In vitro 상에서 골조직을 원활하게 재생하기 위해서는 3차원 지지체를 이용한 세포 배양과 세포 배양 시 세포의 형태와 기능을 유지/향상시키기 위한 인체 내 미세 환경 재현은 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 뼈 성분과 유사한 생체 활성 물질인 hydroxyapatite (HA)와 생분해성 고분자인 poly $\varepsilon$-caprolactone (PCL)를 복합재료로 이용하여 내부 연결성이 우수한 골조직 재생용 3차원 지지체를 제작하였으며, 골 재생 능력 향상을 위하여 인체내 골조직의 기계적 미세 환경을 체외에서 구현한 새로운 형태의 perfusion bioreactor system을 개발/적용하였다. 또한 본 연구에서 개발된 perfusion bioreactor system의 생물학적 평가를 위해 MG63 (osteoblast like cell, 한국 세포주 은행)과 New Zealand White Rabbit에서 분리한 중간엽 줄기세포를 골조직 재생용 3차원 지지체에 파종하였다. 48시간 동안 안정화 후 perfusion bioreactor system을 이용하여 기계적 자극을 파종된 세포에 인가하였으며, 배양 기간 동안 세포의 증식 확인 및 형태학적 관찰을 실시하였다. 본 연구 결과, perfusion bioreactor system을 이용하여 기계적 자극을 인가한 실험군에서 세포의 증식 및 활성도가 대조군에 비해 우수함을 확인 할 수 있었다. 따라서, perfusion bioreactor를 이용한 세포 배양은 세포의 활성 향상 및 골조직 재생에 도움이 될 것으로 사료된다. 차후 perfusion bioreactor를 이용한 다양한 패턴의 자극이 골재생 능력 및 중간엽 줄기세포의 골 분화능에 미치는 영향에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
식물세포배양을 위한 bioreactor의 운전조건 최적화를 위해 Nicotiana tabacum 현탁세포를 model system으로 bioreator의 종류, 교반기의 형태, 그리고 통기량에 따른 세포생장을 관찰하였다. Bioreactor로는 stirred tank bioreactor과 airlift bioreactor를 사용하였으며 두가지 배양기 모두 flask에서의 생장보다 낮은 생장을 보였으며 stirred tank bioreactor보다는 airlift bioreator에서 높은 세포농도를 얻을 수 있었다. 교반기의 종류에 따른 세포의 생장은 큰 차이가 없었으나 hollowed paddle impeller를 사용하였을 경우에는 배양기간 동안 세포의 크기가 작게 유지되었다. 통기량을 0.30 vvm으로 유지하는 경우에 가장 좋은 세포생장을 관찰할 수 있었으며 1.0 vvm이상의 통기량에서는 과도한 foam의 형성과 세포의 갈색화 현상을 보이며 세포의 생장도 저해되었다. 또한 통기량이 증가할수록 세포크기지수가 감소하는 결과를 보였다.
A novel, continuous bioreactor system combining a bubble column (absorption section) and a two-phase bioreactor (degradation section) has been designed to treat a gas stream containing benzene. The bubble column contained hexadecane as an absorbent for benzene, and was systemically chosen considering physical, biological, environmental, operational and economic factors. This solvent has infinite solubility for benzene and very low volatility. After absorbing benzene in the bubble column, the hexadecane served as the organic phase of the two-phase partitioning bioreactor, transferring benzene into the aqueous phase where it was degraded by Alcaligenes xylosoxidans Y234. The hexadecane was then continuously recirculated back to the absorber section for the removal of additional benzene. All mass transfer and biodegradation characteristics in this system were investigated prior to operation of the integrated unit, and these included: the mass transfer rate of benzene in the absorption column, the mass transfer rate of benzene from the organic phase into the aqueous phase in the two-phase bioreactor, the stripping rate of benzene out of the two-phase bioreactor, etc. All of these parameters were incorporated into model equations, which were used to investigate the effects of operating conditions on the performance of the system. Several experiments were conducted to show the feasibility of this system. This process is believed to be very practical for the treatment of high concentrations of gaseous pollutants.
Jo, Man-Hyun;Ham, In-Ki;Lee, Mi-Ae;Lee, Eun-Mo;Song, Nam-Hyun;Woo, In-Shik
Plant Resources
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제3권3호
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pp.219-222
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2000
For the purpose of establishing an efficient propagation through airlift bioreactor system of Zingiber of officinale Rosc. Korean native Seosanjong, the effect of different factors and bioreactor on cultured plantlets were investigated. The highest number of plantlets, fresh weight per plant was obtained from explants when cultured in MS liquid medium including 0.3 mg/L NAA and 2.0 mg/L kinetin for 40 days. A 10 L bottle type bubble bioreactor, compared with 250 mL Erlenmeyer flask, was more efficient, producing 4.7 plantlets or from 1.5 to 1.6 times more than did the Erlenmeyer flask. The results demonstrate the rapid mass propagation of airlift bioreactor to produce normal ginger.
수소-이산화탄소(5:1) 혼합가스 순환장치를 장착한 반응기를 이용하여 독립영양형 메탄생산세균을 농화하였으며, 생산된 메탄의 농도는 10%미만이었다. 30일 이상 농화배양한 후 16S-rDNA 동질성을 이용하여 반응기에서 생장하고 있는 세균을 분석한 결과 수소를 단일 에너지 원으로 이용하는 Methanobacterium curvum와 Methanobacterium oryzae로 확인되었다. 농화된 세균을 hollow-fiber수소 공급장치를 장착한 반응기에 배양하여 메탄의 농도를 30%까지 향상하였다. 그러나 농화된 세균을 hollow-fiber 수소 공급장치와 미량의 수소를 생산하고 전기화학적 환원성 환경을 유도할 수 있는 장치를 장착한 복합형 반응기에 적용한 결과 메탄의 생산성은 50%가지 향상하였다. 이러한 결과는 독립영양형 메탄생산세균을 농화 또는 대량 배양하기 위해서 hollow-fiber 수소 공급장치와 전기화학적 환원력을 복합적으로 이용하는 것이 유리하다는 것을 보여주는 것이다.
It is reported that mechanical stimulation takes a role in improving cell growth in skeletal system. And various research groups have showed that developed bioreactor to stimulate cell-seeded and threedimensional scaffold. In this study, we designed a custom-made bioreactor capable of applying controlled compression to cell-seeded agarose gel. This device consisted of a circulation system and compression system. In circular system, culture chamber was sealed for prohibiting contamination and media solution was circulated by pump. In compression system, mechanical stimuli were controlled by LabVIEW software and mechanical transfer system. Cell-encapsulated agarose gels were cultured for up to 7 days. There were significant differences between the number of cells grown in dynamic cell culture and in static cell culture from 3 days to 7 days.
It has been reported that mechanical stimulation takes a role in improving eel/ growth in skeletal system. Various research groups have been showed their own bioreactors which stimulate cell-seed three-dimensional scaffold. In this study, we hypothesized that the various conditions of mechanical stimulation would affect cell growth and proliferation. To prove our hypothesis, we designed a custom-made bioreactor capable of applying controlled compression to cell-encapsulated scaffolds. This device consisted of a circulation system and a compression system. Each parts of the bioreactor was fabricated using the rapid prototyping technology By using the rapid prototyping technology, we can modify and improve the bioreactor very rapidly For dynamic cell-culture, cell-encapsulated agarose gel was fabricated in 2% concentration. We performed dynamic cell-culture using this agarose gel and developed bioreactor in 3 days.
A bench-scale anoxic membrane bioreactor (MBR) system, consisting of a bioreactor coupled to a ceramic crossflow ultrafiltration module, was evaluated to treat a synthetic wastewater containing alkaline hydrolysis byproducts (hydrolysates) of RDX, The wastewater was formulated the same as RDX hydrolysates, and consisted of acetate, formate, formaldehyde as carbon sources and nitrite, nitrate as electron accepters. The MBR system removed 80 to 90% of these carbon sources, and approximately 90% of the stoichiometric amount of nitrate, 60% of nitrite. The reactor was also operated over a range of transmembrane pressures, temperatures, suspended solids concentration, and organic loading rate in order to maximize treatment efficiency and permeate flux. Increasing transmembrane pressure and temperature did not improve membrane flux significantly. Increasing biomass concentration in the bioreactor decreased the permeate flux significantly. The maximum volumetric organic loading rate was $0.72kg\;COD/m^3/day$, and the maximum F/M ratio was 0.50 kg N/kg MLSS/day and 1.82 kg COD/kg MLSS/day. Membrane permeate was clear and essentially free of bacteria, as indicated by heterotrophic plate count. Permeate flux ranged between 0.15 and $2.0m^3/m^2/day$ and was maintained by routine backwashing every 3 to 4 day. Backwashing with 2% NaOCl solution every fourth or fifth backwashing cycle was able to restore membrane flux to its original value.
This study focused on the production of high quality compost for the growth of aero-thermophilic fungi, which has a promoting effect on the growth rate and production of oyster mushrooms. The automated solid-state bioreactor system was designed on the basis of a Three-Phase-One system, which controls the serial steps of prewetting, pasteurization and fermentation processes. High numbers of thermophilic fungi and bacteria were recovered from the mushroom composts prepared by this solid-state bioreactor. The rates of composting process were depended on physical as well as chemical factors. Among these factors, the parameters of moisture content and temperature were found to be particularly important. In our automated system, constant levels of moisture content, temperature and ventilation via mixing were provided by a centralized control apparatus including PLC, water tank and water jacket systems. These features induced higher microbiological activity of aero-thermophiles.
Kim, Hak-Kyeong;Nguyen, Tan-Tien;Nam soo Jeong;Kim, Sang-Bong
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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제4권4호
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pp.277-282
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2002
This paper proposes a nonlinear adaptive controller based on back-stepping method for tracking reference substrate concentration by manipulating dilution rate in a continuous baker's yeast cultivating process in stirred tank bioreactor. Control law is obtained from Lyapunov control function to ensure asymptotical stability of the system. The Haldane model for the specific growth rate depending on only substrate concentration is used in this paper. Due to the uncertainty of specific growth rate, it has been modified as a function including the unknown parameter with known bounded values. The substrate concentration in the bioreactor and feed line are measured. The deviation from the reference is observed when the external disturbance such as the change of the feed is introduced to the system. The effectiveness of the proposed controller is shown through simulation results in continuous system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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