如何扩大生物反应器的流体动力学

在生物制药和再生医学工业中，生物反应器被广泛用于生产不同的疗法。药物开发依赖于围绕眼球直径摇晃的多孔小板，而生产规模的生物反应器则通过搅拌来搅动。这些不同的方法会产生不同的流体动力学，因此很难将实验室发现扩展到工业领域。

伦敦大学学院的一组研究人员开始通过将搅拌式生物反应器的分析技术应用于轨道振动生物反应器(OSB)的流体动力学，来弥合这一差距。该小组通过粒子图像测速仪结合了垂直和水平测量结果，重建了OSB流动的3-D模型，并确定了OSB内部相干结构的关键特征。他们本周在AIP出版的《流体物理》中发表了他们的作品。

“在这项工作中，我们使用了两种不同的分解技术，这使我们能够确定反应堆内部流动的主要振荡模式，”论文的作者安德里亚·杜奇(Andrea Ducci)说。“第一对模式控制自由表面运动，从而控制细胞的充气，而第二对模式则与水箱的总体流量有关。”

摇动的生物反应器可提供低剪切应力和氧转移的明确定义的自由表面，柔和的涡流对于培养哺乳动物细胞至关重要。适当的正交分解(POD)，按能量对模式进行排序，而动态模式分解(DMD)，按频率对它们进行排序。Ducci说，他们的团队首次使用这些技术来分析OSB。

研究人员使用有限时间Lyapunov指数(FTLE)分析来评估反应堆分散营养的程度。在FTLE中，相邻粒子的路径从一系列时间延迟的图像中缝合在一起。一段时间后颗粒越远，混合效果越好。

该团队在两个不同的弗洛德数(Fr)下测量了OSB中的流量，这两个量纲是将流惯性与重力相关联的无量纲量，用于预测生物反应器流量与其轨道的相位不同或不同。

Ducci说：“如果保持缩放参数(例如Froude数)不变，则可以增加系统的大小并重新创建最佳环境。”“如果您是生物学家，并且已经确定了细胞生长的最佳条件，但是需要大量生产，我们可以使用这些缩放参数使反应器更大。”

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