資訊中心

展會動態(tài)

公司新聞

行業(yè)動態(tài)

首頁

資訊詳情

淺析柱塞泵的剪切力

發(fā)布時間：

2023-08-08 17:25

選擇灌裝泵形式時，不僅考慮之前文章中提到灌裝的精度問題，更重要的是評估對產(chǎn)品的質(zhì)量影響，而談及這點，泵的剪切力Shear Stress就成為一個不可回避的話題。因為在目前已知的所有低容量無菌灌裝過程中，藥品都會受到剪切應(yīng)力的影響，換句話說無論柱塞泵還是蠕動泵都有剪切力。

工業(yè)界在生產(chǎn)生物制品時，普遍考慮蠕動泵，常說的理由就是旋轉(zhuǎn)式柱塞泵的剪切力大，會有破壞產(chǎn)品的風險。并且也有文獻清楚地表明，旋轉(zhuǎn)活塞泵確實存在損壞生物藥品制劑的趨勢。

這次摘譯參考一篇文獻，也許可以從另外的一個角度來看灌裝泵剪切力的差異，和其對產(chǎn)品的影響。

文獻作者首先對單抗灌裝進行研究，灌裝兩種不同的mAb配方，為模擬最壞的情況，這兩種單抗制劑被循環(huán)灌裝15次，以放大灌裝過程中蛋白質(zhì)降解或材料脫落引起的任何顆粒形成。實驗結(jié)果不出意料，柱塞泵內(nèi)產(chǎn)生的顆粒數(shù)最高，且遠遠大于蠕動泵，說明柱塞泵確實對實驗樣品產(chǎn)生了破壞。

這是因為剪切力直接造成嗎？

為了求證這一點，實驗又選擇測試了一種設(shè)計對機械應(yīng)力敏感的脂質(zhì)體，其中包裹熒光標記物羧基熒光素（CF），以此直接量化剪切速率。實驗結(jié)果一定程度上是出乎意料的，蠕動泵觸發(fā)熒光素的最大釋放，且與研究中使用的柱塞泵相比，蠕動泵的剪切速率水平似乎高出20倍左右。

為了有更多的理論驗證，又進行CFD模擬分析，當然從技術(shù)上講，很難獲得有關(guān)灌裝系統(tǒng)內(nèi)部流體動力學的信息。雖然CFD提供無法提供直接的數(shù)據(jù)，但其可用于支持進一步的調(diào)查和解釋。同樣，根據(jù)研究用實驗數(shù)據(jù)驗證結(jié)果，可避免對數(shù)值模擬數(shù)據(jù)的誤解。CFD分析顯示蠕動泵剪切速率也高于柱塞泵。

但對于mAb配方的研究確實顯示柱塞泵運行后亞可見顆粒數(shù)最高，究竟是什么引起了這個現(xiàn)象呢？

柱塞泵灌裝過程基本可分為四個不同的步驟。活塞在第一個位置上抬會導致系統(tǒng)中的壓力減少，液體被“吸入”到儲液缸筒中?；钊谝后w進入的方向上有一個單邊缺口。然后，活塞旋轉(zhuǎn)180°，槽口轉(zhuǎn)向向氣缸出口方向。在最后一步中，活塞向下移動，并將液體從泵中輸送到灌裝針。

顯然液體流動主要是由活塞在缸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和垂直運動所決定的，因此認為其形成了Taylor-Couette型流動。

事實上，在制藥行業(yè)中，活塞和缸體之間的微小間隙及其對蛋白質(zhì)損傷的影響被大量討論。而這微小間隙是沒有被之前CFD模擬分析的。

可以發(fā)現(xiàn)活塞的旋轉(zhuǎn)有助于高達325的剪切速率，而平移運動則使剪切速率降低至200。在進一步的實驗中，揭示了活塞泵在缸體底部存在一個“再循環(huán)區(qū)”，與蠕動泵相比，該區(qū)域的流體交換非常差，導致流體多次出現(xiàn)剪切應(yīng)力暴露，即柱塞泵將蛋白質(zhì)制劑多次暴露在恒定但較低的剪切速率下。

為此文獻作者引入了一個“新”參數(shù)來說明柱塞泵對產(chǎn)品造成破壞的原因：平均體積疲勞（meanvolume fatigue），疲勞是材料科學中一個眾所周知的參數(shù)，用來描述材料在反復使用或加載后的弱化。即文章研究將反復剪切的體積分數(shù)包括在計算中，來顯示活塞泵帶來的累積平均體積疲勞，最終將獲得報告中的最高顆粒數(shù)，從而佐證之前實驗結(jié)果。

最后文獻認為結(jié)合產(chǎn)品灌裝研究、CFD模擬、脂質(zhì)體模型，可以建立蛋白質(zhì)損傷、實驗剪切應(yīng)力測量和CFD數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。這三種模型的組合可以為優(yōu)化無菌灌裝工藝提供幫助。

柱塞泵,蠕動泵,剪切力

最新動態(tài)