スーパーコンピュータ三次元流動シミュレーションによる動物細胞培養装置の最適設計

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スーパーコンピュータ三次元流動シミュレーションによる動物細胞培養装置の最適設計

フォーマット:
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
タイトル(他言語):
Optimal designing of animal cell bioreactors by three-dimensional flow simulation using super-computer
責任表示:
松下 琢(九州大学・工学部・助手)
MATSUSHITA Taku(九州大学・工学部・助手)
本文言語:
日本語
研究期間:
1993-1994
概要(最新報告):
1.昨年度までの研究成果により、撹拌翼先端の最大剪断応力の絶対値だけでなく、細胞が受ける剪断応力の履歴もまた細胞の代謝や生存率等に重大な影響を与えていることが示唆され、この応力の履歴を定量的に評価することの必要性が示された。そこでまず本研究で開発したスーパーコンピュータを用いた三次元流動シミュレーションによって、浮遊性細胞の培養に一般によく用いられる2枚平行パドル型撹拌槽(スピナ-フラスコ)内の三次元の速度場・応力場を60rpmという代表的な撹拌速度条件下で求めた。 2.次に本年度開発した粒子追跡のプログラムを用いて、この三次元流動場の中に流体と同じ比重を持つ粒子(仮想の細胞)をいろいろな位置に投入して、その粒子がどのような応力分布の中をどのように通過していくかを0.02秒の追跡時間間隔で90秒間シミュレーションを行った。その結果、撹拌翼下部に投入した着目粒子(細胞)は、撹拌翼の回転方向に回りながら翼の下部吐出により徐々に下がっていき、一度槽底付近まで落ちる後、回りながら少しずつ軸方向に向かって移動し、軸付近に存在する上昇流に乗って回転しながら上昇し、やがて元の位置に戻っていくことが明らかとなった。この一周期の時間は平均で30.6秒で、その間に受ける剪断応力の時間積分値(応力履歴)は、0.134[Pa・s]であった。 3.これまで開発した剪断応力負荷装置を用いて、弱付着性である293細胞の生存率が50%に低下する応力履歴が10440[Pa・s]であることが求められているので、今回計算に用いたスピナ-フラスコでこの細胞を培養した場合、撹拌翼下部の細胞は、一周期30.6秒を77910回繰り返したとき(約28日)、その生存率が50%に低下することが示唆された。このような応力履歴による生存率への影響を定量的に示した例は本研究が初めてである。 続きを見る
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