ES2632227T3 - Ultrasonidos y acustoforesis para la recogida y el procesamiento de microorganismos oleaginosos - Google Patents

Abstract

Aparato que comprende: una unidad (310) de recogida y separación de microorganismos que comprende: una primera cámara de flujo (1302) que comprende: una primera entrada (1301) a través de la cual fluye una mezcla de un fluido huésped y microorganismos a lo largo de una primera trayectoria del flujo; una primera salida (1304) y por lo menos un primer transductor ultrasónico (1303) que forma una onda acústica estacionaria sustancialmente perpendicular a la primera trayectoria del flujo para separar selectivamente los microorganismos del fluido huésped de tal modo que dichos microorganismos son recogidos y el fluido huésped restante sale de la primera cámara de flujo a través de la primera salida (1304); una unidad (320) de extracción de lípidos que comprende: una segunda cámara de flujo (1603) que comprende: una segunda entrada (1601) a través de la cual fluye una mezcla de un fluido huésped y microorganismos recogidos por el microorganismo y la unidad (310) de separación a lo largo de una segunda trayectoria de flujo; una salida primaria (1605); una segunda salida (1602); y por lo menos un segundo transductor ultrasónico (1604) que forma una onda acústica estacionaria sustancialmente perpendicular a la segunda trayectoria de flujo para romper selectivamente paredes y membranas celulares de los microorganismos para liberar lípidos, recogiéndose los lípidos y saliendo el fluido huésped de la segunda cámara de flujo a través de la segunda salida (1602); y una unidad (330) de recogida y separación de lípidos que comprende: una tercera cámara de flujo que comprende: una tercera entrada a través de la cual fluye una mezcla de un fluido huésped y lípidos de la unidad de extracción de lípidos a lo largo de una tercera trayectoria de flujo; una tercera salida; y por lo menos un tercer transductor ultrasónico que forma una onda acústica estacionaria sustancialmente perpendicular a la tercera trayectoria de flujo para separar selectivamente los lípidos del fluido huésped de tal modo que dichos lípidos son recogidos y el fluido huésped restante sale de la tercera cámara de flujo a través de la tercera salida.

Description

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DESCRIPCION

Ultrasonidos y acustoforesis para la recogida y el procesamiento de microorganismos oleaginosos SECTOR TECNICO

El objeto descrito en la presente memoria descriptiva se refiere a sistemas y tecnicas para la recogida y el procesamiento de microorganismos oleaginosos para aplicaciones tales como bioaceite, que utiliza ultrasonidos y acustoforesis.

ANTECEDENTES

Los biocombustibles, tales como el biodiesel, que se pueden producir a partir de materias primas de bioaceite que, a su vez, son producidas por microorganismos oleaginosos, tales como microalgas, bacilo, hongos y levaduras, son cada vez mas utilizados. Los microorganismos oleaginosos son microbianos con un contenido de lipidos habitualmente superior al 20%. Una fuente de energia de combustible liquido renovable podria desempenar un papel importante en la reduccion de nuestra dependencia nacional de las importaciones de petroleo extranjero. En diferentes publicaciones se informa de que las levaduras oleaginosas y las microalgas pueden crecer y acumular cantidades significativas de lipidos (vease "Botryococcus Braunii: Una fuente renovable de hidrocarburos y otros productos quimicos" de A. Banerjee, R. Sharma, Y. Chisti y U. C. Banerjee, Critical Reviews in Biotechnology, 22 (3), paginas 245 a 279, 2002; "El biodiesel a partir de microalgas supera al bioetanol" de Y. Chisti, Trends in Biotechnology, 26 (3), paginas 126 a 131,2007; "Botryococcus braunii: una rica fuente de hidrocarburos

y eter lipidos relacionados”, de P. Metzger y C. Largeau, Appl. Microbiol. Biotechnol, 66, paginas 486 a 496, 2005, "Produccion de biodiesel a partir de microorganismos oleaginosos", de X. Meng, 1. Yang, X. Xu, L. Zhang, Q. Nie, M. Xian, Renewable Energy, 34, paginas 1 a 5, 2009, estando el contenido de cada uno de los documentos antes mencionados incorporado como referencia). El contenido en aceite y la composicion son funcion del tipo de microorganismos utilizados y de las condiciones en las que tuvo lugar el cultivo. Como ejemplo, las microalgas son fabricas celulares activadas por la luz solar, que convierten el dioxido de carbono en biocombustibles potenciales. Las microalgas crecen a un ritmo muy rapido, duplicando su biomasa dentro de un periodo de 24 horas y son ricas en aceite. El contenido en lipidos de las microalgas puede ser de hasta el 70%. En concreto, se afirma que las microalgas son excelentes candidatas para la produccion de biodiesel debido a su mayor produccion de biomasa, su mayor rendimiento fotosintetico y un crecimiento mas rapido en comparacion con la mayoria de los otros cultivos energeticos.

La mayor parte del trabajo descrito en las publicaciones sobre el desarrollo de la produccion de aceite microbiano se ha centrado en la identificacion de mejores cepas de microorganismos oleaginosos, en la ingenieria genetica y metabolica de las cepas, en el desarrollo de las condiciones medioambientales optimas para el crecimiento de los microorganismos, y en el desarrollo de las fuentes de energia optimas para alimentar el crecimiento de los microorganismos.

Al igual que los estudios sobre biocombustibles, se han realizado estudios sobre la produccion quimica y nutraceutica en microalgas (vease "Luz verde a las algas modificadas: metabolismo de redireccion para alimentar una revolucion biotecnologica", de 1. N. Rosenberg, G. A. Oyler, L. Wilkinson y M. 1. Betenbaugh, Current Opinion in Biotechnology, 19, paginas 430 a 436, 2008, cuyo contenido se incorpora en la presente memoria descriptiva como referencia). Sin embargo, se ha dedicado poco esfuerzo a la recogida de microorganismos, concretamente de cultivos volumetricos a gran escala (de 100 litros a 2 millones de litros). Por lo tanto, siguen existiendo importantes desafios en la recogida, economica, y eficiente energeticamente de microorganismos de su medio huesped, asi como los pasos para recoger los aceites microbianos. En concreto, la recogida de los microorganismos mediante la concentracion y separacion de los microorganismos de su medio huesped, habitualmente agua.

La utilizacion de algas en biorreactores o estanques grandes se emplea cada vez mas para biocombustibles y nutraceuticos. Metzger y Largeau (2005) y Banerjee (2002) describen la utilizacion del Botryococcus braunii como fuente de hidrocarburos y lipidos similares, tales como el dieno C27, botriococeno C30, escualeno, tetrametilescualeno y trs, trs-licopodina, entre otros, incluyendo eter lipidos, epoxidos y esteroles. Weldy y Huesemann ("Produccion de lipidos mediante Dunaliella salina en cultivo por lotes: efectos de la limitacion del nitrogeno y la intensidad de la luz"), de C. S. Weldy y M. Huesemann, U. S. Department of Energy Journal of Undergraduate Research, Vol. VII, paginas 115 a 122, 2007) y Hejazi y Wijffels ("Efecto de la intensidad de la luz sobre la produccion y extraccion de betacaroteno mediante Dunaliella salina en biorreactores bifasicos", de M. A. Hejazi y R. H. Wijffels, Biomolecular Engineering, 20, paginas 171 a 175, 2003) describen la utilizacion de Dunaliella salina, para la produccion de lipidos y la produccion de betacaroteno. Otros investigadores, entre ellos Chisti (2007), Meng y otros (2009) y Hu ("Los triacilgliceroles a partir de microalgas como materia prima para la produccion de biocombustibles: perspectivas y avances", de Q. Hu, M. Sommerfeld, E. Jarvis, M. Ghirardi, M. Posewitz, M. Seibert y A. Darzins, The Plant Journal, 54, paginas 621 a 639, 2008) analizan la utilizacion de microalgas para la produccion de biodiesel y de triacilgliceroles. Rosenberg y otros (2008) describen una lista completa de productos nutraceuticos, farmaceuticos y quimicos de alto valor obtenidos a partir de microalgas. El documento U.S.A. 2011/0095225 se refiere a procedimientos, sistemas y aparatos para extraer lipidos no polares de microalgas

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utilizando un dispositivo de extraccion de lipidos provisto de un anodo y un catodo que forma un canal y que define una trayectoria de flujo de fluido a traves de la cual se hace pasar una solucion acuosa.

Una fuerza electromotriz se aplica a traves del canal a una distancia de separacion en el intervalo de 0,5 mm a 200 mm, para hacer que los lipidos no polares se liberen de las celulas de las algas. Los lipidos no polares se pueden extraer con un rendimiento de caudal elevado y con concentraciones bajas de lipidos polares, tales como fosfolipidos y clorofila. En todas las aplicaciones citadas, existe la necesidad de una mayor concentracion de algas o, como es conocido, de deshidratacion. Las tecnicas convencionales implican la centrifugacion por lotes con un coste elevado.

CARACTERl'STICAS

La invencion se refiere a un aparato segun la reivindicacion 1. Especificamente, se da a conocer un aparato que incluye una unidad de recogida y separacion de microorganismos, una unidad de extraccion de lipidos y una unidad de recogida y separacion de lipidos. La unidad de recogida y separacion de microorganismos incluye una primera camara de flujo que, a su vez, comprende una primera entrada a traves de la cual fluye una mezcla de un fluido huesped y microorganismos a lo largo de una primera trayectoria de flujo, una primera salida y, por lo menos, un primer transductor ultrasonico que forma una onda acustica estacionaria sustancialmente perpendicular a la primera trayectoria de flujo para separar selectivamente los microrganismos del fluido huesped, de tal manera que dichos microorganismos son recogidos y el fluido huesped restante sale de la primera camara de flujo a traves de la primera salida. La unidad de extraccion de lipidos incluye una segunda camara de flujo que, a su vez, comprende una segunda entrada a traves de la cual fluye una mezcla de un fluido huesped y los microorganismos recogidos por el microorganismo y la unidad de separacion a lo largo de una segunda trayectoria de flujo, una salida primaria, una salida secundaria y, por lo menos, un segundo transductor ultrasonico que forma una onda acustica estacionaria sustancialmente perpendicular a la segunda trayectoria de flujo para romper selectivamente las paredes y las membranas celulares de los microorganismos para liberar lipidos, recogiendose los lipidos, y saliendo el fluido huesped restante de la segunda camara de flujo a traves de la segunda salida. La unidad de recogida y separacion de lipidos incluye una tercera camara de flujo que, a su vez, comprende una tercera entrada a traves de la cual fluye una mezcla de un fluido huesped y lipidos de la unidad de extraccion de lipidos a lo largo de una tercera trayectoria de flujo, una tercera salida y, por lo menos, un tercer transductor ultrasonico que forma una onda acustica estacionaria sustancialmente perpendicular a la tercera trayectoria de flujo para separar selectivamente los lipidos del fluido huesped, de modo que dichos lipidos sean recogidos, y el fluido huesped restante sale de la tercera camara de flujo a traves de la tercera salida.

La onda acustica estacionaria puede dirigir los microorganismos a, por lo menos, una bolsa de recogida para la recogida y extraccion de la primera camara de flujo. De manera similar, la onda acustica estacionaria dirige los lipidos a, por lo menos, una bolsa de recogida para su recogida y extraccion de la tercera camara de flujo.

Los microorganismos se pueden seleccionar de un grupo compuesto por: microalgas, levaduras, hongos, bacterias y esporas. Cada transductor se puede optimizar para una gama especifica de particulas seleccionadas de un grupo compuesto por microalgas, levaduras, hongos, bacterias y esporas.

Uno o varios del primer, segundo y/o tercer transductor ultrasonico o transductores ultrasonicos pueden funcionar a una frecuencia en el intervalo de 1 MHz a 10 MHz. Los transductores ultrasonicos pueden ser accionados a una frecuencia de excitacion constante o con un patron de barrido de frecuencia. El segundo transductor puede ser accionado por una forma de onda de impulsos que no produce cavitacion en los microorganismos. A la inversa, el segundo transductor ultrasonico puede ser accionado por una forma de onda (por ejemplo, una forma de onda arbitraria) que produce cavitacion en los microorganismos. Uno o varios del primer, segundo y/o tercer transductor ultrasonico o transductores ultrasonicos pueden estar empotrados en una pared de la correspondiente camara de flujo.

La unidad de extraccion de lipidos puede incluir asimismo una unidad de recirculacion que comprende un deposito, una entrada y una salida y, por lo menos, un brazo de recirculacion. El deposito puede incluir, por lo menos, un transductor de placa y/o, por lo menos, un transductor de matriz. El brazo de recirculacion puede incluir un transductor plano y/o un transductor de anillo. La unidad de recogida y separacion de lipidos puede hacer que los lipidos se aglomeren de tal manera que su fuerza de flotacion sea suficiente para forzar a los lipidos a flotar hasta la parte superior de la tercera camara de flujo para formar una capa de lipidos que puede ser recogida posteriormente.

En un aspecto interrelacionado, se da a conocer un procedimiento en el que los microorganismos se recogen y se separan de un medio huesped (por ejemplo, agua, etc.) utilizando una unidad de recogida y separacion de microorganismos. A continuacion, las paredes y las membranas celulares de los microorganismos se rompen utilizando una unidad de extraccion de lipidos, con el fin de liberar sus lipidos. Posteriormente, los lipidos se recogen y se separan del medio huesped utilizando una unidad de recogida y separacion de lipidos.

En otro aspecto interrelacionado, se da a conocer un sistema que comprende tres subsistemas que incluyen un primer subsistema para la captura, concentracion, recogida y separacion de microorganismos tales como microalgas, levaduras, hongos, bacterias o esporas de un medio huesped tal como agua, un segundo subsistema

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para la ruptura de la pared celular y de las membranas celulares del microorganismo, de tal manera que el contenido de lfpidos del microorganismo se libere en el agua, habitualmente en forma de gotitas microscopicas de aceite, y un tercer subsistema para la concentracion, recogida y separacion de las gotitas de aceite de una emulsion de aceite/agua, en la que las gotas de aceite son los lfpidos de dichos microorganismos, y en la que la separacion de las gotitas de aceite da lugar a una capa de aceite, que puede ser recogida, posteriormente, como materia prima para la produccion de biocombustibles o para otros usos (por ejemplo, carotenos como complementos alimenticios). El primer subsistema para capturar, concentrar, recoger y separar los microorganismos del agua emplea una camara de flujo a traves de la cual fluye la mezcla, y un transductor ultrasonico, empotrado en la pared de la camara de flujo que, en combinacion con un reflector acustico situado habitualmente en la pared opuesta a la cara del transductor, genera una onda estacionaria acustica en el agua y actua como captador para los microorganismos en el campo acustico mediante la accion de la fuerza de radiacion acustica. El segundo subsistema emplea un transductor ultrasonico empotrado en la pared de un deposito o un canal de flujo que genera ultrasonidos de alta intensidad con o sin efectos de cavitacion suficientes para romper la pared celular de los microorganismos, lo que resulta en la liberacion del contenido de lfpidos del microorganismo en el agua, formando una emulsion de aceite/agua. El tercer subsistema emplea una camara de flujo a traves de la cual fluye la emulsion de aceite y agua, y un transductor ultrasonico empotrado en la pared de la camara de flujo que, en combinacion con un reflector acustico situado habitualmente en la pared opuesta a la cara del transductor, genera una onda estacionaria acustica en la emulsion que actua como captador para las gotitas microscopicas de aceite por la accion de la fuerza de radiacion acustica. La captura de las gotitas de aceite produce la coalescencia y la agregacion de las gotitas de aceite en grandes agregados de gotitas de aceite, de tal manera que la flotabilidad obliga a los agregados a subir hasta la parte superior del canal de flujo, donde los lfpidos forman una capa de aceite que puede ser recogida, posteriormente, como materia prima para la produccion de biocombustibles o para otros usos (por ejemplo, carotenos como complementos alimentarios).

El objeto actual ofrece muchas ventajas. Por ejemplo, el objeto actual permite el procesamiento de grandes cantidades de un medio huesped, por ejemplo, agua, que esta cargado con microorganismos oleaginosos mediante la captura, concentracion y separacion eficiente de los microorganismos del medio huesped. Esto se consigue rompiendo las paredes celulares y las membranas celulares de los microorganismos para que los lfpidos microbianos (es decir, bioaceites, etc.) que estan contenidos dentro de los microorganismos oleaginosos se liberen en el medio huesped.

Los detalles de una o varias variantes del objeto descrito en la presente memoria descriptiva se exponen en los dibujos adjuntos y en la siguiente descripcion. Otras caracterfsticas y ventajas del objeto descrito en la presente memoria descriptiva resultaran evidentes a partir de la descripcion y dibujos, y de las reivindicaciones.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es un diagrama que muestra la fuerza acustica calculada que actua sobre partfculas de tamano micrometrico en funcion del radio de la partfcula (o gotita) a una frecuencia de 1 MHz y con una amplitud de presion acustica de 0,5 MPa.

La figura 2 es una fotomicrograffa del captador acustoforetico de las algas Dunaliella salina en agua corriente en la que el transductor esta en la parte superior, justo fuera de la imagen; la columna de algas capturadas tiene aproximadamente 2,5 cm de altura x 1 cm de ancho y donde los nodos de presion ultrasonica se ven como los planos horizontales en los que se capturan las celulas de algas; el flujo del agua es de izquierda a derecha.

La figura 3 es un diagrama de bloques que muestra un sistema que incluye tres subsistemas, a saber, una unidad -310- de concentracion y separacion de microorganismos, una unidad -320- de extraccion de lfpidos y una unidad -330- de recogida y separacion de lfpidos.

La figura 4 es un diagrama que muestra un aparato que tiene canales de flujo, transductor acustico, superficie reflectante y bolsa de recogida, para la recogida de microalgas mediante captura acustoforetica; el transductor es un transductor de 2 MHz PZT-4; la direccion del flujo de fluido es horizontal y la direccion del campo acustico es vertical.

La figura 5 es una fotograffa (con un aumento de 10x) de una recogida habitual de microalgas obtenida utilizando un aparato tal como el mostrado en la figura 4; la direccion del flujo de fluido es horizontal y la onda estacionaria acustica esta en la direccion vertical.

La figura 6 es una serie de tres fotos (con un aumento de 10x) de la sedimentacion gravitatoria de las microalgas despues de que se ha detenido el flujo de fluido y se ha desactivado el campo acustico, indicando las flechas la progresion del tiempo en intervalos de 1 segundo.

La figura 7 es una fotograffa (con un aumento de 10x) que muestra la cavitacion que se produce; el proceso se utiliza para romper las paredes celulares y las membranas celulares de las microalgas; la cavitacion se evidencia por las burbujas que se forman en la dispersion y han subido a la superficie.

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La figura 8 es una fotografia (con un aumento de 400x) de una emulsion de aceite/agua obtenida como resultado del proceso de cavitacion aplicado a una suspension de microalgas; el diametro habitual de las gotitas de aceite es del orden de 3 pm.

La figura 9 es una fotografia (con un aumento de 400x) de una emulsion estable preparada a partir de 400 ml de agua, 10 ml de aceite para bebes y cuatro comprimidos de Ceteareth-20.

La figura 10 es una fotografia de un aparato para la concentracion y separacion de aceite; la emulsion estable fluye a traves de la region del campo acustico en una direccion vertical descendente; el campo acustico esta en la direccion horizontal.

La figura 11 es una serie de cuatro fotos (con un aumento de 10x) que muestran la formacion de agregados de gotitas de aceite como resultado de la captura de las gotitas de aceite en el campo acustico; la fotografia de arriba es la primera en la serie de tiempo; la mayor cadena de gotitas de aceite, formada como resultado de la coalescencia y la aglomeracion, acaba de comenzar a subir como resultado de la flotabilidad, y se puede ver completamente separada de la linea mas pequena de gotitas de aceite en la ultima fotografia, la de mas abajo.

La figura 12 es una fotografia (con un aumento de 10x) de la capa de aceite recogida en la parte superior de la camara de flujo como resultado de la coalescencia, agregacion y concentracion de las gotitas de aceite.

La figura 13 es un diagrama que muestra un aparato para capturar, concentrar y recoger microorganismos, y su separacion del medio huesped.

La figura 14 es un diagrama que muestra un patron de barrido de frecuencia que se puede utilizar para trasladar las particulas capturadas a lo largo de la direccion del campo acustico.

La figura 15 es un diagrama que muestra un aparato para capturar, concentrar y recoger microorganismos y su separacion del medio huesped, que contiene multiples transductores en linea.

La figura 16 es un diagrama que muestra un aparato para capturar, concentrar y separar los lipidos/bioaceites de una emulsion de aceite/agua.

La figura 17 es un diagrama que muestra una forma de onda de impulsos que se puede utilizar en el proceso de ruptura de las paredes y membranas celulares de los microorganismos.

La figura 18 es un diagrama que muestra una forma de onda arbitraria que se puede utilizar en el proceso de ruptura de la pared celular de los microorganismos.

Las figuras 19A a D son diagramas que muestran variaciones de un aparato para el procesamiento de microorganismos.

DESCRIPCION DETALLADA

El objeto actual utiliza acustoforesis, un enfoque de estado solido de baja potencia, sin caida de presion, sin obstruccion, para la extraccion de particulas de dispersiones de fluido: es decir, se utiliza para conseguir separaciones que se realizan mas habitualmente con filtros porosos y centrifugas, pero que no tiene ninguno de los inconvenientes de dichos sistemas. Por ejemplo, el diagrama -100- de la figura 1 muestra las fuerzas para una frecuencia acustica aplicada de 1 MHz (habitual para un transductor ultrasonico) y una presion acustica maxima de 0,5 MPa en los antinodos (facilmente alcanzable en agua). Conseguir frecuencias acusticas aplicadas mas altas y presiones acusticas mas altas requerira una mejor adaptacion de la impedancia. Ejemplos de filtros acusticos que utilizan acustoforesis se pueden encontrar en las solicitudes de patente U.S.A. en copropiedad con numeros de serie 12/947.757, 61/261.686, 13/085.299 y 61/342.307.

La fuerza de radiacion acustica (Fac) actua sobre las particulas de fase secundaria (o gotitas de fluido), empujandolas hacia los nodos (o antinodos) de la onda acustica estacionaria. La magnitud de la fuerza depende de la densidad y compresibilidad de las particulas en relacion con el medio fluido, y aumenta con el volumen de las particulas. El diagrama -100- de la figura 1 muestra la fuerza acustica que actua en cuatro fases secundarias diferentes en agua en funcion del radio de particula (o gotita). Las cuatro fases secundarias son hexanos (una mezcla de hidrocarburos, un modelo para los aceites), globulos rojos (un modelo para las celulas biologicas), esporas bacterianas (un modelo para "grandes" grupos de proteinas y perlas de poliestireno tal como se utilizan para la citometria de flujo) y perlas de poliestireno paramagnetico (utilizadas para diversos protocolos de captura y separacion biologica). Los parametros utilizados en el calculo de la fuerza acustica se facilitan a continuacion en la tabla 1 (que son de particular interes con respecto a los parametros de las algas).

El presente objeto es ventajoso en el sentido de que utiliza la acustoforesis para separaciones en volumenes extremadamente altos y en sistemas de flujo con caudales muy elevados. Se han realizado separaciones para

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particulas de tamano micrometrico, para las cuales la fuerza acustoforetica es bastante pequena. Por ejemplo, el documento "Separacion de particulas de tamano micrometrico en cavidades de macroescala mediante ondas ultrasonicas estacionarias", por B. Lipkens, J. Dionne, A. Trask, B. Szczur, A. Stevens, E. Rietman, presentado en el International Congress on Ultrasonics, Santiago, 11 a 17 de enero de 2009; y el documento "Separacion de esporas bacterianas del agua corriente en cavidades de macroescala mediante ondas ultrasonicas estacionarias ", por B. Lipkens, J. Dionne, M. Costolo, A. Stevens y E. Rietman, (Arxiv), Junio de 2010, (el contenido de ambos documentos se incorpora por referencia) muestran que las esporas bacterianas de Bacillus cereus (un modelo para el antrax) han sido capturadas con un 15% de eficiencia en una cavidad acustoforetica embebida en un sistema de flujo que puede procesar agua potable a velocidades de hasta 120 ml/minuto (flujo lineal de 1 cm/segundo). La relacion de concentracion ha sido de hasta 1000, en un captador acustico prototipo a pequena escala de un solo paso. No obstante, las tecnicas descritas en este documento no siempre escalan a velocidades de flujo mas altas.

Se puede crear un separador acustoforetico utilizando un transductor acustico piezoelectrico y una superficie reflectante opuesta (o un segundo transductor) para establecer una onda estacionaria resonante en el fluido de interes. Las ondas estacionarias ultrasonicas crean regiones localizadas de alta y baja presion, que corresponden a alta y baja densidad del fluido. Los contaminantes de fase secundaria son empujados hacia los nodos o antinodos de la onda estacionaria o antinodos dependiendo de su compresibilidad y densidad con relacion al fluido circundante. Las particulas de mayor densidad y compresibilidad (por ejemplo, esporas bacterianas) se desplazan hacia los nodos en las ondas estacionarias; las fases secundarias de menor densidad (tal como los aceites) se desplazan hacia los antinodos. La fuerza ejercida sobre las particulas tambien depende de su tamano, experimentando las particulas mayores fuerzas mayores.

El diagrama -200- de la figura 2 muestra la recogida acustoforetica de algas en un flujo de agua corriente. Un transductor plano circular se puede utilizar, por ejemplo, en un captador acustico para generar la materia recogida en la figura 1. El campo de presion de un transductor de este tipo es una funcion de Bessel que tiene una componente radial ademas de la onda estacionaria lineal. La componente radial actua para retener las algas capturadas en la columna contra el flujo de fluido. Las algas capturadas se concentran entonces mas en la region mediante sedimentacion gravitatoria o siendo conducidas hacia una bolsa de recogida mediante un procedimiento de barrido de frecuencias lento similar al descrito en (i) “El efecto del barrido de frecuencias y el flujo de fluido en las trayectorias de las particulas en ondas estacionarias ultrasonicas", por B. Lipkens, M. Costolo y E. Rietman, IEEE Sensors Journal, Vol. 8, N° 6, paginas 667 a 677, 2008; (ii) "Efectos del barrido de frecuencias y el flujo de fluido en las trayectorias de las particulas en ondas estacionarias ultrasonicas", por B. Lipkens, J. Dionne, M. Costolo y E. Rietman, Acoustics 08, Paris, 29 de junio a 4 de julio de 2008; y (iii) "Prediccion y medicion de las velocidades de las particulas en ondas estacionarias ultrasonicas", por B. Lipkens, J. Dionne, A. Trask, B. Szczur y E. Rietman, J. Acoust. Soc. Am. 124, N° 4, paginas 2492 (A).

Ffsica de la acustoforesis. La acustoforesis es la separacion de una segunda fase (o fases) de un fluido huesped utilizando presion acustica para crear la fuerza de activacion. Se utiliza un transductor ultrasonico que funciona a una frecuencia fija f (Hz) para configurar una onda estacionaria acustica en una cavidad llena de fluido. La onda estacionaria se caracteriza por una presion local p que es una funcion de la posicion (x) y el tiempo (t), (x) y tiempo (t),

imagen1

donde P es la amplitud de la presion acustica; k es el numero de onda (= 2n/A, donde A es la longitud de onda), y w = 2nf, donde w es la frecuencia angular. La presion de la onda acustica produce una fuerza de radiacion acustica Fac en los elementos de fase secundaria de acuerdo con

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Fac = XnR\ k ———j-sen (2fcc), (2)

: Pfcf

donde Rp es el radio de la particula, pf es la densidad del medio fluido, cf es la velocidad del sonido en el fluido y X es el factor de contraste acustico, definido por

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<t2A J’

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donde A es la relacion entre la densidad de las particulas y la densidad del fluido, a es la relacion entre la velocidad del sonido en la particula y la velocidad del sonido en el fluido. La fuerza de radiacion acustica actua en la direccion del campo acustico. La fuerza de radiacion acustica es proporcional al producto de la presion acustica por el gradiente de presion acustica. Una inspeccion de la fuerza de la radiacion acustica muestra que es proporcional al volumen de la particula, la frecuencia (o numero de onda), densidad de energia acustica (o el cuadrado de la

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amplitud de la presion acustica) y el factor de contraste acustico. Se debe observar asimismo que la dependencia espacial tiene dos veces la periodicidad del campo acustico. La fuerza de radiacion acustica es, por lo tanto, una funcion de dos propiedades mecanicas, a saber, densidad y compresibilidad.

Tabla 1. Propiedades del agua y 4 fases secundarias seleccionadas.

Material

p (densidad) (kg/m3) c (velocidad del sonido) (m/s) A (adimensional) X (adimensional)

Agua

1.000 1.509 - -

Hexanos

720 1.303 0,72 -0,402

Celulas sanguineas

1.125 1.900 1,125 0,185

Esporas bacterianas

1.100 1.900 1,1 0,173

Perlas magneticas

2.000 1.971 2,0 0,436

Para campos acusticos tridimensionales, es necesario un enfoque mas general para calcular la fuerza de radiacion acustica. Para ello, se puede utilizar la formula de Gor'kov (1962) (vease "Sobre las fuerzas que actuan sobre una particula pequena en un campo acustico en un fluido ideal", por L. P. Gor'kov, Sov. Phys. Dokl., volumen 6, paginas 773 a 775, 1962). Gor'kov desarrollo una expresion para la fuerza de radiacion acustica Fac aplicable a cualquier campo acustico. La fuerza de radiacion acustica primaria se define como la funcion de un potencial de campo U, dada por

=-v(w)

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donde el potencial de campo U se define como

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y f1 y f2 son las contribuciones del monopolo y el dipolo definidas por

imagen4

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donde p (x, y, z, t) es la presion acustica, y v (x, y, z, t) es la velocidad de las particulas del fluido. Vo es el volumen de la particula.

El diagrama -100- de la figura 1 muestra la fuerza necesaria para separar particulas pequenas de diversas propiedades del material. Cada material tiene su propio parametro X proporcionado en la ecuacion [3]. En el diagrama -100-, se utilizan propiedades del material (por ejemplo, velocidad del sonido, densidad) para el material indicado. El grafico para la espora bacteriana es tambien valido para otros materiales de modulo de volumen similar. Significando que las esporas bacterianas mas pequenas, los grupos de proteinas muy grandes y las microesferas de poliestireno estarian todos en esta categoria. La curva de las celulas sanguineas es para cualquier celula de modulo volumetrico similar. Finalmente, la curva del hexano seria valida para cualquier gotita de material similar al aceite con el radio indicado en la curva. Dichas curvas son, por ejemplo, para 1 MHz de frecuencia acustica aplicada y una presion acustica de 0,5 MPa. Estas son variables de control que se alcanzan facilmente. Una frecuencia mas alta y una presion mas alta requieren una mejor adaptacion de la impedancia y permitiran una mejor separacion de las particulas mas pequenas - de hasta decenas de nm.

La figura 3 muestra un sistema general 300 para recoger y procesar microalgas oleaginosas para la produccion de biocombustibles, que comprende tres subsistemas. Una unidad -310- de concentracion y separacion de microorganismos concentra y separa los microorganismos mediante acustoforesis de un medio huesped tal como agua. Una unidad -320- de extraccion de lipidos aplica un ultrasonido de alta intensidad para romper las paredes celulares y las membranas celulares de los microorganismos, de tal manera que el contenido en lipidos (es decir, bioaceite, etc.) de los microorganismos se libera en el agua y se forma una emulsion de aceite/agua. Una unidad -330- de recogida y separacion de lipidos concentra y separa acustoforeticamente el agua de los lipidos, que son liberados por los microorganismos en el agua. La capa de aceite resultante puede ser recogida a continuacion para su utilizacion como materia prima para la produccion de biocombustibles o para otros usos (por ejemplo, carotenos como complementos alimenticios). Aunque el objeto actual se dirige principalmente a microalgas, es aplicable a otros tipos de microorganismos.

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Con respecto a la unidad -310- de concentracion y separacion de microorganismos, se cultivaron algas de Dunaliella Salina halofila en una botella llena de agua salada y colocada bajo una luz de crecimiento. Las algas se retiraron de la botella a traves de tubos que las hicieron pasar a un canal de flujo y a traves de un transductor acustico. Un aparato de muestra se muestra en el diagrama -400- de la figura 4. Con esta disposicion, la camara de flujo es horizontal, con el transductor en la parte superior mirando hacia abajo. Por lo tanto, la onda estacionaria acustica resultante estaba en la direccion vertical. El transductor era un transductor PZT-4 2 MHZ. Se utilizo una bomba peristaltica para generar caudales de fluido que son la mayoria de las veces de aproximadamente 50 ml/min.

El transductor acustico se conecto a un amplificador que recibio su senal de un generador de funciones y se hizo funcionar aproximadamente a 15 Vrms. Una vez que se activo el flujo de fluido y el transductor acustico, se produjo instantaneamente la captura y concentracion de microalgas. Las microalgas quedaron capturadas en el campo acustico contra la fuerza de arrastre de fluido debido a la accion de la fuerza de radiacion acustica. La recogida de las microalgas continuo en el tiempo y, finalmente, habitualmente despues de varios minutos, grandes acumulaciones de microalgas parecidas a un haz se observaron en la region entre la cara del transductor y la pared reflectante opuesta. En el diagrama -500- de la figura 5, se muestra un resultado habitual de la captura acustica de microalgas durante aproximadamente 15 a 20 minutos en el sistema de la figura 4.

Se han utilizado dos procedimientos para la separacion y recogida adicionales de las microalgas, uno es la sedimentacion gravitacional una vez que se ha detenido el flujo de fluido y se ha desconectado el campo acustico, tal como se muestra en el diagrama -600- de la figura 6, y el segundo es la utilizacion de un procedimiento de barrido de frecuencias (vease, por ejemplo, "El efecto del barrido de frecuencias y el flujo de fluido en las trayectorias de particulas en ondas estacionarias ultrasonicas", por B. Lipkens, M. Costolo y E. Rietman, IEEE Sensors Journal, Vol. 8, N° 6, paginas 667 a 677, 2008) para trasladar y recoger las microalgas en una bolsa de recogida. Para el primer procedimiento, el campo acustico tiene que estar orientado a lo largo de la direccion vertical, para el segundo procedimiento no hay ninguna restriccion de orientacion.

En una implementacion de la unidad -310- de concentracion y separacion de microorganismos, se puede utilizar un canal de flujo dentro de una camara de flujo para hacer fluir la dispersion de fluido, habitualmente agua, y un componente de fase secundaria que se dispersa en el agua. Vease, por ejemplo, el diagrama -1300- de la figura 13 que muestra una camara de flujo -1302- que tiene una entrada -1301- y una salida -1304-, por lo menos, un transductor -1303- y, por lo menos, un reflector -1305- correspondiente. El componente de fase secundaria en este caso es el microorganismo de interes, por ejemplo, las microalgas. Por lo menos, un transductor ultrasonico puede estar situado en la pared del canal de flujo. A menudo se utilizan transductores piezoelectricos. El transductor puede ser accionado mediante una tension alterna que tiene una oscilacion a una frecuencia ultrasonica. La frecuencia ultrasonica esta habitualmente en el rango de varios Megahercios, y la amplitud de la tension es del orden de decenas de voltios. El transductor, en combinacion con una superficie de reflexion acustica situada en la pared del tubo de flujo opuesto al transductor, sirve para generar una onda estacionaria acustica a traves del canal de flujo. Las amplitudes de presion habituales en la region de la onda estacionaria acustica o el campo acustico son del orden de 0,5 MPa, amplitudes facilmente disponibles con transductores piezoelectricos convencionales. Las amplitudes de presion estan por debajo de los valores umbral de cavitacion, de tal manera que se crea un campo de onda estacionaria de alta intensidad sin generacion de efecto de cavitacion o corriente acustica significativos. La corriente acustica se refiere a un flujo promediado en el tiempo del agua producida por el campo acustico. Habitualmente, cuando se genera corriente acustica, se produce un movimiento circulatorio que puede provocar una agitacion en el agua. La cavitacion habitualmente ocurre cuando hay cuerpos gaseosos, tales como microburbujas de aire, en el agua. El efecto de la presion sonora es crear oscilaciones de microburbujas que conducen a micro-corrientes (micro-streaming) y fuerzas de radiacion. Las micro-corrientes alrededor de las burbujas producen flujo de cizalladura en el liquido envolvente. Dicho flujo contiene gradientes de velocidad significativos. Si un microorganismo esta situado en dicho flujo de cizalladura, la desigual distribucion de fuerzas en las paredes celulares puede conducir a tensiones de cizalladura significativas ejercidas sobre las paredes celulares, que pueden provocar una interrupcion y ruptura de la pared celular. A niveles de intensidad sonora mas elevados, las oscilaciones de la microburbuja se vuelven mas intensas y la burbuja puede estallar, lo que lleva a la generacion de ondas de choque y a la produccion de radicales libres. Esto se denomina cavitacion inercial.

La fuerza acustoforetica creada por la onda estacionaria acustica sobre el componente de fase secundaria, es decir, el microorganismo, es suficiente para superar la fuerza de arrastre del fluido. En otras palabras, la fuerza acustoforetica actua como mecanismo que captura a los microorganismos en el campo acustico. La fuerza acustoforetica impulsa a los microorganismos a los lugares estables de amplitudes minimas de la fuerza acustoforetica. Con el tiempo, la recogida de microorganismos crece de manera constante. En cuestion de minutos, dependiendo de la concentracion del componente de fase secundaria, la acumulacion de microorganismos adquiere las formas de una acumulacion de microorganismos en forma de haz compuesta por acumulaciones en forma de disco de microorganismos, estando cada disco separado por media longitud de onda del campo acustico. El haz de acumulaciones de microorganismos en forma de disco esta apilado entre el transductor y la pared del tubo de flujo reflectante acusticamente opuesta. Por lo tanto, las fuerzas acustoforeticas son capaces de capturar y concentrar microorganismos en la region del campo acustico, mientras que el medio huesped continua fluyendo mas alla de los microorganismos concentrados. La recogida de microorganismos puede continuar hasta que se han hecho pasar volumenes muy grandes del medio huesped a traves de la region de captura y se ha conseguido la captura de las

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microalgas que contienen. Una separacion adicional de los microorganismos concentrados del medio huesped se consigue por dos medios. Para un flujo horizontal del medio huesped, se puede usar sedimentacion gravitatoria para conducir los microorganismos concentrados a bolsas de recogida (vease, por ejemplo, una bolsa de recogida tal como la mostrada en el diagrama -1500- de la figura 15). Para el flujo vertical u horizontal del medio huesped, se puede utilizar un procedimiento de barrido lento de frecuencias para trasladar los microorganismos a bolsas de recogida (vease, por ejemplo, el diagrama -1400- de la figura 14). En dicho procedimiento, la frecuencia de la onda estacionaria acustica es barrida lentamente con un pequeno rango de frecuencias, que abarca, por lo menos, un intervalo de dos frecuencias correspondientes a la menor y a una mayor que la resonancia del modo de onda estacionaria de la cavidad. El periodo de barrido es habitualmente del orden de segundos. Este procedimiento de barrido de frecuencias trasladara lentamente los microorganismos recogidos en la direccion del campo acustico hacia una de las paredes de la camara de flujo donde el microorganismo puede ser recogido para su posterior procesamiento. Se apreciara que se pueden utilizar una matriz o tipos diferentes de transductores (que a su vez pueden funcionar a frecuencias de resonancia diferentes o variables).

Con respecto a la unidad -320- de extraccion de lipidos, se pueden utilizar dos enfoques para extraer el contenido en aceite de las microalgas. El primer procedimiento es la cavitacion ultrasonica. El segundo procedimiento es la utilizacion de ultrasonidos de alta intensidad, pero no de amplitud de cavitacion para romper la pared celular y las membranas celulares de las microalgas (utilizando, por ejemplo, una forma de onda arbitraria tal como la mostrada en el diagrama -1800- de la figura 18). Se llevo a cabo una demostracion de prueba de concepto en la que se dispuso una suspension de microalgas concentradas en un tubo de vidrio de seis pulgadas de largo y orientado verticalmente. Se monto un transductor PZT-4 de 2.3 MHz en la parte inferior. Dicho sistema se utilizo para cavitar la suspension de las microalgas en agua, tal como se muestra en el diagrama -700- de la figura 7. Durante el proceso de cavitacion, la pared celular y las membranas celulares se interrumpieron y se rompieron, y los lipidos se liberaron de las celulas. Habitualmente, el campo acustico que da lugar a cavitacion se aplico durante aproximadamente cinco minutos. En pocos minutos la mayoria de los desechos de las microalgas -la pared celular y los restos celulares que son de color verde oscuro y de color marron claro- caen al fondo del tubo. La dispersion restante era una mezcla clara, de color verde claro. Los lipidos (aceite) y el agua estan ahora en una emulsion, tal como se ve en el diagrama -800- de la figura 8. El tamano habitual de las gotas de aceite era del orden de 3 pm de diametro.

La unidad -320- de extraccion de lipidos comprende un recipiente que esta configurado para romper las paredes celulares y las membranas celulares de los microorganismos para liberar su contenido de lipidos. Vease, por ejemplo, el diagrama -1600- de la figura 16 que proporciona un sistema que incluye una camara de flujo -1603- que tiene, por lo menos, una entrada -1601-, una salida de agua -1602- y una salida primaria -1605-, por lo menos, un transductor -1604- y, por lo menos, un reflector correspondiente (no mostrado) que esta en la pared opuesta al transductor. En la pared del recipiente que contiene los microorganismos se encuentra, por lo menos, un transductor ultrasonico. El transductor puede ser accionado por una senal de tension alterna a frecuencias ultrasonicas habitualmente en el intervalo de los kilohercios a los megahercios. En una implementacion, el transductor puede ser accionado a tensiones que generan ondas estacionarias acusticas de suficiente amplitud, de tal manera que se genera cavitacion. El resultado de la cavitacion que se produce en las paredes y las membranas celulares de los microorganismos es la generacion de grandes fuerzas de cizalladura de suficiente amplitud para romper la pared celular y las membranas celulares de los microorganismos. Una vez que se ha roto la pared celular, el contenido en lipidos, es decir, el bioaceite, se libera en el medio huesped, es decir, el agua. Este proceso da como resultado una emulsion de aceite/agua que tambien contiene los restos celulares.

En otra implementacion de la unidad -320- de extraccion de lipidos, el transductor puede ser accionado por una senal de tension de impulsos que consiste en picos de tension de corta duracion, grandes, de amplitud positiva, seguidos por una duracion mas larga en la que no se aplica ninguna senal de tension (vease, por ejemplo, el diagrama -1700- de la figura 17). Este patron de impulsos se puede entonces repetir de acuerdo con una tasa o periodo de repeticion predefinido. El efecto de esta excitacion es generar impulsos de presion de compresion de amplitud muy grande en agua que son suficientes para romper las paredes celulares y las membranas celulares de los microorganismos.

En otra variacion de la unidad -320- de extraccion de lipidos, el transductor puede ser accionado por una senal de tension de impulsos que consiste en grandes picos de tension de amplitud negativa, de corta duracion, seguidos por una duracion mas larga en la que no se aplica ninguna senal de tension. Este patron de impulsos se puede entonces repetir de acuerdo con una tasa o periodo de repeticion predefinido. El efecto de dicha excitacion es generar impulsos de presion de tipo de expansion de amplitud muy grande en agua que son suficientes para romper las paredes celulares y las membranas celulares de los microorganismos.

La unidad -320- de extraccion de lipidos puede incluir, opcionalmente, una o varias variedades de depositos tales como los mostrados en los diagramas -1900- a -1930- de las figuras 19A a 19D. En las dos disposiciones superiores -1900-, -1910- se emplea un sistema de recirculacion -1903- en el que un transductor -1901 - (un transductor plano) o -1902- (un transductor de anillo) esta dentro de un elemento tubular que se prolonga de y hacia atras en el interior de un deposito -1906-. Dentro del deposito -1906-, el fluido huesped entra a traves de una entrada -1905- y sale por una salida -1907- (tal disposicion se puede invertir dependiendo de la configuracion deseada). Ademas, dentro del

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deposito -1906- puede haber un transductor de placas -1909- y/o un transductor de matriz -1908- para exponer adicionalmente el fluido huesped a ultrasonidos de alta intensidad.

Con respecto a la unidad -330- de recogida y separacion de lipidos, se llevo a cabo una tercera demostracion de concepto que demostro la coalescencia, agregacion, concentracion y separacion de gotitas de aceite de una emulsion estable de aceite/agua. Se creo una emulsion para simular una emulsion de lipidos de microalgas en agua. Se creo una emulsion estable utilizando agua, aceite de bebe, y Ceteareth-20. A continuacion, se utilizo un aparato de flujo de fluido para separar los componentes de la emulsion, formandose una capa de aceite y una capa de agua que estan separadas la una de la otra.

Se creo una emulsion estable a partir de una mezcla de cuatro comprimidos de Ceteareth-20 (un emulsionante comun), 400 ml de agua caliente (82,2 °C (180 °F)) y 10 ml de aceite para bebes. En el diagrama -900- de la figura 9 se muestra una foto, tomada con un aumento de 400x, de la emulsion estable. Las gotitas de aceite en la emulsion estable oscilaron en diametros de aproximadamente tres a seis pm.

A continuacion, se utilizo un aparato de flujo continuo para concentrar y separar la fase oleosa de la emulsion. Una fotografia del aparato se muestra en el diagrama -1000- de la figura 10. La emulsion fluye en una direccion vertical hacia abajo. El campo acustico es perpendicular al campo de flujo, y la acustoforesis se utiliza para capturar las particulas de aceite.

El transductor era un transductor PZT-4 de 2 MHz, que funcionaba a 2 MHz y una tension aplicada de aproximadamente 15 Vrms. El caudal de la emulsion a traves del aparato de flujo era del orden de 200 ml/min. Despues de un tiempo de captura habitual de cinco minutos, se detuvo el flujo de fluido y se midio la altura de la capa de aceite recogida en la parte superior de la camara.

El diagrama -1100- de la figura 11 muestra la formacion de gotitas de aceite capturadas en el campo acustico. Una vez capturadas las gotitas de aceite, se unen para formar gotitas mas grandes y se aglomeran para formar agregados de las gotitas. Una vez que los agregados han crecido hasta un tamano suficiente, su fuerza de flotacion impulsa los agregados de gotitas de aceite hacia la superficie de la camara. Se observa la formacion continua de agregados de gotitas de aceite, seguida de un rapido desplazamiento de los agregados como resultado de la flotabilidad. Una segunda observacion que indica una separacion rapida de las gotitas de aceite del agua es la observacion visual de una solucion turbia por encima del transductor (es decir, cuando la emulsion no procesada todavia no ha pasado por el campo acustico), pero de una solucion muy transparente por debajo del transductor, (donde el aceite ha sido extraido por el campo acustico). Dichas regiones por encima y por debajo de la region de captura acustica estan separadas por una linea nitida entre la solucion turbia y la solucion transparente. Despues de aproximadamente 5 minutos de aplicacion de un campo acustico de captura mientras que fluye la emulsion a traves del sistema, se observa una capa de gotitas de aceite recogidas en la parte superior de la camara, tal como se muestra en el diagrama -1200- de la figura 12.

La unidad -330- de recogida y separacion de lipidos tambien puede incluir un canal de flujo para hacer fluir la emulsion de aceite/agua. La direccion del flujo de la emulsion es habitualmente en la direccion vertical hacia abajo. Por lo menos un transductor ultrasonico (por ejemplo, un transductor piezoelectrico, etc.) puede estar situado en la pared del canal de flujo, y es accionado por una tension alterna que funciona a una frecuencia ultrasonica, habitualmente en el rango de varios megahercios, y con amplitud de tension en el orden de decenas de voltios. El transductor, en combinacion con un reflector acustico situado en la pared opuesta del tubo de flujo, genera una onda estacionaria acustica a traves del canal de flujo. Las amplitudes de presion habituales son del orden de 0,5 MPa, amplitudes que estan facilmente disponibles con los transductores piezoelectricos convencionales. Las amplitudes de presion estan por debajo de los valores umbral de cavitacion, de tal modo que se crea un campo acustico de onda estacionaria de alta intensidad sin generacion de efecto de cavitacion o corriente acustica significativo. La fuerza acustoforetica creada por la onda estacionaria acustica sobre el componente de fase secundaria, es decir, las gotitas de aceite, es suficiente para vencer la fuerza de arrastre del fluido. En otras palabras, la fuerza acustoforetica actua como mecanismo que captura las gotitas de aceite en el campo acustico. La fuerza acustoforetica impulsa las gotitas de aceite hacia las posiciones estables de las amplitudes minimas de la fuerza acustoforetica. En cuestion de segundos, dependiendo de la concentracion, las gotitas de aceite forman estrias similares a un haz que consisten en agregados de gotitas de aceite en forma de disco, estando cada disco separado por una media longitud de onda del campo acustico; los discos estan apilados entre el transductor y el reflector acustico. Tan pronto como los agregados de aceite alcanzan un volumen critico, la fuerza de flotacion que experimenta el agregado es suficiente para conducir a los agregados a la parte superior de la capa de fluido. Por lo tanto, la fuerza acustoforetica actua como un concentrador de las gotitas de aceite, provocando la coalescencia y la aglomeracion de las gotitas, y convirtiendolas en grandes agregados de gotitas de aceite, en cuyo punto la flotabilidad obliga a los agregados de aceite a subir. Con el tiempo, se recoge en la parte superior de la camara de flujo una capa cada vez mayor de aceite separado, es decir, lipidos. Se pueden emplear diversas tecnicas para retirar la capa de aceite.

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   REIVINDICACIONES

   1. Aparato que comprende:

   una unidad (310) de recogida y separacion de microorganismos que comprende: una primera camara de flujo (1302) que comprende:

   una primera entrada (1301) a traves de la cual fluye una mezcla de un fluido huesped y microorganismos a lo largo de una primera trayectoria del flujo;

   una primera salida (1304) y

   por lo menos un primer transductor ultrasonico (1303) que forma una onda acustica estacionaria sustancialmente perpendicular a la primera trayectoria del flujo para separar selectivamente los microorganismos del fluido huesped de tal modo que dichos microorganismos son recogidos y el fluido huesped restante sale de la primera camara de flujo a traves de la primera salida (1304);

   una unidad (320) de extraccion de lipidos que comprende:

   una segunda camara de flujo (1603) que comprende:

   una segunda entrada (1601) a traves de la cual fluye una mezcla de un fluido huesped y microorganismos recogidos por el microorganismo y la unidad (310) de separacion a lo largo de una segunda trayectoria de flujo;

   una salida primaria (1605);

   una segunda salida (1602); y

   por lo menos un segundo transductor ultrasonico (1604) que forma una onda acustica estacionaria sustancialmente perpendicular a la segunda trayectoria de flujo para romper selectivamente paredes y membranas celulares de los microorganismos para liberar lipidos, recogiendose los lipidos y saliendo el fluido huesped de la segunda camara de flujo a traves de la segunda salida (1602); y

   una unidad (330) de recogida y separacion de lipidos que comprende: una tercera camara de flujo que comprende:

   una tercera entrada a traves de la cual fluye una mezcla de un fluido huesped y lipidos de la unidad de extraccion de lipidos a lo largo de una tercera trayectoria de flujo; una tercera salida; y

   por lo menos un tercer transductor ultrasonico que forma una onda acustica estacionaria sustancialmente perpendicular a la tercera trayectoria de flujo para separar selectivamente los lipidos del fluido huesped de tal modo que dichos lipidos son recogidos y el fluido huesped restante sale de la tercera camara de flujo a traves de la tercera salida.
2. 2. Aparato, segun la reivindicacion 1, en el que la onda acustica estacionaria dirige los microorganismos, por lo menos, a una bolsa de recogida para su recogida y extraccion de la primera camara de flujo.
3. 3. Aparato, segun la reivindicacion 1, en el que la onda acustica estacionaria dirige los lipidos, por lo menos, a una bolsa de recogida para su recogida y extraccion desde la tercera camara de flujo.
4. 4. Aparato, segun la reivindicacion 1, en el que el por lo menos un primer transductor ultrasonico (1303), por lo menos un segundo transductor ultrasonico (1604) y/o por lo menos un tercer transductor ultrasonico estan empotrados en una pared de la correspondiente camara de flujo.
5. 5. Aparato, segun la reivindicacion 1, en el que el por lo menos un primer transductor ultrasonico (1303), por lo menos un segundo transductor ultrasonico (1604) y/o por lo menos un tercer transductor ultrasonico son accionados a una frecuencia de excitacion constante.
6. 6. Aparato, segun la reivindicacion 1, en el que el por lo menos un primer transductor ultrasonico (1303), por lo menos un segundo transductor ultrasonico (1604) y/o por lo menos un tercer transductor ultrasonico son accionados mediante un patron de barrido de frecuencias.
7. 7. Aparato, segun la reivindicacion 1, en el que el por lo menos un segundo transductor ultrasonico (1604) es accionado por una forma de onda de impulsos que no da lugar a la cavitacion de los microorganismos.
8. 8. Aparato, segun la reivindicacion 1, en el que el por lo menos un segundo transductor ultrasonico (1604) es accionado por una forma de onda que provoca la cavitacion de los microorganismos.

   5 9. Aparato, segun la reivindicacion 1, en el que la unidad (320) de extraccion de lipidos comprende, ademas, una

   unidad (1903) de recirculacion que comprende un deposito (1906), una entrada (1905) y salida (1907), y por lo menos un brazo de recirculacion.
9. 10. Aparato, segun la reivindicacion 9, en el que el deposito comprende, por lo menos, un transductor de placa

   10 (1909).
10. 11. Aparato, segun la reivindicacion 9, en el que el deposito comprende, por lo menos, un transductor de matriz (1908).

    15 12. Aparato, segun la reivindicacion 9, en el que, por lo menos, un brazo de recirculacion comprende un transductor

    plano (1901).
11. 13. Aparato, segun la reivindicacion 9, en el que, por lo menos, un brazo de recirculacion comprende un transductor de anillo (1902).

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12. 14. Aparato, segun la reivindicacion 1, en el que la unidad (310) de recogida y separacion de lipidos hace que los lipidos se aglomeren de manera que su fuerza de flotacion es suficiente para forzar a los lipidos a flotar hasta la parte superior de la tercera camara de flujo para formar una capa de lipidos, recogiendose la capa de lipidos.