du mode dans les décisions de développement de procédés.

Leçon 1 • Stérilisation par filtration des gaz et des liquides

Conçoit des systèmes de filtration hydrophobes et hydrophiles pour l'air, les gaz et les milieux. Assure l'intégrité de la barrière stérile tout au long du procédé.

Leçon 2 • Raccordements et transferts aseptiques

Évalue les techniques pour maintenir la stérilité lors de l'inoculation et de l'échantillonnage. Réduit le risque de contamination aux points d'intervention critiques.

Leçon 3 • Principes de la stérilisation thermique

Applique la cinétique de destruction d'ordre un pour concevoir des cycles de stérilisation à la vapeur. Fournit la base quantitative pour la validation de la stérilisation.

Leçon 4 • Détection et réponse à la contamination

Établit des stratégies de surveillance et des protocoles de réponse aux événements de contamination. Minimise la perte de lot et identifie les causes profondes pour des actions correctives.

Leçon 1 • Conception du système d'aération

Conçoit le disperseur et les systèmes d'alimentation en gaz pour délivrer les vitesses de transfert d'oxygène requises. Aborde les considérations sur le débit de gaz, la pression et la taille des bulles.

Leçon 2 • Conception du système d'agitation

Dimensionne les turbines et les systèmes d'entraînement pour atteindre les objectifs de kLa et de temps de mélange. Intègre les contraintes de consommation d'énergie dans la conception mécanique.

Leçon 3 • Matériaux et état de surface

Sélectionne les matériaux de construction et les traitements de surface compatibles avec les exigences biologiques et de nettoyage. Assure la conformité aux normes de biocompatibilité et de résistance à la corrosion.

Leçon 4 • Géométrie de la cuve et composants internes

Spécifie les dimensions de la cuve, le rapport d'aspect et les composants internes pour des performances optimales. Relie la géométrie aux résultats de transfert de matière et de mélange.

Leçon 5 • Systèmes de services et auxiliaires

Identifie les services de vapeur, d'eau, d'air et d'azote requis pour le fonctionnement du bioréacteur. Relie la conception des services à la planification globale de l'installation.

Leçon 1 • Capteurs avancés et logiciels

Présente des estimateurs basés sur des modèles et des capteurs spectroscopiques pour les variables non mesurées. Étend la capacité de surveillance au-delà des capteurs matériels conventionnels.

Leçon 2 • Automatisation et systèmes SCADA

Décrit les automates programmables, les plateformes SCADA et les historiens de données. Relie l'architecture d'automatisation aux exigences réglementaires d'intégrité des données.

Leçon 3 • Technologies de capteurs et étalonnage

Passe en revue les capteurs électrochimiques, optiques et physiques utilisés dans les bioréacteurs. Couvre les protocoles d'étalonnage pour garantir la précision des mesures.

Leçon 4 • Conception de boucle de rétrocontrôle

Applique les principes de régulation PID à la régulation des paramètres du bioréacteur. Permet aux étudiants de régler les contrôleurs pour un fonctionnement stable et réactif.

Leçon 1 • Plans d'expériences pour l'optimisation

Applique les plans factoriels et les plans de surface de réponse pour identifier les conditions opératoires optimales. Maximise les informations obtenues par expérience lors du développement du procédé.

Leçon 2 • Mécanique des fluides numérique pour le passage à l'échelle

Présente la CFD comme un outil pour visualiser les champs d'écoulement et prédire le mélange à l'échelle. Réduit le risque de passage à l'échelle grâce au prototypage virtuel.

Leçon 3 • Intégration de la technologie analytique des procédés

Intègre la mesure et le contrôle en temps réel dans le passage à l'échelle pour garantir une qualité constante. Relie les outils PAT à la compréhension du procédé et aux attentes réglementaires.

Leçon 4 • Analyse des nombres sans dimension

Utilise les nombres de Reynolds, de puissance et de Damköhler pour caractériser le comportement du bioréacteur. Permet un passage à l'échelle prédictif sans expérimentation exhaustive.

Leçon 5 • Principes et critères de passage à l'échelle

Passe en revue la similarité géométrique, le kLa constant et la vitesse en bout de pale constante comme règles de passage à l'échelle. Met en évidence les compromis lorsque plusieurs critères sont en conflit à plus grande échelle.