Введение
Литературный обзор 11
1.1. Биореакторы для культивирования клеток млекопитающих 11
1.1.1 Биореакторы для суспензионных культур клеток 14
1.1.2 Биореакторы для адгезивных культур клеток 18
1.1.3 Мембранные биореакторы для адгезивных культур клеток 25
1.2 Математическое моделирование биореакторов 29
1.2.1 Особенности построения математических моделей в биореакторах 29
1.2.2 Кинетические модели популяции клеток млекопитающих 30
1.2.3 Примеры моделирования кинетики популяций клеток млекопитающих 41
1.2.4 Особенности моделирования роста клеток на подложках 43
1.2.5 Некоторые аспекты моделирования гидродинамики и тепломассообмена в биореакторах для культивирования клеток млекопитающих 53
1.3 Использование вычислительной гидродинамики (CFD) для моделирования биотехнологических процессов 57
2.1 Особенности роста культуры клеток Chinese Hamster Ovary в половолоконном биореакторе 63
2.2 Исследование пористости половолоконной мембраны 67
2.3 Экспериментальные исследования по изучению кинетики роста клеток CHO
2.3.1 Методика культивирования клеток в чашках Петри 70
2.3.2 Методика определения концентрации глюкозы в питательной среде 73
2.3.3 Результаты экспериментов культивирования клеток CHO в чашках Петри
2.4 Технологическая схема для культивирования клеток CHO в половолоконном
мембранном биореакторе 78
3 Математическая модель для расчета гидродинамики половолоконного биореактора 88
3.1 Этапы моделирования в рамках вычислительной гидродинамики 88
3.2 Математическая модель гидродинамики потоков и массообмена в половолоконном мембранном биореакторе 92
3.3 Построение электронной геометрической модели половолоконного мембранного биореактора 96
3.4 Построение расчётной сетки 99
3.5 Численные методы решения дифференциальных уравнений 105
4 Моделирование гидродинамики и массообмена в половолоконном мембранном биореакторе (20 волокон) 109
4.1 Обработка экспериментальных данных по кинетике роста клеток CHO в чашках Петри 109
4.1.1 Моделирование кинетики роста клеток CHO 109
4.1.2 Расчет скоростей потребления глюкозы и выделения метаболитов 114
4.2 Моделирование внутриволоконного пространства биореактора 119
4.2.1 Расчет коэффициента проницаемости мембранного волокна 119
4.2.2 Расчет объемного расхода питательной среды, потребляемого клетками 121
4.2.3 Выбор режима подачи питательной среды во внутриволоконное пространство 130
4.2.4 Сравнение энергоэффективности предложенных режимов подачи питательной среды 140
4.3 Моделирование межволоконного пространства биореактора 145
4.3.1 Расчет необходимой скорости потока 145
4.3.2 Оценка гидродинамического режима течения среды 146
4.3.4 Расчет распределения потоков в межтрубном пространстве биореакторе
4.4 Сопоставление расчетных и экспериментальных данных для проверки адекватности разработанной модели для половолоконного мембранного биореактора 153
5 Моделирование гидродинамики и массообмена в половолоконном мембранном биореакторе: масштабирование процесса (60 волокон) 157
5.1 Результаты расчета количества клеток и времени культивирования 157
5.2 Результаты расчета гидродинамики и массообмена во внутриволоконном пространстве биореактора 158
5.3 Результаты расчета гидродинамики и массообмена в межволоконном пространстве биореактора 163
Выводы 169
Список литературы 170
