摇摆式一次性生物反应器中流体力学对HL-60淋巴细胞培养的影响：基于CFD的剪切率与细胞活力分析

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Numerical analysis of shear rate in a rocking bioreactor and its impact on HL-60 lymphocytes

【字体：大中小】 时间：2026年10月21日 来源：Applied Microbiology and Biotechnology 4.7

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　　摘要本研究旨在探讨摇摆式一次性生物反应器中流体力学参数对HL-60淋巴细胞培养的影响。采用基于计算流体力学（CFD）的二维模型，运用体积流体（VOF）方法表征培养微环境，同时使用旋转流变仪确定临界剪切阈值。将所建立数值模型与实验混合时间进行验证，绝对平均百分比差异为29.2%

摘要

本研究旨在探讨摇摆式一次性生物反应器中流体力学参数对HL-60淋巴细胞培养的影响。采用基于计算流体力学（CFD）的二维模型，运用体积流体（VOF）方法表征培养微环境，同时使用旋转流变仪确定临界剪切阈值。将所建立数值模型与实验混合时间进行验证，绝对平均百分比差异为29.2%，在极低和极高雷诺数下表现出很高的预测精度，但在中等雷诺数下存在一定局限性。结果表明，虽然平均剪切率始终低于22.5 s?1，但在所有研究的摇摆条件下，局部最大剪切率均显著超过HL-60细胞的致死阈值1500 s?1，在最高参数下达到超过30 000 s?1。对剪切率效应进行分析显示，当剪切率高于1000 s?1时，由于细胞膜破裂导致细胞活力下降，超过1500 s?1时细胞完全崩解。这些致死阈值的持续超出，尤其是在强化摇摆过程中，被证明会对细胞生长产生负面影响并增加胞内酶的释放。因此，成功应用摇摆式一次性生物反应器培养剪切敏感细胞，需要在强化混合与减轻致死性局部剪切效应之间进行策略性权衡。所开发的计算模型为此类优化及后续生物工艺的放大提供了有价值的框架。