近年来,通过体外培养动物肌肉细胞生产人造肉受到广泛关注。目前相关报道主要集中于动物肌肉细胞的分离提取、分化调控等,而对在生物反应器中增殖培养没有太多报道。生物反应器的流场特性决定了传质、混合、剪切及能量耗散等情况,这些环境参数会影响细胞生理代谢,限制了动物细胞培养密度提高和生产规模放大,但尚未有文献报道。本论文基于实验室规模转瓶反应器,研究传质及流体动力学性质,并构建100 m L微载体悬浮培养猪骨骼肌细胞缩小模型体系,探究动物干细胞大规模培养的可能性。主要研究内容和结果如下:1.结合冷模实验与计算流体动力学（CFD）模拟获得转瓶反应器的流场参数,为培养动物肌肉细胞提供流体力学基础数据。通过亚硫酸钠氧化法和动态溶氧法测量不同操作条件下的传质系数,分析了转瓶传质机制,得出在转瓶中适于动物细胞培养的体系中kLa为1.5～4.5 h-1。通过CFD单相流及双相流模型计算不同条件下仿真混合时间并模拟微载体悬浮过程,利用示踪剂法和Python-Opencv机器视觉算法获得冷模实验混合时间,检验了CFD模型的准确性。在培养动物细胞的条件下混合时间为5～10 s,微载体浓度为5～30 g·L-1时在30 rpm搅拌转速下可以完全悬浮。通过经证实的CFD模型计算得出在培养动物细胞的条件下平均能量耗散速率（?）为2×10-4～1.5×10-3 W·kg-1,Kolmogorov长度η约160～253μm。2.通过自主改造的Corning转瓶对体系的温度、溶氧、CO2浓度等参数进行监测和控制,利用经Fe3+修饰的CytodexⅠ微载体悬浮培养永生化猪骨骼肌细胞。在37℃恒温、5%CO2浓度恒定的环境下,100 m L体系最佳批次培养条件为30 rpm间歇搅拌24 h,60 rpm连续搅拌至96 h,微载体浓度为4 g·L-1,细胞接种密度为1×10~5 cell·m L-1,经96 h培养细胞增殖3.64±0.28倍。经胰酶消化后的细胞恢复平面培养后仍维持正常的增殖能力和细胞特异性。另外,还发现在细胞生长代谢旺盛期加入新微载体并间歇搅拌有利于细胞在微载体间的迁移。基于转瓶的缩小模型结合流场环境与细胞生理特性,得出了在实验室规模反应器中适于动物肌肉细胞培养的流场信息,可用于指导后续反应器的放大设计。3.理性放大设计并优化20 m~3搅拌釜反应器模型,在不同条件下进行Eulerian气液固三相流CFD模拟。当搅拌转速为20 rpm,气体体积流速为0.12 vvm时,20%体积分数微载体可完全悬浮,反应器平均气含率为2.6%,DO为40%～50%,kLa为8.4 h-1。结合缩小模型体系的流场性质分析,理论上能满足动物细胞高密度培养对微载体悬浮及传质的需求,但由搅拌桨输入的平均Kolmogorov长度为88.1μm,引入气相后剪切环境更为严峻。通过流场模拟与细胞反应动力学相耦合的模型为实际工艺放大过程提供了基础流场数据,指出了减缓反应器内机械和流体剪切的重要性。