由于操作參數(shù)和工藝指標(biāo)之間有著錯綜復(fù)雜的非線性關(guān)系，生物過程模擬并非易事，通常涉及到對傳質(zhì)、傳熱、傳能和生化反應(yīng)的模擬。圖1列舉了發(fā)酵過程主要操作條件對傳質(zhì)速率、底物濃度等中間參數(shù)以及細(xì)胞生長，產(chǎn)物形成等發(fā)酵指標(biāo)參數(shù)的影響。  
以溶氧過程的計算機模擬為例，其計算分為至少兩部分，一是氧傳質(zhì)速率的計算（OTR），二是微生物攝氧速率的計算（OUR），這一過程可以用如下公式描述：
    基于以上基本原理，我們搭建了溶氧過程的動態(tài)模型。模型后臺運行在我們的服務(wù)器上，前端以可交互網(wǎng)頁應(yīng)用的形式展示。該網(wǎng)頁應(yīng)用包括三個分頁面，其中Equilibrium分頁展示的是圖2所示的傳質(zhì)與生化反應(yīng)的之間的平衡關(guān)系。通過拖動相應(yīng)的進(jìn)度條，可以考察攪拌轉(zhuǎn)速，通氣量，以及菌體濃度等參數(shù)對擬穩(wěn)態(tài)下溶氧濃度的影響。Dynamics頁面展示的是在一組給定的操作條件下，溶氧濃度從0達(dá)到平衡的動態(tài)過程曲線。
 
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Simulation分頁更直觀的展示改變操作條件后溶氧重新達(dá)到擬穩(wěn)態(tài)的過程。用戶既可以直接設(shè)定kLa的值，也通過勾選Model框后，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速rpm和通氣量（通風(fēng)比）vvm，程序根據(jù)經(jīng)驗公式計算kLa；還可以通過調(diào)節(jié)氧氣濃度yO2和操作壓力Pressure，考察這兩個參數(shù)對溶氧過程的影響。針對含微生物或者細(xì)胞的反應(yīng)體系，用戶可以調(diào)節(jié)qO2和X滑動條，設(shè)置比耗氧速率和細(xì)胞量，勾選M-M eq.選框后程序?qū)⒏鶕?jù)米氏方程計算攝氧速率。Simulation Speed滑動條可以允許用戶設(shè)定時間流逝速度，默認(rèn)數(shù)值1即為模擬速度與現(xiàn)實速度相同。點擊run/pause按鈕可以控制模擬的開始與結(jié)束，點擊reset按鈕可以重置模擬過程。
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結(jié)語
本應(yīng)用以溶氧過程的模擬為例，幫助用戶更好地理解溶氧過程以及生物過程計算機模擬的魅力。這些是生物過程數(shù)字孿生的基本組成要素。生物過程模擬是一個復(fù)雜的問題。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同型號的反應(yīng)器設(shè)置相應(yīng)的模型參數(shù)，模擬準(zhǔn)確度與參數(shù)的設(shè)置高度相關(guān)。接下來，我們將會陸續(xù)開放包含有更多細(xì)節(jié)的數(shù)字孿生模擬器，請持續(xù)關(guān)注！

在模擬器網(wǎng)頁中，隨了溶氧過程的模擬，還有PID、放大計算等應(yīng)用，如遇問題需進(jìn)一步交流可通過下方微信與我們進(jìn)行交流。  
迪必爾智能科技（深圳）有限公司，TJX，是迪必爾生物（上海）有限公司為推進(jìn)生物反應(yīng)器基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)而成立的全資子公司。迪必爾生物成立于2012年，是國內(nèi)首家將微小型平行生物反應(yīng)器商業(yè)化并整合到實驗室自動化工作流程中制造商。TJX由公司三位創(chuàng)始人名字首字母組成，同時也代表了技術(shù)(Technology), 征途(Journey) 和對未知(X) 的探索(eXploration) ，這也是迪必爾智能科技的使命和自我定位。

TJX致力于提升生物制造數(shù)字化水平，通過機器學(xué)習(xí)、智能生物傳感器以及基于云技術(shù)的數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析搭建數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造平臺，在協(xié)助科學(xué)家開展研究的同時提升生物制造的效率。

生命科學(xué)依然在挑戰(zhàn)中前行，生物反應(yīng)器技術(shù)是這條產(chǎn)業(yè)鏈上不可或缺的重要一環(huán)。面向未來場景的科研和生產(chǎn)，對新技術(shù)充滿想象，但這更需要通過扎實的基礎(chǔ)，包括跨學(xué)科的技術(shù)集成去實現(xiàn)、去滿足，這是TJX所希望做的！
 
參考文獻(xiàn)
【1】《新一代發(fā)酵工程技術(shù)》周景文、陳堅，等�？茖W(xué)出版社，ISBN：9787030684059