科學家解析不同生物反應器流體動力學機制—新聞—科學網

2020-12-05 科學網

 

本報訊 生物反應器被廣泛用於生物製藥和再生醫學行業。藥物研發依賴於繞著軌道型直徑搖晃的小型多孔板，而用於大規模生產的生物反應器通過攪拌產生晃動。這些不同的方法產生了不同的流體動力學，致使實驗室成果升級到工業規模非常困難。

一個由英國倫敦大學學院研究人員組成的團隊，通過將針對攪拌式生物反應器的分析技術應用於軌道搖晃生物反應器（OSB）的流體動力學分析，為兩者架起了橋梁。通過粒子圖像測速將垂直和水平方向的測量結果結合起來，該團隊重建了OSB流動的三維模型，並且明確了OSB內擬序結構的關鍵特徵。他們日前在美國物理聯合會（AIP）出版集團所屬《流體物理學》雜誌上報告了這一成果。

「在最新研究中，我們利用了兩種不同的分解技術。這使得我們辨別出反應器內流體振蕩的主導模式。」論文作者之一Andrea Ducci介紹說，「第一對模式控制自由表面的移動以及細胞的通氣，第二對模式則同罐體的集流傳輸相關。」

搖晃的生物反應器提供了較低的剪切應力以及氧傳遞的完整自由表面。氧傳遞是一種柔和的渦流，對於培養哺乳動物細胞至關重要。本徵正交分解（POD）依據能量分出模式等級，而動態模式分解（DMD）根據頻率對其進行排列。Ducci介紹說，其團隊首次利用這些技術分析了OSB。

研究人員利用有限時間李雅普諾夫指數（FTLE）分析評估了反應器分散營養物的效果。同時，該團隊測量了OSB中流體的兩個不同弗勞德數（Fr）。Fr是無量綱量，將流動慣性和重力關聯起來並且被用於預測生物反應器內流體何時與其軌道同相或者脫節。（宗華）

《中國科學報》 (2018-03-15 第2版 國際)

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