柱塞泵剪切力大嗎？

在選擇泵的灌裝形式時，不僅要考慮前面文章提到的灌裝精度問題，更重要的是要評價其對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，而談到這一點，泵的剪切力就成了無法回避的話題。由于在目前所知的低容量無菌灌裝中，都會受到剪應力的影響，也就是說，剪切力來自柱塞泵和蠕動泵。工業(yè)生產(chǎn)中，普遍采用蠕動泵，常說是因為旋轉(zhuǎn)柱塞泵剪切力大，會有損壞產(chǎn)品的危險。而且還有文獻清楚地表明，旋轉(zhuǎn)活塞泵的確有破壞生物制劑的傾向。或許從另一個角度可以看到灌裝泵剪切力的差異及其對產(chǎn)品的影響。為了模擬壞的情況，首先對單抗灌裝劑進行研究，灌裝劑中有兩種不同的 mAb配方，這兩種配方循環(huán)灌裝劑15次，以擴大灌裝劑中蛋白質(zhì)降解或物質(zhì)脫落造成的顆粒形成。試驗結(jié)果出人意料的是，柱塞泵產(chǎn)生的顆粒數(shù)，而且比蠕動泵大得多，說明柱塞泵對試驗樣品確實有損壞。

這是因為剪切力直接造成嗎？

為證明這一點，實驗還選取了一種設(shè)計為機械應力敏感的脂質(zhì)體，在該脂質(zhì)體中包覆熒光標記物羧基熒光素(CF)，以直接量化剪切速率。試驗結(jié)果在一定程度上是意想不到的，蠕動泵觸發(fā)了熒光素的釋放，而在試驗中，蠕動泵的剪切速率水平比柱塞泵高20倍左右。

為了有更多的理論驗證，還要進行CFD模擬分析，當然從技術(shù)上來說，很難獲得關(guān)于灌裝系統(tǒng)內(nèi)部流體動力學的信息，雖然CFD提供不了直接的數(shù)據(jù)，但是可以用來支持進一步的調(diào)查和解釋，同樣根據(jù)研究用的實驗數(shù)據(jù)驗證結(jié)果，可以避免對數(shù)值模擬數(shù)據(jù)的誤解，CFD分析顯示爬行泵的剪切速度也要高于柱塞泵，而對于mAb配方的研究，確實顯示柱塞泵運行后亞可見顆粒數(shù)，那么到底是什么造成這種現(xiàn)象呢？

柱塞泵廠家介紹灌裝過程基本可分為四個不同的步驟。活塞在的位置上升的話，系統(tǒng)的壓力會減少，液體會被吸入到儲藏缸筒中。活塞在液體進入的方向上有單側(cè)的間隙。然后，活塞旋轉(zhuǎn)180°，槽向氣缸出口方向旋轉(zhuǎn)，在一步中塞向下移動，液體從液體進入灌裝針。顯然，液體流動主要由活塞在氣缸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和垂直運動決定，因此認為形成了Taylor-Couette型的流動。  

事實上，活塞和缸體之間的微小間隙及其對蛋白質(zhì)損傷的影響已經(jīng)被廣泛討論。而這個微小的差距，以前沒有通過CFD模擬分析過。可以發(fā)現(xiàn)，活塞的旋轉(zhuǎn)導致剪切速率高達325，而平移運動將剪切速率降低到200。在進一步的實驗中，發(fā)現(xiàn)在活塞泵的缸體底部有一個“再循環(huán)區(qū)”。與蠕動泵相比，該區(qū)域的流體交換非常差，這導致流體的反復剪切應力暴露，即活塞泵反復將蛋白質(zhì)制劑暴露于恒定但低的剪切速率。