一种新型空间细胞培养容器的设计与仿真研究.pdf

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1、第27卷第2期航天医学与医学工程Vo1．27No．22014年4月SpaceMedicine&MedicalEngineeringApr．2014一种新型空间细胞培养容器的设计与仿真研究郑敏，樊尚春，邢维巍(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，惯性科学与技术实验室，北京100191)摘要：目的设计新型空间细胞培养容器，并对其结构尺寸进行优化。方法运用计算流体力学(CFD)软件F1uent进行数值模拟与动态分析，研究不同容器形状、缓冲通道结构、灌注室高度在微重力条件下对培养容器流场形态的影响。结果经过反复实验，最终

2、容器形状选择为圆形，缓冲通道选择为单级缓冲，灌注室厚度设计为0．5mm。仿真表明，容器有效提高了传质效率，整体流体剪切力远远低于l0N／m，适合高密度细胞培养。结论作为空间细胞培养装置的重要研制环节，本细胞培养容器可以为单独研究微重力对细胞的影响作出贡献。关键词：微重力；空间细胞培养容器；高效扩散；剪切力；计算流体力学；数值模拟中图分类号：R854；R318．6文献标识码：A文章编号：1002-0837(2o14)02-()113．I)5DesignandNumericalSimulationofaNewCenCul

3、tureVesselinSpace．ZhengMin，FanShangchun，XingWeiwei．SpaceMedicine&MedicalEngineering，2014，27(2)：113～117Abstract：ObjectiveTodevelopanewspacecellculturevesselbasedonefficientcounterculTentdiffusionandmembranediflusionconceptwithitsstructureconfigurationoptimized．M

4、ethodsNumericalsimulationsandflowdynamicanalysisbasedonthecomputationalfluiddynamics(CFD)softwareFluentwereconducted．Consideringtheinfluenceoftheshapeofthevesse1．thebufferchannelstructureandtheheightofthepefu．sionchamberontheflowfieldmorphology．theparameterswer

5、estudiedindetail．ResultsAfterrepeatedex—periments，thefinalversionofvesselwascircularinshapewithasingle．stagebufferchannelandtheperfusionchamberwas0．5mminthickness．Simulationresultsshowedthatthemasstransportationinthevesselwasel-fectivelyimprovedandthefluidshear

6、stresswassignificantlyreducedtofarbelow10。N／m。．whichmeansthevesselwassuitableforhigh—densitycellculture．ConclusionAsanimportantpartofthecellcultureappara．tus，thisdesigncontributesandoffersthepotentialforstudyingtheinfluenceofmicrogravityoncellsinspace．Keywords：

7、microgravity；spacecellculturevessel；efficientdiffusion；shearstress；computationalfluiddy—namics；numericalsimulationAddresscorrespondenceandreprintrequeststo：FanShangchun．InertialScienceandTechnologyLabora—tory，SchoolofInstrumentationScienceandOpto·electronicsEng

8、ineering，BeihangUniversity，Beijingl00l91．China在空间微重力环境下，重力作用引起的对流功耗大，不利于空间利用。目前，由于空间细胞容和沉淀不复存在。空间环境中细胞可以均匀悬浮器的微型化越来越受到关注，微流控细胞培养成于介质中，为细胞的真正三维生长、正常分化和高为研究热点。它是将微流控芯片与细胞培养结密度