Menskalakan bioreaktor untuk produksi daging budidaya adalah kompleks, terutama ketika mengelola tekanan geser, sebuah gaya mekanis yang dapat merusak sel mamalia selama peningkatan skala. Tidak seperti sel mikroba, sel mamalia rapuh dan sensitif terhadap turbulensi dan gaya aerasi. Ketika tekanan geser melebihi 3 Pa, sel dapat pecah, mengurangi viabilitas dan produktivitas.
Untuk mengatasi tantangan ini, insinyur mengandalkan Computational Fluid Dynamics (CFD) dan model skala-bawah untuk memprediksi dan mengelola tekanan geser sebelum produksi skala penuh. CFD menganalisis pola aliran, zona geser, dan efisiensi pencampuran dalam bioreaktor, sementara model skala-bawah memvalidasi prediksi ini secara eksperimental, meminimalkan risiko selama peningkatan skala.
Poin Penting:
- Batas Tekanan Geser: Sel mamalia mentoleransi hingga 3 Pa; melebihi ini merusak sel.
- Alat CFD: Metode canggih seperti Large Eddy Simulations (LES) dan simulasi Lattice-Boltzmann (LB-LES) memungkinkan pemodelan aliran dan turbulensi yang presisi.
- Model Skala-Kecil: Ini mereplikasi kondisi bioreaktor besar dalam pengaturan yang lebih kecil untuk memvalidasi prediksi CFD.
-
Pertimbangan Desain:
- Gunakan impeller bilah miring untuk geseran yang lebih rendah.
- Pertahankan panjang eddy Kolmogorov di atas 20 μm untuk mencegah kerusakan sel.
- Jaga kecepatan ujung impeller di bawah 1,5 m/s.
Dengan menggabungkan wawasan CFD dengan validasi eksperimental, tim dapat mengoptimalkan desain bioreaktor untuk produksi daging budidaya, memastikan kelangsungan hidup sel dan skala yang efisien.
CFD Compass | Praktik Terbaik untuk CFD Bioreaktor
Menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk Memodelkan Tegangan Geser
Pendekatan CFD dan Parameter Kunci untuk Berbagai Jenis Bioreaktor dalam Produksi Daging Budidaya
Simulasi CFD memberikan insinyur alat untuk memetakan dinamika fluida dan gaya geser dalam bioreaktor sebelum mereka dibangun secara fisik. Alih-alih mengandalkan metode coba-coba pada skala produksi, CFD membantu memprediksi faktor kritis seperti zona geser tinggi, pusaran turbulen, dan kelangsungan hidup sel di bagian tertentu dari wadah. Ini sangat penting dalam produksi daging budidaya, di mana skala bioreaktor pada akhirnya dapat mencapai 200.000 liter - jauh lebih besar daripada wadah biofarmasi tradisional [8]. Wawasan prediktif ini membimbing eksperimen skala turun dan mempengaruhi pemilihan peralatan.
Perkembangan teknik komputasi telah luar biasa. Sementara model Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS), seperti k-ε, tetap banyak digunakan di industri, metode canggih seperti Large Eddy Simulations (LES) dan simulasi Lattice-Boltzmann berbasis GPU (LB-LES) mendorong batasan. Menurut Profesor Miroslav Soos dari University of Chemistry and Technology Prague, LB-LES berbasis GPU dapat menyelesaikan model “100 hingga 1.000 kali lebih cepat daripada pemecah metode volume hingga yang umum digunakan” [2]. Keunggulan kecepatan ini memungkinkan insinyur untuk mensimulasikan kapal besar dengan presisi yang diperlukan untuk mendeteksi pusaran yang merusak sel.
Contoh praktis dari kemampuan CFD datang dari peneliti di Regeneron Ireland DAC dan Thermo Fisher Scientific. Mereka berhasil meningkatkan proses kultur sel dari bioreaktor 2.000 liter ke bioreaktor sekali pakai 5.000 liter yang berbeda secara geometris.Alih-alih mengandalkan heuristik empiris, mereka menggunakan CFD untuk menganalisis parameter seperti laju perpindahan massa, waktu pencampuran, dan laju geser. Pendekatan ini memungkinkan peningkatan skala yang berhasil pada percobaan pertama, menghindari kegagalan mahal yang sering dikaitkan dengan skala berbasis rasio daya-per-volume [5].
Menyiapkan CFD untuk Bioreaktor Tangki Berpengaduk
Untuk menyiapkan CFD untuk bioreaktor tangki berpengaduk, mulai dengan mendefinisikan geometri wadah - ini termasuk dimensi tangki, desain impeler (e.g., Rushton atau pitched-blade), dan penempatan baffle. Memilih model turbulensi yang tepat sangat penting: model k-ε yang dapat direalisasikan bekerja dengan baik untuk sistem gas-cair, sementara LB-LES menawarkan resolusi lebih tinggi untuk mengidentifikasi tekanan puncak yang dapat merusak sel. Studi konvergensi grid memastikan bahwa hasil tidak bergantung pada ukuran mesh.
Kondisi batas harus mencerminkan parameter operasi dunia nyata, seperti kecepatan impeller, tingkat gas sparging, densitas fluida, dan viskositas. Untuk aplikasi daging budidaya, model drag gelembung konservatif sering digunakan untuk memperkirakan tegangan geser [8]. Sistem harus beroperasi dalam rezim turbulen penuh, dengan angka Reynolds melebihi 10.000 untuk memastikan bahwa angka daya tetap konsisten terlepas dari kecepatan impeller [1].
Prediksi CFD untuk transfer oksigen, waktu pencampuran, dan stres hidrodinamik harus selaras dengan data eksperimental yang dikumpulkan menggunakan mikro-probe sensitif geser atau agregat nanopartikel [2]. Misalnya, model transfer massa matematis memandu peningkatan skala langsung dari proses kultur sel CHO dari unit bench-top 2 liter ke bioreaktor industri 1.500 liter di Sartorius.Dengan menggunakan CFD untuk memprediksi permintaan oksigen dan penghilangan CO₂, tim mempertahankan atribut kualitas produk yang konsisten - seperti N-glikan dan varian muatan - di berbagai skala [6].
CFD untuk Jenis Bioreaktor Lainnya
Sementara tangki berpengaduk mendominasi kultur sel industri, desain bioreaktor lainnya memerlukan pendekatan CFD yang disesuaikan. Misalnya, bioreaktor goyang atau gelombang mengandalkan metode Volume of Fluid (VOF) untuk mensimulasikan antarmuka gas-cair, karena gerakan gelombang mendorong tegangan geser dalam sistem ini. Desain ini menciptakan lingkungan geser yang jauh lebih lembut - tegangan maksimum sekitar 0,01 Pa dibandingkan dengan tangki berpengaduk - tetapi skalabilitasnya terbatas untuk produksi daging budidaya skala besar [4].
Bioreaktor serat berongga, di sisi lain, menggunakan model media berpori berdasarkan persamaan Brinkman untuk mensimulasikan difusi nutrisi dan hambatan aliran melalui membran.Sistem fluidisasi memerlukan model Euler-Lagrange untuk menangkap interaksi partikel-cairan dan ekspansi bed, sementara bioreaktor airlift menggunakan metode Euler-Euler untuk menganalisis turbulensi yang disebabkan oleh gelembung dan penahanan gas [4]. Setiap desain memiliki tantangan unik: bed fluidisasi harus menyeimbangkan distribusi mikrokarior terhadap paparan geser, sementara sistem airlift perlu mengelola stres yang disebabkan oleh pecahnya gelembung, penyebab utama kematian sel dalam bioreaktor yang disemprot [1] [7].
Memahami pendekatan CFD ini sangat penting untuk mengendalikan stres geser di berbagai desain bioreaktor yang digunakan dalam produksi daging budidaya.
| Jenis Bioreaktor | Pendekatan CFD | Pertimbangan Utama |
|---|---|---|
| Tanki Berpengaduk | RANS (SST), LES, LB-LES | Disipasi energi di zona impeller (εMax) |
| Gelombang/Bergoyang | Volume of Fluid (VOF) | Pelacakan antarmuka gas-cair |
| Serat Berongga | Media Berpori (Brinkman) | Aliran nutrisi dan resistensi membran |
| Tempat Tidur Terfluidisasi | Euler-Lagrange | Interaksi antara partikel dan fluida, ekspansi tempat tidur |
| Airlift | Euler-Euler | Turbulensi dari gelembung dan penahanan gas |
Metode CFD yang beragam ini menyoroti kebutuhan akan strategi yang disesuaikan, yang memainkan peran penting dalam pemilihan peralatan dan manajemen tegangan geser.
Model Skala-Down dan Validasi Eksperimental
Sementara Computational Fluid Dynamics (CFD) memberikan prediksi yang berharga, ini tidak dapat menggantikan kebutuhan untuk pengujian dunia nyata saat meningkatkan proses. Validasi eksperimental memainkan peran penting dalam memastikan bahwa model komputasi secara akurat mewakili kondisi tegangan geser dunia nyata. Di sinilah model skala-down berperan, meniru lingkungan hidrodinamik dari bioreaktor produksi besar dalam sistem yang lebih kecil dan lebih mudah dikelola. Dengan melakukan hal ini, mereka mengurangi risiko kesalahan yang mahal saat beralih dari operasi skala kecil ke skala industri. Langkah ini tidak hanya mengonfirmasi prediksi CFD tetapi juga memastikan proses peningkatan skala yang lebih andal dan efektif.
Membuat Model Skala-Down
Merancang model skala-down dimulai dengan mempertahankan kesamaan geometris.Ini berarti menjaga rasio aspek yang sama antara komponen utama, seperti tinggi kapal terhadap diameter dan diameter impeller terhadap diameter tangki [11]. Setelah geometri diselaraskan, insinyur memilih kriteria penskalaan. Pilihan umum termasuk daya per volume (P/V), kecepatan ujung impeller, atau laju disipasi energi (EDR). Namun, berfokus pada EDR lokal daripada rata-rata P/V memberikan pemahaman yang lebih baik tentang heterogenitas geser, yang penting untuk pemodelan yang akurat.
Pendekatan yang lebih maju melibatkan simulator multi-kompartemen. Misalnya, pada Februari 2021, Emmanuel Anane dan timnya mengembangkan simulator skala turun dua kompartemen yang menggabungkan reaktor tangki berpengaduk (STR) dan reaktor aliran sumbat (PFR). Model ini digunakan untuk mempelajari bagaimana sel CHO merespons gradien oksigen terlarut. Penelitian mereka mengungkapkan ambang waktu tinggal kritis selama 90 detik.Di luar titik ini, sel CHO menunjukkan penurunan 15% dalam kepadatan sel yang hidup dan peningkatan akumulasi laktat [10]. Temuan ini menawarkan tolok ukur yang jelas untuk merancang bioreaktor industri yang mempertahankan viabilitas sel.
Untuk melindungi pertumbuhan sel, insinyur sering kali berusaha menjaga kecepatan ujung impeller di bawah 1,5 m/s [1]. Selain itu, panjang mikroeddy Kolmogorov - ukuran turbulensi - harus melebihi ukuran sel, biasanya 20 μm atau lebih untuk sel mamalia, untuk menghindari kerusakan hidrodinamik [1][3]. Sebagai contoh, pada input energi 0,1 W/kg dalam kultur sel hewan, eddy terkecil sekitar 60 μm, memberikan buffer yang aman [3].
Memvalidasi Prediksi CFD Melalui Eksperimen
Setelah model skala-down diterapkan, metode eksperimental sangat penting untuk memvalidasi parameter yang diperoleh dari CFD. Particle Image Velocimetry (PIV) adalah teknik yang banyak digunakan untuk tujuan ini. Dengan melacak partikel dalam fluida, PIV membantu mengonfirmasi apakah pola aliran dan medan kecepatan dalam model skala-down sesuai dengan prediksi CFD [12][4].
Metode injeksi pelacak dan dekolorisasi juga digunakan untuk memvalidasi waktu pencampuran. Dalam proses ini, pelacak seperti asam, basa, atau larutan garam diperkenalkan di dekat impeller, dan distribusinya dipantau hingga mencapai 95% homogenitas [12][3]. Untuk bioreaktor sel mamalia skala besar (5.000 L hingga 20.000 L), waktu pencampuran biasanya berkisar antara 80 hingga 180 detik [10].
Pada bulan Maret 2020, James Scully dan timnya di Regeneron Ireland DAC berhasil meningkatkan proses kultur sel dari bioreaktor 2.000 L ke bioreaktor sekali pakai 5.000 L dengan geometri yang berbeda. Mereka mengandalkan CFD untuk memprediksi parameter kunci seperti laju perpindahan massa, waktu pencampuran, dan laju geser. Prediksi ini kemudian divalidasi melalui eksperimen fase tunggal dan multiphase, memungkinkan upaya pertama yang berhasil dalam meningkatkan skala tanpa perlu uji coba skala besar [5].
"Simulasi CFD semakin banyak digunakan untuk melengkapi investigasi rekayasa proses klasik di laboratorium dengan hasil yang terpecahkan secara spasial dan temporal, atau bahkan menggantikannya ketika investigasi laboratorium tidak memungkinkan." - Stefan Seidel, School of Life Sciences, ZHAW [12]
Teknik validasi tambahan termasuk pengukuran torsi untuk mengonfirmasi input daya spesifik (P/V) dan angka daya tak berdimensi pada kecepatan pengaduk tertentu [12][3]. Tingkat transfer oksigen diverifikasi menggunakan metode seperti teknik gassing-out atau sulfit, yang menentukan koefisien transfer massa oksigen volumetrik (kLa) [12][7]. Untuk sistem yang menggunakan mikrokorier, metode atenuasi cahaya atau berbasis kamera digunakan untuk menemukan kecepatan minimum yang dibutuhkan untuk menangguhkan semua partikel, memastikan bahwa prediksi CFD distribusi fase padat akurat [12][4].
sbb-itb-ffee270
Faktor yang Mempengaruhi Tegangan Geser dalam Bioreaktor
Untuk melindungi kelangsungan hidup sel selama peningkatan skala, memahami faktor fisik yang mempengaruhi tegangan geser sangat penting. Prediksi Computational Fluid Dynamics (CFD) dan validasi skala turun mengungkapkan bahwa tingkat disipasi energi (EDR) memainkan peran kunci. EDR mengukur bagaimana energi kinetik impeller diubah menjadi panas, yang mengarah pada distribusi energi yang tidak merata. Sebagai contoh, dalam impeller bilah miring, energi cenderung terkonsentrasi di sekitar impeller, menciptakan zona geser tinggi yang dapat merusak sel jika tidak dikelola dengan baik.
Desain Impeller dan Masukan Daya
Jenis impeller yang digunakan secara signifikan mempengaruhi pola aliran dan intensitas geser. Turbin Rushton, misalnya, menghasilkan aliran radial dan geser tinggi, menjadikannya ideal untuk fermentasi mikroba tetapi kurang cocok untuk sel mamalia yang sensitif terhadap geser.Di sisi lain, impeller berbilah miring menciptakan aliran aksial dengan geseran lebih rendah dan efisiensi pemompaan yang lebih baik pada input daya yang sama. Ini menjadikannya pilihan yang disukai untuk aplikasi seperti produksi daging budidaya, di mana kelangsungan hidup sel adalah prioritas.
| Jenis Impeller | Pola Aliran | Angka Daya (Nₚ) | Tingkat Geseran | Aplikasi Utama |
|---|---|---|---|---|
| Turbin Rushton | Radial | ~5.0 | Tinggi | Fermentasi mikroba; dispersi gas[3] |
| Berbilah Miring | Aksial | ~1.0 | Rendah hingga Sedang | Kultur sel mamalia; suspensi padatan [3] |
Strategi penskalaan sering kali bergantung pada pemeliharaan input daya per volume (P/V) yang konstan. Namun, seiring dengan bertambahnya ukuran reaktor, ini dapat menyebabkan kecepatan ujung impeller yang lebih tinggi. Untuk sel mamalia, kecepatan ujung harus tetap di bawah 1.5 m/s untuk menghindari masalah pertumbuhan [1]. Dalam reaktor skala besar, sparging dapat memperkenalkan stres hidrodinamik yang lebih besar daripada impeller, terutama dalam bejana yang melebihi 20 m³ [9]. Faktor-faktor ini sangat terkait dengan turbulensi, yang dibahas lebih lanjut dalam diskusi skala Kolmogorov.
Skala Kolmogorov dan Pemodelan Turbulensi
Skala Kolmogorov (λ) mendefinisikan ukuran pusaran turbulen terkecil di mana energi terdisipasi sebagai panas.Jika pusaran ini lebih kecil dari diameter sel, kerusakan mekanis menjadi perhatian. Untuk sel mamalia, yang biasanya berukuran 15–20 μm, panjang pusaran harus melebihi 20 μm untuk menghindari kerusakan [1][3]. Misalnya, pada input energi 0.1 W/kg, diameter pusaran Kolmogorov sekitar 60 μm, memberikan buffer yang aman [3].
"Jika entitas biologis (e.g., sel mamalia) lebih kecil dari λ [skala Kolmogorov] dalam bioreaktor, maka kerusakan geser pada entitas tersebut tidak akan terjadi." - Muhammad Arshad Chaudhry [3]
Pada bulan Agustus 2024, peneliti dari Boehringer Ingelheim Pharma dan University of Chemistry and Technology Prague menggunakan Simulasi Pusaran Besar Lattice-Boltzmann (LB-LES) untuk memvalidasi prediksi CFD dalam bioreaktor industri 12.500 L.Dengan menggunakan agregat nanopartikel yang sensitif terhadap geseran, mereka mengukur stres hidrodinamik maksimum dan menunjukkan bahwa LB-LES dapat menyelesaikan skala turbulen 100–1.000 kali lebih cepat daripada metode tradisional [2]. Temuan ini sangat penting dalam mengembangkan strategi untuk meminimalkan stres geseran.
Mengurangi Stres Geseran Menggunakan Data Pemodelan
Pemodelan CFD memungkinkan insinyur untuk mengidentifikasi zona geseran tinggi dan menyesuaikan kondisi operasi sesuai. Salah satu pendekatan efektif adalah dengan memperkenalkan substrat, basa pH, atau antifoam di dekat zona impeller daripada di permukaan cairan. Ini memastikan distribusi cepat dan meminimalkan gradien konsentrasi lokal [3]. Dalam produksi daging yang dibudidayakan, geseran berlebihan dapat melepaskan sel dari mikrokari, sementara agitasi yang tidak memadai menyebabkan pengendapan mikrokari dan ketidakseimbangan nutrisi [9].
Aditif pelindung seperti Pluronic F-68 (Poloxamer 188) umumnya digunakan untuk melindungi sel dari gaya geser, terutama yang disebabkan oleh pecahnya gelembung di permukaan cairan - penyebab utama kematian sel dalam bioreaktor [1]. Dengan surfaktan ini, input energi setinggi 100.000 W/m³ telah dilaporkan tanpa efek mematikan [1]. Selain itu, menjaga kecepatan masuk gas pada orifice sparger di bawah 30 m/s membantu mengurangi kerugian produktivitas dan kematian sel [1].
Menemukan Peralatan untuk Skala Bioreaktor
Bagaimana Cellbase Mendukung Pengadaan Bioreaktor
Meningkatkan skala bioreaktor untuk produksi daging budidaya memiliki tantangan tersendiri. Di sinilah
Ketika menggunakan
Skalabilitas yang sukses dari bioreaktor yang digunakan dalam industri biofarmasi memainkan peran besar dalam kualitas dan waktu pemasaran produk-produk ini [5].
Dengan memanfaatkan data yang didukung CFD, tim dapat merampingkan pemilihan peralatan dan meminimalkan kebutuhan untuk uji coba berulang [5]. Wawasan ini sangat penting untuk memilih bioreaktor yang dirancang dengan manajemen tegangan geser yang optimal.
Memilih Peralatan untuk Kontrol Tegangan Geser
Untuk mengontrol tegangan geser secara efektif, spesifikasi peralatan tertentu sangat penting. Geometri impeller adalah faktor kunci. Misalnya, impeller bilah miring menghasilkan aliran aksial dengan angka daya (Np) sekitar 1.0, sedangkan turbin Rushton memiliki Np yang jauh lebih tinggi sekitar 5.0.Ini berarti bahwa desain bilah miring menghasilkan daya yang jauh lebih sedikit dan, oleh karena itu, geseran yang lebih sedikit pada kecepatan rotasi yang sama [3]. Untuk aplikasi yang melibatkan sel mamalia yang digunakan dalam daging budidaya, menjaga kecepatan ujung impeller di bawah 1,5 m/s sangat penting untuk menghindari kerusakan sel [1].
Konfigurasi sparger adalah pertimbangan penting lainnya. Untuk mencegah geseran berlebihan, peralatan harus memastikan bahwa kecepatan masuk gas pada orifice sparger tetap di bawah 30 m/s, dan angka Reynolds orifice tetap di bawah 2.000. Melebihi ambang batas ini dapat menyebabkan "regime jetting", di mana gelembung menyebar tidak merata dan menciptakan zona geseran lokal [1]. Sparger lubang bor atau pipa terbuka lebih cocok untuk sel yang sensitif terhadap geseran dibandingkan dengan mikrosparger. Selain itu, peralatan harus mendukung kompatibilitas skala turun. Pemasok yang menawarkan model bench-top (e.g., 3 L systems) yang secara geometris mirip dengan sistem skala besar (2.000 L atau lebih) memungkinkan tim untuk memvalidasi prediksi CFD pada skala yang lebih kecil sebelum beralih ke produksi skala penuh [1][2].
Kesimpulan
Skalabilitas bioreaktor untuk produksi daging budidaya memerlukan peralihan dari metode coba-coba tradisional dan mengadopsi strategi berbasis model untuk mengatasi perbedaan gesekan lokal. Computational Fluid Dynamics (CFD) telah menjadi alat kunci dalam proses ini, memungkinkan insinyur untuk memprediksi lingkungan hidrodinamik dan memvisualisasikan zona gesekan di luar rasio daya per volume sederhana [1]. Dengan mematuhi parameter kritis - seperti menjaga panjang eddy Kolmogorov di atas 20 μm dan kecepatan ujung impeller di bawah 1,5 m/s - insinyur dapat melindungi sel mamalia dari kerusakan gesekan sambil memastikan pencampuran dan transfer oksigen yang tepat [1].
Metode komputasi canggih, seperti Large Eddy Simulation (LES) dan teknik Lattice-Boltzmann, telah menunjukkan efektivitasnya dalam meningkatkan skala proses. Misalnya, pada bulan Maret 2020, Regeneron Ireland DAC berhasil meningkatkan skala proses kultur sel dari bioreaktor 2.000 L ke sistem sekali pakai 5.000 L yang berbeda secara geometris pada percobaan pertama. Ini dicapai dengan menggunakan prediksi CFD multiparameter, menghilangkan kebutuhan untuk uji coba fisik yang ekstensif [5]. Strategi "pertama kali benar" ini tidak hanya mengurangi risiko kontaminasi tetapi juga memperpendek waktu ke pasar - yang penting untuk sektor daging budidaya.
Metode validasi eksperimental, seperti Particle Image Velocimetry (PIV), lebih lanjut mengonfirmasi akurasi model CFD [2]. Model yang telah divalidasi ini sekarang memainkan peran penting dalam keputusan pengadaan.Perusahaan seperti
FAQ
Bagaimana Computational Fluid Dynamics (CFD) mendukung peningkatan skala bioreaktor untuk produksi daging budidaya?
Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah pengubah permainan ketika datang ke peningkatan skala bioreaktor untuk daging budidaya. Ini memberikan pemahaman mendalam tentang dynamics aliran, tegangan geser, efisiensi pencampuran, dan tingkat transfer massa - semua faktor penting untuk menciptakan lingkungan ideal untuk pertumbuhan sel.
Dengan CFD, insinyur dapat mengoptimalkan elemen penting seperti desain impeller, kecepatan agitasi, dan gas sparging. Ini memastikan bahwa bioreaktor beroperasi dalam kondisi terbaik, melindungi kesehatan sel dan produktivitas.
Lebih dari itu, CFD memungkinkan peralihan dari pengaturan laboratorium kecil ke bioreaktor skala industri besar tanpa mengorbankan efisiensi atau konsistensi. Ini berarti produksi daging budidaya dapat ditingkatkan dengan lancar sambil mempertahankan standar tinggi.
Apa yang membuat Large Eddy Simulations (LES) lebih baik daripada metode tradisional untuk pemodelan bioreaktor?
Large Eddy Simulations (LES) memberikan pandangan yang lebih dalam dan lebih tepat ke dalam aliran turbulen dalam bioreaktor dibandingkan dengan metode tradisional seperti Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS).Dengan memfokuskan pada pusaran skala besar dan memodelkan hanya gerakan disipatif terkecil, LES dapat mengidentifikasi titik-titik kritis tegangan geser, seperti zona geser tinggi yang disebabkan oleh pusaran, yang mungkin terlewatkan. Tingkat detail ini memainkan peran penting dalam mengurangi kerusakan sel dan memastikan keandalan yang lebih besar saat meningkatkan produksi daging budidaya.
Tidak seperti metode yang sangat bergantung pada korelasi empiris, LES menawarkan kemampuan prediktif yang lebih kuat saat beralih dari bioreaktor skala laboratorium ke skala industri. Kemajuan dalam teknik komputasi juga membuat LES lebih mudah diakses, memungkinkan simulasi terperinci tanpa memerlukan sumber daya komputasi yang mahal. Bagi bisnis yang bertujuan untuk mengintegrasikan desain berbasis LES,
Mengapa penting untuk menjaga panjang eddy Kolmogorov di atas 20 µm untuk kelangsungan hidup sel mamalia?
Menjaga panjang eddy Kolmogorov di atas sekitar 20 µm sangat penting untuk melindungi sel mamalia selama operasi bioreaktor. Ketika eddy turbulen ini menyusut di bawah ukuran sel, mereka dapat mengekspos sel pada tekanan geser yang berlebihan, yang berisiko merusak membran mereka dan menurunkan kelangsungan hidup sel.
Menjaga struktur turbulen terkecil lebih besar dari sel membantu mengurangi kemungkinan kerusakan mekanis. Ini tidak hanya mempromosikan kultur sel yang lebih sehat tetapi juga meningkatkan kinerja keseluruhan bioreaktor. Pertimbangan ini menjadi lebih penting selama peningkatan skala bioreaktor, di mana memastikan kondisi tekanan geser yang konsisten menjadi lebih sulit.
