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.
バイオ医薬品とバイオテクノロジーの製造工程中の無菌培養液を転送するときにポンプが主に用いられています。しかしながら、ポンピングプロセス中に剪断力は、定性的および/または定量的な生成物の損失につながる可能性が生じます。限定された実験的な費用で機械的応力を計算するために、油-水エマルジ ョン系は、その適合性、バイオリアクター1における液滴サイズの検出のために示された、使用されました。油 – 水エマルジョン系のドロップ分裂は、機械的応力の関数であるので、液滴サイズは剪断応力調査の実験時間中にカウントされる必要があります。以前の研究では、インライン内視鏡検査は、液体/液体分散液中の液滴の大きさの検出のための正確で信頼できる測定技術であることが示されています。このプロトコルの目的は、ポンピングプロセスにおける液滴サイズの測定のためのインライン内視鏡検査法の適合性を示すことです。液滴の大きさを表現するために、ザウター平均直径D 32は、油-水エマルジ ョン中の液滴の代表径としました。結果は、測定技術の信頼性を示す、15%以下の標準偏差によって定量したザウター平均直径、低変動を示しました。
ポンプは、製薬およびバイオテクノロジー産業で細胞培養物を移すために使用されます。ポンピングプロセスの間、機械的応力は、製品1〜4の量と質を損なう可能性があり、不可逆的な細胞損傷をもたらすことができます。機械的ストレスのレベルは、以前の研究5-6で示したように、ポンプの種類とポンプの設定に依存します。一般的に、蠕動、シリンジおよびダイヤフラムポンプは、単回使用(SU)技術ベースのアプリケーションに使用されます。これらのポンプは、ポンプチューブと脈流7の圧縮による高い局所せん断力が生じます。
これらの欠点を克服するために、磁気浮上遠心ポンプ(MagLevの遠心ポンプ)は、有望な代替手段を構成しています。モータは磁気羽根車とポンプハウジング( 図1)との間の狭い隙間を回避するために駆動されます。以前の研究では、MagLevの遠心を調査しました蠕動ポンプと、4ピストンダイアフラムポンプ5と比較して、チャイニーズハムスター卵巣 (CHO)細胞において低い機械的応力を示しました。また、溶血分析は、これらのポンプ8-11を用いた操作条件の範囲にわたって有意な血液外傷および血栓形成を示さありませんでした。調査結果は、これらの特別に設計されたポンプの使用は、蠕動とダイヤフラムポンプと比較して生物学的システムにあまり機械的応力を加えることを示しています。限られた実験的な費用で機械的応力を調べるために、油-水エマルジ ョンモデルシステムは、生物学的細胞培養システムと比較して、その費用( 約 99.8%)と時間の減少( 約 99.5%)のアプリケーションに推奨されます。
油 – 水エマルジョン系の低下割れは、機械的応力の関数であるように、液滴サイズは、せん断応力の調査の実験時間中にカウントされなければなりません。液滴をサイジングするための多くの技術はwが、利用可能ですHICHは、音、レーザーおよび写真ベースの技術12に分割することができます。具体的には、光の光プローブインライン内視鏡の使用は、手動と自動検出のためのほぼ同じ液滴サイズ(10%以下の標準偏差)を示し、13分あたり250滴を検出することができます。その精度と信頼性のため、内視鏡技術は、液体/液体分散液中の液滴サイズ分布のために効果的な標準測定法であることが示されているので、他の一般的に使用されるプローブ( 例えば、光ファイバ前後比(FBR)センサーと比較した場合、集束ビーム反射法(FBRM)と2次元光反射率測定法(2D-ORM))12,14。また、攪拌容器に液滴サイズを測定するためのインライン内視鏡検査の適合性は、以前の研究15-18で数回実証されています。
試験前6に基づいて、このプロトコルは説明します液滴の大きさを決定するために、インライン内視鏡検査の使用は、ポンプで油 – 水エマルジョン系の(ザウター平均直径)。ザウター直径マルチユース(MU)MagLevの遠心ポンプ、蠕動及び使い捨て(SU)4ピストンダイアフラムポンプの機械的応力を推定するために比較基準として使用された平均します。
図1は、磁気遠心ポンプシステムを浮上。(A)ベアリングレスモータと(B)PuraLev 200MUの原理を例として示している。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。
このプロトコルの目的は、ポンピングプロセスにおける液滴サイズの測定のためのインライン内視鏡検査法の適合性を示すことです。この目的のために、決定された油 – 水エマルジョン系のサイズをドロップし、測定ザウター平均直径はMagLevの遠心の機械的ストレスがそれらの対応、蠕動4-ピストンダイヤフラムポンプと同様にポンプ特徴付けるために計算されました。結果は、測定ザウターの低い変動がその液滴サイズを確実にかつ正確に測定された15%を表す以下の標準偏差によって定量化した直径を意味示しました。その結果、測定ザウター平均粒径が正常調査ポンプの機械的ストレスを評価するために比較基準として使用することができます。 MagLevの遠心ポンプは、蠕動と4ピストンダイヤフラムポンプと比較して、乳化液滴の低い機械的応力を示す、より大きな測定ザウター平均直径を明らかにしました。スタッドでこれまでのIES、インライン内視鏡検査は、また、この調査により確認された信頼性の高い液滴サイズ測定1,6,12-14,20-21に対する堅牢かつ簡単な方法であることが示されています。このような光ファイバFBRセンサなどの代替測定技術に比較して、FBRM及び2D-ORM技術は、内視鏡技術は、液体/液体アプリケーション12,14に正確なデータを得るための標準的な方法として使用することができます。
インライン内視鏡検査および非生物学的油 – 水エマルジョン系の簡単な製造の容易な取扱いは(上記参照)のプロトコル·テキストに従って滴サイズの検出のための簡単な手順を可能にします。それにもかかわらず、内視鏡プローブの位置は、貯蔵容器内の流体の流れに依存することが言及されるべきです。さらなる調査(データは示さず)は、プローブのレンズL 5分までのより低い流量用の導入管の真下に配置されるべきであることを明らかにした-1一滴19の複数の検出を避けるために。 -1分5リットル以上の流量で鮮明な画像のためには、10 cm以上離して導入管からのプローブを配置することをお勧めします。プロセスパラメータとは独立して、インライン内視鏡検査のホルダーはぼやけた画像をもたらすことができるプローブの移動を防止するために安定でなければなりません。
また、特に検出された液滴サイズは、検出可能な最小ドロップ径は6.5μmで適用される光光学系、検出下限に近いことに留意すべきです。メーカー提供のソフトウェアが改善されているように、インライン内視鏡検査技術は確実に1ミクロンの最小の液滴サイズを検出することができます。また、画像処理は、さらに、工業的用途のオンライン監視を可能にするために開発されます。
本研究は、最大3.4 Lの比較的低い流量に焦点を当てながら、 60; -1 MIN、今後の研究では、動作条件の広い範囲を検討する必要があります。最初の調査は、最小-1(データは示していない)20 Lまでの流量で行いました。しかし、1:2希釈(C 界面活性剤 = 0.09ミリリットルL -1、 油 = 0.64ミリリットルL -1 C)油-水エマルジ ョン系のは、増加したドロップ分裂として、1分あたり19 10 Lにわたって流量で推奨されます高い機械的ストレスによって引き起こされると、そうでなければ検出ドロップ影響し、検出された液滴の数を減少させるであろう。試験は1で実施した:2希釈および未希釈油 – 水エマルジョン系の結果と比較しました。両方のアプローチについては、ザウター平均直径は確実に(5%以下の標準偏差)を測定しました。したがって、減少した体積分率(1:2希釈)を測定ザウター平均直径に影響を与えなかった、従って、ドロップドロップ崩壊はごくわずかでした。
NT ">これらの強力な実験的アプローチは、内視鏡検査技術の向上だけでなく、関連する画像取得、認識と結果アナライザソフトウェアのための良好な基礎を提供する。また、内視鏡技術の適合性は、それらの機械によるポンプタイプとシリーズを分類します応力をうまく実証された。得られた結果をポンプ設計の開発と細胞損傷を低減するために、ポンプの最適化のために必須です。The authors have nothing to disclose.
作者は彼らの財政支援(第13236.1 PFFLI-LS)のために技術革新委員会(CTI、スイス)を感謝したいと思います。
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) |