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搅拌桨传质及剪切力 研究分享(下)

2025.01.02 83

04 生物制药行业内的应用

1. 轴向流桨叶

例如:Cobetter Lifecask™ RG系列一次性生物反应袋、Cobetter Lifecube™ MG一次性使用搅拌袋、Cobetter Lifecube™ MK一次性使用搅拌袋、Cobetter Lifecube™ MKP一次性使用搅拌袋





·  细胞培养

在生物制药中,细胞培养需要均匀的营养分布和适当的气体交换,但细胞对剪切力比较敏感。轴向流桨叶可以在低剪切力条件下实现良好的混合,适合哺乳动物细胞、昆虫细胞等对力学应力敏感的培养体系。


 ·  生物反应器搅拌

轴向流桨叶广泛用于生物反应器的搅拌系统中,确保培养基和氧气均匀分布。其产生的轴向流动有助于提高溶解氧的传递速率和营养成分的均匀分布,特别是在大规模发酵中,提高了发酵产物的产量和质量。


 ·  蛋白质生产

在蛋白质生产过程中,轴向流桨叶能够提供合适的流体动力学条件,减少剪切力的产生,从而保护蛋白质结构,避免因强力混合导致的蛋白质降解或失活。


 ·  制药混合过程

生物制药的混合过程需要在不破坏活性成分的前提下实现均匀混合。轴向流桨叶能够在低速混合的情况下实现高效的传质,保证成分均匀分布,适合用于制药过程中液-液混合和固-液分散等操作。



2. 径向流桨叶

Cobetter Lifecube™ MP一次性使用搅拌袋、Cobetter Lifecube™ ML一次性使用搅拌袋




·  微生物发酵

在微生物发酵中,为了促进溶解氧的传递,常使用径向流桨叶来增加混合强度,满足氧气需求较大的发酵体系。径向流桨叶可以在生物反应器中形成强烈的湍流,有效促进气液界面的氧气传递速率,适合对剪切力不敏感的微生物(如大肠杆菌、酵母等)的发酵过程。

 

·  溶解和分散操作

在药物制剂中,常需要将药物成分溶解、分散到液体中。径向流桨叶能在溶液中产生高湍流度,有效地将固体成分分散均匀,特别适用于高粘度物质或粉状药物的溶解混合。


 ·  蛋白质纯化和沉淀反应

径向流桨叶可以为蛋白质沉淀反应提供高效的混合,帮助快速分散沉淀剂并促进反应进行。例如,在某些蛋白质纯化中,需要将盐类、酸碱等沉淀剂均匀地分布到溶液中,以快速形成蛋白质沉淀。


 ·  高粘度发酵液的处理

在某些高粘度发酵液(如细菌或真菌发酵产生的高分子量产物)中,径向流桨叶能提供足够的搅拌力以克服粘度带来的混合阻力,确保发酵液中的营养物质、氧气均匀分布,维持良好的生物反应环境。


3. 螺旋式桨叶

·  细胞培养和发酵

螺旋式桨叶在粘性较高的细胞培养和发酵过程(如真菌或植物细胞培养)中表现出色。这些细胞培养体系常需要缓和的剪切力和均匀的流动环境,螺旋桨叶可以提供适中的轴向流,减少对细胞的机械损伤,适合用于哺乳动物细胞等对剪切力敏感的体系。


·  粘性发酵液的搅拌

在使用高粘度培养基的发酵过程中(如高分子发酵产物的生产),螺旋式桨叶能够提供强劲的轴向流动,将物料从反应器底部带至顶部,确保营养均匀分布,防止物料在反应器中局部聚集,提升生产效率。

 

·  缓慢搅拌的敏感成分混合

在生物制药产品的制备过程中,某些敏感的蛋白质或生物制品需要在低剪切环境中缓慢搅拌以避免降解。螺旋式桨叶可以在低速下产生温和的流动,适合用于防止活性成分变性或降解。


 ·  药物制剂中的均匀混合

螺旋式桨叶还适用于混合高粘度的药物溶液和制剂。其设计能够提供均匀的混合效果,适用于粘稠的悬浮液或乳剂的制备过程,确保各成分在粘稠基质中均匀分布,保持制剂的均匀性和稳定性。


4. Rushton桨叶

例如 Cobetter Lifecube™ MS一次性使用搅拌袋




·  微生物发酵

在微生物发酵过程中,氧气供应至关重要,尤其是大肠杆菌、酵母和其他需氧微生物的培养。Rushton桨叶产生强烈的径向流动和湍流,能够有效增大气液界面面积,促进氧气的溶解速率,从而满足高氧需求的微生物发酵过程。

 

·  气液混合反应

Rushton桨叶特别适合需要高效气液混合的生物反应,例如细胞培养和发酵反应中氧气的传递。其高剪切力和强湍流使气泡能够迅速分散并均匀分布在反应器中,从而提高氧气的传质效率,避免气泡聚集。


 ·  高粘度体系的混合

在某些高粘度发酵液或培养基的搅拌中,Rushton桨叶的径向流动可以有效促进液体的整体循环流动,使得营养成分和氧气均匀分布。这对于一些粘度较高的发酵液(如某些真菌培养物)非常有帮助。

 

·  蛋白质生产中的快速反应

Rushton桨叶的高剪切力有助于加速反应速率和传质过程,因此在生物制药中被用于某些需要快速反应的蛋白质生产环节。其湍流条件有助于快速混合反应物并提高转化效率。


 ·  发酵液的泡沫控制

在发酵过程中,有时会因为气泡过多导致泡沫问题。Rushton桨叶的强剪切力能够在一定程度上破碎气泡,有助于减少泡沫的产生,确保发酵过程的稳定性。







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