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一种组织工程化培养生物反应器的研究

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第一章前言

第一节组织工程简介

1.1组织工程

1.2组织工程研究进展以及面临的挑战

第二节生物反应器的发展现状

2.1用于工业方面生物反应器的研究和发展对组织工程化培养的启发

2.2组织工程对生物反应器的要求以及研究现状

2.3几种用于组织工程化培养的生物反应器及其性能的比较

第三节课题研究的目的、意义以及主要内容

3.1课题研究的目的

3.2课题研究的意义

3.3课题研究的主要内容

第二章生物反应器流场计算与数值分析

第一节培养在生物反应器中受到剪应力以及流场速度的流体力学分析

1.1流体中培养物受力状态分析

1.2生物反应器中流场速度方程

第二节有限元简介以及ANSYS软件的特点和FLUID141和FLUID142单元的介绍

2.1有限元方法简介以及应用

2.2 ANSYS软件的特点

2.3 FLOTRAN CFD模块以及FLUID141和FLUID142单元的介绍

2.4有限元方法分析的目的

第三节三维模型建立和网格的划分

3.1三维模型的建立

3.2网格的划分和细化

第四节数值计算结果和分析

4.1物性和边界条件

4.2流场分析的结果

4.3培养物表面剪应力结果与分析

本章小结

第三章培养物组织块和生物反应器之间的传质分析

第一节分析背景

第二节模型的建立和基本假设

2.1模型的建立以及传质的基本过程

2.2基本假设

第三节传质过程的分析

3.1营养物从培养液主体到达培养物表面的传质分析

3.2营养物从培养物表面到达组织内部细胞的传质分析

3.3代谢废物从细胞到达培养物表面的传质分析

3.4代谢废物从培养物表面到达培养液主体的传质分析

第四节改善传质过程的方法探讨

4.1压力对传质过程的影响

4.2几种不同工况下传质能力的比较

本章小结

第四章设计原理和结构设计

第一节设计的基本思路和简化模型

1.1设计采用的基本生物反应器类型

1.2设计的基本思路和设计方法

第二节生物反应器结构的设计

2.1生物反应器培养主体的设计

2.2生物反应器灌流加压模块的设计

2.3生物反应器动力模块的设计

本章小结

第五章性能测试实验和结果分析

第一节生物反应器性能测试实验

1.1实验目的

1.2实验方法和步骤

1.3结果和分析

第二节生物反应器功能评价实验

2.1实验目的

2.2材料和方法

2.3结果

2.4讨论

本章小结

第六章总结和展望

第一节总结

第二节展望

致谢

参考文献

综述

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摘要

该文根据国内外组织工程化培养生物反应器研究现状,利用有限元方法分析了旋转壁式生物反应器内部流场情况和剪应力分布情况,探讨了生物反应器与培养物之间的传质过程以及脉冲压力对传质能力的影响.并在计算机仿真和理论分析的基础上,研制了一种具有内循环的灌流旋转壁式生物反应器,对其性能进行了相关实验和检测.通过理论分析给出了旋转壁式生物反应器中培养物受到剪应力以及流动轨迹的矢量图.建立了旋转壁式生物反应器内部流场的有限元模型,使用ANSYS有限元分析软件计算了培养物表面剪应力大小和分布,描绘了生物反应器空间流场的速度矢量云图,并与理论分析比较,结果取得了较好的一致性.通过对生物反应器与培养物之间传质过程的分析,得出了影响传质能力的关键因素,研究表明适当脉冲压力对传质能力有促进作用,并可以用脉冲压力实现高传质能力生物反应器的设计.基于理论分析和有限元仿真,设计了一台具有内循环的、在线供气供液的并带有脉冲加压装置的旋转壁式生物反应器系统.生物反应器性能测试实验的结果表明:在生物反应器中培养14天后的细胞/羟基磷灰石支架材料以及细胞/松质骨支架材料,其细胞的增殖和形态都明显优于在5%CO<,2>孵箱中培养的同类材料.

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