I bioreattori o fermentatori sono un po' le "pentole" nelle quali i biotecnologici riescono a far svolgere le reazioni chimiche stimolate dai microorganismi che vengono inseriti al loro interno, onde indurli a produrre il materiale a cui si è interessati, come un enzima o una particolare molecola organica.

Per far crescere e sviluppare come desirato i microorganismi all'interno del bioreattore, serve alimentarli in modo adeguato (con ossigeno, acidi, basi, calore o altro) mantenendo le condizioni ambientali sotto stretto controllo, in particolare il livello di pH, temperatura, ossigeno e così via.

Recentemente l'Istituto Fraunhofer ha realizzato una sonda sterile a forma di biglia che può essere inserita all'interno dei bioreattori per misurarne puntualmente la temperatura in ogni zona in modo molto accurato.

Più le condizioni ambientali all'interno del bioreattore rimangono vicini a quelle ideali desiderate, maggiore è la resa del processo.

La temperatura è uno dei parametri più importanti da monitorare. Sembra facile, ma quando si ha a che fare con bioreattori di dimensioni considerevoli sarebbe utile conoscere con grande precisione le temperatura nelle diverse zone, naturalmente con sensori che siano sterili e non interferiscano con le normali reazioni chimiche che avvengono nella "brodocoltura".

Di conseguenza, la misura delle condizioni interne nelle varie zone del bioreattore è un aspetto critico per ottimizzarne il controllo, soprattutto in un sistema con ambizioni industriali, dove le quantità di materiali presenti e il rendimento produttivo sono aspetti critici.

Sebbene ogni bioreattore sia dotato un sistema di misura delle temperatura interna, solitamente ciò si ottiene inserendo un sensore a pozzetto attrverso gli opportuni fori presenti nell'involucro del bioreattore stesso. Pertanto, se la distribuzione della temperatura all'interno del biorettore non è uniforme, diventa difficile ottenerne una misura accurata in ogni sua zona.

Biglia Sens-o-Spheres: 1) Antenna caricabatteria, 2) Elaborazione del segnale, 3) Batteria ricaricabile, 4) Involucro ermeticoL'invenzione del sensore Sens-o-Spheres proposto dall'Istituto Franunhofer di Sistemi Nanoelettronici (Fraunhofer ENAS) di Chemnitz in collaborazione con l'Università di Dresda supera del tutto il problema, grazie all'integrazione di un sensore di temperatura senza fili all'interno di un involucro ermetico a forma di biglia.

"Le biglie hanno le dimensioni di un pisello e possono misurare la temperatura contemporaneamente in più posizioni," spiega il ricercatore Tobias Lüke, "così da poter meglio regolare l'ingresso di calore in base alle condizioni ambientali reali. In un bioreattore da un litro, le differenze di temperatura interne non sono molto significative. Invece, quando su scala industriale si lavora con migliaia di litri, il margine di errore sulla stime della temperatura può diventare importante. Misurando la temperatura con le nostre biglie, si può facilmente passare da una piccolo esperimento in laboratorio a una produzione su larga scala garantendo la stessa accuratezza nella misura delle temperatura"

Un altro evidente vantaggio delle biglie Sens-o-Spheres è la totale assenza di cavi. Le biglie contengono al loro interno una batteria ricaricabile e non richiedono alcuna particolare attenzione per il loro utlizzo. Aggiunge Lüke: "Basta gettarle nella brodocoltura e galleggeranno su di essa, senza interferire negativamente durante la mescola. Inoltre, possono essere inserite in bioreattori lunghi anche un chilometro o in altre strutture innovative."

I dati sulla temperatura acquisiti dalle biglie vengono inviati via radio a una stazione base posta all'esterno del bioreattore. Poiché ciascuna biglia trasmette anche il suo codice identificativo univoco, è possibile effettuare misure multiple. Più biglie vengono inserite nel bioreattore, più punti di misura si ottengono. 

Dopo l'utilizzo, le biglie, che sono totalmente ermetiche, possono essere facilmente sterilizzate in autoclave fino a 120 °C e riutilizzate a piacere. Per la ricarica delle batteria interna viene utilizzato un caricabatterie wireless a induzione.

Avendo risolto il problema delle misura della temperatura, l'Istituto Fraunhofer è già al lavoro per sviluppare nuove biglie dedicate alla misura del livello di ossigeno e del pH, oltre a un sistema di localizzazione che permetterà di correlare con assoluta precisione la posizione delle biglia nel momento in cui ha effettuato la misura.

Per la gioia di tutti i biotecnologi.