动物细胞大规模培养是以收获生物制品为目的,在大型生物反应器中模拟体内环境进行动物细胞培养的技术,其在人类社会中的作用日益凸显。猪肌干细胞作为人造肉最有潜力的种子细胞,必须达到较大的数量才能满足人类的需求。气升式反应器由于结构简单、成本低廉以及剪切力分布均匀,20世纪80年代曾被认为是大规模动物细胞培养的最佳选择,但随后气泡破裂产生的剪切力给细胞带来的损伤,使气升式反应器用于大规模动物细胞培养的研究处于停滞状态。本课题结合近年来计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）工具的发展,重新评估气升式反应器用于超大规模猪肌干细胞培养用于人造肉生产的可行性。首先确立了猪肌干细胞实验室内培养的工艺,提供该细胞在微载体上动态培养的基础数据;构建了300 m L冷模实验鼓泡塔反应器进行流体力学与传质研究,解析鼓泡塔和气升式反应器中三相流流体力学工作原理,指导CFD模拟方法的建立;基于该方法,建立了200 m3气升式反应器模型,并对其氧传质速率与剪切力等参数进行模拟分析。结合自制的50 m L微型鼓泡塔反应器中气泡对细胞的损伤研究,分析该大型气升式反应器用于大规模猪肌干细胞培养的可行性,为细胞培养肉大规模生产技术路线设计提供参考。主要研究内容和结论分为以下四个部分:（1）通过对四种微载体进行筛选,选定Fe3+-CytodexⅠ作为猪肌干细胞悬浮培养的微载体。猪肌干细胞在Fe3+-CytodexⅠ微载体上动态培养的倍增时间为23.24 h,与平面培养的细胞倍增时间相差不大。剪切应力在0.025-0.18 Pa范围内,细胞能够在不同微载体之间转移。流场处于层流区时,出现成片的细胞与微载体聚集物。在进行猪肌干细胞微载体培养时,应选择合适的操作条件避免处于层流运动状态。（2）构建300 m L鼓泡塔反应器进行气、液、固三相流冷模试验与计算流体力学模拟,用以研究液体性质、气体分布器类型等因素对反应器流体动力学特性和传质性能的影响。在使用50μm烧结金属微孔分布器鼓泡时,冷模体系与空气-水体系相比:气含率显著提高,气泡直径明显减小,其性质更接近真实的动物细胞培养反应器体系。在0.04-0.17 cm·s-1的表观气速范围内微载体均可全悬浮,并对气含率也有一定的增强,但微载体浓度在14%到20%区间内对气泡大小几乎无影响。消泡剂Antifoam C用量在160ppm时,可以有效抑制泡沫的形成。细胞保护剂Pluronic F68的添加能够明显增强总的体积传质系数kLa,但微载体对液膜传质系数kL有较大负面作用,抵消了添加剂带来的传质面积增加,因此微载体和添加剂同时存在时,总的体积传质系数与空气-水体系相比变化不大。其他条件相同时,激光打孔气体分布器（孔径300μm）产生的气泡直径为3.2mm,为微孔分布器的5倍左右。Euler-Euler多相流计算流体力学模型与拟稳态实验数据吻合较好,可用于指导反应器放大设计。（3）使用50 m L玻璃试管,微型蠕动泵,Arduino微控制器等原件,构建了微型鼓泡塔反应器进行猪肌干细胞培养实验,考察气泡对细胞的损伤。初步结果显示,与无气泡体系如转瓶、方瓶相比,鼓泡塔中细胞生长状态较差。使用内径0.7 mm的不锈钢管鼓泡时,产生的气泡直径较大,直径约为1.51 mm;使用10μm烧结金属滤芯鼓泡时,产生的气泡直径为0.85 mm。当Pluronic F68浓度为0.5 g·L-1、Antifoam C的浓度为50 ppm时,观察不同大小的气泡下对微载体上细胞生长的情况,发现小气泡存在时细胞状态更差。（4）使用经冷模实验验证的CFD模型和参数,结合微型鼓泡塔反应器细胞培养实验结果,对200 m3通用型气升式反应器用于大规模动物细胞培养进行模拟和分析。气泡直径设置为3 mm,通气比为0.11 vvm,表观气速为0.024 m·s-1。体积分数为20%的微载体能完全悬浮。模拟得到反应器的平均气含率为7.8%,计算得到的平均传质系数为47 h-1,液相平均剪切应力为10.9 Pa,但存在局部剪切力过高的问题,气液界面以及降液管最上方剪切力高达70 Pa。结合本文微型鼓泡塔反应器培养的结果可知,该通用型气升式反应器不适合猪肌干细胞大规模培养。