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  • Scaleup Scaledown :versunemeilleureintgrationindustrielledes

    biotechnologiesblanches

    FrankDelvigne (UlgGxABT)

    Agro-Bio Tech

  • Exploitationindustrielledesmicroorganismes:biotechnologies

    Dfinitionformelledesbiotechnologies:

    Lesbiotechnologiessontlensembledesmthodesetdestechniquesquiutilisentcommeoutilsdesorganismesvivants(cellulesanimalesetvgtales,microorganismes)oudespartiesdeceuxci(gnes,enzymes,)pourdesapplicationsenvironnementales,agroalimentairesoubiomdicale

    Biotechnologiesblanches:emploidesystmesbiologiquespourlaproductionindustrielleenremplacementdesvoieschimiquesactuellementempruntes

  • Microorganismes:organismesmicroscopiquesdontlesespcesunicellulairespeuventtrecultivesdesconcentrationsde1010 cellules/mLConceptdelamicrobial cell factory usinemicroscopiquescellulaire

  • Fermentationnaturellepardesmicroorganismes(actique,alcooliqueoulactique)

    Productiondemtabolitesprimaires(acides,alcools,)

    Productiondemtabolitessecondaires(antibiotiques,polysaccharides,armes,)

    Productiondenzymes(amylases,cellulases,lipases,)

    Productiondeprotinesrecombinantes(fragmentsdanticorps,insulinehumaine,)

    Evolutiondestechnologiesdefermentation

  • BactriesGramngatif BactriesGrampositif

    Levures Moisissures

    Microalgues

    Cellulesanimales,vgtales,insectes

  • 1m 1cm 1mm 100m 10m 1m 100nm 10nm 1nm

    1m 1cm 1mm 100m 10m 1m 100nm 10nm 1nm

    Matriserlabiologie

    dansdessystmesdecultureindustriels

  • PrincipedefonctionnementdesbioracteursPrincipesdefonctionnementdunbioracteur

    Epurationdeseaux Biogaz Biocarburant Acidesorganiques Alcools Acidesamins Enzymes Polymres Armes Antibiotiques Protinesrecombinantes

    Prixderevient

    Volumeduracteur

  • Quelquesexemples

    Biothanol

    Productiondenzymes

    Epurationdeseaux Biogaz

  • Bioracteurdetypecuvemcaniquementagite

    10

  • Transfertdemasse Transfertdechaleur Transfertdequantitdemouvement

    11

  • Paramtrescontrler:

    Agitation Temprature pH

    Oxygnedissous Concentrationensubstrat Potentielrdox Apportdelumire

    Besoindunsystmesenseuractuateur

    Ledveloppementdesbioracteursvadepairavecledveloppementdecapteursadquats

    Si pas de rtro-action par un senseur, boucle de rgulation ouverte

  • Dveloppementdesbioprocds:scaleupandscaledownDveloppementdesbioprocds:scaleup etscaledown

    Echelledulaboratoirescreeningprimaire

    Reactor dimension(D)

    Echellelaboratoire screeningsecondaire

    Echellepiloteetindustrielle

    CapacitdetransfertdoxygnelimitePasdecapteursetdergulation

    Diminutiondesperformancesdemlange

  • Scaleupouextrapolationdesbioprocds

  • Gradientdesubstratdanslesprocdsfedbatch

    Enfors etal.[2001]Journalofbiotechnology

    Gradientenoxygnedissousdanslesprocdsarobies

    Schtze etal.[2006]12thEuropean Conference onMixing

    Problmesassocisauscaleup

  • Problmeassociauscaleup

  • Scaledown:miniaturisationetparalllisation

    Tendanceactuelle:trouverdessouchesmicrobiennesmieuxadaptesauxconditionsdeprocds(sansavoirrecoursaugniegntique)

    Besoinsendveloppementdebioracteursdepetitedimensionpermettantdeffectuerdescultureenparallle

    Scaledown :principespermettantdereproduireunprocd(microbien)petitechelleenconsidrantlescontraintesrencontreslchelleindustrielle

  • 1m 1cm 1mm 100m 10m 1m

    Ondmarreavecdesoutilsbienconnu(ouquelonpenseconnatre)

  • EnregistrementdelapO2(systmePresens)

  • OXYmini4channels

    IOconverter

    Orbitalincubator(T andshakingfrequency

    controls)

  • Fiole classique

    Fiole miniracteur

  • Profilobtenupartirdunbioracteurmcaniquementagit

  • Cuveagiteminiature(VL =18ml)

    Colonnebullesminiature(VL =2ml)

    Betz andBaganz [2006] 26

  • 1m 1cm 1mm 100m 10m 1m 100nm 10nm 1nm

    1m 1cm 1mm 100m 10m 1m 100nm 10nm 1nm

    Microracteurs?

    Miniracteurs

  • Systmedropsot :

  • Lamatrisedesbioprocdstoujoursfaitappeluneapprochemultidisciplinairemlantbiologieaveclessciencesdelingnieur

    Plusquejamais,cetteapprochedisciplinaireestdemise(sciencesdesmatriaux,desinterfaces,microlectronique,mcaniquedesfluides,.)

    Lestendancesactuellessontl ultrascaledown ,cestdirellaborationdoutilspermettantdemanipulerlesmicroorganismeslchellemicro(techniques singlecell )etnano(dtectionduneseulemolculelasurfacedesmembranescellulaires,)

    Cestechniquespermettrontdaboutirdesprocdsdebiotechnologiesblanchesrellementefficientavecunematrisequasiparfaitedessystmesbiologiques

    Conclusion