【摘 要】
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目的 制备出一种能够适用于扩大化培养组织工程皮肤的准静态平面均匀流场的新型灌注式生物反应器.方法 首先,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)商业软件FLUENT的VOF 两相流模型来模拟气液界面的两相流动,以此来分析反应器中流体分布情况,从而进一步优化反应器的结构；其次,在优化好结构的基础上,模拟80mL/min和800mL/min流场中营养液体积
【机 构】
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第三军医大学大坪医院野战外科研究所皮肤科,重庆市创伤愈合与组织工程研究所 400042 重庆大学城
【出 处】
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第十一届全国再生医学(干细胞与组织工程)学术研讨会暨第七届全国组织工程与再生医学大会
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目的 制备出一种能够适用于扩大化培养组织工程皮肤的准静态平面均匀流场的新型灌注式生物反应器.方法 首先,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)商业软件FLUENT的VOF 两相流模型来模拟气液界面的两相流动,以此来分析反应器中流体分布情况,从而进一步优化反应器的结构；其次,在优化好结构的基础上,模拟80mL/min和800mL/min流场中营养液体积分,流体动静压和剪切力等流动指标,获得理论上最优流速；再次在生物反应器中培养复方壳多糖组织工程真皮,通过检测真皮细胞生长代谢情况进一步验证理论流速的可靠性,从而获得实际最优流速；最后,以最优流速为基础,比较流场不同位置的组织工程真皮生长情况及物理特性,从而检测流场的均匀性.检测指标包括：MTr法检测细胞活性,死活细胞双染法检测活细胞比例,HE组化染色发法检测细胞在真皮凝胶中的分布,羟脯氨酸测定检测胶原合成情况,最大抗张强度检测真皮凝胶的物理特性.结果 理论模拟分析证明：80mL/min时,流场中培养孔下方的营养液速度为0.003-0.005m/s,上下游静压差不超过0.5pa,最大动压小于0.008pa,正负漩涡度不超过0.05s-1,最大剪切力不超过0.008Pa,整个流场处于一个准静态且各项流动指标的均匀性都很好.当流量增大时,流场的均匀性受到不同程度的影响.800ml/min的流量直接造成各项流动指标都不均匀分布,除此之外,其数值也相应增大,其中剪切力和速度梯度都增大了一个量级,这将直接影响细胞的增殖.实验结果证明：80ml/min 随着培养时间延长,细胞活力明显上升,而800ml/min的细胞活力则相反,随着培养时间延长,细胞活力逐渐降低.80ml/min流量条件下,流场中不同位置真皮生长情况和物理特性经spss13分析表明无显著性差异,说明流场中真皮生长均匀,侧面反映了流场中流体分布的均匀性.结论 我们设计并制备的能够重叠的新型灌注式生物反应器经理论和实验证明能够实现准静态、低剪切力、流体流动平面均匀分布,能满足组织工程皮肤构建物的培养要求,可用于组织工程皮肤等膜状材料的基础研究和扩大化生产.
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