EQUIPOS PRINCIPALES DEL LABORATORIO DE BIOTECNOLOGIA - LIOFILIZADOR

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Título: EQUIPOS PRINCIPALES DEL LABORATORIO DE BIOTECNOLOGIA – LIOFILIZADOR DE LABORATORIO Curso: BIOTECNOLOGÍA Elaborado por: MARÍA FERNANDA LIMA TOTOCAYO Código: 2017205066 Docente: DR. HEBERT HERNAN SOTO GONZALES Fecha y lugar: 01 DE NOVIEMBRE DEL 2020 ILO – MOQUEGUA

2. LIOFILIZADOR DE LABORATORIO HISTORIA DEL EQUIPO La liofilización se desarrolló por separado en las primeras comunidades de América, Asia oriental y Europa del norte. Perú fue la primera región, con pueblos indígenas locales congelando tubérculos y papas en la cima de las frías montañas de los Andes. El “chuño” era un alimento básico en su dieta y se formaba moliendo estas papas en conserva en un polvo fino. La liofilización comenzó en 1890 por Richard Altmann, quien ideó un método para congelar tejidos secos (vegetales o animales). No existe una invención real de un liofilizador. Parece haber evolucionado Richard Altmann con el tiempo a partir de un instrumento de laboratorio al que Benedict y Manning (1905) denominaron una "bomba química". El proceso de liofilización fue re-inventado en 1906 por Arsène d'Arsonval y su asistente Frédéric Bordas en el laboratorio de biofísica del Collège de France en París. En 1909, Shackell creó de forma independiente la cámara de vacío. Arsene d’Arsonval Tomó el diseño básico de Benedict y Manning y utilizó una bomba de vacío accionada eléctricamente en lugar del desplazamiento del aire con éter etílico para producir el vacío necesario. Fue Shackell quien primero se dio cuenta de que el material tenía que congelarse antes de comenzar el proceso de secado, por lo tanto, liofilizarlo. La literatura no revela fácilmente a la persona que llamó por primera vez al equipo utilizado para realizar esta forma de secado como 'liofilizador'. No se documentó más información sobre liofilización hasta que Tival en 1927 y Elser en 1934 había patentado sistemas de liofilización con mejoras en los pasos de congelación y condensador. Un punto de inflexión significativo para la liofilización ocurrió durante la Segunda Guerra Mundial. Se necesitaba plasma sanguíneo y penicilina para tratar a los heridos en el campo y, debido a la falta de transporte refrigerado, muchos suministros de suero se estropearon antes de llegar a sus receptores. Esta necesidad acuciante, provocó Dr. Earl W. Flosdorf que el físico americano Earl W. Flosdorf utilizara todo el conocimiento que le procedía para liofilizar suero y plasma sanguíneo que sería

3. enviado para realizar las transfusiones sanguíneas que salvarían la vida de los combatientes de la IIGM, además de la penicilina que tantas vidas salvó una vez que se comercializó liofilizada en viales. En las décadas de 1950 y 1960, la liofilización comenzó a verse como una herramienta de usos múltiples tanto para el procesamiento de productos farmacéuticos como de alimentos. Equipos de liofilización CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO Cámara de secado modular Se puede modificar en función de las necesidades de su aplicación Conexiones accesibles Facilidad de acceso a las conexiones para sensores externos y bomba de vacío Capacidad de hielo infinita Dos condensadores de -105°C Interfaz intuitiva Bomba Todos los parámetros del proceso se pueden comprobar de un vistazo Cómoda mesa con ruedas Sus ruedas facilitan el desplazamiento del instrumento

4. •Cámara de secado modular Cámara acrílica con estantes calentados y mecanismo de taponado para el secado de viales. Cámara acrílica con estantes calentados para el secado a granel y de viales Cámara acrílica con 12 colectores superiores y estantes para el secado a granel, viales y matraces Colector con 12 válvulas para el secado de matraces o vasos de precipitados •Infinite-control Control infinito del proceso de secado en cualquier momento y lugar a través de la interfaz, el software y la aplicación. •Limpieza automatizada Un generador de vapor integrado derrite el hielo y limpia el condensador de forma higiénica. •Determinación del punto final Se pueden utilizar pruebas de diferencia de temperatura y presión y aumento de la presión con sensores opcionales para determinar el punto final.

5. •Cámaras de secado flexibles ∙Distancia entre estantes regulable en función de las necesidades de su aplicación ∙ Posibilidad de conectar dos racks de colectores •Manejo ergonómico ∙ Lectura sencilla de los parámetros del proceso gracias a la pantalla regulable ∙Posición de la pantalla adaptable en la parte frontal o lateral •Posibilidad de actualizar el sistema Actualización a la interfaz Pro en cualquier momento para posibilitar el funcionamiento con el software avanzado. FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO La liofilización se basa en el fenómeno físico de la sublimación del agua o bien de un disolvente orgánico o de mezclas acuoso-orgánicas que estén congeladas; el disolvente congelado sublima directamente a vapor sin pasar por el estado líquido. Habitualmente, cuando se trabaja con alimentos, proteínas o material biológico, el disolvente a eliminar es agua. El objetivo de la liofilización es obtener un producto seco, que cuando se le vuelve a añadir agua o disolvente, presente las mismas características que el producto original (forma, color, aroma, sabor y textura). La liofilización reduce las pérdidas de calidad debidas al deterioro de la muestra por reacciones químicas i/o per degradación enzimática.

6. A nivel de laboratorio, para pequeñas cantidades de muestra se utilizan viales, tubos o matraces de fondo redondo (mayor resistencia, con posibilidad de cierre dentro del liofilizador). A nivel industrial, para grandes cantidades de material a liofilizar se utilizan bandejas. Este apartado se centra en el liofilizador de laboratorio. El proceso de liofilización puede describirse en varias fases: •Congelación de la muestra a bajas temperaturas En las liofilizaciones, la congelación de los productos es una etapa importante puesto que influye directamente en la apariencia y en la calidad del producto final. Se debe congelar rápidamente el producto a una temperatura por debajo de su eutéctico. (Punto eutéctico: la temperatura más baja a la que puede fundir una mezcla de sólidos con una composición dada). Habitualmente se introduce la muestra en nitrógeno líquido (-196ºC) o en un baño de nieve carbónica y acetona (-78ºC) hasta que congele totalmente. Los productos congelados tienen que presentar una apariencia opaca y mantenerla durante todo el proceso de secado. •Tratamiento a vacío Es preciso eliminar el aire y otros vapores no condensables de la cámara a fin de facilitar la migración del vapor. Se introduce la muestra congelada en uno de los recipientes de la cámara de sublimación y se conecta el vacío con cuidado. •Calentamiento Habitualmente se trabaja a temperatura ambiente, pero si es necesario, se puede calentar la muestra congelada con mucho cuidado para acelerar el proceso de secado. Esta fase no es conveniente si los productos pueden variar sus propiedades por encima de la temperatura ambiente. •Condensación (o sublimación inversa) Es la fijación de las moléculas de agua en forma de hielo sobre la superficie del condensador del liofilizador. Finalizada la liofilización se debe realizar el proceso inverso para romper el vacío de nuestra muestra con mucho cuidado, dejando entrar aire lentamente. En caso contrario se pueden crear

7. turbulencias provocando que la muestra sólida salga del vial y quede dispersada en las paredes de la cámara. Seguidamente se cierra la llave, se desconecta de la cámara, se saca el vial y se tapa a fin de evitar la entrada de humedad. •Almacenamiento del producto Los productos liofilizados y adecuadamente cerrados se pueden guardar por largos períodos de tiempo con la retención de las propiedades físicas, químicas, biológicas y organolépticas de sus estados originales. UTILIZACIÓN DEL EQUIPO El liofilizador de la serie de laboratorio es adecuado para la prueba de liofilización de muestras biomédicas de laboratorio. Ampliamente utilizado en: • Drogas • Productos biológicos • Industrias químicas y alimentarias. También es empleado en las sustancias sensibles al calor como: • Antibióticos • Vacunas • Productos sanguíneos • Hormonas • Enzimas biológicas de los tejidos

8. CUIDADOS Y MANTENIMIENTO • El primer punto es el trabajo de inspección antes de la operación del liofilizador. No solo es necesario comprobar las piezas, sino también el aire dentro del liofilizador. • Se debe verificar la carga del liofilizador. Cuando el liofilizador está en uso, no se puede poner el material en él primero. Debe esperar un rato hasta que se caliente antes de poder colocarlo. Si la máquina se usa bajo carga, provocará que ocurra la falla. • Cuando el liofilizador se apaga automáticamente durante el funcionamiento, es necesario esperar tres minutos antes de poder encenderlo. No debe arrancarse inmediatamente, de lo contrario provocará un mal funcionamiento. • Es necesario conocer las características de los productos extremos, que puedan ser utilizados en el liofilizador, tales como ácidos, alcoholes, inflamables y explosivos (terbutanol, acetona) o que requieran temperaturas de congelación muy bajas y rápidas (uso de nitrógeno líquido). • Los riesgos más específicos de la liofilización derivan del tratamiento con líquidos criogénicos (nitrógeno líquido, nieve carbónica). • También los asociados con el vacío: las posibles explosiones o implosiones por cambios de presión extremos o por trabajar con material en estado defectuoso. • Si existen otros productos que se están liofilizando en otros recipientes conectados a la cámara, tendremos que cerrar las llaves de cada uno de ellos, abrir la nuestra, y cuando éste haya llegado al vacío, abrir todas las demás. • Los procesos de oxidación se pueden controlar guardando los productos liofilizados en recipientes impermeables al oxígeno. • El almacenamiento de los productos liofilizados en lugares con temperaturas bajas evita la desnaturalización de proteínas.

9. BIBLIOGRAFÍA AG, B. L. (2008). L-300. Obtenido de BUCHI: Lyovapor™ https://static1.buchi.com/sites/default/files/Lyovapor_L-300_Product_Brochure_es.pdf Diaz C., T. (20 de Junio de 2018). Un breve repaso a la técnica de la liofilización. Obtenido de Una bióloga en la cocina: https://unabiologaenlacocina.wordpress.com/2018/06/20/del-laboratorio-a-la-cocina- un-breve-repaso-a-la-tecnica-de-la-liofilizacion/ Mercer Foods. (01 de Noviembre de 2017). The History of Freeze-Drying. Obtenido de Mercer Foods: http://www.mercerfoods.com/2017/11/01/history-of-freeze- drying/ Raper, K., & Alexander, D. (2018). Preservation of molds by the lyophil process. Taylor & Francis Online, 499-525. Universitat de Barcelona. (s.f.). TÉCNICAS Y OPERACIONES AVANZADAS EN EL LABORATORIO QUÍMICO . Obtenido de Grupo GIDOLQUIM: http://www.ub.edu/talq/es/node/284 Wahler, J. (2010). A World Where Blood Was Made Possible. Obtenido de Pennsylvania Center for the book: http://pabook2.libraries.psu.edu/palitmap/Blood.html ZZKD Instrument. (07 de Noviembre de 2019). Laboratory Freeze Dryer/Lyophilizer Use Process And Precautions. Obtenido de ZZKD Instrument: https://kddryingoven.com/Company_news/Laboratory-freeze-dryer-lyophilizer-use- process-and-precautions.html