• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
• /
• 제4권1호
• /
• pp.51-58
• /
• 1999

A mathematical model for a three phase fluidized bed bioreactor (TFBBR) was proposed to describe oxygen utilization rate, biomass concentration and the removal efficiency of Chemical Oxygen Demand (COD) in wastewater treatment. The model consisted of the biofilm model to describe the oxygen uptake rate and the hydraulic model to describe flow characteristics to cause the oxygen distribution in the reactor. The biofilm model represented the oxygen uptake rate by individual bioparticle and the hydrodynamics of fluids presented an axial dispersion flow with back mixing in the liquid phase and a plug flow in the gas phase. The difference of setting velocity along the column height due to the distributions of size and number of bioparticle was considered. The proposed model was able to predict the biomass concentration and the dissolved oxygen concentration along the column height. The removal efficiency of COD was calculated based on the oxygen consumption amounts that were obtained from the dissolved oxygen concentration. The predicted oxygen concentration by the proposed model agreed reasonably well with experimental measurement in a TFBBR. The effects of various operating parameters on the oxygen concentration were simulated based on the proposed model. The media size and media density affected the performance of a TFBBR. The dissolved oxygen concentration was significantly affected by the superficial liquid velocity but the removal efficiency of COD was significantly affected by the superficial gas velocity.

• 한국식품과학회지
• /
• 제25권3호
• /
• pp.210-213
• /
• 1993

본 실험의 목적은 공극률과 상향유속의 관계에서 세입자의 유동특성을 고찰하는 데 있다 Column 내경은 유동층의 유속과 공극률과의 관계에 큰 영향을 미치지 못했으며 유속과 공극률과의 관계는 다음과 같다. $\frac{u}{u_t}={\varepsilon}^{3.703}$----모래$\frac{u}{u_t}={\varepsilon}^{3.5665}$----이온 교환수지$\frac{u}{u_t}={\varepsilon}^{4.066}$---GAC 또 유동층 매질입자는 구형을 사용하는 것이 일정유속에서 공극률을 낮게 유지할 수 있어 좋았고 실제로 미생물막 유동층 반응기에서는 미생물막이 매질에 부착되면 비중이 감소하므로 매질의 비중이 높을수록 유동층을 유지하기가 쉽다.

• 한국환경과학회지
• /
• 제3권3호
• /
• pp.263-271
• /
• 1994

A detachment of biofilm was investigated in an inverse fluidized bed biofilm reactor(IFRBR). The biofilm thickness, 5 and the bioparticle density, Pm were decreased by the increase of Reynolds number, Re and the decrease of biomass concentration, h. The correlations were expressed as $\delta$=6l.6+16.33$b_c$-0.004Re and Ppd=0.3+0.027$b_c$- 2.93x$l0^{-5}$ no by multiple linear regression analysis method. Specific substrate removal rate, q was derived by F/M ratio and biofilm thickness as q=0.44.+0.82F/M-5.Ix10$-4^{$\delta$}$. Specific biofilm detachment rate, bds was influenced by FIM ratio and Reynolds number as $b_{ds}$=-0.26+0.26F/M+ 2.17$\times$$10^{-4}$Re. Specific biofilm deachment rate in an IFBBR was higher than that in a FBRR(fluidized bed biofilm reactor) because of the friction between air bubble and the bioparticles.

• Journal of Biosystems Engineering
• /
• 제41권1호
• /
• pp.60-65
• /
• 2016

Purpose: The necessity for precise manipulation of bioparticles has greatly increased in the fields of bioscience, biomedical, and environmental monitoring. Dielectrophoresis (DEP) is considered to be an ideal technique to manipulate bioparticles. The objective of this study is to develop a DEP microfluidic device that can trap fluorescent beads, which mimic bioparticles, at the low voltage and frequency of the sinusoidal signal supplied to the microfluidic device. Methods: A DEP microfluidic device, which is composed of polydimethylsiloxane (PDMS) channels and interdigitated electrode networks, is fabricated to trap fluorescent beads. The geometry of the interdigitated electrodes is determined through computational simulation. To determine the optimum voltage and frequency of the sinusoidal signal supplied to the device, the experiments of trapping beads are conducted at various combinations of voltage and frequency. The performance of the DEP microfluidic device is evaluated by investigating the correlation between fluorescent intensities and bead concentrations. Results: The optimum ratio of the widths between the negative and positive electrodes was 1:4 ($20:80{\mu}m$) at a gap of $20{\mu}m$ between the two electrodes. The DEP electrode networks were fabricated based on this geometry and used for the bead trapping experiments. The optimum voltage and frequency of the supplied signal for trapping fluorescent beads were 15 V and 5 kHz, respectively. The fluorescent intensity of the trapped beads increased linearly as the bead concentration increased. The coefficient of determination ($R^2$) between the fluorescent intensity and the bead concentration was 0.989. Conclusions: It is concluded that the microfluidic device developed in this study is promising for trapping bioparticles, such as a cell or virus, if they are conjugated to beads, and their concentration is quantified.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제13권3호
• /
• pp.273-278
• /
• 1985

새로운 페니실린 발효방법으로서, Penicillin chrysogenum의 포자를 담체의 미세구멍 조직에 흡착시킨 후 배양하여 얻은 균사증식담체를 이용하여 페니실린 발효를 시도하였다. 고정화 담체로써는 Celite가 가장 효율적이었으며, 이때 균사는 담체의 내부에서부터 포자가 발아하여 담체의 표면에서 증식하기 때문에 매우 안정된 biofilm growth를 얻을 수 있었다. 프라스크 배양에서 담체의 양을 5-10% 첨가하였을 때 세포의 증식과 페니실린의 생산이 전통적인 dispersed filamentous growth 에 의한 발효방법보다 현저히 증가되었다. 그러나 두 경우 모두 세포의 활성은 1900 unit/mg-cellㆍhr로 일정하였다. 균사증식 담체를 이용하여 유동층 발효조에서 반연속식으로 발효를 진행시킨 결과 페니실린의 연속생산이 가능함을 발견하였다. 그러나 발효조내에서 biofilm growth시 film두께의 조절과 페니실린 생산성을 일정수준으로 오랫동안 유지시킬 수 있는 방법이 앞으로 연구되어야 할 것으로 판단되었다.

• 한국음향학회지
• /
• 제42권5호
• /
• pp.452-459
• /
• 2023

음파의 힘을 이용하는 음향집게는 나노 단위의 세포외소포에서 밀리미터 단위의 대규모 다세포생 물체까지 다양한 생체 입자를 조작하는 데 사용되는 매우 유용한 도구이다. 해당 분야는 수십년간 점진적인 개발이 이루어지고 있으며, 단일 초음파 빔을 사용하는 단일 빔 음향 집게(Single Beam Acoustic Tweezers, SBAT)기술 또한 세포 및 생물체 정밀 이동 및 분석이 가능한 플랫폼으로 발전했다. 최근 혁신적인 발전으로 SBAT를 이용하여 입자/세포 분리, 단일 세포 변형 기술이 개발되었으며 이로 인해 의공학 분야에서 학문적인 관심을 모으고 있다. 본 종설에서 SBAT기술의 기초 원리와 작동 방법에 대해서 설명하며 그간의 연구를 요약하고 이를 바탕으로 향후 연구에 대해서 전망한다.

• 생명과학회지
• /
• 제27권2호
• /
• pp.217-224
• /
• 2017

Carbon monoxide (CO)는 세포 보호의 기능을 가지는 항산화 효소인 heme oxygenase-1 (HO-1)의 대사산물로 세포성장, 아폽토시스, 염증에 대한 억제 효과를 보이는 것으로 보고가 이어지고 있고, 이에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 CO가 단핵구의 대식세포로의 분화 및 그 활성화 과정에 미치는 영향을 인간 단핵구세포주 THP-1을 이용하여 조사하였다. CO-releasing compound인 CORM-2는 phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)로 자극한 THP-1 세포에서 viability와 증식에는 큰 영향을 주지 않았으나 부착능의 뚜렷한 감소를 보였다. 그리고, CORM-2는 대식세포의 막표면 분화 인자인 CD14, CD11b 및 CD18의 발현과 latex beads를 이용한 포식 기능을 현저히 억제하였다. 다음으로, 배양중인 THP-1 세포를 PMA로 6일 동안 대식세포로 분화시킨 후 inflammatory cytokines의 분비와 포식 기능을 조사하였다. CORM-2의 처리는 lipopolysaccaride (LPS)로 자극한 대식세포로부터 분비되는 IL-6와 $TNF-{\alpha}$의 분비를 감소시켰다. 또한, 분화된 대식세포에 E. coli (K-12 strain) bioparticles를 이용하여 포식 기능을 측정한 결과 CORM-2를 처리한 세포에서는 현저히 감소되는 경향을 보였다. 이를 종합해 볼 때, CO는 항원 인식과 포식 기능에 관여하는 막단백질의 발현을 저해함으로써 단핵구의 분화과정을 억제하였고, 분화된 대식세포의 inflammatory cytokines의 분비 및 포식 기능을 저해함으로써 활성화 과정도 억제하는 것으로 보인다.