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Design de Bioprocessos

Código 12480
Ano 1
Semestre S2
Créditos ECTS 6
Carga Horária OT(30H)/PL(30H)
Área Científica Biotecnologia
Tipo de ensino Exposição magistral dos fundamentos teóricos clássicos, metodologias de desenho experimental e resolução estratificada do processo de selecção dos inputs/outputs, optimização e validação de problemas propostos. Serão utilizados para estudo individual artigos científicos focando as ferramentas emergentes de desenho experimental e redes neuronais, com subsequente apresentação e discussão teórica. Adicionalmente, serão demonstrados laboratorialmente exemplos práticos, simulando um contexto de plataforma industrial, na construção de modelos matemáticos da etapa usptream e downstream. Nesta fase apela-se ao desenvolvimento criativo e integrativo dos alunos.
Estágios Não aplicável.
Objectivos de Aprendizagem Identificar e descrever os princípios fundamentais que definem os bioprocessos. Compreender a integração sustentável e global de um bioprocesso. Compreender a seleção da base de cálculo. Modelar a otimização e validação de sistemas biológicos por DOE e MATLAB. Identificar e aplicar as principais ferramentas de desenho experimental na etapa upstream e dowsntream de um processo biotecnológico.
O aluno deve adquirir as seguintes competências:
- Conhecimentos de modelação em biotecnologia e utilizá-los na formulação e discussão de problemas.
- Capacidades profissionais, nomeadamente: raciocínio, formulação de hipóteses, pensamento sistémico, criativo e crítico, de forma a manipular a programação em DOe.
- Conhecer as fases de design e desenvolvimento de bioprocessos.
Conteúdos programáticos OT: 1- A estrutura clássica de um processo biotecnológico: upstream, downstream e polimento final.
2- Scale-up de fermentadores focando os inputs clássicos (pH, temperatura, meio de cultura, arejamento e coeficiente de transferência de massa (KLa), entre outros) e dimensionamento para maximização do output alvo aplicando desenho fatorial.
3- Scale-up da etapa downstream: compreender os principais parâmetros alvo e desafios associados à Bioseparação, assim como os objetivos da modelação dos processos cromatográficos aplicando desenho de experiências.
4- A Bioinformática na modelação, otimização e validação da expressão de bioprodutos em sistemas biológicos típicos. Aplicação de desenho fatorial, redes neuronais e MATLAB, de forma a incrementar as produtividades mássicas e volumétricas.
PL: Estudo detalhado da integração dos bioprocessos: Design da produção de penicilina, produção de moléculas quirais de interesse farmacêutico; produção de vitaminas, entre outros exemplos.
Metodologias de Ensino e Critérios de Avaliação O ensino é centrado no aluno, e a sua participação ativa no processo de aprendizagem irá permitir um maior desenvolvimento das suas capacidades de raciocínio. A metodologia pedagógica baseia-se no ensino presencial e por objetivos educativos na aprendizagem baseada em problemas. O professor/tutor orienta os estudantes na pesquisa de informação relevante para a obtenção dos resultados esperados. Os trabalhos experimentais de modelação serão integrador de toda a matéria para aplicação dos conceitos adquiridos, tanto na execução de procedimentos informáticos, como na análise de dados, interpretação de resultados, otimizações e validações de problemas. AT: dois testes peso global de 65% na nota final. T1 e T2: com um peso parcial cada de 50%. Peso PL – 35% (nota mínima de aprovação 9,5 valores). A componente PL engloba a resolução de um case study proposto pelo docente no inicio do ano letivo onde os vários grupos devem modelar, apresentar e discutir o trabalho realizado a 26 Maio 2022.
Bibliografia principal 1-Artigos científicos enquadrados nos conteúdos elaborados para a unidade curricular, nomeadamente nos domínios de modelação e validação das várias etapas de um bioprocesso.
2- Montgomery, D.C. (2001), Design and Analysis of Experiments, 5.ª ed., John Wiley & Sons, New York.
3- Guiochon G, Beaver LA, Separation science is the key to successful biopharmaceuticals, Journal of Chromatography A, 1218 (2011) 8836–8858.
4- Valente JFA, Sousa A, Queiroz JA, Sousa F, DoE to improve supercoiled p53-pDNA purification by O-phospho-L-tyrosine chromatography. Journal of Chromatography B. (2019) 1105: 184-192.
Língua Português
Data da última atualização: 2022-06-20
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