Autonomous Benchtop Bioreactor for the New UF Biofoundry

Abstract

El proyecto llevado a cabo trata del desarrollo de un micro biorreactor autónomo para la UF Biofoundry que permite desarrollar experimentos a mayor escala y con un menor coste que otras alternativas del mercado. En él se describe detalladamente el proceso de diseño, desde la propuesta de bocetos hasta el proceso de montaje, incluyendo los análisis y estudios pertinentes.

Entre otras especificaciones, el diseño debía integrar al menos las funciones de manipulación y agitador de muestras, incubadora de células, sensores ópticos metabólicos y herramientas adicionales como control ambiental y tratamiento de residuos, además de otras limitaciones de coste, tamaño y peso.

Para ello, se decidió dividir el aparato en los siguientes siete subsistemas: el manipulador, encargado de transportar los cultivos de un subsistema a otro; el agitador, cuya función es mover las muestras en patrones lineales, orbitales y orbitales dobles para oxigenarlas; transporte de fluidos, que incluye líquidos y gases; control ambiental, para modificar la temperatura de la cámara; los controles, necesarios para automatizar el proceso; saneamiento, subsistema encargado de la esterilización de elementos y la estructura principal, que agrupa el resto de subsistemas.

Se trata de un proyecto multidisciplinar en el que se han puesto en común distintas áreas de la ingeniería mecánica para dar solución a un problema mediante un proceso de diseño exhaustivo.

This Mayor Project consists in the development of an autonomous micro bioreactor for the UF Biofoundry with coupled liquid handling capacity that will allow manufacturing and interrogating biological samples in larger volumes at lower cost that current commercial alternatives. Among other capabilities, the autonomous unit should include well plate/ conical tube fluid handling; sample shakers; cell incubators; optical metabolic sensor and diagnostics; and operation support features such as environmental control and waste disposal. The design process carried out is explained in detail, from the concept generation to the manual assembly plan, including, as well, the corresponding functional analyses. In order to meet the customer needs, the device was divided into the following seven subsystems: the manipulator, capable of moving the cultures from one subsystem to another; the shaker, to be able to shake the well plates and tubes in linear, orbital and double orbital patterns; liquid handling, for dispensing both liquids and gases; environmental management, to be able to regulate the temperature in the main chamber; controls, system in charge of the automatization of the device; sanitation, for cleaning and sterilization, and structure, which encloses the other subsystems. The Autonomous Bioreactor for the UF New Biofoundry is a multidisciplinary project in which different areas of Mechanical Engineering work in conjunction to solve a problem through a thorough design process.