Differences of bioreactors for cell culture cultivation by the method of energy supply | Особенности различий биореакторов для культивирования клеточных культур по способу подвода энергии

English. The cultivation of muscle tissue of farm animals in vitro using the necessary equipment, in particular, bioreactors of various types, can become one of the new directions for obtaining animal biomaterials. The research purpose is to study the obtaining of scientifically grounded parameters of the technological process of energy supply to ensure the optimal mode of cultivation of stem and other cells and tissues of farm animals, in particular cattle in bioreactors of various technological types. Theoretical and experimental methods of energy supply when growing cells in vitro with specified cultivation parameters with using mathematical methods are applied. It has been established that fermenters (bioreactors) with different design features differ in the methods of energy supply: it can be supplied to the gas phase, to the liquid phase, or by combined way. The temperature control is carried out by an electric heating plate of 100 W with a solenoid valve, the gas source is air, O2, CO2, N2; the power supply of the control cabinet is 220 V, 50 Hz. The high feed rate of the enriched medium creates an additional mixing effect, although the equalization of component concentrations occurs also due to diffusion. The presence of an external circulation circuit with heat exchangers, the large height of the apparatus and the length of the tubes create significant hydraulic resistances of the circulation circuits at a movement speed of 1-2 m/s of culture fluid in the tubes, which leads to energy losses. Pumping the medium solution from the growth chamber and back increases the cost of electricity consumed by the bioreactor; therefore, it is possible to reduce the pumping rate by increasing the concentration of the enriched medium components.

Russian. Культивирование мышечной ткани с.-х. животных in vitro с помощью необходимого оборудования, в частности, биоректоров различного типа, может стать одним из новых направлений получения биоматериала животных. Цель исследования – изучить получение научно обоснованных параметров технологического процесса подвода энергии для обеспечения оптимального режима культивирования стволовых и иных клеток и тканей с.-х. животных, в частности крупного рогатого скота в биореакторах различного технологического типа. Применены теоретические и экспериментальные приемы подвода энергии при выращивании клеточной массы in vitro с заданными параметрами культивирования с использованием математических методов. Установлено, что ферментеры (биореакторы) с разными конструктивными особенностями различаются по способам подвода к ним энергии: она может подводиться к газовой фазе, к жидкой фазе или комбинированно. Управление температурой осуществляется электрической нагревательной пластиной 100 Вт с электромагнитным клапаном, источник газа – воздух, O2, CO2, N2; электропитание шкафа управления – 220 В, 50 Гц. Высокая скорость подачи обогащенной среды создает дополнительный эффект перемешивания, хотя выравнивание концентраций компонентов происходит и за счет диффузии. Наличие выносного циркуляционного контура с теплообменниками, большая высота аппарата и длина трубок создают существенные гидравлические сопротивления циркуляционных контуров при скорости движения культуральной жидкости в трубках 1-2 м/с, что приводит к энергетическим потерям. Перекачивание раствора среды из камеры роста и обратно увеличивает затраты на электроэнергию, потребляемую биореактором, поэтому возможно уменьшать скорость перекачивания, увеличивая концентрацию компонентов обогащенной среды.