A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Ina Dittler; Wolfgang Dornfeld; Reto Sch&#246;b; Jared Cocke; J&#252;rgen Rojahn; Matthias Kraume; Dieter Eibl

doi:10.3791/53052

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Engineering

Eine kostengünstige und zuverlässige Methode, um mechanische Spannung in Einweg-und Standardpumpen Predict

Published: August 05, 2015

doi:

10.3791/53052

Ina Dittler¹, Wolfgang Dornfeld², Reto Schöb², Jared Cocke³, Jürgen Rojahn³, Matthias Kraume⁴, Dieter Eibl¹

¹Institute of Biotechnology, School of Life Sciences and Facility Management,Zurich University of Applied Sciences, ²Levitronix Ltd., ³SOPAT Ltd., ⁴Institute of Chemical and Process Engineering,Technische Universität Berlin

Summary

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

Abstract

Die Pumpen werden vor allem bei der Übertragung von sterilen Kulturbrühen in der biopharmazeutischen und biotechnologischen Produktionsprozessen. Jedoch wird während des Pumpvorgangs Scherkräfte auftreten, die qualitative und / oder quantitative Produktverlust führen kann. Für die Berechnung der mechanischen Belastung mit begrenzt experimentellen Aufwand wurde ein Öl-Wasser-Emulsionssystem verwendet, deren Eignung für Tropfengröße Erkennungen in Bioreaktoren ¹ gezeigt. Wie Drop Auseinanderbrechen der Öl-Wasser-Emulsionssystem ist eine Funktion der mechanischen Beanspruchung, Tropfengrößen müssen über die Versuchsdauer von Schubspannung Untersuchungen gezählt werden. In früheren Studien wurde die inline Endoskopie wurde gezeigt, daß eine genaue und zuverlässige Messtechnik für die Tropfengrößenerkennungen in flüssig / flüssig-Dispersionen sein. Das Ziel des Protokolls ist es, die Eignung der inline Endoskopie Technik zur Tropfengrößenmessung in Pumpprozessen zeigen. Um die Tropfengröße zu äußern, die Sauter-Durchmesserd ₃₂ wurde als der repräsentative Durchmesser der Tropfen in das Öl-Wasser-Emulsion verwendet. Die Ergebnisse zeigten eine geringe Variation in den mittleren Sauter-Durchmesser, die mit Standardabweichungen von weniger als 15% quantifiziert wurden, was die Zuverlässigkeit der Messtechnik.

Introduction

Die Pumpen werden verwendet, um Zellkulturen in der pharmazeutischen und biotechnologischen Industrie zu übertragen. Während des Pumpvorgangs, können mechanische Belastung in irreversible Zellschäden, die die Menge und die Qualität des Produkts ^1-4 beeinträchtigen könnten zur Folge haben. Die Höhe der mechanischen Belastung abhängig von den Einstellungen Pumpentyp und Pumpe, wie in früheren Studien gezeigt ^5-6. Üblicherweise werden Schlauchsystem, Spritze, Membranpumpen zum Einmalgebrauch (SU) Technologie basierten Anwendungen verwendet. Diese Pumpen führen zu hohen durch die Kompression des Pumpschlauches und der pulsierende Strömung ⁷ verursacht lokale Scherkräfte.

Um diese Nachteile, magnetgelagerten Kreiselpumpen (MagLev Kreiselpumpen) zu überwinden, stellen eine vielversprechende Alternative. Der Motor magnetisch, um enge Spalten zwischen Laufrad und Pumpengehäuse (1) zu vermeiden, angetrieben. In einer früheren Studie untersuchten die MagLev KreiselPumpen und zeigten geringere mechanische Spannung in Chinese Hamster Ovary (CHO) -Zellen, verglichen mit peristaltischer und 4-Kolbenmembranpumpen ^5. Zusätzlich Hämolyse Analysen zeigten keine signifikante Bluttrauma und Thrombusbildung über einen Bereich von Betriebsbedingungen mit Hilfe dieser Pumpen ^8-11. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung dieser speziell für Pumpen gilt weniger mechanische Belastung auf biologische Systeme im Vergleich zu Schlauch und Membranpumpen. Um die mechanische Belastung begrenzt mit experimentellen Aufwand zu untersuchen, wird ein Öl-Wasser-Emulsion Modellsystem aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit (ca. 99,8%) und zeit reduziert (ca. 99,5%) Anwendung im Vergleich zu biologischen Zellkultur-Systeme empfohlen.

Wie Drop Auseinanderbrechen der Öl-Wasser-Emulsionssystem ist eine Funktion der mechanischen Beanspruchung, Tropfengrößen müssen über die Versuchsdauer von Schubspannung Untersuchungen gezählt werden. Viele Techniken zur Dimensionierung Tropfen zur Verfügung stehen, which kann in Ton, Laser und Foto basierte Techniken ¹² aufgeteilt werden. Insbesondere die Verwendung der photooptische Sonde inline Endoskopie zeigt fast identische Tropfengrößen für manuelle und automatische Erkennungen (Standardabweichung unter 10%) und ermöglicht eine Detektion von 250 Tropfen pro Minute ^13. Wegen ihrer Genauigkeit und Zuverlässigkeit, Endoskop Technik wurde gezeigt, dass eine effektive Standardmessverfahren für die Tropfengrößenverteilungen in flüssig / flüssig-Dispersionen, wenn sie mit anderen häufig verwendeten Sonden (zB optische Faser-Vorwärts-Rückwärts-Verhältnis (FBR) Sensor gegen , fokussierten Strahlreflexionsverfahren (FBRM) und die zweidimensionale optische Reflexionsmesstechnik (2D-ORM)) ^12,14. Außerdem ist die Eignung der inline Endoskopie zur Messung Tropfengrößen in einem Rührgefäß wurde mehrmals in früheren Untersuchungen ^15-18 demonstriert.

Auf der Grundlage einer vorherigen Studie ^6, beschreibt dieses Protokolldie Verwendung von Inline-Endoskopie zur Tropfengrößen bestimmen (Sauter-Durchmesser) einer Öl-Wasser-Emulsionssystem in Pumpen. Der Sauter-Durchmesser wurde als Vergleichskriterium, um die mechanische Beanspruchung der Multi-Use (MU) MagLev Kreiselpumpen, eine peristaltische und einer Einweg (SU) 4-Kolben-Membranpumpe abzuschätzen.

Abbildung 1. Magnetgelagerte Zentrifugalpumpe-System. (A) Das Prinzip eines lagerlosen Motors und (B) der PuraLev 200mu werden als Beispiel gezeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Protocol

Die Untersuchungen wurden mit einem Pipe Pumpenaufbau (Figu erneut 2), die mechanische Belastung Experimente bei Flussraten von bis zu 60 L ermöglicht min -1 und Druckabfälle bis zu 2 bar durchgeführt werden. Wie in Fig u re 2 Der Versuchsaufbau ist aus dem Lagerbehälter, der Pumpschaltung und der Ausrüstung für die Inline-Endoskopie-Technik zusammen. Das Laufrad der Speicherbehälter nur verwendet wurde, um das Tensid zu vermischen. Peripherieelemente wurden in dem geschlossenen Kreislauf integriert ist, um die Strömungsgeschwindigkeit v und der Druckabfall P an unterschiedlichen Pumpeneinstellungen zu überwachen. Die Untersuchungen wurden mit Hilfe des Handrades Ventil variiert. 1. Versuchsaufbau Sicherzustellen, dass der Bioreaktor (D = 0,15 m, H / D = 2,2) mit einem Laufrad für die Auflösung des surfacta ausgestattetent und sicherstellen, dass das Einlassrohr taucht in das Fluid, um ein eintretendes Gas zu vermeiden. Rüsten Sie die Pumpe Schleife mit einer Spritze Port, der untersucht Pumpe, einem Clamp-On-Durchflussmesser, einen Einweg-Drucksensor und einem Handrad Ventil. Nach Anschluss der Pumpe Schleife in den Vorratsbehälter, schließen Sie den Pumpenkopf mit dem Motor und bereiten die Endoskopsonde. Montieren Sie den veränderbaren Reflexionsebene, ein Rhodium Spiegel in diesem Fall an der Sondenspitze und den Abstand zwischen Spiegel und Linse bis 150 um. Stellen Sie die Schraube bei 100 & mgr; m, um die Schärfe des Objektivs zu konzentrieren. Verbinden die Sonde am Stroboskop über ein faseroptisches Kabel und der Kamera des Endoskops an den Computer über ein Ethernet-Kabel. Dann schließen Sie die Kamera und das Stroboskop zusammen über einen Trigger-box-Kabel. Starten Sie den Computer und öffnen Sie die Hersteller-Software zur Verfügung gestellt, das eine Bildaufnahme und Erkennungssoftware sowie Folge-Analysator-Software enthält. Wählen Sie die Bildaufnahme-Software in das Hauptmenü. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Detect-Gerät" in der oberen linken Ecke des Bildschirms, um die Kamera zu erkennen. Wählen Sie unter "Verzeichniseinstellungen" wählen Sie den Speicherort auf dem Computer zum Speichern von Bildern und aktivieren Sie den Befehl "Create Trigger Unterordner". Geben Sie die Prozessparameter im Abschnitt "Trigger-Modus: Betriebsbereit". Bildfrequenz: 7,5 Hz Bilder pro Trigger: 50 Anzahl der Trigger: 60 Trigger-Intervall: 60 s Nach Abschluss der Vorarbeiten, gießen 5 L VE-Wasser in den Vorratsbehälter und schalten Sie die Pumpe, die Pumpe und die Pumpe Schleife zu füllen. Schalten Sie die Pumpe und fügen Sie 0,9 ml Tensid (c Tensid = 0,18 ml L -1, ρ Tensid, 20 ° C = 1,070 kg m -3, kritische Micellenkonzentration (CMC): ω cmc0; ≈ 0,018 ml L -1, ω Tensid ≈ 10 · ω CMC) mit einer 10 ml Pipette unter Rühren. Nach 10 min das Tensid vollständig aufgelöst ist. Schalten Sie das Laufrad und schalten Sie die Pumpe. Positionieren die Endoskopsonde, so dass die Linse direkt unterhalb des Einlaßrohres befindet. Stellen Sie die Durchflussrate von 3,4 L min -1 und den Druckabfall von 0,03, 0,3 oder 0,61 bar durch Variation der Laufraddrehzahl und die Hand-Rad-Ventil. Wiegen 6,3 g Öl direkt in die Spritze (β Öl = 1,26 g L -1, ρ Öl, 20 ° C = 989,5 kg m -3). Starten Sie die Bildaufnahme-Software und fügen Sie das Öl über die Spritze Port. Die Laufpumpe verteilt die Emulsionstropfen. Nach 1 Stunde, schliessen Sie die Schubspannung Untersuchung und reinigen Sie die Inline-Endoskop sowie dem Bioreaktormit der integrierten Pumpe Schleife. Anschließend bereiten Sie die Versuchsanordnung für den nächsten Pumpvorgang. 2. Messung und Bildanalyse Öffnen der automatischen Bilderkennungssoftware in das Hauptmenü. Unter "Batch-Root-Verzeichnis" wählen Sie den Speicherort auf dem Computer zum Speichern der Dateien (Alle * .csv). Wählen Sie die Spalte "Bildsequenz Path" und klicken Sie auf die Schaltfläche "Add Image Series Unterordner" in der linken unteren Ecke des Bildschirms, um das Bild-Serie laden. Laden die Verfahrensparameter, die vom Hersteller bereitgestellt werden. Wählen Sie die Spalte "Sucheinstellungen (* .pss oder auftrag _ *. Mat)" und klicken Sie auf die Schaltfläche "Set Search Settings" in der unteren Mitte des Bildschirms, um Prozessparameter, um die Tropfen Anerkennung geben zu laden. Wählen Sie die Spalte "Suchmuster (* .psp oder F _ *. Mat) und klicken Sie auf die Schaltfläche" Set Search Pattern "in der unteren rechten Ecke des Bildschirms, um die Prozessparameter, um die Drop-Analyse festlegen zu laden. Starten Sie die Bilderkennung durch Klicken auf die Schaltfläche "Start Batch". Nach Abschluss der Bilderkennung, ausdrücklich die erfassten Tropfengrößen von der Sauter-Durchmesser (d 32), oder jede andere repräsentative Mittelwert oder Verteilung der Wahl unter Verwendung des Ergebnisses Analysator-Software. Öffnen Sie das Ergebnis Analysator-Software in das Hauptmenü. Aktivieren Sie den Befehl "alle * .csv in 1 Folder", und klicken Sie auf die Schaltfläche "Load Folder (n)" in der oberen linken Ecke des Bildschirms, um die zuvor gespeicherte alle * .csv-Datei zu laden. Wählen Sie den entsprechenden Wert (zB Sauter-Durchmesser) in der Dropdown-Liste in der oberen Mitte des Bildschirms, um die Ergebnisse zu visualisieren. Für die Berechnung des Durchmessers geben die Skalierung 0,6591 & mgr; m Pixel -1 auf der rechten Seite, die vom Hersteller bereitgestellt wird,. Abbildung 2. Versuchsaufbau Pumpenschaltung zur Pumpe verrohrt Setup mit Inline-Endoskopie als der Messtechnik:. (1) Vorratsbehälter, (2) Spritze Hafen, (3) Pumpe (4) Drucksensor (5) Durchflusssensor, ( 6) Stroboskop (7) Computer mit dem Hersteller bereitgestellte Software und (8) Endoskopsonde. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Representative Results

Optische Beurteilung Fig u re 3 zeigt die Partikelerkennung Bilder nach einer Pumpzeit von 1 Stunde. Die oberen vier Bilder zeigen die Tropfen vor der Erkennung und die unteren vier Bilder zeigen die von der Erkennungssoftware markiert Tropfen. Die erfassten Tropfen werden mit einem grünen Rand hervorgehoben. Vergleichen der oberen und unteren Bilder zeigen, dass die Tropfenkanten eben vom Bilderkennungssoftware erkannt. Die Bilder auf der linken Seite zeigen die Fallverteilung für die MagLev Kreiselpumpen PuraLev 200mu und PuraLev 600MU, und die auf der rechten Seite zeigen die 4-Kolben-Membran und die Schlauchpumpe. Eine optische Beurteilung erlaubt eine erste Klassifizierung der mechanischen Spannung im Modell Emulsionssystem. Diese ergab, dass größere Tropfengrößen und Unter Tropfen zählt wurden von den MagLev Kreiselpumpen erzeugt im Vergleich zum 4-Kolben MEMBagm und Schlauchpumpe. Folglich sind die MagLev Kreiselpumpen, insbesondere die PuraLev 200mu zeigten reduzierte Drop Bruch, was geringere mechanische Belastungen. Abbildung 3. Bilder des Inline Endoskopie. Emulsion Tropfen vor (A, B, C, D) und nach (E, F, G, H) Partikelerkennung nach 1 h unter Verwendung von Pumpen (A, E) die PuraLev 200mu ( B, F) die PuraLev 600MU, (C, G) die 4-Kolben-Membranpumpe, und (D, H) der Schlauchpumpe unter identischen Betriebsbedingungen (3.4 L min -1 und 0,03 bar). Bitte klicken Sie hier, um einen Blick Größere Version der Figur. Sauter michein Durchmesser Weitere Untersuchungen zeigten, Standardabweichungen unter d 32 ± 0,4 um und garantiert reproduzierbare Ergebnisse bei der Verwendung von Inline-Endoskopie 19. Daher wurden mehrere Untersuchungen für diesen Ansatz, der die experimentellen Aufwand zusätzlich reduziert erforderlich. Um die Tropfengröße zu äußern, die Sauter-Durchmesser d 32 (siehe Gl. 1) wurde als Vertreter Durchmesser der Tropfen in der Öl-Wasser-Emulsion für diesen Ansatz verwendet. Im Allgemeinen ist die Sauter-Durchmesser verringert im Laufe der Zeit für alle Pumpentypen und Einstellungen bis zur stationären Zustand 12. Untersuchungen in dieser Studie bestätigt, das Fortschreiten der Sauter-Durchmesser (Bild u re 4A bis D), Kurven der PuraLev 200mu (Bild u re &# 160; 4A) und die peristaltische Pumpe (Fig u re 4D) ist beispielhaft in dieses Protokolls erörtert. Im Gegensatz zu der PuraLev 200mu der Sauter-Durchmesser wurden bis zu 40% kleiner für die Schlauchpumpe bei den gleichen Betriebsbedingungen (Fließgeschwindigkeit = 3,4 L min -1; Druckabfall = 0,03 bar). Infolgedessen führte eine höhere mechanische Spannungen in einem erhöhten Tropfenauseinanderbrechen und damit kleineren Tropfengrößen. Ferner die Sauter-Durchmesser mit zunehmender Druckabfall in der PuraLev 200mu (Fig u re 4A), die die Abhängigkeit der Tropfengröße beim Druckabfall angezeigt. Im Gegensatz dazu zeigten die peristaltische Pumpe einen mittleren Sauter-Durchmesser von d = 10 & mgr; m 32,60min am Ende des Experiments für alle Prozessparameter (Figu re 4D). Daher ist der Sauter-Durchmesser wurde festgestellt, unabhängig von Druckabfall sein. Die Ergebnisse beziehen sich jedoch physikalische Verständnis der Tropfenauseinanderbrechen: mit höherer mechanischer Belastung wurden kleinere Sauter mittleren Durchmessern bestimmt (siehe auch Abb u re 5). Für jeden Messpunkt wurden mindestens 300 Tropfen, um statistische Sicherheit garantieren bestimmt. Die maximale Standardabweichung sank die PuraLev 200mu von d 32,4min ± 42 & mgr; m und für die PuraLev 600MU von d 32,6min ± 21 & mgr; m bis ca. 32 d ± 0,5 & mgr; m am Ende des Pumpvorgangs. Die verringerte Standardabweichung resultiert aus der erhöhten homogene Tropfengrößenverteilung, bis Gleichgewichtszustand erreicht wurde. Im Vergleich to den MagLev Kreiselpumpen zeigten die Peristaltik und 4-Kolben-Membranpumpen Standardabweichungen unter d 32 ± 10 um. (1) Abbildung 4. Typische Profile der Sauter-Durchmesser d 32 im Laufe der Zeit und die Bestimmung der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser d 32, m. Vergleich der mittleren Sauter-Durchmesser D 32 (A) für die PuraLev 200mu, (B) für die PuraLev 600MU, (C) für die 4-Kolben-Membranpumpe ist, und (D) für die peristaltische Pumpe. Die Sauter mittleren Durchmessern D 32 wurden bei einer Flussrate von 3,4 L min -1 bestimmt und Druckverluste im Bereich von 0,03 bis 0,61 bar.Die gemessene mittlere Sauter d 32 Durchmesser, wurde m für die letzten 10 min (Grenze) berechnet. Das resultierende Standardabweichung der mittleren Sauter Durchmesser d 32 (N ≥ 300) gezeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Gemessen Sauter-Durchmesser als Vergleichssystem Wie oben beschrieben, der Sauter-Durchmesser verringert im Laufe der Zeit, bis die Tropfengrößen erreicht stabilen Zustand. In den letzten 10 min der Versuchszeit wird der Mittelwert der mittlere Sauter-Durchmesser wurde berechnet, um die gemessenen Sauter bestimmen mittleren Durchmesser, der als Vergleichskriterium verwendet wurde (siehe Fig Grenze u re 4A bis D). Die gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser d 32, M für eine Durchflussrate von 3,4 L & gezeigt# 160; min -1 und einem Druckabfall Bereich 0,03 bis 0,61 bar in Fig u erneut 5. Größere Mess Sauter mittleren Durchmesser wurden für beide MagLev Kreiselpumpen (200mu und 600MU) und der 4-Kolben-Membranpumpe bei niedrigeren Druckabfall und Laufraddrehzahlen bestimmt. Die Schlauchpumpe ergab gemessen Sauter-Durchmessern von d 32, m = 10 & mgr; m für alle Prozessparameter. Wie zuvor erwähnt, waren unabhängig von dem Druckabfall für die Peristaltikpumpe Scherkräfte. Der größte gemessene mittlere Sauter-Durchmesser von d 32, M = 36 & mgr; m für die PuraLev 200mu und d 32, M = 34 & mgr; m für die PuraLev 600MU wurden bei einem Druckabfall von 0,03 bar erreicht. Im Vergleich mit ihren Kollegen, die MagLev Kreiselpumpe Serie erhalten bis zu 59% größer gemessen Sauter-Durchmessern. Diese resultierens ergab eine niedrigere Rate von Tropfen auseinanderbrechen und damit geringere mechanische Belastung aus der Verwendung der Kreiselpumpen entstehen. Die Standardabweichung der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser während des stationären Zustands war unter 15%, was bestätigt, zuverlässige und genaue Werte für die Tropfengrößen. Abbildung 5: Vergleich der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser d 32, m. Gemessen Sauter-Durchmesser für die MagLev Kreiselpumpen und ihre Kollegen bei 3,4 L min -1 und Druckverluste von 0,03, 0,30 und 0,61 bar. Die resultierenden Standardabweichungen der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser d 32, m während des stationären Zustands gezeigt. Abkürzungen Please Klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 2D-ORM zweidimensionale optische Reflexionsmessung CCD Charge-Coupled Device CHO Ovarzellen des chinesischen Hamsters cmc kritische Mizellenkonzentration FBR Vorwärts-Rückwärts-Verhältnis FBRM fokussierten Strahl Reflexionsverfahren MU Mehrzweck SU Einweg Nomenklatur [M 3 s -1] Fließrate c [M 3 m -3] Konzentration d 32 [M] Sauter-Durchmesser d 32, m [M] gemessen Sauter-Durchmesser d s [M] Flächendurchmesser d v [M] Volumendurchmesser f [Hz] Häufigkeit n [S -1] Impellergeschwindigkeit N [-] Anzahl von Tropfen, p Pa Druckabfall t Sekunde Zeit β [Kg m -3] Massenkonzentration ρ [Kg m -3] Dichte 69; [M 3 m -3] Massenanteil Tabelle 1. Tabelle der Abkürzungen und Nomenklatur.

Discussion

Das Ziel des Protokolls ist es, die Eignung der inline Endoskopie Technik zur Tropfengrößenmessung in Pumpprozessen zeigen. Hierzu Tropfengrößen eines Öl-Wasser-Emulsionssystems wurden bestimmt und eine gemessene mittlere Sauter-Durchmesser wurde berechnet, charakterisieren die mechanische Belastung des MagLev Kreiselpumpen sowie wie ihre Gegenstücke, eine peristaltische und einer 4-Kolben-Membranpumpe. Die Ergebnisse zeigten, niedrige Variation der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser, die von Standardabweichungen von weniger als 15% beziffert wurden, was darauf hinweist, dass die Tropfengrößen sind zuverlässig und genau gemessen. Als Folge könnte der gemessenen mittleren Durchmesser nach Sauter erfolgreich als Vergleichskriterium verwendet, um die mechanische Belastung der Pumpen sucht bewerten. Die MagLev Kreiselpumpen ergab größere gemessen Sauter mittleren Durchmessern, was auf geringere mechanische Spannungen auf Emulsionstropfen im Vergleich zu den Schlauch und 4-Kolben-Membranpumpen. Im Gestüties bis heute hat inline Endoskopie wurde gezeigt, dass eine robuste und einfache Technik für eine zuverlässige Tropfengrößenmessung ^{1,6,12-14,20-21,} die ebenfalls in dieser Studie bestätigt werden. Im Vergleich zu alternativen Messtechniken, wie der optischen Faser FBR Sensor, dem FBRM und die 2D-ORM Technik wird das Endoskop Technik kann als das Standardverfahren für den Erhalt von genauen Daten in Flüssig / Flüssig-Anwendungen ^12,14 verwendet werden.

Die einfache Handhabung des Inline Endoskopie und die einfache Herstellung der nicht-biologisches Öl-Wasser-Emulsionssystem ermöglicht ein einfaches Verfahren zur Tropfengrößenerkennungen gemß dem Protokoll Text (siehe oben). Dennoch sollte darauf hingewiesen werden, dass die Position des Endoskopsonde ist abhängig von der Fluidströmung in den Speicherbehälter. Weitere Untersuchungen (Daten nicht gezeigt) haben ergeben, dass das Objektiv der Sonde sollte direkt unterhalb der Einleitungsrohr für geringere Durchflussmengen bis zu 5 L min angeordnet sein ^-1um eine Mehrfacherkennung von einem Tropfen ¹⁹ zu vermeiden. Für scharfe Bilder bei Flussraten über 5 L min ^-1, ist es empfehlenswert, die Sonde mindestens 10 cm entfernt von dem Einlaßrohr zu positionieren. Prozessparametern unabhängig, sollte der Halter des Inline Endoskopie stabil sein, um eine Verschiebung der Sonde, die zu unscharfen Bildern führen können, zu vermeiden.

Ferner sollte besonders beachtet werden, dass die Tropfengröße erfasst wird, nahe an der unteren Nachweisgrenze der angewandten Foto-optische System, wobei die minimale erfassbare Tropfendurchmesser beträgt 6,5 & mgr; m sein. Wie der Hersteller bereitgestellte Software wurde verbessert, kann inline Endoskopietechniken zuverlässig erkennen eine minimale Tropfengröße von 1 & mgr; m. Darüber hinaus wird die Bildverarbeitung weiterentwickelt, um die Online-Überwachung von industriellen Anwendungen zu ermöglichen.

Während die vorliegende Studie konzentrierte sich auf relativ niedrigen Durchflussraten von bis zu 3,4 L 60; min ^-1, sollten künftige Studien ein breiteres Spektrum von Betriebsbedingungen zu prüfen. Erste Untersuchungen wurden bei Durchflussraten von bis zu 20 L min ^-1 durchgeführt (Daten nicht gezeigt). Jedoch eine 1: 2-Verdünnung (c _Tensid = 0,09 ml L ^-1, c _Öl = 0,64 ml L ^-1) des Öl-Wasser-Emulsionssystem mit Durchflussraten über 10 L empfohlen min ^{-1 19,} wie erhöhte Drop Auflösung durch höhere mechanische Belastung sonst beeinflussen Tropfenerfassung und zur Verringerung der Anzahl der Tropfen festgestellt. Tests wurden mit einem 1: 2 ausgeführt Verdünnung und im Vergleich mit Ergebnissen von unverdünntem Öl-Wasser-Emulsionssystems. Für beide Ansätze, der Sauter-Durchmesser wurden verlässlich bestimmt (Standardabweichung von weniger als 5%). Daher reduzierte Volumenanteil: hat (1 2 Verdünnung) keinen Einfluss auf die gemessene mittlere Sauter-Durchmesser und damit eine Drop-Drop Auseinanderbrechen war vernachlässigbar.

nt "> Diese leistungsstarke experimentelle Ansätze bieten eine gute Grundlage für die Verbesserung der Endoskopietechnik sowie der damit verbundenen Bildaufnahme, Anerkennung und Ergebnis Analysator-Software. Darüber hinaus ist die Eignung des Endoskopie-Technik zur Pumpentypen und Serie zu klassifizieren nach ihrer mechanischen Stress wurde erfolgreich gezeigt. Die erhaltenen Ergebnisse sind für Pumpendesign Entwicklung und Optimierung von Pumpen, um Zellschäden zu reduzieren.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren bedanken sich bei der Kommission für Technologie und Innovation (KTI, Schweiz) für die finanzielle Unterstützung (Nr 13.236,1 PFFLI-LS) zu danken.

Materials

CCD camera	Allied Vision Technologies GmbH	GX2750	Equipment for inline endoscopy
C-Flex Biopharmaceutical Tubing	Saint-Gobain Performance Plastics	374-375-4	Tube Select a tubing length of about 45 cm before the pump.
C-Flex Biopharmaceutical Tubing	Saint-Gobain Performance Plastics	374-375-3	Tube Select a tubing length of about 45 cm after the pump and clamp on the flow sensor to this tubing.
CLAVE Connector	Victus	011-C2000	Sampling port
Controller LPC-200.1-02	Levitronix GmbH	100-30030	PuraLev 200MU controller
Controller LPC-600.1-02	Levitronix GmbH	100-30033	PuraLev 600MU controller
LeviFlow Clamp-On Sensor LFSC-12	Levitronix GmbH	100-30329	Flow sensor for flow rates below 5 L min^-1
LeviFlow Converter LFC-1C-CS	Levitronix GmbH	100-30328	Flow sensor output device
Masterflex I/P Easy Load	Fisher Scientific AG	EW-77963-10	Peristaltic pump
Mitos free flow valve	Parker Hannifin Europe Sàrl	FFLQR16S6S6AM	Valve
Mobil Eal Arctic	Exxon Mobil Corporation	Mobil EAL Arctic 22	Oil Prepare the emulsion directly before the experiment.
Motor	Elektromotorenwerk Brienz AG	7WAC72N4THTF	Motor for agitator shaft
Motor BSM-1.4	Levitronix GmbH	100-10005	PuraLev 200MU motor
Motor LPM-600.4	Levitronix GmbH	100-10038	PuraLev 600MU motor
Norm-Ject 10 mL Luer Lock	Restek Corporation	22775	Syringe
Pump Head LPP-200.5	Levitronix GmbH	100-90525	PuraLev 200MU pump head
Pump Head LPP-600.18	Levitronix GmbH	100-90548	PuraLev 600MU pump head
Quattroflow 1200-SU	Almatechnik AG	QF 1200	4-piston diaphragm pump
SciPres Sensor	SciLog	080-695PSX	Pressure sensor
SciPres Sensor Monitor	SciLog	080-690	Pressure sensor output device
SOPAT-VF Inline Endoscopic Probe	SOPAT GmbH		Inline endoscopy
Stroboscope	Drello GmbH & Co KG	Drelloscop 255-01	Equipment for inline endoscopy
Triton X-100	Sigma-Aldrich	X100	Surfactant Handle with gloves and goggles. (acute toxicity, eye irritation)

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Dittler, I., Dornfeld, W., Schöb, R., Cocke, J., Rojahn, J., Kraume, M., Eibl, D. A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps. J. Vis. Exp. (102), e53052, doi:10.3791/53052 (2015).

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