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关键词： 絮凝   膜生物反应器   污水   奶牛场   膜污染  

摘要： 我国规模化奶牛场通常采用机械刮/铲粪方式清理粪尿,所产生的粪尿混合物的有机物浓度高,但大部分规模化奶牛场周边农田面积不足,无法就地就近对粪污进行消纳利用,高浓度粪尿混合物的深度处理成为制约奶牛场生存和发展的关键因素。遵循经济、高效的原则,论文以膜生物反应器为核心,探讨絮凝预处理与膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)组合处理工艺的可行性及其中试最佳运行参数,以期为奶牛场污水处理新工艺的工程应用和解决奶牛场废弃物的环境污染问题提供科学依据和技术参考。全文主要结论如下:(1)奶牛场高浓度污水絮凝预处理中试效果研究,首先对聚合氯化铝(Polymeric aluminum chloride,PAC)、聚合硫酸铁(Polymeric ferric sulfate,PFS)和聚合氯化铝铁(Polyaluminum ferric chloride,PAFC)三种无机絮凝剂在不同搅拌时间和和搅拌速度下的运行效果进行比较,通过正交试验优化出无机絮凝的最佳参数条件为:50 g/L PFS按体积比6:100投加(即浓度为3 g/L)、300 r/min快速搅拌30 s后再以200 r/min中速搅拌10 min、之后静置沉淀30 min,当奶牛场污水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、总悬浮固体(Total suspended solids,TSS)和总磷(Total phosphorus,TP)浓度分别为(15 208±2 852)mg/L、(12 675±2 911)mg/L和(133±15)mg/L时,对应的去除率分别为69.8%±2.5%、86.1%±1.4%和76.3%±2.7%;其次,对有机絮凝剂(非离子聚丙烯酰胺(Non-ionic polyacrylamide,NPAM))的投加量进行中试优化,结果显示1g/L的NPAM体积投加比为0.25%(即浓度为2.5 mg/L)、以300 r/min快速搅拌30 s后再以200r/min中速搅拌10 min、之后静置沉淀30 min的处理效果最佳,对污水中COD(19 975±1 277)mg/L、TSS(17 710±1 021)mg/L和TP(255±69)mg/L的去除率分别为68.0%±2.0%、79.7%±8.4%和85.3%±6.9%;最后,结合絮凝效果和运行成本分析,建议奶牛场高浓度污水预处理采用有机絮凝剂,优化运行参数的中试絮凝费用为0.08元/m。(2)通过中试对比研究絮凝预处理对MBR膜污染的影响,采用奶牛场絮凝出水和稀释原水(使其水质与絮凝出水相近)作为MBR进水,对比分析不同进水的膜污染规律及其原因。结果表明,两处理组对污染物的去除率相当;絮凝出水作为MBR进水时膜污染速率较稀释原水降低47%、膜组件的维护性清洗时间间隔由10 d延长至16 d。两处理组MBR膜池混合液粒径值均呈先增大后减小趋势,稀释原水和絮凝出水处理的最大粒径体积百分比分别出现在第16天和第23天;稀释原水处理组的膜池混合液颗粒粒径峰值较分散且16 d后峰值向小粒径方向移动,而处理絮凝出水的峰值粒径相对稳定且峰值粒径对应的最大体积百分比从3.57%增加至5.95%。MBR处理稀释原水的膜池混合液中胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)和溶解性微生物产物(Soluble microbial products,SMP)浓度分别为4.76 g/L和3.94 g/L,而处理絮凝出水时EPS和SMP浓度分别为3.97 g/L和2.23 g/L。稀释原水处理组EPS浓度和SMP浓度均随着颗粒粒径增大而减小,而絮凝出水处理组EPS浓度随着颗粒粒径增大而增大、但SMP浓度与颗粒物粒径之间无相关性。絮凝预处理使膜池混合液的EPS和SMP浓度降低且SMP蛋白质浓度显著降低(P<0.05)、膜池混合液颗粒粒径显著增加(P<0.05),有效减缓了MBR的膜污染。(3)在上述研究基础上,开展了絮凝-MBR组合处理工艺中试效果试验并进一步探讨MBR低成本运行参数。以絮凝出水作为MBR进水,研究不同污泥龄(Sludge retention time,SRT)、水力停留时间(Hydraulic retention time,HRT)和曝气方式(连续曝气方式、3种间歇曝气方式)形成5种工况的运行效果。首先MBR采用连续曝气,优选出SRT为30 d,在此条件下HRT为72 h时该组合工艺处理奶牛场污水COD(19 606±5 715)mg/L、NH-N(910±253)mg/L、TN(1427±409)mg/L和TP(228±81)mg/L的去除率分别为98.5%±0.6%、88.7%±7.0%、89.3%±5.9%和98.7%

关键词： 厌氧膜生物反应器   类死端曝气   反馈控制   低能耗   高峰流量  

摘要： 厌氧膜生物反应器（AnaerobicMembraneBioreactor，AnMBR）是一种将膜分离技术和厌氧生物处理结合的新型高效污水处理技术，具有出水水质稳定、剩余污泥少和可回收能源等优点。然而，与膜污染控制相关的成本投资和能源需求是限制AnMBR广泛应用于市政污水处理的主要挑战。近年来，部分研究采用一种类死端曝气方式（即间歇式出水联合间歇式曝气），被证实能达到和传统连续曝气相似的低膜污染速率。　　本研究在上流式厌氧污泥床反应器（UpflowAnaerobicSludgeBlanket，UASB）配置的AnMBR中，采用类死端曝气耦合跨膜压差（TransmembranePressure，TMP）设定值反馈控制系统，进一步降低膜污染控制的能耗。通过比较不同曝气方式（连续过滤+无气体曝气、连续过滤+连续曝气、类死端曝气、类死端曝气耦合TMP设定值反馈控制），发现采用类死端曝气耦合TMP设定值反馈控制系统能有效控制不可逆结垢的形成，进一步提高出水效率并降低能耗。同时，研究不同通量和不同TMP设定值对膜污染和运行能耗的影响，结果表明AnMBR在类死端耦合TMP设定值反馈控制条件下（J=15L·m?2·h?1，JB=20L·m?2·h?1，TMP设定值=12kPa），可以获得较低的能耗（0.09kWh·m-3）和运行成本（0.2元/m-3），有望实现零能耗市政污水的处理。　　此外，AnMBR设计和运行中的关键问题之一是对高峰流量的管理，而基于高峰流量确定膜组件的面积会造成膜面积利用率低，投资成本大大增加等负面影响。本研究在类死端曝气耦合TMP设定值反馈控制系统中，在高峰流量期间利用暂时提高膜通量的方法来应对高峰流量，通过比较不同TMP设定值、反冲洗时间、反冲洗强度对施加高峰流量后膜污染和膜透水率恢复的影响。研究结果表明，在应对高峰流量时，选择适中的TMP设定值（20，25kPa），反冲洗强度（JB=20L·m?2·h?1）和反冲洗时间（tB=1min）能够获得较高的膜透水率恢复（90%-92%）和较低的膜污染速率（rf＜0.3mbarmin-1）。分析多次高峰流量对膜透水率恢复的影响可以确定，延长反冲洗时间对于每个高峰流量之后的膜透水率恢复至关重要。因此，采用该策略应对高峰流量，AnMBR有望根据平峰流量而不是高峰流量确定膜组件面积，有助于降低50%的膜组件初始投资成本，实现污水处理厂低成本可持续运行。　　综上所述，基于类死端曝气耦合TMP设定值反馈控制系统可以低能耗控制AnMBR膜污染并有效应对高峰流量，有望降低运行能耗和膜组件初始投资成本，促进AnMBR成为一种经济合理、低能耗甚至零能耗的市政污水处理技术。

关键词： 钨冶炼废水   膜生物反应器(MBR)   盐度冲击   膜污染特性   响应面分析法  

摘要： 近年来,我国钨冶炼工业蓬勃发展,其冶炼过程中产生的大量废水具有成分复杂、无机盐浓度高、碳氮比低等特点而难以处理,为此研发高效稳定的钨冶炼废水处理工艺技术意义重大。膜生物反应器(MBR)因具有出水水质优异、生物量浓度高、占地面积小等优点而在污水处理和水资源再利用领域得到较好应用。但膜污染问题仍然是限制MBR发展与应用的主要阻碍之一。论文以实际钨冶炼废水为处理对象,采用盐度梯度法,最终获得处理废水盐度为3.0%的MBR系统。活性污泥驯化期间对比研究了盐度冲击对COD、氨氮去除效能、功能酶活性和功能微生物菌群特性的影响。同时,应用扫描电镜和能谱分析(SEM-EDX)等技术分析膜表面污染特性差异,用傅立叶红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEM)探究膜污染特性、膜垢组成差异。鉴于MBR运行参数设计对处理效能具有较大影响,进一步开展了 MBR工艺不同运行参数下处理钨冶炼废水的氨氮去除效能及膜污染特性研究。取得如下研究结果:(1)以一体式MBR为研究平台,从无盐环境开始以0.5%梯度增加系统盐浓度,最终建立处理3.0%盐度钨冶炼废水的MBR系统。研究结果表明,系统运行期间盐度瞬时冲击对COD和氨氮去除效能影响显著,但经长期的驯化后,COD和氨氮去除效率缓慢回升,并在3.0%盐度系统运行稳定后,COD和氨氮去除效率分别达到85%和80%以上,TN去除效果稳定在70%以上,ESND仍可达到95%左右。此外,盐度对微生物代谢过程中的电子传输酶活性(ETS)抑制作用显著,且硝化酶(AMO和NXR)活性较反硝化酶(NIR和NAR)活性对盐度更敏感。(2)MBR系统中主要由变形菌门(α、β和γ-变形菌)和拟杆菌门组成。经长期梯度盐度驯化,嗜盐亚硝化单胞菌属细菌(Nitrosomonas halophila)成为了高盐环境下的优势物种,尤其是在3.0%盐度环境下。高盐环境对系统微生物物种组成和功能基因水平具有显著影响,种水平上微生物菌群丰富度随盐度增加而下降,且每个运行阶段下的微生物菌群优势物种不相同。然而,不同盐度环境下系统具有大量相同的维持生命活动的基本功能基因。盐度对MBR系统微生物菌群功能基因水平具有明显的削弱作用,随着盐度的增加,系统中微生物菌群的功能基因相对丰度稳定,但功能基因种类差异显著。(3)随着系统盐度增加,跨膜压差(TMP)增速加快,膜面污染层厚度也逐渐增加。膜表面附着污泥的主要由烃类、多糖、核酸和多种类型的蛋白质组成,其中蛋白质浓度分布为 TB-EPS>LB-EPS>SMP,多糖浓度分布为 LB-EPS>TB-EPS>SMP,且 SMP 和 EPS的有机组成及其含量发生明显变化。无盐环境与高盐环境相比而言,LB-EPS有机成分显著不同,尤其是低激发光类酪氨酸蛋白含量变化大,系统微生物受盐度冲击影响显著。并且,在盐度为3.0%时SMP和EPS中皆有蛋白类物质消失,其有机成分显著不同于无盐环境。经相关性分析得到,SMP与TMP具有相关性,且其PN相关性较PS显著,而LB-EPS和TB-EPS则无明显相关。(4)在3.0%盐度环境下,运行参数对SMP和EPS生成特性和膜污染速率影响显著,且膜污染速率随运行参数的变化与SMP浓度变化趋势一致。综合单因素条件下的膜污染情况和氨氮去除效果,采用响应面分析法对运行参数进行优化,得到膜污染速率(|KJ|)的响应方程和氨氮去除效能(R.E)的响应方程分别为:|KJ|=3.77 ×102+4.518×101 A+3.346×101B+8.968×101AB-2.403 ×101AC-2.228 ×101BC+5.267×102A-7.126×101B+1.333×102C+2.273×102AB+4.202×101AC+1.819×102AB R.E=93.844+19.972A-0.075AB+3.075AC-30.923A-3.82C-3.983AC+0.005AB结合实际运行操作,优化参数结果取得:HRT=22.30 h、C/N=4.80、DO=1.5～2.0 mg/L。

关键词： 菊糖   蚯蚓粪   酶活性   群落结构   微生物多样性  

摘要： 我国滨海地区滩涂资源丰富,其合理利用与开发对保护我国粮食安全具有重要意义。施加生物有机肥是改良滩涂盐碱地的有效措施之一,能够改善盐渍化土壤理化性质,提高土壤微生物活性,促进盐渍土向良性土壤转化。蚯蚓粪肥较普通有机肥在土壤改良和促进植物生长方面的效果更好,蚯蚓粪的生产利用具有广阔的发展前景。但是目前蚯蚓养殖缺乏统一规范,蚯蚓粪的品质得不到有效保障,因此生产高品质蚯蚓粪肥成为实现农业可持续发展的当务之急。菊糖作为植物中的储备性多糖广泛存在于多种植物体内,能够有效改善人体肠道微生物的组成和结构。尽管有大量研究报道了菊糖对人体肠道菌群具有益生作用,但菊糖作为一种新型绿色无残留的饲料添加剂在蚯蚓养殖中是否发挥益生作用尚未有研究报道。本研究以牛粪、赤子爱胜蚓和菊糖为材料,设置纯牛粪蚯蚓养殖(EM)和添加菊糖的牛粪蚯蚓养殖(IEM)处理,每隔10d采样分析,通过为期40d的蚯蚓养殖试验,探究菊糖在蚯蚓养殖过程中所发挥的益生作用,旨在揭示牛粪-蚯蚓肠道内容物-普通蚯蚓粪/菊糖型蚯蚓粪的性质动态变化过程,为高品质蚯蚓粪肥的制备及品质调控提供理论依据和技术参数。主要结果如下:1.新鲜牛粪经蚯蚓取食、消化、排泄等过程,形成了普通蚯蚓粪和菊糖型蚯蚓粪,其性质较为一致:p H趋于中性,电导率显著下降,氮元素被吸收利用,有机质加速分解矿化,磷、钾元素进一步释放。添加菊糖提高了有机质的降解效率与钾素释放,40d时添加菊糖处理的有机质较纯牛粪处理降低9.4%,全钾含量提高13.0%。2.纯牛粪处理的脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性总体呈先升后降的趋势,其峰值出现在20d～30d;而添加菊糖处理缩短了酶活峰值的出现时间(除脲酶外),10d时碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性均达到峰值,其值较纯牛粪处理分别提高113%和61.0%,从而加速了有机物料的分解矿化进程,促进高品质蚯蚓粪肥的形成。添加菊糖后蚓粪中的功能菌丰度增加,提高了蚓粪的生物活性,明确了菊糖在蚓粪形成过程中发挥的益生作用。3.蚯蚓的取食消解活动为微生物的生长繁殖提供了优良的环境条件,显著提高了两种蚓粪的微生物多样性,且对特定的微生物类群丰度具有选择性调控作用。添加菊糖提高了前中期(10、20d)蚓粪中放线菌门(Actinobateria)的相对丰度,其中20d时较纯牛粪处理增加40.7%。结合环境因子关联分析,结果显示TP、O.M、TK、MBC和TN对在门水平和目水平上与菌群种类的相关性作用最强,且TP、TK在门水平和目水平上同O.M、TN、MBC对同种菌群的相关性作用相反。4.以盐碱土栽培基质为对照,添加牛粪、蚯蚓粪和菊糖进行30d的小白菜盆栽实验,结果显示在盐碱土中同时添加蚯蚓粪和菊糖对小白菜的促生效果最好,增加了小白菜的出苗率及出苗速度,缓解了高盐沙质土壤对小白菜的生长制约,显著提高了小白菜的株高、叶面积和单株生物量,促进了小白菜根系发育,使其总根长、根表面积及总根体积成倍增长。

关键词： 厌氧反应器   苯酚   厌氧膜生物反应器   膜通量  

摘要： 苯酚易被皮肤和粘膜吸收,进入人体后,对人体机能造成巨大的破坏。研究高效降解苯酚的方法是十分有必要的,本文以葡萄糖作为苯酚溶液的共代谢产物通过对比EGSB反应器和AnMBR处理人工模拟苯酚废水时运行效能的研究,比较两个反应器处理人工模拟苯酚废水的效果,其中运行过程中的运行参数有反应器启动前及运行COD的去除率、能源性气体产率等和分析影响反应的因素如pH、HRT等。在正式对比试验开始前需要培养和驯化试验所使用的厌氧颗粒污泥,探究了不同污泥负荷下厌氧颗粒污泥的对苯酚的耐受性以及苯酚降解过程中影响因素变化分析。最后得到AnMBR内COD的去除率高于同时期EGSB反应器的启动和运行阶段且系统稳定运行期间AnMBR比EGSB反应器的产CH效率高,这均是由于AnMBR中的中空纤维膜有效截留厌氧微生物在反应器;综合分析两个反应器的最佳运行参数可得,AnMBR相比于EGSB反应器COD去除效率和CH产率高约5.062%,且AnMBR中的膜组件易堵塞造成膜污染,增加了反应的运行成本。所以为了节约运行成本,如果要求处理后的水质指标不严格时可采取EGSB反应器。当要求处理后的水质指标严格时采用AnMBR。AnMBR中的膜组件(本次试验采取的是中空纤维膜)相较于EGSB反应器增加了过滤作用其COD去除率高于EGSB反应器,由于其膜组件易受污染,本文在最后提出了膜污染机理以及清洗膜组件使其通量恢复的方法,根据结果发现使用物理与化学清洗膜组件的方法可以更高效地改善膜污染的情况并恢复膜通量。

关键词： 生物反应器   改进蝙蝠算法   模糊神经网络   多源数据融合   状态判别  

摘要： 生物反应器作为细胞培养的关键设备,用以模拟人体内的微环境,实现在受控环境下细胞培养。生物反应器的运行环境复杂,且在生物过程研究解决实际问题时,细胞培养的微环境多源数据间的信息缺乏融合和利用,细胞培养过程状态通常依靠人工判别,因此,开展生物反应器中多源数据融合技术研究,挖掘和融合细胞培养微环境多参数信息,为生物反应器的细胞培养状态判别提供可靠依据,从而提高生物反应器的智能化程度。本文首先介绍本文的研究背景和意义,阐述生物反应器中多尺度信息技术的国内外研究现状,同时给出多源数据融合技术的应用与研究现状。针对生物反应器在运行过程中易受不同培养参数影响的特点,根据细胞培养的特点设计生物反应器系统的总体结构,对细胞培养过程的影响参数进行分析,并根据检测实验及相关研究,对影响细胞生长的主要微环境因素进行探讨,深入分析和研究温度、p H值、溶解氧含量、溶解二氧化碳含量与压力等参数对细胞生长的影响及其变化规律,以及各参数间的相关性。针对生物反应器中细胞培养过程中检测参数维度较高,具有非线性、多样性、相关性等问题,首先结合细胞培养的特性,对采集到的原始检测数据进行预处理,通过主成分分析法对预处理后的数据进行降维,提取细胞培养过程主要影响因子,即细胞培养状态判别的主要评价指标,据此确定培养液等级划分标准,从而建立对应细胞培养状态判别的评定标准,为细胞培养状态判别模型的建立奠定基础。针对细胞培养过程微环境多参数信息未能有效利用和融合,准确判别生物反应器中细胞培养状态难的问题,本文在BA算法的基础上,提出一种改进BA算法,并以均方误差MSE作为个体适应值,通过改进BA算法对FNN网络进行优化,提高其拟合程度和泛化能力,建立改进BA-FNN模型,据此提出基于改进BA-FNN的细胞状态判别方法。应用实测数据进行验证,同时与FNN、PSO-FNN和BA-FNN方法对比,实验与分析结果表明本文方法融合细胞培养过程的多源数据,细胞判别结果的平均绝对误差、均方误差小,结果准确度更高、可靠性更强。最后基于本文提出的改进BA-FNN的细胞状态判别方法,设计多参数生物反应器智能监测系统。对微环境参数传感器进行选型,设计多传感器数据采集单元,实现细胞培养过程中微环境多参数的实时无菌化检测,同时利用Lab VIEW开发上位机系统软件,详细阐述系统软件构成、模块功能以及各模块设计思路,编程实现生物反应器多参数检测、细胞培养状态判别等功能,基于所设计的多参数生物反应器智能监测系统对细胞培养进行实际检测实验,进一步验证本文方法的有效性和准确性。

关键词： rAAV2/HBoV1   家蚕杆状病毒表达系统   家蚕蚕蛹   BmNPV/AAV2Rep-HBoV1Cap   BmNPV/AAV2ITR-eGFP  

摘要： 腺相关病毒(adeno-associated virus,AAV)在基因治疗领域具有广阔的应用前景,它具有非致病性、低免疫原性、广泛的组织趋向性以及可以长期稳定地表达目的基因等优势。但是重组腺相关病毒(recombinant adeno-associated virus,r AAV)载体的产量和生产成本限制了其在基因治疗上的进一步发展。目前已开发出了多种r AAV生产方式,包括腺病毒生产系统、疱疹病毒生产系统、昆虫细胞杆状病毒生产系统等。利用重组杆状病毒表达系统在昆虫细胞中生产r AAV是一种高效灵活的生产方式,当前主要利用苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒(Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus,Ac MNPV)表达系统在Sf9细胞中生产r AAV载体。为了建立一个更高效、低成本的生产体系,以家蚕生物反应器为平台,利用家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,Bm NPV)表达系统来生产一种重组嵌合型r AAV2/HBo V1载体。AAV2和HBo V1(Human Bocavirus type-I)都属于细小病毒科,以HBo V1的衣壳蛋白包装AAV2的基因组可以形成一种属间交叉的假包装嵌合型重组病毒r AAV2/HBo V1,它不仅具有HBo V1的组织趋向性,而且具备HBo V1衣壳的基因装载能力(～5.4kb),可以为肺部疾病的基因治疗提供一个针对性更强的独特嵌合型病毒载体。本实验中,首先鉴定了杆状病毒转移载体p Fast Bac-AAV2ITR-e GFP和p Fast Bac-AAV2Rep-HBo V1Cap,通过杆粒筛选和家蚕细胞系转染获得两个重组家蚕杆状病毒:r Bm NPV/AAV2ITR-e GFP和r Bm NPV/AAV2Rep-HBo V1Cap。细胞水平连续的共感染实验表明,e GFP、Rep及Cap蛋白均可以稳定表达至P4-P5代。直接注射两个P3 r Bm NPV共感染5龄起蚕的家蚕幼虫(菁松-镇江株),72h后观察到e GFP在幼虫体内高效表达。同时,解剖已感幼虫发现,脂肪体和血淋巴中蛋白表达量最高。另外,通过直接注射重组杆状病毒来共感染的家蚕蚕蛹,在感染48h后就已经出现蛋白表达,表明蚕蛹中蛋白的表达效率高于幼虫。rAAV的纯化方法对载体的产量和质量有很大的影响。密度梯度超速离心是实验室纯化r AAV的主要方法之一,适用于所有r AAV血清型,并且有利于去除空壳病毒。比较了氯化铯(Cs Cl)密度梯度超速离心与碘克沙醇(iodixanol)密度梯度超速离心纯化r AAV2/HBo V1的效果,发现碘克沙醇法的纯化质量要优于Cs Cl法,不仅用时更短,且分离纯度远高于Cs Cl法。针对纯化的r AAV2/HBo V1进行了定量和转导活性分析。根据q PCR定量得知,Bm N细胞样品中的r AAV2/HBo V1的平均产量约为2×10VG/cell,每只幼虫中的平均产量为2.5×10VG,每颗蚕蛹的平均产量可达到4.6×10VG。结果表明r AAV2/HBo V1在家蚕生物反应器中可实现高效生产,能够满足大规模低成本生产r AAV载体的要求。通过透射电子显微镜(TEM)观察到,纯化的r AAV2/HBo V1病毒空壳率仍然很高,表明这一生产系统仍需要进一步优化,如增加表达对HBo V1病毒衣壳包装很重要的NP1蛋白;或调整AAV2基因组与HBo V1衣壳基因的构成比例等。在人支气管上皮细胞(16HBE)中观察到纯化的r AAV2/HBo V1具备一定的转导活性,但荧光表达较低,推测由于r AAV2/HBo V1并不特异感染16HBE细胞造成的。气液界面上培养的极化的人呼吸道上皮细胞(HAE-ALI)是野生型HBo V1感染以及r AAV2/HBo V1载体体外转导的最佳细胞系,之后将尝试利用流式细胞荧光分选技术(FACS)更准确地在HAE-ALI细胞中检测r AAV2/HBo V1的转导活性。总之,我们建立了一个用于在家蚕杆状病毒表达系统中生产新型嵌合型r AAV2/HBo V1载体的BEV/昆虫生产系统,并总结出较高效的载体纯化方法。新系统可以成功地将r AAV2基因组假包装在HBo V1衣壳中形成一种具转导活性、可特异治疗人类肺部疾病的r AAV2/HBo V1载体。这项工作展示出了家蚕-昆虫生物反应器在r AAV载体的规模化生产上具有很大的应用潜力,为r AAV载体的生产提供了新的思路。

关键词： 双层模型   生物反应器   组织工程血管   力学刺激  

摘要： 心血管疾病目前已成为全球死亡率最高的疾病,而血管病变是造成心血管疾病的主要原因。由于血管移植和血管搭桥一直作为替换病变血管的主要手段,临床上对血管移植物(特别是小口径(<6 mm)血管移植物)的需求量一直很大。目前以自身血管作为主要的血管移植物来源,但由于来源有限以及质量难于保证等原因,因此需要寻找合适的人造血管来解决这一临床需要。组织工程技术是目前构建血管移植物最有前景的方法,并已有个别实验室制备出具有一定力学性能的血管移植物,而这些力学性能主要是通过给予培养的细胞以及组织一定的力学刺激而形成的。但目前对于组织工程血管构建过程中的力学刺激分析与变化规律相关研究较少。本文针对组织工程血管构建过程中力学刺激的复杂性,造成的量化不准确与不完全等问题,设计不同的研究内容。主要分为以下三个方面:(1)采用基于可降解聚合物支架的方法使用生物反应器培养组织工程血管8周,比较动静态组组织工程血管的生长情况;结果显示动态组组织工程血管平滑肌细胞与细胞外基质成分的含量比静态组更高,结构排列更加有序,分布也更加均匀。由于血管的力学性能主要由平滑肌细胞与细胞外基质贡献,因此合适的力学刺激可明显提高组织工程血管的力学性能。同时对比培养初始与结束时的应变,结果表明培养结束时组织工程血管的应变明显小于初始时的应变,在组织工程血管构建过程中其培养的应变随培养时间而不断变化。目前不考虑组织工程血管对硅胶管的约束作用,直接将硅胶管的应变作为种子细胞所受力学刺激的方法存在显著的误差。(2)利用硅橡胶材料模拟组织工程血管对硅胶管的约束作用,比较分析在有无外层材料约束时不同管内加载压力作用下硅胶管与外层材料应变的大小。结果显示在外层材料的约束作用下硅胶管的应变明显小于无外界约束时,同时实验测得数据可用于双层模型解析解与数值解的验证。找到一种可用于模拟研究组织工程血管对硅胶管的约束作用,并分析组织工程血管应力与应变的方法。(3)利用弹性力学理论推导出双层管状结构在管内压力作用下的应力与位移的解析解,并分析了管内加载压力、组织工程血管弹性模量、硅胶管弹性模量对应力应变的影响。结果显示管内加载压力的增大,可同时提高组织工程血管的应力与应变;组织工程血管弹性模量增大可以使得其培养的应变减小,但应力增大;硅胶管弹性模量的增大,可导致组织工程血管的应力与应变减小。将解析解与实验测得结果对比,验证了双层模型解析解的正确性,为以后组织工程血管的应力应变分析与力学刺激条件优化提供了依据。使用有限元软件ANSYS分析双层管状结构在管内加压条件下组织工程血管的应力与应变,采用与双层模型解析解相同的参数,将计算得到的数值解与双层模型的解析解和实验测得结果进行对比。结果显示无论是与实验测得结果还是双层模型的解析解相比,有限元法计算得到的数值解误差都可控制在很小的范围内。同时有限元分析作为工程领域中应用最为广泛的一种数值计算方法之一,有限元法有其明显的优势。有限元分析软件的出现使得用户不必耗费大量的时间去推导复杂的公式与数学模型,只需给定研究问题对应的力学模型的参数(尺寸几何参数、力学参数、约束与边界条件等参数),即可计算出对应的数值近似解。在一定条件下这种近似解与解析解十分接近,使用起来非常方便,可节省大量的时间与成本。本研究采用的双层模型能够解决目前使用单层结构量化力学刺激存在的与实际值相比误差显著的问题,进一步量化在组织工程血管构建过程中种子细胞所受力学刺激。可用于指导组织工程血管的力学培养条件,并不断优化适于组织工程血管培养的参数。