Le Minifor est un fermenteur de laboratoire trés compact. Il répond à un cahier des charges trés précis établis par des personnes ayant une longue expérience de la fermentation.

Description du fermenteur

• facilité d'utilisation
• utilisable pour de cultures de microorganismes et de cellules
• capable de mesurer et de contrôler les paramètres importants de la culture
• encombrement réduit tout en permettant un accès facile aux différentes parties, de sorte que plusieurs fermenteurs peuvent facilement être placé côte à côte pour faire de l'optimisation par exemple
• chaque fermenteur doit être indépendant et autonome
• chaque fermenteur doit pouvoir être connecté à un ordinateur pour archiver les données et réaliser un pilotage centralisé
• coût d'achat et d'entretien réduits

Pour répondre à ces critères, un certain nombre de d'idées et d'innovations ont été mises en oeuvre, sans toutefois faire de concession à la qualité:

• Les électrodes et prises d'échantillons sont fixées directement sur la cuve en verre. Il n'y donc pas besoin de platine métallique chère. Ce principe est utilisé depuis longtemps en culture de cellules et ne pose pas de problème quant à la stérilité.
• L'agitateur à pales nécessite souvent un système de couplage magnétique coûteux. Celui-ci a été remplacé par un système 'vibromixeur'. L'agitation est assurée par des disques entrainés par un électroaimant. La stérilté est assurée par une membrane. Ce système assure une excellente agitation, ne nécessite pas de baffles et ne produit pas de vortex (moins de risques de formation de mousse). De plus ce système d'agitation est aussi adapté pour les cultures de cellules (contraintes de cisaillement faible).
• Le chauffage du fermenteur est assuré par une lampe infrarouge pourvue d'un réflecteur parabolique recouvert d'un film d'or et placé sous la cuve de fermentation. La chaleur est absorbée dans le volume de la culture, comme lorsque le soleil chauffe de l'eau. Il n'y a pas de risque de surchauffer localement le milieu comme c'est le risque avec une résistance chauffante. De plus ce système permet d'économiser une double enveloppe, un bain-marie et tout le câblage et tuyauterie nécessaires.
• Chaque fois que cela était possible, des pièces métalliques chères ont été remplacées par des pièces en polymères haute performance faciles à mouler.
• Par l'utilisation de microcontrôleurs il a été possible placer toute l'électronique sur l'avant du fermenteur, le rendant ainsi un des plus compacts du marché.

Unité de base

Toute la partie électronique, y compris l'alimentation, le chauffage infrarouge, la vanne d'air, le débitmètre massique, les câbles et tuyaux sont placés dans un boitier qui sert également de support au fermenteur. Son encombrement est trés réduit (environ 20 x 40 cm). La disposition de la plateforme est telle que toutes les parties du fermenteur sont facilement accessibles. Il est possible de placer jusqu'à 5 flacons de 250 ml dans des supports magnétiques et jusqu'à 4 pompes péristaltiques derrière le fermenteur.

Cuves du fermenteur

Le volume de la cuve standard est de un litre. Trois autres cuves sont disponibles : 0.5 litre, 1 litre, 3 litres et 7 litres. La cuve de 5 litres est conseillée uniquement plutôt pour les cultures de cellules. Elles disposent d'une large ouverture centrale, permettant la fixation de la membrane et du système d'agitation, et de 6 à 8 ouvertures latérales plus petites pour la fixation des sondes, sortie d'air, prises d'échantillons, conduits d'inoculation, etc...

Les cuves sont maintenues par de barres latérales spécifiques. Elles sont en Pyrex et stérilisables en autoclave.

Mesures et régulations

Le panneau de commande est constitué d'un écran LCD et d'un clavier. Tous les paramètres, température, pH, pO2, débit d'air, agitation et un paramètre supplémentaire sont visibles sur une même page. Il est possible de définir des alarmes pour la plupart des paramètres. Le dépassement des limites définies par l'utilisateur déclenche un signal sonore et le paramètre en cause est mis en évidence. Une sortie supplémentaire pour une alarme extérieure est disponible.

Chaque unité est autonome mais peut-être connectée à un ordinateur (interface RS485). Des programmes spécifiques sont disponibles (FNet et SIAM) permettant de gérer jusqu'à 6 fermenteurs (plus sur demande) de façon centralisée.

Agitation

Elle est assurée par un vibromixeur. Un puissant électroaimant déplace un axe sur lequel sont fixés des disques souples. Le mouvement de va-et-vient dans le sens vertical assure une excellente agitation et une bonne aération du milieu. La stérilité du fermenteur est assurée par une membrane de silicone. Ce système permet de s'affranchir de baffles et ne provoque pas de vortex (moins de risque de formation de mousse). Il est suffisament doux pour permettre la culture de cellules. La fréquence de l'agitation est ajustable de 0 à 20 Hz. L'air diffuse à travers un cylindre de silicone fixé sur la partie inférieure de l'axe d'agitation.

Mesure et contrôle de la température

Le milieu de culture est chauffé par un système infrarouge (100 W) breveté. Il n'y a pas de risque de surchauffe du milieu liquide comme cela peut être le cas avec des résistances chauffantes et la température est contrôlée de façon plus précise. La sonde de température est incorporée dans la sonde de pH. Ceci réduit le nombre de câbles à mettre en place. La mesure de température sert aussi à corriger la mesure de pO2 et de pH.

Le refroidissement du milieu peut se faire par circulation d'eau froide dans un échangeur métallique placé dans la cuve ou par double enveloppe.

Mesure et contrôle du pH

Il est mesuré à l'aide d'une électrode combinée, stérilisable, dans laquelle est incorporée la sonde de température. Cette sonde est équipée d'un connecteur Variopin, ce qui permet de la stériliser sans protection particulière. Sa calibration à l'aide de 2 solutions tampon est trés facile à réaliser. La régulation du pH est assurée par le microcontrôleur de l'unité de base. Les pompes PRECIFLOW, MULTIFLOW ou HIFLOW peuvent être utilisées pour l'addition d'acide ou de base. L'unité de calcul commande le débit de la pompe, et non seulement la marche ou l'arrêt de celle-ci comme sur d'autres systèmes. Ceci permet de réaliser une régulation plus fine. La quantité de base ou d'acide délivrée peut être déterminée par le PUMP FLOW INTEGRATOR. Les pompes sont indépendantes du fermenteur et peuvent être utilisée pour d'autres activités.

Pour les cultures de cellules le pH peut être contrôlé à l'aide de CO2 en utilisant le MASSFLOW au lie de la pompe acide.

Mesure et contrôle de la concentration en oxygène dissout

Une électrode stérilisable de Clark pourvue d'une membrane renforcée mesure la concentration en oxygène dissout (pO2). La calibration est simple et se fait avec 2 solutions de références, en général à 0 g/l et à la saturation en oxygène. Il est possible de réaliser la régulation de la pO2 (asservie au débit d'air).

Mesure et contrôle du débit d'air

Le débit d'air peut varier de 0 à 5 l/min. par pas de 0.1. Il est mesuré par un débitmètre massique. Cette mesure est indépendante de la pression et de la température. Le débit est ajusté par un vanne à ouverture proportionnelle de conception trés originale par l'utilisation de métaux à mémoire.

Sortie d'air

L'appareil est livré en standard avec un condenseur en verre refroidi par circulation d'eau. Un condenseur optionnel des gaz de sortie par effet Peltier permet de restituer l'eau évaporée du milieu. Le condenseur à effet Peltier ne nécessite par contre pas de branchement d'eau.

Inoculation et prises d'échantillons

L'inoculation, l'addition d'acide ou de base se fait par des tuyaux en acier inoxydable équipés de connections Luer-Lock.

Stérilisation

La cuve du fermenteur est stérilisée en autoclave après déconnection des électrodes et de l'électroaimant d'agitation.

Antimousse

Un module de détection de la mousse permet d'ajouter un produit antimousse à l'aide d'une pompe péristaltique ou d'un pousse seringue.

Mesure du potentiel Redox

Un boitier électronique supplémentaire permet de mesurer le potentiel redox du milieu de culture (-999 to 999 mV). L'électrode est stérilisable.

Fermentation continue

Le fermenteur peut être placé sur une balance spécialement étudiée pour les cultures en continu. L'unité centrale commande alors la pompe de soutirage de sorte que le poids (donc le volume) dans le réacteur reste constant. Ces cultures continues sont d'un trés grand intérêt pour l'étude des souches et améliorent considérablement la productivité.

Dimensions

Un effort tout particulier a été fourni pour rendre le fermenteur aussi compact que possible. Il reste facilement accessible de toute part. Les distance entre les pompes et les flacons d'acide ou de base d'une part et la cuve du fermenteur d'autre part sont aussi courtes que possible.

Caractéristiques techniques

Minifor est contrôlé par 2 microprocesseurs