A mathematical model for a three phase fluidized bed bioreactor (TFBBR) was proposed to describe oxygen utilization rate, biomass concentration and the removal efficiency of Chemical Oxygen Demand (COD) in wastewater treatment. The model consisted of the biofilm model to describe the oxygen uptake rate and the hydraulic model to describe flow characteristics to cause the oxygen distribution in the reactor. The biofilm model represented the oxygen uptake rate by individual bioparticle and the hydrodynamics of fluids presented an axial dispersion flow with back mixing in the liquid phase and a plug flow in the gas phase. The difference of setting velocity along the column height due to the distributions of size and number of bioparticle was considered. The proposed model was able to predict the biomass concentration and the dissolved oxygen concentration along the column height. The removal efficiency of COD was calculated based on the oxygen consumption amounts that were obtained from the dissolved oxygen concentration. The predicted oxygen concentration by the proposed model agreed reasonably well with experimental measurement in a TFBBR. The effects of various operating parameters on the oxygen concentration were simulated based on the proposed model. The media size and media density affected the performance of a TFBBR. The dissolved oxygen concentration was significantly affected by the superficial liquid velocity but the removal efficiency of COD was significantly affected by the superficial gas velocity.
The purpose of this research was to investigate fluidization characteristics of three solid particles, correlations between voidage and superficial velocity. The inside diameter of a column did not affect the fraction void-superficial velocity relationship for fluidization systems which was obtained as follows: $\frac{u}{u_t}={\varepsilon}^{3.703}----Sea\;Sand$$\frac{u}{u_t}={\varepsilon}^{3.5665}----long\;Exchange$$\frac{u}{u_t}={\varepsilon}^{4.066}----GAC$ And the sphericial type media is good for fluidized systems as it maintains low voidage. Actually, if biofilm attached to media (bioparticle), the density became lower in fluidized bed biofilm reactor. Therefore, as the density of media become higher, it is easy to maintain fluidized beds.
A detachment of biofilm was investigated in an inverse fluidized bed biofilm reactor(IFRBR). The biofilm thickness, 5 and the bioparticle density, Pm were decreased by the increase of Reynolds number, Re and the decrease of biomass concentration, h. The correlations were expressed as $\delta$=6l.6+16.33$b_c$-0.004Re and Ppd=0.3+0.027$b_c$- 2.93x$l0^{-5}$ no by multiple linear regression analysis method. Specific substrate removal rate, q was derived by F/M ratio and biofilm thickness as q=0.44.+0.82F/M-5.Ix10$-4^{$\delta$}$. Specific biofilm detachment rate, bds was influenced by FIM ratio and Reynolds number as $b_{ds}$=-0.26+0.26F/M+ 2.17$\times$$10^{-4}$Re. Specific biofilm deachment rate in an IFBBR was higher than that in a FBRR(fluidized bed biofilm reactor) because of the friction between air bubble and the bioparticles.
Purpose: The necessity for precise manipulation of bioparticles has greatly increased in the fields of bioscience, biomedical, and environmental monitoring. Dielectrophoresis (DEP) is considered to be an ideal technique to manipulate bioparticles. The objective of this study is to develop a DEP microfluidic device that can trap fluorescent beads, which mimic bioparticles, at the low voltage and frequency of the sinusoidal signal supplied to the microfluidic device. Methods: A DEP microfluidic device, which is composed of polydimethylsiloxane (PDMS) channels and interdigitated electrode networks, is fabricated to trap fluorescent beads. The geometry of the interdigitated electrodes is determined through computational simulation. To determine the optimum voltage and frequency of the sinusoidal signal supplied to the device, the experiments of trapping beads are conducted at various combinations of voltage and frequency. The performance of the DEP microfluidic device is evaluated by investigating the correlation between fluorescent intensities and bead concentrations. Results: The optimum ratio of the widths between the negative and positive electrodes was 1:4 ($20:80{\mu}m$) at a gap of $20{\mu}m$ between the two electrodes. The DEP electrode networks were fabricated based on this geometry and used for the bead trapping experiments. The optimum voltage and frequency of the supplied signal for trapping fluorescent beads were 15 V and 5 kHz, respectively. The fluorescent intensity of the trapped beads increased linearly as the bead concentration increased. The coefficient of determination ($R^2$) between the fluorescent intensity and the bead concentration was 0.989. Conclusions: It is concluded that the microfluidic device developed in this study is promising for trapping bioparticles, such as a cell or virus, if they are conjugated to beads, and their concentration is quantified.
A carrier-supported mycelial growth of Penicillium chrysogenum was applied to penicillin fermentation system. Among various materials tested, celite was found to be most effective for both spore adsorption and bioparticle development. Hyphal growth through pore matrices of the material showed strong anchorages and provided highly stable biofilm growths. When 5-10% celite was employed, both cell growth and penicillin production were observed to increase significantly comparing to the dispersed filamentous growth. Specific productivity of penicillin, however. was found to be kept almost constant at a value of 1,900 unit/g cell/hr. A semicontinuous fermentation in a fluidized-bed reactor. using the tarrier-supported biofilm growth, was conducted successfully although free mycelia appeared in the late phase of the fermentation made the reactor operation difficult. Control of the size of bioparticles was considered as a major operating factor to maintain the reactor productivity at a desired level.
Acoustic tweezers represent an exceptionally versatile and adaptable collection of instruments that harness the intrinsic power of sound waves to manipulate a wide spectrum of bioparticles, ranging from minuscule extracellular vesicles at the nanoscale to more substantial multicellular organisms measuring in millimeters. This field of research has witnessed remarkable progress over the course of the past few decades, primarily in the domain of Single Beam Acoustic Tweezers (SBAT) which utilizes a single element transducer for its operation. Initially conceived as a method for particle trapping, SBAT has since evolved into an advanced platform capable of achieving precise translation of cells and organisms. Recent groundbreaking advancements have significantly enhanced the capabilities of SBAT, unlocking new functionalities such as particle/cell separation and controlled deformation of single cells. These advancements have propelled SBAT to the forefront of bioparticle/cell manipulation, gathering attention within the scientific community. This review explores the core principles of SBAT and how sound waves affect bioparticles/cells. We aim to build a strong conceptual foundation for understanding advancements in this field by detailing its principles and methodologies.
Kim, Da Sol;Lee, Mi Sun;Kim, Han Sol;Lee, Hye Yun;Kim, Oh Yun;Kang, Ye Rin;Sohn, Dong Hyun;Kim, Koanhoi;Park, Young Chul
Journal of Life Science
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v.27
no.2
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pp.217-224
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2017
Carbon monoxide (CO), a reaction product of cytoprotective enzyme heme oxygenase-1 (HO-1), is a gaseous messenger with anti-proliferative, anti-apoptotic, and anti-inflammatory actions in many cell types. Here, we investigated the role of CO on the process of monocyte differentiation induced by phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) in human monocytic THP-1 cells. CORM-2 (tricarbonyldichlororuthenium (II) dimer, $Ru2Cl_4(CO)_6$), a CO-releasing compound, decreased a marked cell adherence with a slight reduction of proliferation in monocytic THP-1 cells treated with PMA. And, CORM-2 significantly inhibited expression of differentiation markers such as CD14, CD11b plus CD18 (macrophage-1 antigen, Mac-1 or complement receptor 3, CR3) and phagocytosis of carboxylate-modified red fluorescent latex beads, in PMA-stimulated THP-1 cells. For the further experiments, differentiation of PMA-treated cells was enhanced after the initial 2 days stimulus by removing the PMA-containing media then incubating the cells in fresh media for a another 4 days. And, we observed the secretion of inflammatory cytokines and phagocytosis in differentiated macrophages. Treatment with CORM-2 significantly abolished the secretion of IL-6, $TNF-{\alpha}$ and phagocytosis using fluorescence-conjugated E. coli (K-12 strain) bioparticles in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated differentiated macrophages. In conclusion, these results suggest that CO inhibits the differentiation of monocytic THP-1 cells as well as the activation of differentiated macrophages.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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