Команда исследователей из Университетского колледжа Лондона начинает устранять этот пробел, применяя аналитические методы для биореакторов с перемешиванием к гидродинамике биореакторов с орбитальным встряхиванием (OSB). Объединив вертикальные и горизонтальные измерения с помощью велосиметрии изображения частиц, группа реконструировала трехмерную модель потока OSB и определила ключевые особенности когерентных структур внутри OSB. На этой неделе они публикуют свою работу в журнале Physics of Fluids от AIP Publishing.«В этой работе мы использовали два разных метода разложения, которые позволили нам идентифицировать доминирующие режимы колебаний потока внутри реактора», — сказал Андреа Дуччи, автор статьи. «Первая пара режимов управляет движением свободной поверхности и, следовательно, аэрацией ячеек, а вторая пара связана с объемным потоком в резервуаре».
Встряхиваемые биореакторы обеспечивают низкое напряжение сдвига и четко определенные свободные поверхности для переноса кислорода, нежное вращение, которое жизненно важно для культивирования клеток млекопитающих. Правильное ортогональное разложение (POD) ранжирует моды по энергии, а динамическое разложение по модам (DMD) упорядочивает их по частоте. Дуччи сказал, что их команда впервые использует эти методы для анализа OSB.
Исследователи использовали анализ экспоненты Ляпунова с конечным временем (FTLE), чтобы оценить, насколько хорошо реактор рассеивает питательные вещества. В FTLE пути соседних частиц сшиваются из серии изображений с временной задержкой. Чем дальше частицы находятся по прошествии определенного периода времени, тем лучше перемешивание.
Команда измерила поток в OSB при двух разных числах Фруда (Fr), безразмерных величинах, которые связывают инерцию потока с силой тяжести и используются для прогнозирования, когда поток биореактора находится в фазе или не в фазе с его орбитой.«Если вы сохраните параметры масштабирования, такие как число Фруда, постоянными, вы сможете увеличить размер вашей системы и воссоздать оптимальную среду», — сказал Дуччи. «Если вы биолог и определили оптимальные условия для роста клеток, но вам нужно производить в большем количестве, мы можем использовать эти параметры масштабирования, чтобы увеличить реактор».
Затем команда планирует расширить свои исследования на другие типы нецилиндрических реакторов и улучшить клеточные суспензии, чтобы еще больше сократить разрыв между различными типами биореакторов.