CURSO DE BIOINGENIERÍA (Semestre 2007-1)

CURSO DE BIOINGENIERÍA (Semestre 2008-1)
(Agosto-Diciembre 2007)
Responsable: Dra. Laura A. Palomares
Coordinador estudiante: Por definir
Cada tema es impartido por diferentes profesores en fechas por confirmar. Se incluyen
sesiones tanto para problemas y casos de estudio, como de exámenes.
Lugar: Salón del auditorio.
Horario: Martes y jueves de 11 a 13 h (por confirmar). El horario de las clases en otros
días se confirmará mas adelante.
Presentación del curso.
Propósito y descripción breve.
Se pretende que los alumnos adquieran conocimientos de balance de materiales,
grado de reducción, cinética celular, tipos de cultivo, modelos matemáticos, preparación
y esterilización de medios de cultivo, fenómenos de transferencia de masa y diseño de
fermentadores, así como escalamiento ascendente y descendente. Todo esto
complementado con el aprendizaje de las operaciones unitarias más comunes para la
separación y purificación de productos biotecnológicos, con el fin de desarrollar
habilidades de análisis cuantitativo en procesos biotecnológicos, tanto a nivel
preparativo como de biorreactor, integrando aspectos bioquímicos, termodinámicos,
microbiológicos y de ingeniería, incluyendo fenómenos de transporte de masa y calor, y
el papel que éstos juegan en el escalamiento de biorreactores. El curso contempla la
probable visita a dos industrias biotecnológicas.
Estructura del curso.
El curso de Bioingeniería es intensivo y de tiempo completo. Es impartido por
diferentes profesores integrantes de la planta académica del Instituto de Biotecnología.
Las clases contemplan fomentar la participación activa de los estudiantes, mediante: a) la
lectura y discusión de material (capítulos de libros o artículos científicos), el cual es
proporcionado previamente por los profesores responsables de cada tema; b) la solución
de problemas relacionados con los diferentes temas del curso; y c) la presentación de 3
exámenes parciales. d) el desarrollo de un proyecto relacionado con el tópico de su
trabajo de investigación del posgrado.
Evaluación.
Cada profesor evaluará su(s) tema(s) correspondiente(s) dentro de los 3 exámenes
programados. De considerarlo pertinente por el profesor responsable de cada tema, la
solución de problemas (tareas) también serán tomadas en consideración para las
respectivas calificaciones. El avance y conclusión de los proyectos serán evaluados por
los académicos asistentes a las presentaciones de los mismos. Las calificaciones serán
concentradas por el responsable académico del curso. La calificación final se obtendrá
del promedio obtenido a partir de la calificación ponderado por el número de clases de
cada tema y de las calificaciones obtenidas en las presentaciones (oral y escrita de los
proyectos). Estas últimas representan el 33% de la calificación global.
La calificación mínima aprobatoria es de 6.0, siempre y cuando no se tenga una
calificación inferior a 5 en alguno de los temas o en las presentaciones de proyectos.
Tendrán calificación no aprobatoria (NA) los alumnos que en dos temas o avances de
proyecto obtengan una calificación inferior a 5 o un promedio general inferior a 6.
Temario
Profesor Invitado: Por definir
I.- Introducción, papel y perspectivas de la bioingeniería (1 sesión) (Dr. Tonatiuh
Ramírez) 14 de agosto
II.- Teoría macroscópica y balances bioquímicamente
estructurados (3 sesiones) (Dr. Tonatiuh Ramírez)
16, y 21 de agosto
Balance elemental
Grado de reducción
Termodinámica del crecimiento microbiano y balance de energía
Balances bioquímicamente estructurados
III.- Crecimiento microbiano (6 sesiones) (Dr. Agustín López Mungía y Dra. Laura
Palomares ) 23, 28, y 30 Dra. Palomares, 4, 6, 11, de septiembre Dr. López Mungía
Cultivo en lote
Diseño y balance de un medio de cultivo
Método para medir el crecimiento de cultivos
Cinética del crecimiento microbiano (Ecuación de Monod y otros
modelos)
Cinética y rendimiento en la producción del producto (Leudeking Piret)
Inhibición química (competitiva y no competitiva)
Cultivo continuo
Clasificación de los sistemas de cultivo continuo
Teoría del quimiostato
Productividad en cultivo continuo
Limitación de diferentes nutrientes en cultivo continuo
Modalidades del quimiostato (en serie, con recirculación interna o externa)
Cultivos continuos en reactores tubulares
Usos del cultivo continuo
Cultivo alimentado de flujo constante y exponencial
Cultivo alimentado cíclico
Comparación entre los distintos tipos de cultivo
Otros modos de operación (perfusión, flujo tapón)
Modelamiento y simulación numérica
IV.- Problemas y estudio de casos (1 sesión) (Coordinador estudiante) 11 de septiembre
*.- EXAMEN 13 de septiembre
V.- Esterilización (1 sesión) (Dr. Alfredo Martínez) 18 de septiembre
Térmica
Química
Por radiación
Por filtración
VI.- Transferencia de masa (5 sesiones) (Dr. Carlos Peña) 20, 25, 27 de septiembre y 2 y
4 de octubre
En sistemas de fermentación
Difusión (ley de Fick)
Convección
Predicción y estimación de coeficientes de difusión
Coeficiente de transferencia de masa (kLa)
Teoría y correlaciones del kLa
Métodos experimentales para medir el kLa
En catálisis heterogénea
Primera presentación de proyecto. 9 de octubre.
VII.- Diseño de fermentadores (5 sesiones) (Dr. Enrique Galindo) 11, 16, y 18 de octubre
Reología de medios de fermentación
Mezclado y consumo de potencia
Geometría de fermentadores
Remoción de calor
VIII.- Semana práctica en planta piloto (Dr. Leobardo Serrano) 22 al 26 de octubre
VII.- Diseño de fermentadores 30 octubre y 1 noviembre.
*.- EXAMEN 6 de noviembre
IX.- Escalamientos ascendente y descendente (1 sesión) (Dr. Carlos Peña) 8 de
noviembre
Definición
Criterios de escalamiento
Metodologías
Ejemplos, planta piloto
X.- Operaciones de separación y purificación en biotecnología (3 sesiones) (Dr.
Edmundo Castillo ) 13, 14 y 20 de noviembre
Importancia económica de la purificación y de la formulación del producto
Rompimiento celular
Precipitación
Extracción líquido-líquido
Filtración
Ultrafiltración
Cromatografía
Electroforesis
XI.- Casos de estudio. 22 y 27 de noviembre.
*.- EXAMEN 29 de noviembre
Presentación final de proyecto. 4 de diciembre.