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.