• Author / Uploaded
• Antonio Villalta

• Categories
• Membrana celular
• Ósmosis
• Ciencias de la tierra y de la vida
• Biología
• Química

Citation preview

RANSFERENCIA DE MASA EN APLICACIONES BIOMÉDICAS

El fenómeno de transferencia de masa es fundamental a nivel industrial. Sin embargo dicho fenómeno puede ser aplicado en distintas ramas. Por ejemplo en los avances tecnológicos y en la medicina. Por lo que el fenómeno de transferencia de masa puede está involucrado en la biomedicina. Se conoce como biomedicina al estudio de los fundamentos biológicos de la medicina. El objetivo general de esta rama es investigar los mecanismos moleculares, bioquímicos, celulares y genéticos de las enfermedades humanas. La biomedicina engloba los campos de estudio de: bioquímica, inmunología, química, biología, histología, genética, embriología, anatomía y fisiología.1 La biomedicina se relaciona de forma directa con la medicina mediante el estudio e investigación de los procesos fisiopatológicos, considerando desde las interacciones moleculares hasta el funcionamiento dinámico del organismo a través de las metodologías aplicadas en la biología, química y física. Una de las aplicaciones más representativas en la biomedicina que involucra el fenómeno de transferencia de masa, es el desarrollo de los biorreactores. Un biorreactor es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. 2

1

Stephan M. Biomedicina. [Consultado 20/02/2016] Disponible en web: http://www.michelstephan.com/Documentos/Castellano/1.QUE%20ES%20LA%20BIOMED%C3%8DCINA. pdf 2 Tecnológico Comfenalco de Cartagena. Biorreactores y sus funciones. [Consultado 20/02/2016] Disponible en web: http://aulavirtual.tecnologicocomfenalcovirtual.edu.co/aulavirtual/pluginfile.php/484784/mod_label/int ro/6_BIORREACTORES.pdf

Un biorreactor puede ser también un dispositivo o sistema empleado para hacer crecer células o tejidos en operaciones de cultivo celular. Estos dispositivos se encuentran en desarrollo para su uso en ingeniería de tejidos. Un biorreactor se puede emplear para cultivar células humanas por medio del método de microgravedad. El método se basa dos flujos, uno a mayor concentración de células y otro a menor. Mediante este gradiente de concentración es sea posible transferir algunas células y que estas se reproduzcan en grandes cantidades, lo cual hace posible que se asemejen a los tejidos de un ser humano, permitiendo que se puedan realizar análisis de enfermedades y crear así vacunas más seguras y menos costosas, así como anticuerpos que puedan ser utilizados para identificar agentes extraños en el organismo y proteínas para ayudar a retardar el crecimiento de tumores cancerosos.3 La transferencia de masa en los biorreactores también se realiza en los cultivos aeróbicos. Estos cultivos se realizan mediante sistema de aireación. Esto se basa en la transferencia de oxígeno hacia el medio líquido. En estos casos el contacto interfacial es gas-líquido.

3

Paz, Cristina. Biorreactores y procesos de funcionamiento. [Consultado 20/’2/2016] Disponible en web: http://www.bdigital.unal.edu.co/2356/1/isabelcristinapazastudillo.2009.pdf

RANSFERENCIA DE MASA EN APLICACIONES PARA EL MEDIO AMBIENTE

La transferencia de masa es uno de los tres fenómenos de transporte, por lo que su existencia en el medio ambiente es inminente. Principalmente se da un enfoque hacia la industria, basado en las operaciones unitarias, entre ellas: destilación, secado, cristalización entre otras. Sin embargo, el fenómeno de transferencia de masa en el medio ambiente es innumerable y que las aplicaciones que se pueden generar en este ámbito dependen del propósito u objetivo. (Viana Ruano, USAC. 2010) Por ejemplo, en el medio ambiente la transferencia de masa se presenta como la etapa de evaporación del ciclo de agua. También se presenta en la transpiración de las plantas y en la difusión de impurezas en ríos, lagos y océanos. Una de las aplicaciones más importantes de transferencia de masa para el medio ambiente es la aireación. Este proceso consiste en poner en contacto el agua a tratar con aire, con el objetivo de modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en el agua. 4 El proceso de aireación es utilizado en el tratamiento de aguas residuales, para eliminar gases disueltos no deseados o eliminar substancias inorgánicas disueltas, por oxigenación, tales como hierro o manganeso. El caso más importante es la transferencia de oxígeno al agua residual y luego al floculo bacteriano, cuyo objetivo es llevar a cabo todas las reacciones aerobias que son fundamentales en la procesos de lodos activados y filtros biológicos.

4

Gerad, Proceso de Aireación. Febrero 2010. Disponible https://procesosbio.wikispaces.com/Aireaci%C3%B3n+y+transferencia+de+gases.

en

web:

En el tratamiento de aguas se puede mencionar la transferencia de sólidos. En esta clasificación se pueden mencionar los procesos de cribado, filtración, flotación y sedimentación. El proceso de cribado, también conocido como cernido, el cual Consiste en hacer pasar el agua a través de rejas o tamices, los cuales retienen los sólidos de tamaño mayor a la separación de las barras, como ramas, palos y toda clase de residuos sólidos. La flotación consiste en establecer condiciones de reposo, para que los sólidos con densidad menor al agua se posicionen en la superficie, de esta manera se pueden retirar. Mediante el proceso de sedimentación se promueven condiciones de reposo, el objetivo es remover mediante la fuerza de gravitación las partículas en suspensión más densas. Por último el proceso de filtración consiste en pasar el agua a través de un medio poroso para que los sólidos presentes queden en el filtro. Los medios porosos más utilizados son de arena. Este proceso se lleva a cabo cuando las aguas son muy claras o como proceso final del pulimento de aguas turbias. El tratamiento de aguas por transferencia de gases de puede realizar mediante los procesos de: desinfección y recarbonatación. La desinfección consiste en aplicar gas cloro y ozono al agua a tratar. Mientras que la recarbonatación, es el proceso mediante el cual se aplica anhídrido carbónico con el propósito de disminuir el pH del agua. 5

5

Ing.

Vargas.

Procesos

Unitarios

y

Plantas

http://www.ingenieroambiental.com/4014/tres.pdf

de

Tratamiento.

Disponible

en

web:

Otro de los procesos utilizados como transferencia de masa en las aplicaciones del medio ambiente es la desalinización. Este proceso suele levarse a cabo mediante ósmosis inversa. La ósmosis inversa es una tecnología de purificación del agua que utiliza una membrana semipermeable para eliminar iones, moléculas, y partículas más grandes del agua potable. Este proceso puede eliminar muchos tipos de elementos suspendidos en el agua, incluyendo bacterias.

DIFUSIÓN MOLECULAR EN SISTEMAS BIOLÓGICOS (BIOPROCESOS)

La difusión molecular es la transferencia de masa como resultado de un gradiente de concentración. Por lo que la difusión molecular es el movimiento de las moléculas de los componentes de una mezcla por un gradiente de concentración en el sistema. El transporte de las moléculas se realiza mediante un fluido, debido a los movimientos aleatorios de las moléculas causados por su energía interna. En los sistemas biológicos, el proceso de difusión molecular se puede representar mediante el transporte celular. El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior y exterior de la célula, a través de la membrana plasmática, la cual es una membrana semipermeable. El transporte celular es fundamental en los sistemas biológicos, ya que permite a la célula expulsar de su interior los desechos del metabolismo, también el movimiento de sustancias que sintetiza como hormonas. Además es la forma en que adquiere nutrientes mediante procesos de incorporación a la célula de nutrientes disueltos en el agua.6 El transporte pasivo es uno de los mecanismos por el cual se realiza la difusión de las moléculas en la célula. El transporte pasivo permite el paso molecular a través de la membrana plasmática a favor del gradiente de concentración o de carga eléctrica.

6

UNICAN. Transporte Celular. [Consultado 21/02/2017] Disponible en web: http://ocw.unican.es/ciencias-

de-la-salud/fisiologia-general/materiales-de-clase-1/bloque-ii/Tema%204-Bloque%20IITransporte%20a%20traves%20de%20Membrana.pdf

Existen cuatro mecanismos de transporte activo, los cuales son: 1. Ósmosis 2. Difusión simple 3. Difusión Facilitada 4. Diálisis El proceso de ósmosis, es el transporte de moléculas agua a través de la membrana plasmática mediado por proteínas específicas, este proceso se lleva a cabo a favor del gradiente de concentración. El movimiento de agua se realiza desde el punto en el que hay menor concentración de soluto al de mayor concentración para igualar concentraciones en ambos extremos de la membrana. La función del mecanismo de ósmosis es mantener hidratada la célula. El mecanismo de difusión simple involucra el transporte de moléculas como gases, alcoholes y moléculas no polares. Mientras la difusión facilitada, es el mecanismo de transporte de moléculas de gran tamaño atraviesan la membrana plasmática. Este proceso se caracteriza por realizarse mediante la ayuda de una proteína trasportadora. Por ejemplo la glucosa es una molécula de gran tamaño, para que esta salga de la célula se une a una proteína, de esta manera cambia su forma para poder ser expulsada de la célula. La difusión facilitada es más rápida que la difusión simple, y depende del gradiente de concentración y de las proteínas trasportadoras.7 Por último se encuentra el mecanismo de diálisis, en el cual el agua y algunos solutos pasan a través de una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el área de mayor presión al de menor presión.

7

Universidad Nacional del Noreste. Mecanismos de transporte a través de la membrana. [Consultado

21/02/2017] Disponible en web: http://www.unne.edu.ar/unnevieja/Web/cyt/com2004/6-Biologia/B055.pdf

Otra forma de difusión molecular en sistemas biológicos es el transporte activo. Este proceso consiste en el paso de moléculas a través de la membrana plasmática contra un gradiente de concentración, es decir de un área de menor concentración a una de mayor concentración. La difusión molecular en los sistemas biológicos es de suma importancia como se ha mencionado anteriormente. Los diferentes mecanismos mediante los cuales las moléculas atraviesan la membrana plasmática permiten el funcionamiento correcto del sistema.