生物搅拌反应器内混合情况的CFD模拟及在发酵中的应用

用计算流体力学(CFD)方法模拟了50 L生物反应器中不同的搅拌桨组合对搅拌流场、混合时间的影响,并从流体力学角度对生物反应器搅拌桨组合进行了优化。将模拟优化结果用于重组大肠杆菌发酵过程,结果表明,优化后的搅拌桨组合可以改善发酵罐内部的流场和气体分布,能够明显降低获得相同溶氧所需的转速和最大通气量,而菌体生物量和产酶水平也略有提高。

搅拌式生物反应器悬浮培养水母雪莲细胞的研究

应用 2L通气搅拌式生物反应器一步批式培养水母雪莲细胞。采用倾斜式搅拌桨代替透平桨 ,研究了搅拌转速、通气量和接种量对细胞生长和黄酮合成的影响 ,发现在 75r min、70 0～ 10 0 0L min和 4 0～ 5 0gDCW L接种量下细胞生长和黄酮合成比较好。经过 12d培养细胞干重达 13 8gDCW L ,黄酮产量 416mg L ,黄酮含量占细胞干重的 3 0 %。水母雪莲细胞生长及黄酮合成的进程表明 ,黄酮积累与细胞生长呈正相关。对细胞聚集体分布的研究发现 ,流变压力使细胞聚集体分裂 ,使反应器中细胞生长受到影响 。

搅拌生物反应器混合特性的数值模拟与实验研究

以工程流体计算软件CFX-4.4为工具,对不同规模的机械搅拌生物反应器的混合特性进行数值模拟,研究了不同操作条件下反应器混合时间的变化规律. 采用pH电极在位监测[H+]的方法实验测定混合时间. 模拟结果与实验测定值之间的误差随反应器容积增大而逐渐减小,对容积为25 m3的反应器误差小于11.6%.

搅拌生物反应器的循环时间分布和混合结构模型

利用磁粒子流动跟踪法对搅拌生物反应器的循环时间分布进行测定,并将Rushton径向流桨和两种新型轴向流桨在不同介质粘度和转速下的循环时间分布进行比较和性能评价。建立了单桨搅拌生物反应器的混合结构模型,对循环时间分布数据进行拟合,求得模型参数,进而讨论了不同实验条件下模型参数的变化。结果表明,对于非牛顿、高粘度发酵过程,轴向流桨比Rushton桨具有更好的混合特性。

搅拌生物反应器的结构模型、放大及搅拌器改型

搅拌生物反应器（ＳｔｉｒｒｅｄＢｉｏｒｅａｃｔｏｒ－ＳＢＲ）是最重要的生物反应器，随着生物高新技术的发展，在医药、食品、化工及环境等领域对其提出了更高的要求。为此详细评述了最近１０年在ＳＢＲ的结构模型、放大及搅拌器改型方面的进展及存在的问题，特别强调了ＳＢＲ性能研究的总体战略及具体的方法步骤。还就本学科发展的研究工作提出了建议。

搅拌式光生物反应器培养海带配子体细胞：不同脉冲补料方式的研究(英文)

以批次培养为对照,研究了7种脉冲补料方式对搅拌式光生物反应器中培养大型褐藻海带配子体细胞生长和培养液内氮磷营养盐消耗的影响,并首次探讨了脉冲补料方式下不同补料时间点和补料量的影响作用。培养条件设定为50mgDCW(细胞干重)/L接种密度、培养液为改良的APSW人工海水、光强60μE/m2.s、光周期16/8hL/D、通气速率和搅拌速率分别为50ml/min和100r/min。结果表明少量补料利于细胞对氮磷的协同吸收,进而利于生物量扩增。当培养液内氮磷富足或耗尽时补料对于生物量大量生产效果甚微,可能由于氮磷吸收变缓、其储存现象显著,或是其吸收协同性降低。当细胞生长至对数中期开始频繁补加少量氮磷营养盐,即维持培养液内氮磷浓度在各自起始浓度的1/3至1/2之间,对生物量生产最有效,生物量增长倍数高达12.270倍。

机械搅拌式生物反应器悬浮培养293T细胞生产慢病毒的工艺

采用L型大泡通气系统机械搅拌式生物反应器培养293T悬浮细胞和规模化生产慢病毒载体,通过4种方法驯化293T悬浮细胞,对其慢病毒包装能力进行验证,并建立种子扩增链,在5.5 L工作体积生物反应器中绘制悬浮细胞生长曲线和包装慢病毒。结果表明,采用体积分数50%的293 CD05 Medium无血清基础培养基和体积分数50%的SMM293-TⅡ培养基可以快速驯化293T细胞,成功得到野生型且具有慢病毒包装能力的悬浮细胞系。悬浮细胞在机械搅拌式生物反应器培养,2 d细胞密度可达1.5×106个·mL^(-1)。添加质粒复合物和补料培养基,培养4 d可以收获6.5×107 TU·mL^(-1)滴度的慢病毒粗产品,相比细胞工厂的滴度提高34倍。

光生物反应器培养紫球藻及藻粉降血脂的研究(英文)

研究了搅拌式光生物反应器中搅拌速度、通气量对紫球藻生长、胞外多糖和藻细胞超微结构的影响 .实验结果表明 :在特定光照 (10 0 0 μmolm-2 s-1)和培养温度 (2 5℃ )条件下 ,当搅拌转速为 2 0 0r/min、通气量为 0 .71vvm时 ,藻生长速度和胞外多糖含量最高 ;增加通气量有利于藻细胞胞外多糖及生物量的提高 .对藻细胞超微结构的观察发现 ,与摇床培养相比 ,搅拌式光生物反应器使藻细胞淀粉颗粒明显增多 ,粘质鞘层变薄 ,光合片层增多 .动物实验表明 ,紫球藻能明显降低摄食高脂饲料SD大鼠血脂TC、TG、LDL C水平 ,并提高HDL C含量 .实验结果预示 ,紫球藻对预防动脉粥样硬化和冠心病的发生有一定的意义 .图 2表 3参 2

水母雪莲细胞生物反应器悬浮培养

利用 2L搅拌式生物反应器进行了水母雪莲 (SaussureamedusaMaxim .)细胞大规模培养。 2 5℃ ,光强低于 5μmol·m-2 ·s-1条件下培养 12d ,生物量为 10 .35gDW·L-1,黄酮产量为 42 8.6mg/L ,达到细胞干重的 4.14%。此外 ,还对培养过程中的糖代谢、溶解氧浓度变化和氧利用速率进行了研究。

搅拌式动物细胞反应器研究应用与发展

随着动物细胞表达的治疗型重组蛋白的应用越来越广,动物细胞大规模培养技术备受关注,其中,机械搅拌式动物细胞生物反应器得到了广泛应用。本文对搅拌式动物细胞培养罐的结构功能进行了系统性的介绍,总结了其特性及国内外的研究现状与应用,最后指出其研发尚存在的问题及对未来的展望。

自制双腔生物反应器构建组织工程骨软骨复合体的体外性能

背景:关节软骨损伤往往并发软骨下骨损伤形成骨软骨复合缺损,其治疗仍为骨科急待解决的问题,利用组织工程学构建骨软骨复合体为治疗该类疾患提供了新思路。目的:探讨利用自行设计制造的双腔搅拌式生物反应器构建一体化组织工程骨软骨复合体的可行性。方法:在双腔搅拌式生物反应器内对复合于β-磷酸三钙支架材料的羊骨髓间充质干细胞同时进行成骨和成软骨诱导,并根据施加剪切应力分为动态培养组和静态培养组。利用MTT试验、RT-PCR和扫描电镜检测骨髓间充质干细胞体外增殖和诱导分化情况。结果与结论:MTT试验和扫描电镜结果显示,骨髓间充质干细胞增殖良好。成骨和成软骨相关基因RT-PCR检测结果表明,骨髓间充质干细胞诱导分化良好,动态培养组要优于静态培养组。提示利用自行设计制作的双腔搅拌式生物反应器进行骨软骨复合体的体外构建是可行的,力学刺激环境下的构建效果要优于静态环境。

生物反应器流场特性研究及其在生物过程优化与放大中的应用研究

生物反应器是实现生物过程的核心设备,其内进行的生物反应过程受不同反应器内流场结构的影响会产生差异显著的结果,这也是导致生物过程放大困难的关键问题之一。为研究这一问题,必须对不同规模反应器内流场结构有充分的认识,必须对反应器内的混合、传质、剪切等影响生物过程的几个关键方面进行深入研究。首先简单介绍了反应器流场研究的实验及数值模拟方法,在此基础上详细论述了流场混合与传质对生物反应过程的影响,流场剪切对丝状菌形态及其生物过程的影响,最后从反应器流场与细胞生理代谢特性整合的角度,介绍了反应器流场与细胞生理之间的相互作用关系,并以三个实例简单介绍了基于Euler-Lagrange模拟框架的整合流场和细胞动力学模型的模拟方法及模拟结果。旨在通过介绍反应器流场研究及其在生物过程优化放大中的应用,提出基于反应器流场特性与细胞动力学响应的生物过程放大研究方法,为更高效、理性地生物过程放大提供一些理论参考。

一种下喷式液泵型生物反应器的发酵性能研究

对具有自主创新的下喷式液泵型生物反应器进行发酵性能的研究,采用了在发酵生产和研究中经常使用的有代表性的酵母菌、霉菌与放线菌3种微生物进行产品发酵试验,并与搅拌式生物反应器作对比。结果显示,下喷式液泵型生物反应器的发酵产率明显高于搅拌式生物反应器,而能耗则只有后者的58%。

基于均龄理论模拟搅拌式反应器的混合时间

利用计算流体力学(CFD)模拟搅拌式反应器内生物的平均年龄分布,并建立了以平均年龄(均龄理论)为基础的混合时间模拟方法。通过比较混合时间的预测值与实验值结果,表明当反应器的高径比低于1.5∶1时,模拟结果和实验值的吻合度较高,平均误差在10%以内。对比单层四斜叶上翻桨(PBTU)和四斜叶下压桨(PBTD),PBTD的模拟结果都在实验值范围内,而PBTU的模拟结果都比实验值高,最大误差达14%。同时研究表明,模拟得到的N·θ准数不受反应器规模的影响。

内循环液泵反应器溶氧传质性能研究

为液泵反应器的应用推广提供依据,研究了20 L内循环液泵型生物反应器在不同通风比和不同循环液速下溶氧传质系数KLa的变化规律,并与Bio Flo 110型3 L搅拌式生物反应器作对比试验。结果找到一组能使2个反应器有相近KLa的操作条件,此时内循环液泵型生物反应器较搅拌式反应器节能约40%左右。

哺乳动物细胞培养中搅拌系统的研究进展

近年来,全球肿瘤发病率逐年上升,以单克隆抗体为代表的重组蛋白受到越来越多的关注和应用,推动了搅拌釜式生物反应器在哺乳动物细胞培养工艺开发中的研究和发展。搅拌釜式生物反应器是以通过鼓泡分布器供氧,通过搅拌装置加速传质及实现微环境均一性为特征的一类反应器,广泛应用于重组蛋白生产,反应规模从10 mL到25,000 L不等。其中搅拌系统作为细胞培养中最关键的部分之一,其引导的流体混合特性及带来的剪切应力与细胞表现、代谢产品产量及质量息息相关。针对哺乳动物细胞培养工艺中搅拌系统的选择与设计目前已取得许多研究成果,故本文从常见叶轮类型、桨叶数量、桨叶安装方式、搅拌辅助配件、搅拌转速设计等方面展开论述,综述了搅拌系统的研究现状,以期为细胞培养工艺的反应器优化和规模缩放提供参考。

半疏水晶胶微球的悬浮特性及固载乳杆菌合成有机酸

针对有机酸生物合成过程中底物和产物抑制、细胞密度低和耐受性弱等问题,采用“结晶致孔-低温聚合”方法制备聚甲基丙烯酸羟乙酯-甲基丙烯酸丁酯半疏水晶胶微球,通过高速成像和数值模拟研究10 L搅拌式生物反应器(STR)内的悬浮行为,通过固载乳杆菌分析半疏水晶胶微球在乳酸和苯乳酸生物合成中的作用。结果表明,数值模拟得到晶胶微球的悬浮特性与高速成像实验结果基本一致,体积分数为3%的晶胶微球均匀悬浮所需最低搅拌转速为55 r·min-1;在晶胶固载乳杆菌发酵联产乳酸和苯乳酸过程中,乳杆菌生物量达10.5 g·L^(-1),相比于无载体发酵提高了84.2%;在第1次补料期间,乳酸的发酵周期大幅缩短至21 h,比无载体发酵周期缩短了50%。

轴向流搅拌器及其在井岗霉素生产中的应用

基于影响搅拌式生物反应器的非生物参数、生物参数及流变学特性的分析研究，开发了高效轴向流搅拌器。在井岗霉素工业发酵中应用的初步结果表明：在使用原菌种及发酵工艺的基础上，保持原有效价不变，功耗下降１３％～１８％．

动物细胞培养及单克隆抗体

922508 搅拌生物反应器中杂交瘤细胞对流体动力剪切的生物学反应[英]/Abu-Reesh,Ⅰ.…∥EnzymeMierob.Technol.-1991,13(11).-913～919[译自DBA,1991,10(25),91-14978] 小鼠-小鼠杂交瘤HDP-1产生抗2,4-二硝基苯的IgG单克隆抗体(MAb)。在37℃下将其培养在装有浆状叶轮的连续搅拌槽培养器(250ml摇瓶)中。研究了搅拌速度(100～400rpm)。