动物细胞几种常见的搅拌桨设计形式

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  对于哺乳动物细胞的培养，衡量通气机械式搅拌生物反应器的主要标准是获得足够高的氧传质、低剪切应力和均匀混合。均匀的流体混合对于生物反应器容器中均匀的氧气和营养物质供应，以及保持培养基中均匀的细胞悬浮至关重要。

        混合能力提升可以通过提高搅拌桨的转速来实现。然而，这些变化会增加剪切力强度，有可能因剪切损害细胞而降低生物反应器的细胞得率。另一方面，通过降低搅拌桨转速来降低剪切应力又会导致混合和传质不良，最终导致细胞结团或氧供应减少。因此，在搅拌式生物反应器的搅拌水平与通气方式之间需要找到最佳平衡，既能保证反应器内均匀混合和氧传质，同时不造成细胞损伤。

        本文结合2篇博士论文向大家介绍双层三叶大倾角桨式型、四宽叶搅拌桨、三斜叶涡轮搅拌桨等常见的几搅拌桨设计，希望对同行有所帮助，如果您觉得本文有价值，请分享到朋友圈，您的分享就是对本公号最大的支持，谢谢。

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双层三叶大倾角桨式型搅拌桨(论文缩写为2LPB13)该桨叶在整个反应器内形成一个较大的轴向循环，液体从被上层桨叶吸入后沿轴向下运动，进入下层桨叶后由于受到罐底的影响，流体向斜下方运动，到达罐壁后沿罐壁向上运动，然后回到上层桨叶。整个反应器内桨叶排出区的流体运动速度最大，在罐体中间区域和液面附近流体运动速度较低，两层桨叶之间的流体运动速度较均匀。总体来看，整个反应器内流体速度较均一，下层桨叶流体排除速度大于上层桨叶。随着搅拌转速的增大，反应器内的流体运动速度逐渐增大，但反应器内的流场形态未发生显著变化。

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双层四宽叶搅拌桨2FBMI4与2LPB13桨型组合相似，仍然为典型的轴向流流型，但桨叶排出区的流体运动方向更靠下方，且排出区速度更大，两层桨叶之间靠近轴附近的流体速度较大，主要是因为2FBMI4桨型的叶片与水平方向夹角更小，即桨叶更平，且该桨叶叶片上方有向下的弧度。但2FBMI4形成的流场整体速度较低，特别是在上层桨叶的回流区速度明显低于2LPB13，主要是因为2FBMI4叶片面积较小。2FBMI4桨型组合在桨叶４５°角时可在叶端上方发现明显的尾涡，然后尾涡逐步向下移动，上层桨叶形成的尾涡较下层更明显

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双层三斜叶涡轮搅拌桨（2PBT3）搅拌组合形成的反应器内流场最不均匀，各区域流速相差较大，特别是桨叶排出区速度很大，而上层搅拌回流区以及液面附近流体运动速度很低。2PBT3型搅拌桨组合同样形成典型的轴向流流型，但总体流速明显低于前2个组合。由于该搅拌桨的叶片面积较小，在相同的搅拌转速下叶片提供的功率更小，桨叶排出区的流体运动速度明显较低。上层桨叶形成向下流动的流场，而下层桨叶形成斜下方的流场，两层桨叶之间区域的流体速度比较均一，但上层桨叶回流区的流体速度明显较低。该桨型组合在２０°角位置处叶端上方形成明显的尾涡，随后尾涡逐步向下移动，最后在叶片下方消失，上层桨叶形成的尾涡同样较下层更明显。

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配图文章，参考近期的发酵人社区公众号文章