生物反應器工程的案例
中國生物化工簡史-生物反應器工程
生物反應工程：生物反應過程的產品包括，生物質，酶，初級和次級代謝產物，蛋白，這些可以廣泛用于制藥、食品，化學，農業或能源生產。反應器，胞外環境因素，包括反應器設計，操作條件和培養基形式，對細胞代謝都有重要影響。目前，生物反應器工程的目標是，探索反應器中細胞生理代謝機制，放大生物過程，滿足低成本生產。
中國生物反應器工程前沿
生物反應過程是一個活細胞的復雜的代謝過程。因此，反應器工程的核心是調控反應器中活細胞的生理狀態。調控也是優化和放大的關鍵。因此，鑒定反應器中細胞的生理和代謝參數，設計合適的生物反應器系統，是優化生物反應器工程的先決條件。
1. 中國科學家的突破
生物反應歷程中，反應器的控制條件會影響細胞微尺度代謝，也會影響宏觀尺度代謝。因此，為了提高反應器的性能，進行了微觀和宏觀尺度的代謝流分析。為了放大生物過程，細胞的生理代謝狀態必需要在實驗室規模反應器進行重現和優化。為了達到這個目的，必需進行大反應器的流體場特性的研究，來理解不同反應器設計和控制條件導致的差異。宏觀生理特性變化分析+流體場和細胞生理代謝特性，可以增強反應器放大過程。
下圖是研究者提出的一個生物反應器增效的技術路線。
上面的這些圖片都是基于生物反應器工程的多尺度理論。
2. 開發可以監測所有宏觀生理和代謝特征的參數的生物反應器
2003年，華東理工大學張嗣良教授和儲炬教授，設計了一款全參數監測反應器，含有一臺反應器，一臺電腦數據收集系統，設計圖如下所示。體積可以從幾十升到300噸。通常，實驗室研究使用的30L或50L的體積可以直接應用到300噸的工業發酵。
3. 海量數據過程軟件包的開發
生物反應器配備自動電腦數據采集系統，實現在線數據監測和采集過程參數。數據采集和電腦控制形成了一個完整的控制系統。
展開 膜生物反應器應用領域
（4）反應器內微生物的代謝特性及其對出水水質、污泥活性等的影響，從而確定適宜的微生物生長及代謝條件。
（5）工藝經濟性研究。在目前國內經濟發展水平、膜產品供應狀況和規范設計要求的條件下，MBR用于污水處理的最大經濟流量的確定。
（6）以節能、處理特殊水質對象、兼具脫氮除磷、操作維護簡便、可以長期穩定運行等為目標，開發新型的膜生物反應器。
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化學反應工程及理想流動反應器PPT
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科學家用硅材料3D打印出新型生物反應器 或讓肢體再生
目前，科學家最新設計一種生物反應器，可以通過“啟動”身體組織來修復截肢部位，并在非洲爪蛙得以驗證。這項研究發表在近期的《細胞報告》雜志上。
研究報告合著作者、美國塔夫斯大學艾倫探索中心發育生物學家Michael Levin說：“通常情況下，成年爪蛙只能重新長出一根沒有生物特征的細長軟骨刺，我們的手術就是激活它們從未出現過的再生反應，從而形成更大、更具結構特征的附體。這種生物反應器裝置引發非常復雜的肢體再生，是生物工程師無法直接微處理實現的?！?科學家使用硅材料3D打印這種生物反應器，在里面填充水凝膠。他們在水凝膠中加入促進愈合和再生的蛋白質，然后加入黃體酮。黃體酮已被證實可以促進神經、血管和骨組織修復。
研究人員將這些爪蛙分成了3組：實驗組、控制組和對照組。在控制組和對照組中，當爪蛙被截肢后，立即對它們縫合了生物反應器。而在實驗組爪蛙中，不僅縫合了生物反應器，還要求生物反應器將黃體酮釋放到截肢部位。24小時之后，所有爪蛙都被移除了生物反應器。
他們在9.5個月的時間里不同時間段，實驗組爪蛙的生物反應器似乎引發了某種程度的肢體再生，但在其他兩組中未觀察到該現象。
Michael Levin說：“生物反應器將對截肢傷口創建一個支持性環境，身體組織可以像胚胎階段那樣生長發育。非常短暫的生物反應器應用，載荷物質將引發幾個月的組織和結構生長。”
此外，不同于控制組和對比組，接受生物反應器治療的實驗組爪蛙的再生肢體更結實，骨骼更發達，神經和血管組織分布更廣泛。通過分析水池中爪蛙的視頻，他們注意到再生肢體爪蛙游動狀況更接近正常未截肢爪蛙。
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化學反應工程第四章均相理想流動反應器
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化學反應工程第四章均相理想流動反應器
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VisualDOC工程應用[2]——化學汽相沉積反應器的優化
化學汽相沉積反應器的優化
采用VisualDOC和CFDRC軟件尋找最優的反應器形狀，使其汽相沉積層盡可能與薄層隔板一致，且盡可能達到預定的厚度
優化后的形狀 H2質量百分比云圖
薄層隔板上的Si沉積曲線
VisualDOC用于優化反應器形狀，以得到更薄的均衡沉積層直至預定目標厚度。
發酵工程工藝及關鍵技術
一、發酵過程的特點
發酵過程和其他化學工業的最大區別在于它是生物體所進行的化學反應。其主要特點如下:
(1)發酵過程一般來說都是在常溫常壓下進行的生物化學反應，反應安全，要求條件也比較簡單。
(2)發酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農副產品為主，只要加入少量的有機氮源和無機氮源就可進行反應。微生物因不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營養?；谶@一特性，可以利用廢水和廢物等作為發酵的原料進行生物資源的改造。
(3)發酵過程是通過生物體的自動調節方式來完成的，反應的專一性強，因而可以得到較為單一的代謝產物。
(4)由于生物體本身所具有的反應機制，能夠專一地和高度選擇地對某些較為復雜的化合物進行特定部位的氧化、還原等化學轉化反應，也可以產生比較復雜的高分子化合物。
(5)發酵過程中對雜菌污染的防治至關重要。除了必須對設備進行嚴格消毒處理和空氣過濾外，反應必須在無菌條件下進行。如果污染了雜菌，生產就會遭到巨大的經濟損失。如果感染了噬菌體，對發酵造成的危害會更大，因而維持無菌條件是發酵成功的關鍵。
(6)微生物菌種是進行發酵的根本因素，通過變異和菌種篩選，可以獲得高產的優良菌株并使生產設備得到充分利用，也因此可以獲得按常規方法難以生產的產品。
(7)工業發酵與其他工業相比，投資少，見效快，并可以取得顯著的經濟效益。
基于以上特點，工業發酵日益引起人們的重視。和傳統的發酵工藝相比，現代發酵工程除了上述的發酵特點之外更有其優越性。如除了使用微生物細胞外，還可以用動植物細胞和酶，也可以用人工構建的“工程菌”來進行反應;反應設備也不只是常規的發酵罐，而是以各種各樣的生物反應器代替，自動化、連續化程度高，使發酵水平在原有基礎上有所提高和創新。
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