摇床T25细胞培养瓶流体力学与传质特性研究

细胞培养技术是生物医药产业的支柱,以实现微小体积内的高密度、高通量细胞培养为目的,系统地研究了常用于单层静态培养的T25方瓶置于翘板摇床上在不同操作条件下的流体力学特性和传质性能。结果表明,振荡可以显著提高方瓶的传质速率并降低混合时间,使高密度培养成为可能,但瓶盖上的空气滤膜在高转速时成为传质速率的限制因素;培养瓶对称轴与摇床旋转轴平行时,其相对位置对混合和传质无明显影响,但当二者成45°角时,相同转速下混合时间显著缩短;使用自定义函数实现了基于动态网格的CFD模拟,对不同转速下方瓶内剪切应力和能量耗散在时间与空间上分布进行了分析,为基于T25培养瓶开发一次性高通量微型反应器提供了数据支持和理论基础。     

鼓泡塔细胞反应器流体力学与传质特性

以超大规模细胞培养为目的,构建了与细胞培养体系十分接近的冷模实验体系,系统地研究了微载体(Cytodex I)、细胞保护剂(Pluronic F68)和消泡剂(Antifoam C)对鼓泡塔反应器中气、固、液三相流流体力学和氧传质特性的影响。在0.04~0.17 cm/s表观气速范围内采用50 μm孔径的烧结金属滤芯曝气时,在含有0.5和1.0 g/L的Pluronic F68的磷酸盐缓冲溶液冷模体系中,气含率与表观气速成线性增加关系,而气泡直径受表观气速影响较小;相同气速下的冷模体系与空气-水体系相比,气含率显著提高,气泡直径明显减小。在所研究的表观气速范围内微载体均可全悬浮,对气含率有一定增强,但微载体浓度为14%~20%时对气泡大小几乎无影响。消泡剂用量在1.60×10-4时,可以有效抑制泡沫的形成。添加剂对液膜传质系数kL有较大负面作用,抵消了小气泡带来的传质面积增加,总的体积传质系数kLa变化不大。Euler-Euler多相流计算流体力学模型与拟稳态实验数据吻合较好,可用于指导反应器放大设计。