机械搅拌式动物细胞反应器不同桨型组合的CFD数值模拟与优化

生物反应器已成为哺乳动物细胞生产治疗性抗体药物和疫苗的核心。文中采用CFD数值模拟方法对目前常用的机械搅拌式生物反应器在不同的搅拌形式下的流场进行了分析,获得了5种搅拌桨型组合条件下的速率矢量、持气率、含气率和剪切力分布的特征。通过构建的重组CHO细胞在不同搅拌形式条件下的流加分批培养发现,细胞密度和抗体表达水平与反应器内的最大剪切率直接相关,在FBMI3搅拌形式下细胞密度和抗体表达水平均最高。结果表明该CHO细胞在悬浮培养时对剪切环境比较敏感,且最大剪切力是工业规模放大的关键因素。     

高粘发酵体系不同搅拌桨的CFD模拟及发酵验证

搅拌桨是高好氧高黏度微生物发酵实现高效反应必不可少的因素之一,不同搅拌桨组合对发酵过程的影响十分重要。威兰胶是由产碱杆菌在高耗氧高粘度发酵体系下合成的胞外微生物多糖,广泛应用于水泥、石油、油墨、食品等行业中。本研究借助于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的方法,以威兰胶发酵液体系为研究体系,研究了6种不同搅拌桨组合在反应器内流体速率分布、剪切速率、和气含率等参数。将模拟效果较好的3种组合用于威兰胶发酵过程。研究表明MB-4-6搅拌桨组合对改善发酵罐内部的溶氧及流场分布效果最明显,威兰胶产量水平提高了13%。同时在该组合下威兰胶的产品粘度得到有效提高。     

搅拌转速和pH对ε-聚赖氨酸发酵的影响

采用5L自控式发酵罐研究了ε-聚赖氨酸分批发酵过程中搅拌转速和pH对发酵指标以及菌体细胞形态的影响。提高搅拌速率对菌生长和ε-赖氨酸的合成有显著的促进作用;但当搅拌转速达到400r／min以上时,由于剪切力过大导致细胞死亡,ε-聚赖氨酸产量下降。当pU维持5以上,有利于菌体生长;pH4．0左右可促进￡一聚赖氨酸的合成。搅拌转速350r／min和控制pH4．0时可获得最大的￡一聚赖氨酸产量2．95g/L,菌体量9．33g／L;此时产物E．聚赖氨酸对葡萄糖的得率和对细胞干重的比生成速率分别为0．062g／g和0．006g／g．h。通过对比不同发酵条件下ε丝体的形态变化,发现当菌丝球比较均匀、形态无较大差别、具有致密程度相当的核心时,有利于￡一聚赖氨酸形成。     

采用CFD数值模拟技术优化发酵罐内桨叶组合

使用CFD模拟软件Fluent对实验室用7L通气搅拌发酵罐内不同桨叶组合的搅拌效果进行气液两相流模拟.首先对发酵罐自带桨叶组合进行模拟,针对模拟结果提出两种改进桨型组合,对比分析3种组合的速度矢量图、速度分布柱形图和速度云图,以此优化出一种搅拌效果较好的桨型组合.结果表明:发酵罐内的流场可受通气的影响而发生改变,通气发酵过程的模拟采用多相流模型更为准确;底层桨离底距离的不同可导致发酵罐内流场的不同,以六直叶圆盘涡轮桨为底桨时,离底距离应不小于T/3;液相死区的大小是由桨叶组合、桨叶安装位置以及气液两相的相互作用共同导致的,不能单纯靠提高转速改善;在800 r/min下,搅拌效果组合3为最佳.     

搅拌对红霉素发酵的影响

在20t工业发酵罐中,研究了涡轮桨和翼形轴流桨搅拌对红霉素发酵过程的影响,重点考察了粘度、溶氧、效价、搅拌电流和糖代谢等过程参数的变化,以及搅拌功耗与发酵产量之间的关系。研究结果表明：(1)不同的搅拌桨搅拌其发酵过程参数(粘度,溶氧,效价等)随时间的变化曲线有明显的差异;(2)搅拌功耗同发酵产量之间的关系,翼形桨明显不同于涡轮桨;(3)在相同的生产条件下,用翼形桨代替涡轮桨可节省搅拌功耗。     

不同粒度羧甲基壳聚糖基复合抗菌剂抑菌性能的研究

为增加固体制剂的水溶性以及考查研磨后其抗菌性能的变化,制备了低银含量和低噻苯咪唑含量的羧甲基壳聚糖银噻苯咪唑（Ag—CMCTS-TBZ）复合抗菌剂,通过研磨和粒度分级将其分成C1（150—74μm）、C2（74—45m）和C3（-45μm）三种制剂,采用粒度分析、紫外、红外光谱及最小抑菌浓度（MIC）对其进行分析。研究表明,低含量银、噻苯咪唑的Ag—C／VICIS—TB均具有良好的水溶性,其溶解度都大于0．4％,其0．2％（w／v）的抗菌水溶液中的表观粒度在13—250nm之间;但在研磨分级之后,三种制剂中分子间的络合或者氢键键合状况发生了变化,而且导致其抗菌性能发生改变;其中C1对E．coli和S．aureus有较强的抑制,而其抑制A．niger的能力较弱;C3抗菌活性最低,对E．coli,S．aureus,C．albicans和A．niger的MIC值皆〉1000mg／L;Q的抗菌效果则介于其间。     

三江平原毛果苔草湿地光辐射能的利用与分配

毛果苔草湿地的物理过程观测设在中国科学院三江平原沼泽湿地生态实验站内,用美国CID公司出品的光合仪对典型湿地中几种优势植物的光合能力进行测定;在80℃干燥的植物样品(含各种不同的构件),粉碎后,分别称量约1g左右,用美国公司Parr型氧弹式热量计测定;研究发现毛果苔草湿地建群种中毛果苔草的净光合速率最大,为47．41μmol／m／s。以太阳总辐射能和生长季内光合有效辐射为基础计算出各器官的能量利用效率计,极大值是细根,分别为1．3945％和3．1879％,极小值是穗,分别为0．0020％和0．0046％,毛果苔草种群的能量利用率为2．54％。湿地不同植物群落地下部分的能量含量分布中毛果苔草群落的地下部分能量含量的平均值最大。这说明毛果苔草种群具有较高的能量转化效率,并将大部分能量储存在地下部分。在不同层次的能量含量分配中,随着土壤深度的增加,地下部分的能量含量趋于递减。     

高发酵活力面包酵母的高产率流加培养策略研究

首先优化了面包酵母生产过程中分批培养阶段的操作条件,然后在连续培养实验的基础上．确定了面包酵母流加培养的最佳参数,并得出了发酵活力与比生长速率之间的关联式。根据这一关联式和指数流加培养模式,提出了两阶段控制比生长速度的流加培养策略。研究结果表明：采用初糖浓度为15～30g／L、残糖控制浓度为3～6g／L以及分阶段控制搅拌转速以提供不同的传氧速率;应用提出的流加培养策略进行面包酵母培养．在产率达到0．432g/g的同时发酵活力达到1180ml,可实现面包酵母培养过程高产率和高发酵活力的统一。     

文摘

030 0 2 9搅拌式生物反应器悬浮培养水母雪莲细胞的研究〔中〕/黄艳… //生物工程学报 .- 2 0 0 1,17(5 ) .- 5 6 1～ 5 6 5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 4 16mg/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…     

60Co-γ 诱变皖麦50HMW—GS变异的筛选及其M3代品质分析

为了探讨60Co-γ 射线对小麦HMW—GS组成的变异,以及变异后代的稳定性和品质变异效应,获得优质的种质资源,本试验用200Gy 60Co-γ射线辐照皖麦50于种子,SDS—PAGE法对M2代HMW—GS组成进行变异筛选,并对M3代HMW—GS组成变异稳定性进行鉴定和GMP含量、GMP粒度、部分营养及加工品质进行测定。结果表明：655株M2群体中,有1个单株HMW—GS组成发生变异,变异率0．15％;HMW—GS组分由亲本的7＋9／2＋12变为1／7＋9／2＋12,并在M3代保持稳定;M3代5个变异穗行,蛋白质含量、GMP含量、GMP／Pr均比皖麦50提高,GMP粒度分布范围扩大,粒径大于10．28μm的比例增加。     

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 0～1000L 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 30%。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 ,黄酮产量较摇瓶中降低     

模拟水流条件下初级生产力及光动力学参数

为探讨水动力作用及其他物理因子改变对湖泊初级生产力的影响 ,1999年 5月 8日～ 6月 2 4日在中国科学院太湖湖泊生态系统研究站大型生态实验槽内进行模拟水动力实验 ,分 3种水流状态 2种光强测定初级生产力及其他相关参数。分析了初级生产力、光合速率的垂直分布 ,光合速率随光强的变化 ,并借助光动力学模型拟合得到光动力学参数。结果表明 ,在静止状态下 ,当水表面光强大于 5 0 0μmol/ (m2 · s)时 ,0～ 0 .4 m处存在光抑制现象 ,最大初级生产力出现在 0 .4～ 0 .6 m,此后由于动力作用使水体悬浮物增加 ,改变了水下光照条件 ,致使最大初级生产力呈向上移动的趋势 ,出现在 0～ 0 .2 m间 ;光合速率在静止状态下随深度递减缓慢 ,而到大水流状态则递减极为迅速 ,大水流状态下的平均光合速率明显低于静止状态和小水流状态 ;基于 2种类型的光动力学模型进行非线性拟合得到的 P- I曲线相关性很好 ,2种模型模拟的结果比较接近 ,基本上能够反映太湖光合速率随光强变化的实际情况 ;在太湖这种大型浅水湖泊 ,水动力的作用使得水体中悬浮物增加 ,造成光强的迅速衰减 ,这可能会大大降低湖泊的初级生产过程     

膜反应器固定化米根霉发酵产富马酸的工艺研究

以膜反应器固定化米根霉发酵产富马酸为研究对象,以Na2CO3为中和剂,考察固定化米根霉在5L搅拌式发酵罐中的发酵特征,采用智能可视化软件(IVOS)优化发酵工艺条件。结果表明,在80g/L初始糖浓及最优工艺下,富马酸产量、生产速率及转化率分别为21.1g/L、0.25g/(L·h)和28%;采用40g/L初始糖浓及连续批次发酵工艺时,富马酸产量、生产速率及转化率最高分别为10.8 g/L、0.36g/(L·h)和27%。搅拌式反应器中,固定化米根霉的膜反应器比表面积有限,以及菌膜的空间阻隔效应对传质传氧的限制作用,显著影响了富马酸的生产强度和转化率。因此,亟需发掘新的固定化方法及反应器形式,达到既解决米根霉形态控制问题,又有助于生产性状提升的目标。     

甘肃民勤地区不同地下水埋深花棒蒸腾耗水研究

采用非称重式地下水恒位补偿蒸渗仪稳定供水系统、气候观测、土壤含水量测定等方法,研究了1995年分别定植于地下水埋深为1．6m、2．6m和3．6m蒸渗仪栽培池中的1年生花棒(Hedysarum scoparium)从1995年至2000年单株的蒸腾耗水规律。结果表明：(1)花棒不同生长阶段(年龄)蒸腾耗水对地下水埋深具有不同的响应特点。1年生花棒2．6m和3．6m地下水埋深条件下蒸腾量分别比1．6m高出188．35mm和113．7mm;4年生花棒蒸腾耗水量比1年生有显著增长,1．6m、2．6m和3．6m地下水埋深的花棒蒸腾量分别为440．96mm、397．78mm和471．88mm,较1年生增长了3．5倍、0.39倍和1．2倍;6年生各地下水埋深蒸腾量有不同程度的下降或稳定趋势,2．6m和3．6m埋深分别比4年生下降了16．3％和36．7％,而1．6m埋深几乎不变;(2)生长季花棒蒸腾耗水占全年蒸腾量的绝大部分,但由于受气候、不同生长阶段植物生理生态以及土壤含水量分布等的影响,各水位1年生和6年生花棒生长季蒸腾耗水主要集中在径生长期(7～8月份),而4年生花棒各水位条件下生长季不同阶段蒸腾耗水相差不大,同一生长季内各水位间的蒸腾耗相差较小;(3)生长季花棒蒸腾耗水量与环境因子单因素关系分析表明,不同地下水埋深条件下花棒蒸腾耗水主要相关因子不尽相同．但其机理仍需进一步研究。     

Xenorhabdus和Photorhabdus代谢产物体外抗肿瘤活性

用8株昆虫病原线虫共生菌(Xenorhabdus属和Photorhabdus属)的发酵液进行了体外抗肿瘤活性的研究,从中筛选出活性较高的菌株一嗜线虫致病杆菌(Xenorhabdus nematophila CB6)。经有机溶剂萃取和硅胶柱层析对嗜线虫致病杆菌发酵液进行进一步分离,得到5个组分。用MTT法测定体外杀肿瘤细胞作用,发现其中2个组分具有抗肿瘤活性。组分3对HepG2、Hela、BGC-823、A-549、K562和HT-29的IC50分别等于3．1μg／ml、8．5μg／ml、2．1μg／ml、3．0μg／ml、4．4μg／ml和1．5μg／ml;组分5对HepG2、Hela、BGC-823、A-549、K562和HT-29的IC50分别等于0．1μg／ml、1．8μg／ml、0．1μg／ml、0．4μg／ml、1．2μg／ml和0．6μg／ml。同时发现抗肿瘤活性组分对正常人肺成纤维细胞MRC-5和正常人肝细胞L-02生长的影响很小。该研究在国内率先报道了嗜线虫致病杆菌发酵液具有较强抗肿瘤活性,为新药物的研制和开发提供了一条崭新的途径。     

聚乙二醇-20000对阿糖胞苷脂质体载药性能的影响

目的：探讨聚乙二醇-20000对阿糖胞苷脂质体载药性能的影响。方法：用蛋黄卵磷脂为包封材料,采用逆相蒸发法制备阿糖胞苷脂质体,用不同质量浓度的聚乙二醇包覆进行表面修饰,与未包覆的脂质体进行对照,通过测定其包封率、平均粒径、粒度分布及药物的渗漏速率,对聚乙二醇．20000修饰的阿糖胞苷脂质体的载药性能进行评价。结果：聚乙二醇-20000修饰的阿糖胞苷脂质体具有较高的包封率、较大的平均粒径和较低的渗漏速率。p（PEG）=2．0g/L时,包封率最高为（22．34±2．47）％,平均粒径最大为5．99μm。p（PEG）=4．0g/L时,渗漏速率最慢。结论：聚乙二醇-20000的修饰提高了阿糖胞苷脂质体的载药性能。     

几种蛇毒与鲎试剂产生凝胶反应的实验研究

目的探讨蛇毒能否与鲎试剂产生凝胶反应．建立中药及有效成分抗蛇毒作用的试验途径。方法采用鲎试剂试管凝胶反应法。结果不同的蛇毒能使鲎试剂产生凝胶反应的浓度不同,眼镜蛇毒与竹叶青蛇毒为5μg／ml．五步蛇毒0．32μg／ml．蝮蛇毒37．5μg／ml,蝰蛇毒2．5pg／ml。结论蛇毒能与鲎试剂产生凝胶反应。     

基于水体盐度和水文结构的滨海湿地海陆水文连通性

以水体盐度作为核心指标,综合水文结构连通指标(沟渠水面率、进出水渠密度、海陆距离以及沟塘距离)构建海陆水文连通性指数。在多尺度空间分析的基础上,选择150 m×150 m网格作为评价单元,对研究区内海陆水文连通性进行空间定量分析和等级划分。结果表明: 研究区海陆水文连通性由海向陆逐渐递减,但递减速率存在差异,这是由于研究区内水体盐度空间分异明显,对水文连通性变化速率造成一定影响。将海陆水文连通性划分为优、良、中、差4个等级,优与良所在区域主要分布在近海地区,土地利用类型以咸水养殖塘和农田为主;中与差所在区域主要分布在内陆地区,土地利用类型以淡水养殖塘和农田为主。滨海湿地的水文过程十分复杂,定量化滨海湿地海陆水文连通性能够为滨海湿地现状评估以及湿地修复提供参考资料。     

LXRs激动剂T0901317对成人骨骼肌细胞FAT／CD36基因mRNA表达的影响

目的：探讨肝核受体LXRs激动剂T0901317对正常人骨骼肌细胞中FAT／CD36基因mRNA表达的影响。方法：将原代培养的5例成人骨骼肌细胞分为用肝核受体LXRs激动剂39901317（1μmol／L）作用组、T0901317（0．5μmol／L）作用组和阴性对照组,作用24h后采用sYBR Green Ⅰ实时荧光定量PCR法检测各组成人骨骼肌细胞FAT／CD36基因mRNA表达水平,并用2^-^△△Ct方法进行比较分析。结果：①以浓度为1μmol／L的T0901317作用组和0．5μmol／L的T090131作用组和对照组样本的均数进行方差分析,差别有统计学意义（P〈0．01）。②浓度为1μmol／L的T0901317作用组和0．5μmol／L的T090131作用组成人骨骼肌细胞中FAT／CD36基因的mRNA表达分别是对照组的3．03倍和2．91倍。结论：肝核受体LXRs激动剂T0901317能够提高成人骨骼肌细胞中FAT／CD36基因mRNA的表达水平,提示30901317有加快骨骼肌细胞内脂肪酸的堆积作用,推测IXRs激动剂T0901317可能会增加糖尿病患者骨骼肌胰岛素抵抗的风险。     

Pluronic和纤维素类对杂交瘤细胞保护特性的研究

利用鼠鼠杂交增2F7细胞(分泌IgG2a单抗)研究了Pluronic F-68、甲基纤维素、羧甲基纤维素及聚醚多元醇与杂交瘤细胞生物相容性及添加限制浓度;研究了添加浓度对葡萄糖的利用及氨的生成影响}在高速搅拌、高剪切力下考查添加剂的保护效果。结果表明,O·05—0·10％(w／V)Pluronic F-68、O．10—0．20％(w／V)甲基纤维素能较好地保护杂交瘤细胞;高浓度Pluronic F-68增加了葡萄糖的比消耗速率及氨的比生成速率;高浓度甲基纤维素增加了氨比生成速率;羧甲基纤维素添加浓度低于0．1％不影响细胞生长,也无保护作用,羧甲基纤维素不影响细胞对葡萄糖的比消耗速率,但增加了氨比生成速率,聚醚多元醇分解细胞。在1．5升GemlliGen生物反应器中,培养基添加0．10％Pluronic F-68、搅拌转速70r／min下细胞正常生长。