Modelado termodinámico del equilibrio de fases de sistemas macromoleculares ATPS con aplicaciones biotecnológicas

Abstract

RESUMEN : Durante los últimos años los sistemas acuosos de dos fases ATPS (aqueous two phase systems) han adquirido gran importancia como método para la recuperación primaria y purificación parcial de compuestos biológicos de gran interés. Esta técnica de recuperación tiene numerosas ventajas, entre ellas, su alta eficiencia, factibilidad de escalamiento, bajos costos de inversión y operación, y generalmente permiten la recuperación y purificación de compuestos biológicos en su forma nativa, lo cual es de gran valor, ya que al conservar la estructura se conserva al mismo tiempo la función específica de los mismos. Sin embargo, en cuanto a los estudios que se han realizado sobre los sistemas acuosos de dos fases ATPS, la mayoría de ellos se han centrado en la recolección de datos experimentales para sistemas específicos, y pocos se han dedicado al estudio del modelado termodinámico adecuado de los sistemas. Es por esto que en el presente trabajo se quiso hacer una contribución al estudio del modelado termodinámico de los sistemas ATPS, específicamente del sistema polimérico ATPS polietilenglicol (PEG)-dextrano (DEX)-agua. Inicialmente se realizó una búsqueda bibliográfica con el objetivo de identificar cual o cuales modelos termodinámicos basados en la composición local son los más adecuados para la predicción del comportamiento de fases del sistema polimérico ATPS. Una matriz de selección dio como resultado que el modelo termodinámico más adecuado para la predicción del equilibrio de fases es el modelo UNIQUAC-NRF, sin embargo, se decidió utilizar este modelo y el modelo original de UNIQUAC para modelar el sistema ATPS y así poder comparar los resultados de ambos modelos. Una vez se seleccionaron los modelos termodinámicos, estos se implementaron en un código de programación en Matlab y se obtuvieron los parámetros de interacción binaria para el sistema polietilenglicol (PEG)-dextrano (DEX)-agua a diferentes condiciones ajustando los datos experimentales de cada uno. Para determinar el grado de ajuste de cada modelo termodinámico se realizó una evaluación estadística calculando la desviación de la raíz cuadrada media (RMSD). Al comparar los resultados de los modelos UNIQUAC y UNIQUAC-NRF, se demostró que de manera general ambos modelos termodinámicos pueden correlacionar con gran precisión los datos experimentales de los sistemas estudiados en este trabajo. Sin embargo, en algunos sistemas es más preciso UNIQUAC y en otros sistemas es más preciso UNIQUAC-NRF. Finalmente se evaluó el poder predictivo de los modelos termodinámicos implementados, específicamente se evaluó el efecto de la temperatura en la predicción. Para esto, se tomaron dos funciones en donde los parámetros de interacción binaria de los modelos son dependientes de la temperatura, se minimizó el error a tres temperaturas diferentes y se analizó el poder predictivo a otra temperatura no usada para la descripción del equilibrio. Finalmente se compararon los parámetros de interacción binaria obtenidos de la regresión con los obtenidos experimentalmente a cada temperatura y se encontró que, aunque algunos parámetros obtenidos de la regresión son muy parecidos a los obtenidos experimentalmente, estos no son adecuados para predecir los parámetros a diferentes temperaturas y tampoco para describir el equilibrio de fases del sistema ATPS.