由于操作參數和工藝指標之間有著錯綜復雜的非線性關系，生物過程模擬并非易事，通常涉及到對傳質、傳熱、傳能和生化反應的模擬。圖1列舉了發酵過程主要操作條件對傳質速率、底物濃度等中間參數以及細胞生長，產物形成等發酵指標參數的影響。  
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模型。模型后臺運行在我們的服務器上，前端以可交互網頁應用的形式展示。該網頁應用包括三個分頁面，其中Equilibrium分頁展示的是圖2所示的傳質與生化反應的之間的平衡關系。通過拖動相應的進度條，可以考察攪拌轉速，通氣量，以及菌體濃度等參數對擬穩態下溶氧濃度的影響。Dynamics頁面展示的是在一組給定的操作條件下，溶氧濃度從0達到平衡的動態過程曲線。
 
模擬器網址：http://dm.parallel-bioreactor.com/do?t=2
Simulation分頁更直觀的展示改變操作條件后溶氧重新達到擬穩態的過程。用戶既可以直接設定kLa的值，也通過勾選Model框后，設定攪拌轉速rpm和通氣量（通風比）vvm，程序根據經驗公式計算kLa；還可以通過調節氧氣濃度yO2和操作壓力Pressure，考察這兩個參數對溶氧過程的影響。針對含微生物或者細胞的反應體系，用戶可以調節qO2和X滑動條，設置比耗氧速率和細胞量，勾選M-M eq.選框后程序將根據米氏方程計算攝氧速率。Simulation Speed滑動條可以允許用戶設定時間流逝速度，默認數值1即為模擬速度與現實速度相同。點擊run/pause按鈕可以控制模擬的開始與結束，點擊reset按鈕可以重置模擬過程。
模擬器網址：http://dm.parallel-bioreactor.com/do?t=3
結語
本應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。這些是生物過程數字孿生的基本組成要素。生物過程模擬是一個復雜的問題。在實際應用中，需要根據不同型號的反應器設置相應的模型參數，模擬準確度與參數的設置高度相關。接下來，我們將會陸續開放包含有更多細節的數字孿生模擬器，請持續關注！

在模擬器網頁中，隨了溶氧過程的模擬，還有PID、放大計算等應用，如遇問題需進一步交流可通過下方微信與我們進行交流。  
迪必爾智能科技（深圳）有限公司，TJX，是迪必爾生物（上海）有限公司為推進生物反應器基礎技術開發而成立的全資子公司。迪必爾生物成立于2012年，是國內首家將微小型平行生物反應器商業化并整合到實驗室自動化工作流程中制造商。TJX由公司三位創始人名字首字母組成，同時也代表了技術(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字化水平，通過機器學習、智能生物傳感器以及基于云技術的數據監測和分析搭建數據驅動的智能制造平臺，在協助科學家開展研究的同時提升生物制造的效率。

生命科學依然在挑戰中前行，生物反應器技術是這條產業鏈上不可或缺的重要一環。面向未來場景的科研和生產，對新技術充滿想象，但這更需要通過扎實的基礎，包括跨學科的技術集成去實現、去滿足，這是TJX所希望做的！
 
參考文獻
【1】《新一代發酵工程技術》周景文、陳堅，等。科學出版社，ISBN：9787030684059