空间细胞培养装置设计与流体动力学仿真优化

作者：郭淼; 曹雪; 李越; 赵纪元^*; 冯清娟

来源：仪器仪表学报, 2023, 44(10): 60-70.

DOI：10.19650/j.cnki.cjsi.J2311768

• 细胞培养装置
• 流体动力学仿真
• 流速
• 结构优化

细胞培养装置可用于细胞生物学、空间生物技术和航天医学的研究。设计并制作了一种流加式细胞自动培养装置，可适用于空间、地面微重力环境下的细胞体外自动培养，定期给细胞培养板提供不同试剂定时定量的输入，满足空间细胞培养所要求的小型化、方便组装和高可靠性的要求。整体装置采用模块化的设计方法，利用Solid Works软件分别构建基础组件、试剂供应组件和培养组件三维模型，并使用Solid Works软件中Flow Simulation模块对细胞培养装置与细胞培养板连接的关键部件—针板，进行有限元分析和流体仿真结构优化，观察其内部通道的速度场和压力场，采用圆角替换直角的方法优化通道。仿真结果表明，该装置切实可行，能满足细胞培养装置所需条件，优化后的针板通道内流体稳定性更强，流速及压力分布更均匀。在地面环境中，优化后的针板在低、中、高流速下，流体在横向通道内的速度均匀度分别提升了95%、96%、94%,在纵向通道内的速度均匀度分别提升了68%、70%、72%。实验结果表明，流体在优化后针板通道出口流量更接近入口处泵的设定输出流量，设计的装置可用于空间生物技术研究。

• 单位
  北京信息科技大学; 自动化学院