Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2018 номер 2

Для решения задачи регенерации костной ткани перспективной является технология, использующая для замещения поврежденных тканей собственные клетки пациента, размещенные в трехмерном каркасе - скаффолде. Для разработки данной методики был сконструирован новый биологический реактор ротационного типа, в котором полотно скаффолда вращается в среде для выращивания клеток. Был построен вычислительный алгоритм на основе программы ANSYS, позволяющий оценивать в новом биореакторе уровень механической нагрузки на клетки, влияющей на их свойства. Алгоритм позволяет рассчитывать значения касательного напряжения и статического давления, действующих на поверхности скаффолда. Расчеты показали, что в предложенном ротационном биореакторе достигается необходимое касательное напряжение на внешней поверхности внутреннего цилиндра (0,002-0,1 Па) в диапазоне частот вращения 0,083 < f < 0,233 Гц. В то же время результаты вычислений выявили наличие неоднородности в распределении механического воздействия вдоль полотна скаффолда, связанной с появлением в зазоре цилиндров двух вихрей Тейлора с противоположными направлениями вращения. Эксперименты по визуализации поля течения внутри ротационного биологического реактора показали качественное соответствие характера течения результатам численного расчета. Предложенный вычислительный алгоритм может с достаточной точностью моделировать течение жидкости в реальной системе. Полученные зависимости можно использовать на практике для создания оптимального микроокружения выращиваемых в биологическом реакторе клеток.