El Laboratorio de Investigación Naval de Estados Unidos (NRL, por sus siglas en inglés) está avanzando en investigaciones sobre sistemas de biofabricación continua que podrían revolucionar la producción de materiales críticos. El nuevo enfoque busca reemplazar la biofabricación convencional basada en lotes con tecnologías de producción continua que operan durante semanas o incluso meses, reduciendo el consumo de energía, el tamaño del equipo y la complejidad operacional.
La fabricación biológica tradicional depende de grandes tanques de fermentación que requieren infraestructura significativa y paradas periódicas entre ciclos de producción. Los investigadores del NRL están desarrollando en su lugar reactores basados en biopelículas, en los cuales microorganismos se adhieren a superficies diseñadas y producen continuamente compuestos objetivo mientras nutrientes fluyen a través del sistema. Este enfoque aumenta la densidad de células microbianas mientras reduce el volumen del reactor y los requisitos energéticos.
Según los investigadores, la tecnología tiene el potencial de producir una amplia gama de materiales importantes para aplicaciones tanto militares como comerciales. Las demostraciones de laboratorio ya han mostrado rutas de producción para precursores de lubricantes, componentes de municiones, ingredientes farmacéuticos activos, bioplásticos y proteínas de célula única.
Un elemento clave de la investigación es el uso de fabricación aditiva para diseñar y fabricar rápidamente biorreactores personalizados. Mediante impresión 3D, los investigadores pueden prototipizar, probar y refinar rápidamente diseños de reactores para diferentes microorganismos y objetivos de producción. La flexibilidad de la fabricación aditiva también podría respaldar futuras operaciones de campo, donde componentes de reactores de reemplazo podrían producirse en el sitio en lugar de transportarse desde instalaciones de fabricación centralizadas.
El equipo también está investigando formas de simplificar el procesamiento posterior, una de las etapas más intensivas en recursos de la biofabricación. Los experimentos iniciales indican que algunas moléculas objetivo se acumulan naturalmente dentro de la matriz del reactor impreso en 3D, permitiendo potencialmente que la producción, separación y concentración ocurran en un único sistema. Si se confirma mediante pruebas adicionales, esto podría reducir significativamente los costos de producción mientras mejora la eficiencia general.
En paralelo, los investigadores están estudiando microorganismos marinos capaces de crecer en agua de mar y utilizar fuentes de alimento alternativas. Eliminar la necesidad de agua dulce podría expandir el uso de la tecnología en entornos con recursos limitados mientras reduce las demandas logísticas asociadas con la biofabricación convencional.
El laboratorio ya ha demostrado una plataforma de biofabricación móvil y containerizada alojada dentro de un contenedor de envío estándar. La investigación futura tiene como objetivo integrar tecnologías de producción continua en estos sistemas desplegables, permitiendo que materiales críticos se fabriquen más cerca de donde se necesitan.
La investigación se está llevando a cabo en colaboración con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de Estados Unidos y el Centro de Capacidades de Desarrollo de Combate del Ejército de Estados Unidos. Juntos, los equipos están evaluando múltiples cepas microbianas, diseños de reactores y rutas de producción para mejorar la escalabilidad, versatilidad y rendimiento a largo plazo.
Los investigadores creen que la biofabricación continua podría proporcionar una base para una fabricación doméstica más resiliente y futuros sistemas de producción en el punto de necesidad para una amplia gama de materiales estratégicos. Este avance se alinea con las prioridades del Departamento de Defensa de Estados Unidos para avanzar en biotecnología y capacidades de biofabricación flexible para futuras misiones.