科学家解析不同生物反应器流体动力学机制

生物反应器广泛用于生物制药和再生医学行业。药物研发依赖于围绕轨道直径摇动的小多孔板，而用于大规模生产的生物反应器通过搅拌产生摇动。这些不同的方法产生不同的流体动力学，使得很难将实验室结果升级到工业规模。

英国伦敦大学学院的一组研究人员将搅拌生物反应器的分析技术应用于定向结构板的流体力学分析，在搅拌生物反应器和定向结构板之间架起了一座桥梁。通过粒子图像测速仪将垂直和水平测量相结合，该团队重建了定向结构板流动的三维模型，并确定了定向结构板内相干结构的关键特征。他们最近在《流体物理学》杂志上报道了这一成就，该杂志属于美国物理学会出版集团。

“在最近的研究中，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中流体振荡的主要模式。”该论文的作者之一安德里亚·杜奇(Andrea Ducci)说，“第一对模式控制着*表面的运动和细胞的通风，而第二对模式则与水箱的电流收集和传输有关。”

摇动生物反应器提供了较低的剪切应力和完全*的氧转移表面。氧转移是一个温和的漩涡，对培养哺乳动物细胞至关重要。固有正交分解(POD)根据能量对模式进行分类，而动态模式分解(DMD)根据频率对模式进行排列。杜奇说，他们的团队第一次使用这些技术来分析定向结构刨花板。

研究人员使用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)分析来评估在反应器中分散营养物的效果。同时，研究小组测量了定向结构刨花板中两种不同的流体弗劳德数(Fr)。Fr是一个无量纲量，将流动惯性与重力联系起来，用于预测生物反应器中的流体何时与其轨道同相或不一致。(宗华)

中国科学新闻(2018-03-15，第二版国际)