宗华

科学家解析不同生物反应器流体动力学机制
2018-03-14 22:30

 

生物反应器被广泛用于产生生物制药和再生医学行业的不同疗法。药物研发依赖于绕着轨道型直径摇晃的小型多孔板,而用于大规模生产的生物反应器通过搅拌产生晃动。这些不同的方法产生了不同的流体动力学,从而使实验室成果升级到工业规模非常困难。

一个由英国伦敦大学学院研究人员组成的团队通过将针对搅拌式生物反应器的分析技术应用于轨道摇晃生物反应器(OSB)的流体动力学分析,为两者架起了桥梁。通过粒子图像测速将垂直和水平方向的测量结果结合起来,该团队重建了OSB流动的三维模型,并且明确了OSB内拟序结构的关键特征。他们在日前出版的美国物理联合会(AIP)出版集团所属《流体物理学》杂志上报告了这一成果。

“在最新研究中,我们利用了两种不同的分解技术。这使得我们辨别出反应器内流体振荡的主导模式。”论文作者之一Andrea Ducci介绍说,“第一对模式控制自由表面的移动以及细胞的通气,第二对模式则同罐体的集流传输相关。”

摇晃的生物反应器提供了较低的剪切应力以及氧传递的完整自由表面。氧传递是一种柔和的涡流,对于培养哺乳动物细胞至关重要。本征正交分解(POD)依据能量分出模式等级,而动态模式分解(DMD)根据频率对其进行排列。Ducci介绍说,其团队首次利用这些技术分析了OSB。

研究人员利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)分析评估了反应器分散营养物的效果。同时,该团队测量了OSB中流体的两个不同弗劳德数(Fr)。Fr是无量纲量,将流动惯性和重力关联起来并且被用于预测生物反应器内流体何时与其轨道同相或者脱节。(宗华)

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