В части 1 мы обсудили и проанализировали факторы, влияющие на массообмен, а также результаты поэлементного моделирования. Теперь в части 2 мы покажем вам 4 конкретных кейса применения 4 различных видов импеллеров в биофармацевтике, а также расскажем о решениях компании Cobetter.
04 Применение в биофармацевтической промышленности
Осевой импеллер
Применимость: одноразовые биореакторные мешки Cobetter Lifecask™ серии RG, одноразовые мешки для перемешивания Cobetter Lifecube™ MG, одноразовые мешки для перемешивания Cobetter Lifecube™ MK, одноразовые мешки для перемешивания Cobetter Lifecube™ MKP.
Клеточные культуры
В биофармацевтике культура клеток требует равномерного распределения питательных веществ и надлежащего газообмена. При этом клетки чувствительны к силе сдвига. Осевые импеллеры могут обеспечить хорошее перемешивание в условиях низкой силы сдвига, что делает их подходящими для культивирования, таких клеток, как клетки млекопитающих и насекомых, которые чувствительны к механическому воздействию.
Перемешивание в биореакторе
Осевые импеллеры широко используются в системах перемешивания биореакторов для обеспечения равномерного распределения питательной среды и кислорода. Осевой поток, создаваемый импеллером, способствует улучшению скорости переноса растворенного кислорода и равномерному распределению питательных веществ, особенно при крупномасштабной ферментации, что повышает выход и качество продуктов ферментации.
Производство белка
В процессе производства белка осевые импеллеры могут обеспечить подходящие гидродинамические условия, уменьшить образование сдвиговых сил, тем самым защищая структуру белка и предотвращая его деградацию или инактивацию, вызванную сильным перемешиванием.
Процессы смешивания в биофармацевтике
Процесс смешивания биофармацевтических препаратов требует достижения однородного смешивания без повреждения активных ингредиентов. Импеллеры могут обеспечить эффективный массообмен при низкоскоростном смешивании, гарантируя равномерное распределение компонентов, и подходят для таких операций, как смешивание жидкостей и диспергирование твердых веществ в жидкости в фармацевтических процессах.
2 Радиальный импеллер
Одноразовый мешок Cobetter Lifecube™ MP, одноразовый мешок для перемешивания Cobetter Lifecube™ ML.
Микробная ферментация
В микробной ферментации для улучшения переноса растворенного кислорода часто используются радиальные импеллеры, которые увеличивают интенсивность перемешивания и удовлетворяют потребности ферментационной системы с высоким потреблением кислорода. Радиальные рабочие колеса могут создавать сильную турбулентность в биореакторах, эффективно способствуя скорости переноса кислорода на границе раздела газа и жидкости, и подходят для процесса ферментации микроорганизмов, нечувствительных к сдвиговым силам, таких как Escherichia coli и дрожжи.
Операции растворения и диспергирования
При изготовлении фармацевтических препаратов часто возникает необходимость растворения и диспергирования компонентов лекарственного средства в жидкости. Радиальные импеллеры могут создавать высокую турбулентность в растворах, эффективно диспергируя твердые компоненты равномерно, и особенно подходят для растворения и смешивания высоковязких веществ или порошкообразных лекарственных средств.
Очистка белков и реакция осаждения
Радиальный импеллер обеспечивает эффективное перемешивание при реакциях осаждения белков, способствуя быстрому распределению осаждающих веществ и ускорению реакции. Например, при очистке некоторых белков необходимо равномерно распределить осаждающие вещества, такие как соли, кислоты и основания, в растворе, чтобы быстро сформировать осадок белка.
Обработка высоковязких ферментационных бульонов
В некоторых высоковязких ферментационных бульонах (таких как высокомолекулярные продукты, полученные в результате бактериальной или грибковой ферментации) радиальные лопасти могут обеспечить достаточную силу перемешивания, чтобы преодолеть сопротивление перемешиванию, вызванное вязкостью, обеспечить равномерное распределение питательных веществ и кислорода в ферментационном бульоне и поддерживать хорошую среду для биологической реакции.
Спиральный ленточный импеллер
Your Attractive Heading
Клеточные культуры и ферментация
Спиральные ленточные лопасти хорошо работают в процессах культивирования клеток и ферментации с высокой вязкостью, таких как культивирование грибных или растительных клеток. Эти системы культивирования клеток часто требуют мягких сдвиговых сил и равномерной среды потока. Спиральные ленточные лопасти могут обеспечить умеренный осевой поток, уменьшая механическое повреждение клеток и делая их пригодными для систем, чувствительных к сдвигу, таких как клетки млекопитающих.
Перемешивание вязкой ферментационной среды
В процессе ферментации с высоковязкой средой (например, при производстве полимерных ферментационных продуктов) спиральные ленточные импеллеры могут обеспечивать сильный осевой поток, перенося материалы от дна к верху реактора, обеспечивая равномерное распределение питательных веществ, предотвращая локальную агрегацию материалов в реакторе и повышая эффективность производства.
Смешивание чувствительных ингредиентов с медленным перемешиванием
В процессе приготовления биофармацевтических продуктов некоторые чувствительные белки или биологические продукты необходимо медленно перемешивать в среде с низким сдвигом, чтобы избежать их разложения. Спиральные ленточные импеллеры могут создавать мягкий поток на низких скоростях и подходят для предотвращения денатурации или разложения активных ингредиентов.
4. Импеллер Раштона
Например, одноразовый мешок для перемешивания Cobetter Lifecube™ MS.
Микробная ферментация
В процессе микробной ферментации снабжение кислородом имеет решающее значение, особенно для культивирования Escherichia coli, дрожжей и других аэробных микроорганизмов. Импеллер Rushton создает сильный радиальный поток и турбулентность, что позволяет эффективно увеличить площадь газожидкостной границы раздела, ускорить растворение кислорода и удовлетворить высокую потребность в кислороде процессов микробной ферментации.
Газо-жидкостная смесь
Rushton импеллер особенно подходит для биологических реакций, требующих эффективного смешивания газа и жидкости, таких как перенос кислорода в культурах клеток и ферментационных реакциях. Его высокая сила сдвига и сильная турбулентность позволяют пузырькам быстро рассеиваться и равномерно распределяться в реакторе, тем самым улучшая эффективность массопереноса кислорода и предотвращая агрегацию пузырьков.
Смешивание с высокой вязкостью
При перемешивании некоторых высоковязких ферментационных бульонов или культурных сред радиальный поток Rushton импеллера может эффективно способствовать общей циркуляции жидкости, что приводит к равномерному распределению питательных веществ и кислорода. Это очень полезно для некоторых ферментационных бульонов с высокой вязкостью.
Быстрые реакции при производстве белков
Высокая сила сдвига Раштон импеллера помогает ускорить скорость реакции и процесс массопереноса, поэтому они используются в определенных процессах производства белков, требующих быстрых реакций в биофармацевтике. Его турбулентность способствуют быстрому смешиванию реагентов и повышают эффективность преобразования.
Контроль пенообразования в ферментационном бульоне
В процессе ферментации слишком большое количество пузырьков иногда приводит к проблемам с пеной. Большая сила сдвига Rushton импеллера может в определенной степени разрушать пузырьки, что помогает уменьшить образование пены и обеспечить стабильность процесса ферментации.
Источники:
1. Эксперименты, проведенные в центре по применению компании Cobetter
2. Киберленика. Статья “Биореактор с применением импеллерных мешалок для культивирования биомассы микроводорослей“