31767

طراحي، ساخت و مطالعه عددي و تجربي عملكرد يك بيوراكتور جديد با محرك ارتعاشي با هدف افزايش شاخص¬هاي رشد سلول سرطاني

دكتري

مهندسي مكانيك

1395

1403/8/21

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

دكتر مسعود سليماني

مهندسي مكانيك

بهبود كيفيت كشت ديناميك سلول در آزمايشگاه‌ها يكي از حوزه‌هاي مهم در ¬مهندسي زيستي است. كشت ديناميك غالبا با استفاده از مخزن‌هاي همزن¬دار با محرك پروانه‌اي انجام مي‌شود كه بدليل هندسه و نحوه حركت پروانه، تنش بالايي را اعمال مي‌كند. در اين پژوهش يك بيوراكتور مقياس آزمايشگاهي جديد با بكارگيري يك محرك ارتعاشي و يك راكتور اصلاح شده، طراحي شده است كه اختلاط قوي را در تنش برشي كم ايجاد مي‌كند. اين بيوراكتور با استفاده از طراحي باكس-بنكن بر اساس سه فاكتور ساختاري مهم شامل قطر ديسك، دامنه ارتعاش و ارتفاع قرارگيري ديسك بهينه‌سازي شده است. سه شاخص رشد سلول شامل نرخ رشد ويژه، لگاريتم طبيعي ماكزيمم غلظت سلول و بهره‌وري به عنوان پاسخ‌هاي زيستي درنظرگرفته شده است. نتايج مشخصه¬يابي نشان مي‌دهد كه قطر ديسك بيشترين تاثير را بر اين شاخص‌ها دارد و اگر قطر ديسك، دامنه ارتعاش و ارتفاع قرارگيري ديسك به¬ترتيب در 24/0، 02/0 و 4/0 قطر راكتور تنظيم شود، مقادير نرخ رشد ويژه، لگاريتم طبيعي ماكزيمم غلظت سلول و بهره‌وري در اين تنظيم بهينه، بترتيب(h-1) 033/0، 11/ 13و (cell h-1/mL) 5133 مي‌شوند. اين مقادير بالا نشان¬دهنده عملكرد بهتر اين بيوراكتور نسبت به ديگر بيوراكتورهاي مقياس آزمايشگاهي است. علاوه براين، بررسي عدد رينولدز در جريان سيال نشان مي‌دهد كه محدوده 780 تا 1150 بازه مناسبي براي دستيابي به شاخص‌هاي كشت بالا هستند. همچنين نتايج شبيه¬سازي جريان سيال نشان مي¬دهد نرخ اضمحلال انرژي در اين بازه كمتر از ساير حالات غير بهينه است و همين امر منجر به آسيب سلولي كمتر و در نتيجه بهبود شاخص¬هاي رشد شده است.

1403/10/02

Design, construction, and numerical and experimental study of the performance of a novel bioreactor with a vibrating agitator with the aim of increasing cancer cell growth indices

11/12/2025 12:00:00 AM

Improving the quality of dynamic cell culture in laboratories is an important field in bioengineering. Dynamic cell culture is usually carried out using stirrer tanks with impeller-type stirrers, which apply high shear stress to the cells due to the geometry and movement of the impellers. In this study, a novel lab-scale bioreactor using a vibrating agitator and a modified flask has been designed that creates strong mixing at low shear stress. This bioreactor has been optimized using Box-Behnken design based on three dimensionless important structural factors including disc diameter, vibration amplitude, and the height of the disc placement. Three growth indicators including the specific growth rate, the natural logarithm of the maximum cell density, and productivity have been considered as biological responses. The characterization results show that the disc diameter has the most important role on these indicators and if the disc diameter, vibration amplitude, and the height of disc placement are set to 0.24, 0.02, and 0.4 of the flask diameter, respectively, the values of the specific growth rate, the maximum cell density, and productivity at this optimum settings are 0.033 (h-1), 13.11 (cells/mL), and 5133 (cell h-1/mL), respectively. These high values indicate the better performance of this bioreactor than other lab-scale bioreactors. In addition, investigating Reynolds number in the fluid flow indicates that in the range of 780 up to 1150, growth indices are high. Also, the fluid flow simulation results show that the energy dicipation rate in the optimal settings is lower than other non-optimal conditions, and this has led to less cell damage and, as a result, improved growth indicators.

مخزن همزن¬دار , همزن ارتعاشي , بيوراكتور , مشخصه¬يابي , بهينه‌سازي

Stirred Tank , Vibromixer , Bioreactor , Characterization , Optimization

sepehr govara

sayyed mostafa hosseinalipour