Rystet, og omrørt:Opskalering af bioreaktors væskedynamik

Bioreaktorer bruges i vid udstrækning til at producere forskellige terapeutiske midler inden for biofarmaceutisk og regenerativ medicinindustri. Lægemiddeludvikling er afhængig af små plader med flere brønde, der er rystet omkring en orbital diameter, mens bioreaktorer i produktionsskala omrøres ved omrøring. Disse forskellige metoder giver forskellige væskedynamikker, gør det svært at skalere laboratoriefund til industrien.

Et team af forskere fra University College London begynder at bygge bro over dette hul ved at anvende analytiske teknikker til omrørte bioreaktorer til væskedynamikken i orbitalt rystede bioreaktorer (OSB'er). Kombination af lodrette og vandrette målinger gennem partikelbilledhastighed, gruppen rekonstruerede en 3D-model af OSB-flow og bestemte centrale træk ved de sammenhængende strukturer inde i OSB'er. De offentliggør deres arbejde i denne uge i Væskers fysik .

"I dette arbejde, vi brugte to forskellige nedbrydningsteknikker, som gjorde det muligt for os at identificere dominerende måder for oscillation af strømmen inde i reaktoren, "sagde Andrea Ducci, en forfatter på papiret. "Det første par tilstande styrer den frie overfladebevægelse og derfor luftning af celler, mens det andet par er relateret til tankens bulkflow. "

Rystede bioreaktorer tilbyder lave forskydningsspændinger og veldefinerede frie overflader af iltoverførsel, en blid hvirvling, der er afgørende for dyrkning af pattedyrsceller. Korrekt ortogonal nedbrydning (POD), rangerer tilstande efter energi, mens dynamisk tilstandsnedbrydning (DMD), bestiller dem efter hyppighed. Ducci sagde, at deres team bruger disse teknikker til at analysere OSB'er for første gang.

Forskerne brugte Finite-Time Lyapunov Exponent (FTLE) analyse til at vurdere, hvor godt reaktoren spreder næringsstoffer. I FTLE, stierne til tilstødende partikler sys sammen fra en række tidsforsinkede billeder. Jo længere partiklerne er efter en periode, jo bedre blanding.

Holdet målte strømmen i OSB'erne ved to forskellige Froude -tal (Fr), dimensionsløse størrelser, der relaterer strømningsinerti til tyngdekraften og bruges til at forudsige, hvornår bioreaktorstrømmen er i eller ude af fase med sin bane.

"Hvis du fortsætter med at skalere parametre, f.eks. Froude -nummeret, konstant, du kan øge størrelsen på dit system og genskabe det optimale miljø, "Sagde Ducci." Hvis du er biolog og har identificeret de optimale betingelser for cellevækst, men har brug for at producere i en større mængde, vi kan bruge disse skaleringsparametre til at gøre reaktoren større. "

Næste op, teamet planlægger at udvide deres forskning til andre typer ikke -cylindriske reaktorer og forbedre cellesuspensioner, for yderligere at bygge bro mellem forskellige typer bioreaktorer.