Formation en conception et analyse de bioréacteurs

Leçon 1 • Stérilité et contrôle de la contamination

Couvre la cinétique de stérilisation, l'intégrité des filtres et les techniques aseptiques pour le fonctionnement des bioréacteurs. Prépare les étudiants à la prévention de la contamination avant le début de la conception du procédé.

Leçon 2 • Bilan énergétique dans les bioréacteurs

Applique les principes thermodynamiques à la génération et à l'évacuation de la chaleur dans les bioréacteurs. Relie la production de chaleur métabolique aux exigences de conception du système de refroidissement.

Leçon 3 • Principes de base de l'écoulement des fluides et du mélange

Présente les régimes d'écoulement laminaire et turbulent et leur effet sur la qualité du mélange. Établit le nombre de Reynolds et le nombre de puissance comme paramètres de conception clés.

Leçon 4 • Principes fondamentaux du bilan de masse

Dérive les bilans de masse en régime permanent et transitoire pour les systèmes monophasiques. Fournit la base mathématique pour toute analyse ultérieure du réacteur.

Leçon 1 • Modèles de croissance non structurés

Présente les modèles de Monod, logistique et de Contois pour la prédiction du taux de croissance de la biomasse. Relie le choix du modèle à la physiologie de l'organisme et à la disponibilité du substrat.

Leçon 2 • Estimation des paramètres à partir des données

Applique des techniques de régression non linéaire et de linéarisation pour extraire les paramètres cinétiques. Présente les indicateurs de qualité d'ajustement et le rapport des intervalles de confiance.

Leçon 3 • Cinétique d'inhibition et de mort

Modélise l'inhibition par le substrat, le produit et la toxine ainsi que les taux de mort cellulaire. Prépare les étudiants à diagnostiquer et à atténuer les conditions d'inhibition en culture.

Leçon 4 • Consommation de substrat et rendement

Définit les coefficients de rendement et l'énergie de maintenance pour relier l'absorption du substrat à la production de biomasse. Permet des calculs stœchiométriques précis pour la formulation du milieu.

Leçon 1 • Fonctionnement du réacteur Fed-Batch

Modélise les stratégies d'alimentation Fed-Batch pour contrôler la concentration du substrat et maximiser le titre. Dérive les profils d'alimentation quasi-stationnaire et exponentielle.

Leçon 2 • Conception du réacteur agité continu (CSTR)

Dérive les bilans en régime permanent du CSTR pour la biomasse, le substrat et le produit. Identifie le taux de dilution de lavage et le taux de dilution optimal de fonctionnement.

Leçon 3 • Conception du réacteur à écoulement piston (PFR)

Applique les équations de conception du PFR aux bioréacteurs tubulaires et à lit fixe. Compare les performances du PFR et du CSTR pour les cinétiques de premier ordre et de Monod.

Leçon 4 • Dimensionnement et comparaison des réacteurs

Utilise les tracés de Levenspiel et les équations de conception pour dimensionner et comparer les configurations de réacteurs. Guide la sélection du mode de réacteur en fonction de la cinétique et des contraintes du procédé.

Leçon 1 • Demande en oxygène et taux d'absorption

Calcule le taux d'absorption d'oxygène à partir de la stœchiométrie et du taux de croissance spécifique. Relie l'OUR aux exigences d'agitation et d'aération pour les cultures aérobies.

Leçon 2 • Conception de l'agitation et de l'aération

Corréle le kLa avec la puissance d'agitation et la vitesse superficielle du gaz à l'aide d'équations empiriques. Conçoit des systèmes mobile-distributeur de gaz pour atteindre les valeurs de kLa cibles.

Leçon 3 • Techniques de mesure du kLa

Couvre les méthodes de dégazage dynamique, d'oxydation des sulfites et d'analyse des gaz d'échappement pour la détermination du kLa. Évalue la précision et l'applicabilité de chaque technique.

Leçon 4 • Gestion du CO2 et du pH

Aborde l'accumulation de CO2 dissous, son stripage et son effet sur le pH et la physiologie cellulaire. Intègre l'élimination du CO2 dans la conception du système d'aération.

Leçon 1 • Conception d'expériences de traceur

Conçoit des expériences de traceur par impulsion et par échelon pour une mesure précise de la DTS dans les bioréacteurs. Aborde la fréquence d'échantillonnage, le placement du détecteur et la normalisation des données.

Leçon 2 • Modèle de dispersion pour l'écoulement non idéal

Applique le modèle de dispersion axiale aux bioréacteurs tubulaires et à lit fixe. Utilise le nombre de Peclet pour quantifier la dispersion et prédire la perte de conversion.

Leçon 3 • Théorie de la distribution des temps de séjour

Définit les fonctions de distribution E(t), F(t) et de distribution des âges internes à partir d'expériences de traceur. Fournit le cadre statistique pour quantifier la non-idéalité de l'écoulement.

Leçon 4 • Modèle de réservoirs en série

Ajuste les données de DTS au modèle de réservoirs en série pour quantifier l'écart par rapport au comportement idéal du CSTR. Calcule le nombre équivalent de réservoirs et son effet sur la conversion.

Leçon 1 • Principes fondamentaux du contrôle par retour

Dérive les équations du contrôleur PID et règle les paramètres à l'aide des méthodes de Ziegler-Nichols et basées sur un modèle. Applique le contrôle par retour aux boucles d'oxygène dissous et de température.

Leçon 2 • Variables de procédé clés et capteurs

Passe en revue les capteurs de température, pH, oxygène dissous et biomasse utilisés dans la surveillance des bioréacteurs. Évalue la précision du capteur, le temps de réponse et la stérilisabilité.

Leçon 3 • Contrôle en cascade et rapport

Implémente le contrôle en cascade pour l'oxygène dissous en utilisant des boucles de cascade agitation-aération. Applique le contrôle de rapport au mélange de gaz pour une administration précise d'oxygène et de CO2.

Leçon 4 • Gestion des alarmes et enregistrement des données

Conçoit des hiérarchies d'alarmes et des protocoles d'enregistrement des données pour les enregistrements de procédés des bioréacteurs. Relie les exigences d'intégrité des données aux attentes réglementaires pour la production biopharmaceutique.

Leçon 1 • Mise à l'échelle du transfert d'oxygène

Met à l'échelle le kLa à l'aide de corrélations empiriques et tient compte des effets de la pression hydrostatique sur la solubilité de l'oxygène. Conçoit des systèmes d'aération qui maintiennent l'oxygène dissous à l'échelle de production.

Leçon 2 • Vérification des performances biologiques

Conçoit des expériences de vérification de la mise à l'échelle comparant la croissance, la productivité et la qualité du produit à différentes échelles. Introduit les modèles à échelle réduite comme outils de validation économiques.

Leçon 3 • Critères et conflits de mise à l'échelle

Énumère la puissance par volume constante, la vitesse en bout de pale, le kLa et le temps de mélange comme critères de mise à l'échelle concurrents. Démontre pourquoi une satisfaction simultanée est physiquement impossible.

Leçon 4 • Méthodes de mise à l'échelle hydrodynamique

Applique les stratégies de P/V constant, de vitesse en bout de pale constante et de nombre de Reynolds constant à la conception du mobile d'agitation. Évalue l'impact de chaque méthode sur le mélange et le cisaillement à grande échelle.

Leçon 1 • Contrainte de cisaillement et dommages cellulaires

Quantifie le cisaillement hydrodynamique provenant des mobiles d'agitation et des distributeurs de gaz et son effet sur la viabilité cellulaire. Conçoit des systèmes d'agitation à faible cisaillement pour les cellules de mammifères et d'insectes sensibles au cisaillement.

Leçon 2 • Perfusion et traitement continu

Analyse le fonctionnement du bioréacteur en perfusion avec des dispositifs de rétention cellulaire pour la culture à haute densité. Compare la productivité de la perfusion et la consommation de milieu au fonctionnement Fed-Batch.

Leçon 3 • Flux de travail intégré pour la conception de réacteurs

Combine la modélisation cinétique, l'analyse du transfert de matière et la caractérisation de la DTS en une procédure de conception unifiée. Produit un cahier des charges complet du réacteur à partir des exigences biologiques.

Leçon 4 • Applications de la dynamique des fluides computationnelle

Applique la CFD pour visualiser les champs d'écoulement, les zones de mélange et la distribution du cisaillement dans les bioréacteurs. Interprète les résultats de la CFD pour guider le placement des mobiles d'agitation et la conception des chicanes.