از غیر فعال سازی محصولات زیستی اجتناب کنید! محاسبه دقیق و استراتژی های کاهش تنش برشی در سیستم های فیبر توخالی

اجتناب از غیر فعال سازی محصولات زیستی!
محاسبه دقیق و استراتژی‌های کاهش تنش برشی در سیستم‌های فیبر توخالی

فیبر توخالینوعی ماده الیافی با کانال داخلی توخالی و یک غشای پلیمری متخلخل یا متراکم به عنوان دیواره خارجی آن است. این ساختار منحصر به فرد سطح بالایی، عملکرد عالی انتقال جرم و استحکام مکانیکی قوی را فراهم می کند. الیاف توخالی که توسط فشار مماسی هدایت می شوند، ذرات و باکتری ها را فیلتر می کنند یا مواد هدف را از طریق نفوذپذیری انتخابی حفظ می کنند. آنها به طور گسترده در زمینه هایی مانند زیست پزشکی، مهندسی زیستی و حفاظت از محیط زیست استفاده می شوند.

 

مزایای محصول

کانال‌های جریان را با ظرفیت نگهداری ذرات-بالا باز کنید

یکنواختی عالی غشا با طیف کاملی از اندازه منافذ

طراحی مدولار انعطاف پذیر برای مقیاس خطی آسان-به بالا

نیروی برشی کم، ایده آل برای مدیریت پروتئین های حساس و محصولات ویروسی

تنش برشی درسیستم های فیبر توخالینقش مهمی در تولید، خالص‌سازی و پایداری محصولات زیستی - به‌ویژه در کاربردهای بیودارویی مانند آنتی‌بادی‌های مونوکلونال، واکسن‌ها، پروتئین‌های نوترکیب و سلول‌درمانی دارد. در حالی که تنش برشی متوسط ​​می تواند انتقال جرم و اختلاط را افزایش دهد، برش بیش از حد می تواند منجر به غیرفعال شدن محصول، تجمع یا حتی آسیب سلولی شود.

ویژگی اصلی الیاف توخالی در آنها نهفته استساختار کانال باز-. برخلاف کاست‌های{1} ورق مسطح با تکیه‌گاه‌های داخلی پیچیده که بر دینامیک سیال تأثیر می‌گذارند، الیاف توخالی برش تولید می‌کنند که عمدتاً توسطنرخ جریانوشعاع فیبر. این سادگی امکان کنترل دقیق نیروهای برشی را با تنظیم این دو پارامتر - فراهم می‌کند که محیطی ملایم را برای نمونه‌های حساس برشی- فراهم می‌کند و امکان ارزیابی تحمل برشی آنها را فراهم می‌کند.

ایننرخ برش ( )در یک فیبر توخالی را می توان با معادله زیر محاسبه کرد:

نرخ برش=(s⁻1)

Qنرخ جریان مماسی =

n= تعداد الیاف

r= شعاع داخلی هر فیبر

این فرمول نشان می دهد که نرخ برش استنسبت مستقیم با سرعت جریانوبا تعداد الیاف نسبت معکوس داردومکعب شعاع فیبر. در عمل، تنش برشی را می توان با تنظیم نرخ جریان، ابعاد فیبر، یا پیکربندی ماژول برای برآوردن نیازهای فرآیند خاص، به طور موثر کنترل کرد.

تاثیر مستقیم تنش برشی بر محصولات زیستی

دناتوره شدن و تجمع پروتئین/آنتی بادی

نیروهای برشی بالا - مانند تلاطم یا کاویتاسیون - می‌توانند ایجاد کنندتغییرات ساختاریدر پروتئین ها، مناطق آبگریز را در معرض دید قرار می دهد و باعث تجمع می شود. در طی فیلتراسیون، اولترافیلتراسیون یا کشت پرفیوژن، برش بیش از حد ممکن است ساختارهای پروتئینی بومی را مختل کند.
مثال:آنتی‌بادی‌های مونوکلونال (mAbs) تمایل دارند در طی پمپ‌سازی با سرعت بالا یا فیلتراسیون غشایی، توده‌هایی تشکیل دهند که هر دو را تحت تأثیر قرار می‌دهند.اثربخشی و ایمنی.

(2) آسیب سلولی (سلول های پستانداران و میکروبی)

سلول های پستانداران (به عنوان مثال، سلول های CHO) به شدت به برش{2} حساس هستند. برش بیش از حد می تواند منجر شودپارگی غشاء, آپوپتوز، یااختلال متابولیک.
میکروارگانیسم ها (به عنوان مثالE. coli) ممکن است متحمل شوندلیز سلولیتحت برش زیاد، اندوتوکسین ها را آزاد می کند.
آستانه های بحرانی:

سلول های پستانداران: معمولاً تحمل می کنند<50–100 dyn/cm²(در فرهنگ پرفیوژن)

گلبول های قرمز: نرخ برش>1500 s⁻¹می تواند باعث همولیز شود (مثلاً در همودیالیز)

(3) آسیب به ویروس ها، اگزوزوم ها و سایر نانوذرات

ناقل های ویروسی (مانند AAV و لنتی ویروس) یا اگزوزوم ها می توانند تحت تنش برشی پاره شوند و منجر بهکاهش عفونتواثربخشی درمانی کمتر.
مثال:در تولید ژن درمانی، کنترل تنش برشی در طول تصفیه فیبر توخالی برای جلوگیری از کاهش تیتر ویروسی ضروری است.

(4) رسوب غشایی و از دست دادن محصول

برش زیاد ممکن است باعث شودبقایای سلولی یا پروتئین هابرای انباشته شدن روی سطح غشا، مسدود کردن منافذ و کاهش راندمان انتقال جرم.
برشی-جذب القا شده - ماننداتصال آنتی بادی غیر اختصاصیبه سطوح غشایی - می تواند بازیابی محصول را کاهش دهد.

---

استراتژی هایی برای به حداقل رساندن اثرات تنش برشی

(1) بهینه سازی طراحی سیستم

سرعت جریان پایین:از پمپ‌های برش کم-(مثلاً پمپ‌های پریستالتیک) یا هندسه‌های مسیر جریان بهینه (مثلاً کانال‌های مخروطی) استفاده کنید.

انتخاب فیبر:افزایش قطر داخلی الیاف برای کاهش تنش برشی دیوار (تعادل راندمان انتقال جرم).

اصلاح سطح:برای به حداقل رساندن جذب پروتئین از پوشش های آبدوست استفاده کنید.

(2) کنترل پارامتر فرآیند

فرهنگ پرفیوژن:برای جلوگیری از آسیب سلولی، سرعت پرفیوژن متوسط ​​را حفظ کنید (مثلاً 1-3 RV در روز).

جریان مماسی متناوب (ATF):از جریان متناوب برای کاهش مستمر برشی زیاد استفاده کنید.

تطهیر:در طول اولترافیلتراسیون/دیافیلتراسیون، از فشار گذرنده کم استفاده کنید (TMP<1 bar) و سرعت جریان را کاهش داد.

(3) افزودنی های محافظ و تثبیت کننده ها

تثبیت کننده های پروتئین:قندها (مثلاً ترهالوز) یا سورفکتانت ها (مثلاً Pluronic F68) را اضافه کنید تا تجمع را به حداقل برسانید.

مواد محافظ سلولی:برای بهبود تحمل برشی، سرم یا پلیمرها (به عنوان مثال، پلی وینیل الکل) را اضافه کنید.

(4) نظارت و مدل سازی آنلاین

حسگرها:از حسگرهای تنش برشی دیوار برای نظارت{0}}در زمان واقعی استفاده کنید.

مدل سازی CFD:از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای پیش‌بینی{0}مناطق برشی بالا و بهینه‌سازی میدان‌های جریان استفاده کنید.

---

مزایای سیستم های فیبر توخالی در کاربردهای محصولات زیستی

سیستم های فیبر توخالی دارای ویژگی aطراحی برش کم-که مزایای قابل توجهی برای پردازش ارائه می دهدمواد حساس به برش{0}}مانند پروتئین ها، ناقل های ویروسی و سلول ها.
آنهافیلتراسیون جریان مماسی (TFF)پیکربندی فشار غشایی (TMP) را از طریق جریان موازی به حداقل می‌رساند، برش سیال را کاهش می‌دهد و از دناتوره شدن یا آسیب محصول جلوگیری می‌کند.

اینطراحی مدولارپشتیبانی می کندمقیاس خطی-بالا، اطمینان از پارامترهای برشی ثابت از آزمایشگاه تا مقیاس تولید و حفظ پایداری محصول. علاوه بر این، ترکیبی ازمواد غشایی آبدوست(به عنوان مثال، PES، PVDF) باپمپ های برش کم-(به عنوان مثال، پمپ های دیافراگمی) اصطکاک و جذب را به حداقل می رساند، به عنوان مثال، بازیابی بالایی را به دست می آورد -،AAV recovery rates >90%.

به طور خلاصه، سیستم های فیبر توخالی، با آنهاتنش برشی کم, قابلیت کنترل بالا، ومقیاس پذیری، نشان دهنده یک راه حل پایین دست ایده آل برایمحصولات زیستی حساس-با ارزش و برش-بالا.