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【大同大學】 99-B1-2 生物反應器中的流場與力場分析及應用於軟骨組織工程

Written By: admin on 八月 16, 2009 56 Comments

申請學校:大同大學

計畫編號:99-B1-2

計畫名稱:生物反應器中的流場與力場分析及應用於軟骨組織工程

領域別:數學-工程

主持人:王鐘毅

系所:生物工程系

研究項目與跨學門關聯圖

生物反應器是提高細胞產量的重要設備,動物細胞因為缺乏細胞壁的保護,而且生長緩慢,對生物反應器內的攪拌器或是氣泡所產生的剪切力非常敏感,同時在培養過程中容易受到微生物的污染,因此動物細胞使用的生物反應器在設計上較為複雜。由於動物細胞生長常受到環境因子的影響,如培養軟骨細胞 (chondrocyte),必須在不損害細胞的前提下施加適當的剪切力,軟骨細胞才能分泌細胞外基質,形成三維的軟骨組織。因此軟骨組織培養是跨領域學習的絕佳範例。以生物工程系的學生而言,由於數學的訓練較為缺乏,對於分析反應器中流體流動的能力不足,在設計生物反應器的過程中多半以經驗摸索為主,必須耗費許多時間。本計畫結合跨學門團隊,以解決軟骨組織培養的問題為導向,研究旋轉角瓶生物反應器(spinner flask bioreactor)中縱向切面的三個流向(方位角方向(azimuthal)、軸向(axial)、徑向(radial))與攪拌速度及雷諾數的關係,使用數學推理簡化反應器中複雜的流場與力場的問題,配合數學模型與電腦軟體進行模擬演算。在實驗研究上,使用生物可分解材料製造不同幾何形狀的支架,探討支架構造在相同的流場與力場中,對軟骨細胞的貼附與軟骨組織的形成有何影響。此外也搭配文獻研讀、專題演講及參加專業研討會,除了訓練同學基本的實驗操作能力,也培養學生建立跨領域的思維,使其了解生物、工程與數學領域如何互相搭配,進而獲得生物反應器的設計能力。

旋轉角瓶反應器

旋轉角瓶反應器中的流場分析

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