培养基的物质混合

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反应器的混合过程是一个多尺度上同时进行的过程，如图 1-8 所示的反应器多尺度混合过程：分子尺度及细胞内部的分子扩散，细胞微团形成的湍流尺度的湍流扩散、以及反应器流体混合尺度的主体扩散。 主体扩散是指由反应器中的流场的主体运动所引起的扩散，例如，搅拌式反应器中搅拌器旋转，产生高速液流，高速液流又推动其余液体使整个反应器中液体作循环运动，由此而引起的混和是主体扩散。 一般只要有流体混合流场都会存在湍流，我们称之为湍流扩散，这个过程将流场分裂成流体微团，流体微团的尺度一般远远大于分子尺度，微团与微团之间的物质交换受到限制，基本依靠分子扩散来完成，分子扩散与微团的体积表面积比有关，这样微团越小越有利于微团之间的物质交换。

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如果细胞要生长或保持代谢活力，它就必须从胞外环境中吸取营养。在代谢活力的调节中，营养以何种速率进人细胞可能是至关重要的，分子扩散是分子的相对自由运动所引起的，即使是两个组份完全不同的流体微团，只要让他们互相靠近，经过一定的时间，都会相互混合形成均匀的混合物。在被动扩散中，分子沿着浓度梯度（从高浓度到低浓度）移动，这在热力学上是有利的。生物反应器的设计中不管采用何种物料混合的机械结构，导致物料混和的机理都是分子扩散、湍流扩散和主体扩散三方面共同的作用，在物料混合的过程中它们相互影响，各自发挥着不同的作用达到物料混合的目的。 另外一个需要关注的问题是培养基的流变特性，接种前培养基的粘度低，通常呈牛顿型，但随着培养过程的进行，随着细胞自身的增殖细胞密度逐渐增大以及代谢产物的不断地积累，这样会引起细胞培养液流体性质的不断变化，细胞培养液表现出复杂的流变特性，有溶于水中的营养物质，代谢产物，细胞及大分子，形态复杂的固体物质等。这种物系通常具有非牛顿性，成为流变学上的复杂物系，剪切粘度依赖性和一定的粘弹性行为