Medición de CO₂ y pH en la Industria | Equipos y Soluciones

En procesos biotecnológicos y farmacéuticos donde se cultivan células de mamíferos, bacterias o levaduras, el control preciso de CO₂ y pH determina directamente el éxito del cultivo y el rendimiento final del proceso. Sin embargo, los métodos tradicionales de medición presentan problemas que comprometen tanto la esterilidad como la precisión de los datos obtenidos.En Marktec XXI distribuimos tecnología PreSens (Alemania), líder mundial en medición de CO₂ y pH mediante sensores ópticos no invasivos específicamente diseñados para aplicaciones donde la precisión, la esterilidad y la medición continua son requisitos críticos. Este artículo explica por qué la medición óptica ha revolucionado el control de procesos en biotecnología y qué soluciones concretas están disponibles.

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Por qué CO₂ y pH son parámetros críticos en biotecnología

El papel del dióxido de carbono en cultivos celulares

En cultivos de células de mamíferos, especialmente en líneas celulares como CHO utilizadas para producción de anticuerpos monoclonales y proteínas terapéuticas, el CO₂ disuelto actúa como un factor regulador crítico del pH intracelular y del metabolismo celular.Niveles óptimos versus niveles tóxicos: En condiciones normales, las concentraciones de CO₂ disuelto entre dos y cinco por ciento mantienen el cultivo en condiciones fisiológicas apropiadas. Sin embargo, cuando el CO₂ acumulado supera ciertos umbrales, actúa como un estresor metabólico o incluso como toxina para las células, reduciendo la viabilidad celular y el rendimiento del producto.El problema es que en biorreactores de alta densidad celular, especialmente en procesos fed-batch o de perfusión, el CO₂ producido por el metabolismo celular puede acumularse si no se controla adecuadamente la aireación y la agitación. Sin medición continua de CO₂, este problema pasa desapercibido hasta que el daño al cultivo ya está hecho.

El pH como indicador de salud del cultivo

El pH del medio de cultivo refleja directamente el estado metabólico de las células. La producción de lactato durante la glucólisis anaeróbica acidifica el medio, mientras que el consumo de aminoácidos puede alcalinizarlo. Mantener el pH dentro de rangos estrechos (típicamente 7.0 ± 0.2 unidades) es esencial para evitar estrés celular.La relación CO₂-pH: El CO₂ disuelto forma ácido carbónico en solución acuosa, afectando directamente al pH del medio. Por esta razón, controlar el pH sin medir simultáneamente el CO₂ proporciona una visión incompleta del estado real del cultivo. La medición simultánea de ambos parámetros permite entender si las desviaciones de pH se deben a metabolismo celular o a acumulación de CO₂.

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Problemas de los métodos tradicionales de medición

Sensores electroquímicos de pH: limitaciones en biotech

Los sensores de pH electroquímicos tipo vidrio, aunque son estándar en muchos laboratorios, presentan problemas serios cuando se usan en biorreactores:

• Deriva continua: Los electrodos de pH derivan con el tiempo debido a la degradación de la membrana de vidrio y el envejecimiento del electrodo de referencia. En procesos que duran semanas, esta deriva puede ser de varias décimas de unidad de pH.
• Contaminación del electrodo: Las proteínas del medio de cultivo se adsorben sobre la superficie del electrodo (fouling), alterando la respuesta y obligando a limpiezas frecuentes.
• Punto de penetración: Cada electrodo que atraviesa la pared del reactor es un riesgo potencial de entrada para contaminantes en procesos asépticos.

Medición de CO₂: la ausencia tradicional

Históricamente, muchos bioprocesos no medían CO₂ disuelto en absoluto o lo inferían mediante modelos matemáticos imprecisos o análisis off-line.Problemas de la medición off-line: Al extraer una muestra, el CO₂ escapa rápidamente de la solución antes del análisis. Los resultados obtenidos en el laboratorio no suelen reflejar la concentración real dentro del biorreactor.

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Tecnología óptica PreSens: cómo funciona

Principio de medición por fluorescencia dinámica

Los sensores ópticos contienen indicadores fluorescentes cuya emisión de luz cambia en presencia de CO₂ o pH. La tecnología utiliza un método de referenciación interna que hace que la medición sea independiente de la intensidad de la luz o el envejecimiento de componentes, razón por la cual no derivan como los electroquímicos.

Instalación completamente no invasiva

Los sensores se adhieren a la superficie interna del reactor y la medición se realiza desde el exterior a través de la pared transparente. Esto elimina puertos adicionales, cables internos y riesgo de contaminación, siendo además ideal para sistemas desechables (Single-use) ya que se suministran pre-calibrados y estériles.

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Soluciones PreSens para medición de CO₂ y pH

• Sensor spots: Pequeños parches para biorreactores de vidrio, matraces o placas de cultivo.
• Flow-through cells: Células de flujo para monitorización continua en tuberías o sistemas de perfusión.
• Sensor sticks: Adaptadores Luer-Lock para añadir puntos de medición en líneas de tubing estéril de forma sencilla.
• Medidores multicanal: Dispositivos compactos para monitorizar simultáneamente oxígeno, pH y CO₂ con integración Modbus/Profibus.

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Aplicaciones industriales y beneficios reales

En la producción de anticuerpos monoclonales, el uso de sensores ópticos ha permitido reducir la variabilidad entre lotes en un 20% y aumentar el título de producto en un 15%. En la producción de vacunas con sistemas desechables, garantiza trazabilidad completa y elimina la necesidad de calibración en planta, cumpliendo estrictamente con normas FDA/EMA.

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Por qué confiar en Marktec

En Marktec XXI somos distribuidores especializados de PreSens para España. Te ayudamos a evaluar la aplicabilidad técnica, seleccionar el sistema adecuado (desde investigación a producción GMP) y te proporcionamos soporte técnico local en castellano.