從實驗燒杯到生物反應器，擴大疫苗生產對全球人口疫苗的接種至關重要。在大多數情況下，疫苗的研發始于實驗室工作臺上的小燒杯，然后迅速擴展疫苗的研發工作，最初是為了滿足臨床試驗的要求，后來經批準，是為了使數十億人都獲得免疫力。當然，理想狀況是我們可以簡單地研制能夠混合更多疫苗的“更大燒杯”。但遺憾的是，由于非線性物理定律控制著流體的流動，因此擴大疫苗生產需要的不僅僅是擴大燒杯的尺寸：還需要更多的工業設備和操作參數。擴大疫苗生產是一個高風險的過程：生物反應器設計或操作不當，可能導致長達數月的延誤，以及價值數百萬美元的原材料浪費。工程師使用經現場測試的Ansys計算流體動力學（CFD）仿真來擴大生物反應器的規模，以用于疫苗生產及其他應用。

成功的疫苗生產需要有效混合。Ansys Fluent和Ansys CFD求解在生物反應器中發生的復雜流動問題。這種仿真功能已在整個行業中得到廣泛應用，用來降低風險，提高生物反應器的生產規模。常見的生物反應器產能擴充問題包括：

Ansys Fluent生物反應器的混合時間仿真。酸性物質（藍綠色）與容器的大部分容積相混合

混合時間仿真是成功混合的通用指標，會對生物反應器的整體性能產生影響。混合時間通常用于確保營養成分的添加不會使細胞培養的pH發生太大的局部變化，也支持非牛頓流體的仿真。對單位體積功耗、湍流、旋流、剪切率、速度和其他基本生物反應器擴大生產因素進行了預測，并可通過混合時間分析來對其進行優化。

混合時間分析的橫截面仿真截圖。低pH材料流經容器，并在高濃度時顏色變紅。從左到右的圖片分別在大約

0.5秒、2.5秒和10秒時拍攝。

質量交換系數（kla）預測有助于確定發酵和細胞培養的溶解氧含量。工具支持汽提效應的仿真，生物反應器中所有位置的氣泡大小分布和濃度是仿真的其他有用輸出。氣泡發生器類型、位置與氣流的影響通常作為數字生物反應器研究的一部分進行優化。

溶解或粒子懸浮率可能是生物加工的瓶頸。Ansys客戶已對耗時的配液準備步驟進行了簡化。相同的物理環境也可以用來確保微載體在培養基中保持懸浮，不會聚集，并且不因剪切力受到損害。

此外，所有Ansys仿真工具均考慮了參數設計探索。使用數字“假設”分析、嚴格的試驗設計（DOE ）或單變量求解優化來驗證設備，成功地營造了生物反應環境，在數字生物反應器中進行優化能避免產能擴大失敗和批次損失問題。

病毒最終會依附在各種物體表面，所以必須通過有力的清潔管控手段來避免其擴散傳播。無論是準備讓患者入住還是在確認有病毒存在的地方，對房間和相關設施進行消毒有助于遏制病毒的傳播并保護易受感染人群的健康。仿真模型同樣也對如何有效開展消殺清潔工作具有指導意義，以下，由Ansys合作伙伴InSilicoTrials Technologies開展的仿真分析揭示了如何優化消殺流程，以確保房間潔凈安全。

對已感染新冠肺炎患者的治療，仿真技術針對優化治療方案也大有可為。例如，醫療設備行業可利用仿真來優化呼吸機的設計，實際上仿真正是加快呼吸機研發的最有效途徑，基于物理的仿真是加速產品研發最有效的方法，并確保這些設備能盡快到達需要的人手中。無疑，這有助于為患者提供更多急需的呼吸機。

一旦研究人員找到制造商有能力生產的治療方案，接下來的問題就是設計給藥系統，而這也是仿真能夠大顯身手的領域。如果采用吸入方式給藥，通過對吸入裝置如何將藥物輸送到肺部建模，仿真有助于醫療設備公司改進吸入裝置設計，并幫助醫生訓練患者掌握如何使用吸入裝置，以達到最佳效果。正如以下Ansys合作伙伴——位于俄克拉荷馬州立大學的生物流體與生物力學實驗室的Yu Feng博士所研究的，通過仿真，給藥系統在完成制造并用于人體后，將如同在虛擬系統中的表現一樣，能夠成功將正確的藥物劑量送達感染肺部。

利伯緹大學（Liberty University）機械工程學教授Wayne Strasser博士近期應一家專門研發呼吸治療產品公司的邀請，協助他們研究關于新冠病毒的傳播。該團隊采用Ansys仿真解決方案研究醫院病房內呼吸治療過程中呼出的唾液和鼻涕的霧化顆粒分布。