Articolo metodologico

Un metodo conveniente e affidabile per prevedere lo stress meccanico in monouso e pompe standard

DOI:

10.3791/53052

⸱

5 agosto 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Institute of Biotechnology, School of Life Sciences and Facility Management, Zurich University of Applied Sciences, 2Levitronix Ltd., 3SOPAT Ltd., 4Institute of Chemical and Process Engineering, Technische Universität Berlin

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le indagini sulle sollecitazioni di taglio su un sistema di emulsione olio-acqua provocano la rottura delle gocce durante il tempo sperimentale. Per contare le dimensioni delle gocce nei processi di pompaggio, l'idoneità dell'endoscopia in linea è stata dimostrata con successo in questo protocollo.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le pompe sono utilizzati principalmente per il trasferimento brodi di coltura sterile nei processi di produzione biofarmaceutici e biotecnologiche. Tuttavia, durante il processo di pompaggio forze di taglio si verificano che può portare alla perdita qualitativa e / o quantitativa prodotto. Per calcolare lo stress meccanico con spese sperimentale limitato, un sistema di emulsione acqua-olio è stato utilizzato, la cui idoneità è stata dimostrata per rilevazioni di dimensioni caduta in bioreattori 1. Come goccia rottura del sistema di emulsione olio-acqua è funzione della sollecitazione meccanica, goccia dimensioni devono essere contati nel tempo sperimentale delle indagini sforzo di taglio. In studi precedenti, l'endoscopia linea ha dimostrato di essere una tecnica accurata e affidabile misurazione per rilevamenti formato goccia a dispersioni liquido / liquido. L'obiettivo di questo protocollo è quello di mostrare l'idoneità della tecnica endoscopica in linea per goccia misurazioni dimensionali nei processi di pompaggio. Per esprimere la dimensione della goccia, la Sauter diametro mediod 32 è stato utilizzato come il diametro rappresentante gocce in emulsione olio-acqua. I risultati hanno mostrato bassa variazione dei diametri medi Sauter, quantificati dalla deviazione standard di sotto del 15%, indicando l'affidabilità della tecnica di misura.

Introduzione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le pompe sono usati per trasferire colture cellulari nelle industrie farmaceutiche e biotecnologiche. Durante il processo di pompaggio, stress meccanico può causare danni cellulari irreversibili, che potrebbero compromettere la quantità e la qualità del prodotto 1-4. Il livello di stress meccanico dipende dalle impostazioni del tipo di pompa e pompa, come dimostrato in studi precedenti 5-6. Comunemente, peristaltici, siringa e diaframma pompe sono utilizzate per monouso applicazioni basate su tecnologia (SU). Queste pompe producono elevate forze di taglio locale causati dalla compressione del tubo della pompa e il flusso pulsante 7.

Per superare questi inconvenienti, pompe centrifughe a levitazione magnetica (pompe centrifughe MagLev) costituire una promettente alternativa. Il motore è azionato magneticamente per evitare spazi ristretti tra la girante e il corpo pompa (Figura 1). Un precedente studio ha indagato la centrifuga MagLevpompe e ha mostrato sollecitazioni meccaniche inferiore in ovaio di criceto cinese (CHO) cellule rispetto alle pompe a membrana peristaltica e 4 pistoncini 5. Inoltre, le analisi non hanno rivelato emolisi significativo trauma sangue e trombo formazione su una gamma di condizioni operative che utilizzano queste pompe 8-11. I risultati dimostrano che l'uso di queste pompe specificamente progettati applica meno sollecitazioni meccaniche sui sistemi biologici in confronto con le pompe peristaltiche e membrana. Per studiare lo stress meccanico con spese sperimentale limitato, un sistema modello emulsione acqua-olio è raccomandato per la sua economicità (circa 99,8%) e in tempo ridotto (circa 99,5%) applicazione rispetto ai sistemi di colture cellulari biologici.

Come goccia rottura del sistema di emulsione olio-acqua è funzione della sollecitazione meccanica, goccia dimensioni devono essere contati nel tempo sperimentale delle indagini sforzo di taglio. Molte tecniche per il dimensionamento gocce sono disponibili, which possono essere suddivisi in suono, laser e tecniche di fotografia a base 12. In particolare, l'uso della foto-ottico sonda linea endoscopia mostra le dimensioni di goccia quasi identiche per rilevamenti manuale e automatico (deviazione standard inferiore al 10%) e consente un rilevamento di 250 gocce al minuto 13. A causa della sua precisione e affidabilità, la tecnica dell'endoscopio ha dimostrato di essere una tecnica di misura standard efficace per distribuzioni dimensionali goccia a dispersioni liquide / liquido quando confrontato con altre sonde comunemente utilizzati (ad esempio, fibra ottica avanti-indietro-ratio (FBR) Sensore , fascio concentrato metodo di riflessione (FBRM) e la tecnica di misura ottica riflettanza bidimensionali (2D-ORM)) 12,14. Inoltre, l'idoneità di endoscopia in linea per la determinazione delle misure goccia in un recipiente agitato è stato dimostrato più volte in precedenti indagini 15-18.

Sulla base di uno studio preliminare 6, questo protocollo descrivel'uso della linea endoscopia per determinare le dimensioni di goccia di un sistema di emulsione olio-acqua nelle pompe (Sauter diametro medio). Il diametro medio Sauter è stato utilizzato come criterio di confronto per valutare lo stress meccanico delle multiuso (MU) pompe centrifughe MagLev, una peristaltica e monouso (SU) pompa a membrana 4-pistone.

figure-introduction-1
Figura 1. levitazione magnetica centrifuga pompa-system. (A) Il principio di un motore senza cuscinetti e (B) il PuraLev 200mu sono mostrati come esempio. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le indagini sono state effettuate utilizzando una configurazione pompa in filodiffusione (Figu RE 2), che consente di esperimenti sollecitazioni meccaniche a portate fino a 60 L min -1 e la pressione scende fino a 2 bar da eseguire. Come mostrato in Fig re u 2, l'apparato sperimentale è costituito dal serbatoio di stoccaggio, il circuito di pompa, e l'attrezzatura per la tecnica in linea endoscopia. La girante del recipiente di accumulo è stato utilizzato solo per mescolare il tensioattivo. Elementi periferici sono stati integrati nel circuito chiuso per il controllo della portata V e perdita di carico p a differenti impostazioni della pompa. Le indagini sono state variate utilizzando la valvola di volantino.

1. Setup sperimentale

  1. Assicurarsi che il bioreattore (D = 0,15 m, H / D = 2,2) è dotata di una girante per la dissoluzione del surfactant e assicurarsi che il tubo di ingresso immerge nel liquido per evitare un ingresso gas.
  2. Dotare il loop pompa con una porta siringa, la pompa indagato, un flussometro clamp-on, un sensore di pressione monouso ed una valvola volantino. Dopo il collegamento del circuito di pompa al serbatoio di stoccaggio, collegare la testa della pompa al motore e preparare la sonda dell'endoscopio.
  3. Montare il piano di riflessione variabile, uno specchio rodio in questo caso, al puntale e regolare la distanza tra lo specchio e la lente a 150 micron. Regolare la vite a 100 micron di focalizzare la nitidezza dell'obiettivo.
  4. Collegare la sonda al stroboscopio tramite un cavo in fibra ottica e la fotocamera dell'endoscopio al computer tramite un cavo Ethernet. Quindi, collegare la fotocamera e il stroboscopio insieme tramite un cavo innesco-box.
  5. Avviare il computer e aprire il software fornito dal produttore, che include l'acquisizione delle immagini e software per il riconoscimento, così come il software analizzatore di conseguenza.
  6. Selezionare il software di acquisizione di immagini nel menu principale.
  7. Fare clic sul pulsante "Rileva dispositivo" nell'angolo in alto a sinistra dello schermo per rilevare la fotocamera.
  8. Sotto "Impostazioni Directory", selezionare la posizione sul computer in cui salvare le immagini e attivare il comando "Crea sotto grilletto cartelle".
  9. Immettere i parametri di processo nella sezione "Modalità Trigger: Pronto".
    Frame rate: 7.5 Hz
    Fotogrammi al grilletto: 50
    Numero di trigger: 60
    Intervallo di trigger: 60 sec
  10. Dopo il completamento di tutti i lavori di preparazione, versare 5 L di acqua deionizzata nel recipiente di stoccaggio e accendere la pompa per riempire la pompa e il ciclo della pompa.
  11. Spegnere la pompa e aggiungere 0,9 ml di tensioattivi (c tensioattivo = 0,18 ml L -1, tensioattivo ρ, 20 ° C = 1,070 kg m -3, concentrazione micellare critica (CMC): ω cmc0; ≈ 0.018 ml L -1, ω tensioattivo ≈ 10 · ω cmc) con una pipetta 10 ml sotto agitazione. Dopo 10 minuti il ​​tensioattivo è completamente sciolto.
  12. Spegnere la girante e accendere la pompa. Posizionare la sonda dell'endoscopio in modo che l'obiettivo si trova direttamente sotto il tubo di ingresso.
  13. Impostare la portata di 3,4 L min -1 e la caduta di pressione di 0,03, 0,3 o 0,61 bar variando la velocità della girante e la valvola volantino.
  14. Pesare 6,3 g di olio direttamente nella siringa (β olio = 1,26 g L -1, olio ρ, 20 ° C = 989.5 kg m -3).
  15. Avviare il software di acquisizione delle immagini e aggiungere l'olio tramite la porta siringa. La pompa di esecuzione distribuisce le gocce di emulsione.
  16. Dopo 1 ora, terminare l'indagine sollecitazione di taglio e pulire l'endoscopio in linea come pure il bioreattorecon il ciclo pompa integrata. Successivamente, preparare il setup sperimentale per il prossimo processo di pompaggio.

2. Misura e Image Analysis

  1. Aprire il software di riconoscimento automatico immagine nel menu principale.
  2. Sotto "Root Batch Directory" selezionare la posizione sul computer in cui salvare i file (tutti * .csv).
  3. Selezionare la colonna "Percorso immagini Series" e fare clic sul pulsante "Aggiungi immagine Serie sottocartelle" nell'angolo in basso a sinistra dello schermo per caricare la serie di immagini.
  4. Caricare i parametri di processo che sono forniti dal fabbricante. Selezionare la colonna "Impostazioni di ricerca (* .pss o auftrag _ *. Mat)" e fare clic sul pulsante "Set Impostazioni di ricerca" nel medio-inferiore dello schermo per caricare parametri di processo per specificare il riconoscimento goccia.
  5. Selezionare la colonna "Pattern (* .psp o F _ *. Mat) Ricerca e fare clic sul pulsante" Set modello di ricerca "nell'angolo in basso a destra dello schermo per caricare i parametri di processo per specificare l'analisi goccia.
  6. Avviare il riconoscimento dell'immagine facendo clic sul pulsante "Start batch".
  7. Dopo il completamento di riconoscimento di immagini, esprimono le dimensioni delle gocce rilevate dal Sauter diametro (d 32) significano, o qualsiasi altro valore rappresentativo o distribuzione di scelta significano utilizzando il software analizzatore risultato.
  8. Aprire il software analizzatore risultato nel menu principale.
  9. Attivare il comando "tutto * .csv in 1 Cartella" e fare clic sul pulsante "Cartella Load (s)" nell'angolo in alto a sinistra dello schermo per caricare il precedentemente salvato tutti file * .csv.
  10. Selezionare il valore corrispondente (ad esempio, Sauter diametro medio) nell'elenco a discesa al centro superiore dello schermo per visualizzare i risultati. Per il calcolo del diametro immettere la scala di 0,6591 micron pixel -1 a destra, che è fornito dal produttore.

figure-protocol-1
Circuito pompa per l'installazione della pompa di sottofondo utilizzando l'endoscopia in linea come la tecnica di misurazione Figura 2. Apparato sperimentale:. (1) nave di stoccaggio, (2) porta la siringa, (3) la pompa, (4) sensore di pressione, (5) sensore di flusso, ( 6) stroboscopio, (7) computer con il software fornito dal produttore, e (8) della sonda endoscopio. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Risultati

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Valutazione ottica

Fig u ra 3 mostra le immagini di riconoscimento delle particelle dopo un tempo di pompaggio di 1 ora. Le quattro immagini superiori mostrano le gocce prima di riconoscimento e le basse quattro immagini mostrano le gocce segnati dal software di riconoscimento. Le gocce rilevati sono evidenziati con un bordo verde. Confrontando le immagini superiore e inferiore mostra che i bordi goccia stati precisamente rilevati dal software di riconoscimento dell'immagine. Le immagini a sinistra mostrano la distribuzione di rilascio per la centrifuga MagLev pompe PuraLev 200mu e PuraLev 600MU, e quelli a destra mostrano il diaframma a 4 pistoncini e la pompa peristaltica. Una valutazione ottica consentito una classificazione iniziale della sollecitazione meccanica nel sistema modello emulsione. Ciò ha rivelato che le dimensioni goccia più grandi e goccia conta più bassi sono stati generati dalle pompe centrifughe MagLev rispetto al diaphr 4 pistoncinipompa AGM e peristaltica. Di conseguenza, le pompe centrifughe MagLev, in particolare il PuraLev 200mu, hanno mostrato una ridotta goccia rottura, indicando sollecitazioni meccaniche inferiori.

figure-results-1
Figura 3. Immagini della dell'endoscopia inline. Emulsion gocce prima (A, B, C, D) e dopo (E, F, G, H) il riconoscimento di particelle dopo 1 ora di pompaggio con (A, E) il PuraLev 200mu, ( B, F) il PuraLev 600MU, (C, G) la pompa a membrana a 4 pistoncini, e (D, H) la pompa peristaltica in condizioni operative identiche (3.4 L min -1 e 0,03 bar). Cliccate qui per visualizzare un versione più grande di questa figura.

Mi SAUTERun diametro

Ulteriori ricerche hanno rivelato deviazioni standard al di sotto d 32 ± 0,4 micron e garantiti risultati riproducibili quando si utilizza l'endoscopia linea 19. Pertanto, più indagini non sono stati richiesti per questo approccio, che inoltre ha ridotto la spesa sperimentale.

Per esprimere la dimensione della goccia, il diametro medio Sauter d 32 (vedi Eq. 1) è stato usato come il diametro rappresentante gocce in emulsione olio-acqua per questo approccio. In generale, il diametro medio Sauter diminuito nel tempo per tutti i tipi di pompe e le impostazioni della pompa fino a raggiungere lo stato stazionario 12. Le indagini in questo studio hanno confermato la progressione del diametro Sauter media (Fig u ri 4A a D), le curve della PuraLev 200mu (Fig u ri &# 160; 4A) e la pompa peristaltica (Fig u re 4D) di essere esemplarmente discusse in questo protocollo.

In contrasto con la PuraLev 200mu, la Sauter significa diametri sono stati fino al 40% più piccolo per la pompa peristaltica alle stesse condizioni operative (portata = 3,4 L min -1; pressione goccia = 0,03 bar). Di conseguenza, maggiori sollecitazioni meccaniche determinato un aumento scioglimento goccia e dimensioni delle gocce di conseguenza più piccole. Inoltre, il diametro medio Sauter diminuiva con l'aumentare caduta di pressione nel PuraLev 200mu (Fig u ri 4A), che indicava la dipendenza della dimensione delle gocce sulla caduta di pressione. Al contrario, la pompa peristaltica mostrato un Sauter diametro d 32,60min = 10 micron significa alla fine dell'esperimento per tutti i parametri di processo (Figu ra 4D). Pertanto, il diametro medio Sauter è risultato essere indipendente dalla caduta di pressione. Tuttavia, i risultati riflettono comprensione fisica della rottura goccia: con elevato stress meccanico, piccole Sauter diametri medi sono stati determinati (vedi anche Fig ri u 5).

Per ciascun punto di misurazione, almeno 300 gocce sono stati determinati in modo da garantire certezza statistica. La deviazione standard massima diminuito per il PuraLev 200mu da d 32,4min ± 42 micron e per la PuraLev 600MU da d 32,6min ± 21 micron a circa d 32 ± 0,5 micron al termine del processo di pompaggio. La deviazione standard è diminuita determinato dalla distribuzione di dimensione delle gocce omogenea aumentata fino a raggiungere lo stato stazionario. In confronto to le pompe centrifughe MagLev, le pompe a membrana peristaltiche e 4 pistoncini rivelato deviazioni standard al di sotto d 32 ± 10 micron.

figure-results-2 (1)

figure-results-3
Figura 4. tipici profili di Sauter significano diametri D 32 nel tempo e la determinazione dei diametri medi misurati Sauter D 32, m. Confronto di Sauter diametri medi D 32 (A) per il PuraLev 200mu, (B) per la PuraLev 600MU, (C) per la pompa a membrana 4-pistone, e (D) per la pompa peristaltica. I diametri medi Sauter D 32 sono stati determinati con un flusso di 3,4 L min -1 e perdite di carico che vanno 0,03-,61 bar.Il misurata Sauter medio diametro d 32, m è stata calcolata per gli ultimi 10 minuti (limite). La deviazione standard risultante dei diametri medi Sauter D 32 (N ≥ 300) e 'stato. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Sauter diametro medio misurato come un sistema di comparazione

Come descritto sopra, il diametro medio Sauter diminuiva nel tempo fino a quando le dimensioni delle gocce raggiunto lo stato stazionario. Negli ultimi 10 minuti del tempo sperimentale, il valore medio della Sauter diametro medio è stato calcolato per determinare la misura del diametro Sauter, che è stato utilizzato come criterio di confronto media (vedi confine della Fig u ra 4A-D). I diametri medi Sauter misurati d 32, m sono mostrate per una portata di 3.4 L &# 160; min -1 e una caduta di pressione gamma 0,03-0,61 bar in Fig re u 5. Diametri medi di maggiore misurati Sauter sono stati determinati per entrambe le pompe centrifughe MagLev (200mu e 600MU) e la pompa a membrana 4-pistone minori perdite di carico e velocità della girante. La pompa peristaltica rivelato misurata Sauter significa diametri d 32, m = 10 micron per tutti i parametri di processo. Come accennato in precedenza, le forze di taglio erano indipendenti della caduta di pressione per la pompa peristaltica.

I diametri medi Sauter grande misurati d 32, m = 36 micron per la PuraLev 200mu e d 32, m = 34 micron per il PuraLev 600MU sono stati ottenuti con una caduta di pressione di 0,03 bar. In confronto con le controparti, il MagLev pompa centrifuga serie ottenuto fino al 59% più grande misurato Sauter significa diametri. Questi risultatis indicato un tasso inferiore di goccia rottura e alla conseguente diminuzione sollecitazioni meccaniche derivanti dall'uso delle pompe centrifughe.

La deviazione standard della misura Sauter significa diametri durante lo stato stazionario era al di sotto del 15%, confermando i valori affidabili e precisi per le dimensioni delle gocce.

figure-results-4
Figura 5. Confronto dei diametri medi misurati Sauter D 32, m. Misurato Sauter diametri medi per le pompe centrifughe MagLev e le loro controparti a 3,4 L min -1 e cadute di pressione di 0,03, 0,30 e 0,61 bar. Le conseguenti deviazioni standard dei diametri medi Sauter misurati d 32, m durante lo stato stazionario sono mostrati.

Abbreviazioni Please clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

2D-ORM Misurazione riflettanza ottica bidimensionale
CCD dispositivi ad accoppiamento di carica CCD
CHO Ovariche di criceto cinese
cmc concentrazione micellare critica
FBR avanti-indietro-ratio
FBRM metodo di riflessione fascio concentrato
MU multi-uso
SU monouso

Nomenclatura

figure-results-5 [M 3 sec -1] Portata
c [M 3 m -3] concentrazione
d 32 [M] Sauter diametro medio
d 32, m [M] Sauter diametro medio misurato
d s [M] diametro di superficie
d v [M] del diametro del volume
f [Hz] frequenza
n [Sec -1] velocità del girante
N [-] numero di gocce
p Papà calo di pressione
t secondo tempo
β [kg m -3] concentrazione di massa
ρ [kg m -3] densità
69; [M 3 m -3] frazione di massa

Tabella 1. Tabella delle abbreviazioni e nomenclatura.

Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L'obiettivo di questo protocollo è quello di mostrare l'idoneità della tecnica endoscopica in linea per goccia misurazioni dimensionali nei processi di pompaggio. A questo scopo, goccia dimensioni di un sistema di emulsione olio-acqua sono stati determinati e un diametro medio Sauter misurata è stata calcolata per caratterizzare la sollecitazione meccanica della centrifuga MagLev pompe, così come i loro omologhi, un peristaltica e una pompa a membrana 4-pistone. I risultati hanno mostrato bassa variazione della misura Sauter significa diametro, che sono stati quantificati da deviazioni standard al di sotto del 15%, con l'indicazione che le dimensioni goccia sono state valutate in modo affidabile e preciso. Di conseguenza, il diametro medio Sauter misurata potrebbe venir utilizzato come criterio di confronto per valutare lo stress meccanico delle pompe indagate. Le pompe centrifughe MagLev rivelato diametri medi grandi misurati Sauter, indicando minori sollecitazioni meccaniche su gocce di emulsione rispetto alle pompe a membrana peristaltiche e 4 pistoncini. In Studi fino ad oggi, in linea di endoscopia ha dimostrato di essere una tecnica solida e semplice per goccia affidabile misura di formato 1,6,12-14,20-21, che è stata confermata anche da questo studio. Rispetto alle tecniche di misura alternative, come il sensore FBR fibra ottica, la FBRM e la tecnica 2D-ORM, la tecnica endoscopio può essere utilizzato come metodo standard per ottenere dati precisi in applicazioni liquido / liquido 12,14.

La maneggevolezza della endoscopia linea e la semplice produzione del sistema di emulsione olio-acqua non biologica permette una procedura semplice per rilevazioni formato goccia secondo il testo protocollo (vedi sopra). Tuttavia, va detto che la posizione della sonda dell'endoscopio dipende dal flusso del fluido nel serbatoio di stoccaggio. Ulteriori indagini (dati non riportati) hanno rivelato che l'obiettivo della sonda deve essere posizionato direttamente sotto il tubo di ingresso per portate inferiori fino al 5 L min -1al fine di evitare un rilevamento multiplo di una goccia 19. Per immagini nitide a portate oltre 5 L min -1, si consiglia di posizionare la sonda ad almeno 10 cm di distanza dal tubo di ingresso. Indipendente dei parametri di processo, il titolare della endoscopia linea deve essere stabile per evitare uno spostamento della sonda, che può produrre immagini sfocate.

Inoltre, si dovrebbe in particolare osservato che la dimensione della goccia rilevato è vicino al limite inferiore di rilevamento del sistema di foto-ottico applicata, in cui il diametro minimo goccia rilevabile è 6,5 micron. Poiché il software fornito dal produttore è stata migliorata, tecniche di endoscopia in linea in grado di rilevare in modo affidabile una dimensione minima goccia di 1 micron. Inoltre, l'elaborazione delle immagini verrà ulteriormente sviluppato per consentire il monitoraggio on-line di applicazioni industriali.

Mentre il presente studio ha analizzato portate relativamente basse fino a 3,4 L 60; min -1, gli studi futuri dovrebbero prendere in considerazione una gamma più ampia di condizioni di funzionamento. Primi indagini sono state effettuate a portate fino a 20 L min -1 (dati non mostrati). Tuttavia, una diluizione 1: 2 (c tensioattivo = 0,09 ml L -1, c = 0,64 ml olio L -1) del sistema di emulsione acqua-olio è indicato a portate oltre 10 L min -1 19, come un aumento rottura goccia causata da maggiori sollecitazioni meccaniche altrimenti influenzerebbe goccia individuazione e ridurre il numero di gocce rilevati. Le prove sono state effettuate con una diluizione 1: 2 e confrontati con i risultati di un sistema di emulsione olio-acqua non diluito. Per entrambi gli approcci, la Sauter significa diametri sono stati misurati in maniera affidabile (deviazione standard al di sotto del 5%). Pertanto, frazione di volume ridotto (diluizione 1: 2) non influenza la misura Sauter significa diametri, e quindi una rottura goccia-goccia era trascurabile.

nt "> Questi potenti approcci sperimentali fornire una buona base per il miglioramento della tecnica endoscopica nonché l'acquisizione delle immagini, riconoscimento e analizzatore risultato relativo software. Inoltre, l'idoneità della tecnica endoscopica di classificare tipi di pompa e serie secondo la loro meccanica lo stress è stato dimostrato con successo. I risultati ottenuti sono essenziali per lo sviluppo del progetto della pompa e l'ottimizzazione delle pompe per ridurre i danni delle cellule.

Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wolfgang Dornfeld e Reto Schöb sono dipendenti di Levitronix, Ltd., produttore di pompe centrifughe MagLev.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori desiderano ringraziare la Commissione per la tecnologia e l'innovazione (CTI, Svizzera) per il loro supporto finanziario (n 13.236,1 PFFLI-LS).

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
telecamera CCDAllied Vision Technologies GmbHGX2750Attrezzatura per endoscopia in linea
C-Flex Tubi biofarmaceuticiSaint-Gobain Performance Plastics374-375-4Tubo
Selezionare una lunghezza del tubo di circa 45  cm prima della pompa.
Tubi biofarmaceutici C-FlexSaint-Gobain Performance Plastics374-375-3Tubo
Selezionare una lunghezza del tubo di circa 45  cm dopo la pompa e clamp sul sensore di flusso a questo tubo.
CLAVE ConnettoreVictus011-C2000Porta di campionamento
Controller LPC-200.1-02Levitronix GmbH100-30030PuraLev 200MU controller
Controller LPC-600.1-02Levitronix GmbH100-30033PuraLev 600MU controller
LeviFlow Clamp-On Sensor LFSC-12Levitronix GmbH100-30329Sensore di flusso per portate inferiori a 5  L  min-1
LeviFlow Converter LFC-1C-CSLevitronix GmbH100-30328Dispositivo di uscita del sensore di flusso 
Masterflex I/P Easy LoadFisher Scientific AGEW-77963-10Pompa peristaltica
Valvola a flusso libero MitosParker Hannifin Europe Sà rlFFLQR16S6S6AMValve
Mobil Eal ArcticExxon Mobil CorporationMobil EAL Arctic 22Oil
Preparare l'emulsione direttamente prima dell'esperimento.
MotoreElektromotorenwerk Brienz AG7WAC72N4THTFMotore per albero agitatore
Motore BSM-1.4Levitronix GmbH100-10005Motore PuraLev 200MU
Motore LPM-600.4Levitronix GmbH100-10038Motore PuraLev 600MU
Norm-Ject 10 ml Luer LockRestek Corporation22775a siringa
LPP-200.5Levitronix GmbH100-90525Testa della pompa PuraLev 200MU
Testa della pompa LPP-600.18Levitronix GmbH100-90548Testa della pompa PuraLev 600MU
Quattroflow 1200-SUAlmatechnik AGQF 1200Pompa a membrana a 4 pistoni
SciPres SensorSciLog080-695PSXSensore
di pressione SciPres Sensor MonitorSciLog080-690Dispositivo di uscita del sensore di pressione 
SOPAT-VF Sonda endoscopica in lineaSOPAT GmbHEndoscopio in linea
StroboscopioDrello GmbH & Co KGDrelloscop 255-01Attrezzatura per endoscopia in linea
Triton X-100Sigma-AldrichX100Tensioattivo
Maneggiare con guanti e occhiali.
(tossicità acuta, irritazione oculare)
Testa della pompa

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wollny, S. Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Partikelbeanspruchung in gerührten (Bio ) Reaktoren (Experimental and numerical investigations of particle stress in stirred (bio-) reactor). , Technische Universität Berlin. Berlin. (2010).
  2. Jaouen, P., Vandanjon, L., Quéméneur, F. The shear stress of microalgal cell suspension (Tetraselmis suecica) in tangential flow filtration systems: the role of pumps. Bioresour. Technol. 68 (2), 149-154 (1999).
  3. Bee, J. S., et al. Response of a concentrated monoclonal antibody formulation to high shear. Biotechnol. Bioeng. 103 (1), 936-943 (2009).
  4. Klaus, S. Bluttraumatisierung bei der Passage zeitkonstanter und zeitvarianter Scherfelder (Blood trauma during passage through steady and transient shear fields). , RWTH Aachen University. Aachen. (2004).
  5. Blaschczok, K., et al. Investigations on mechanical stress caused to CHO suspension cells by standard and single-use pumps. Chem. Ing. Tech. 85 (1-2), 144-152 (2012).
  6. Dittler, I., et al. A cost-effective and reliable method to predict mechanical stress in single-use and standard pumps. Eng. Life Sci. 14 (3), 311-317 (2014).
  7. Kaiser, S. C., Eibl, D. Single-use Pumpen in der Prozesstechnologie (Single-use pumps in the process technology). Chemie extra. , 30-31 (2013).
  8. Aggarwal, A., et al. Use of a single-circuit CentriMag® for biventricular support in postpartum cardiomyopathy. Perfusion. 28 (2), 156-159 (2012).
  9. Kouretas, P. C., et al. Experience with the Levitronix CentriMag® in the pediatric population as a bridge to decision and recovery. Artif. Organs. 33 (11), 1002-1004 (2009).
  10. Khan, N. U., Al Aloul, M., Shah, R., Yonan, N. Early experience with the Levitronix CentriMag® device for extra corporeal membrane oxygenation following lung transplantation. Eur. J. of Cardio Thorac. 34 (6), 1262-1264 (2008).
  11. Zhang, J., et al. Computational and experimental evaluation of the fluid dynamics and hemocompatibility of the CentriMag blood pump. Artif. Organs. 30 (3), 168-177 (2006).
  12. Maaß, S., Grünig, J., Kraume, M. Measurement techniques for drop size distributions in stirred liquid-liquid systems. Chem. Process Eng. 30 (4), 635-651 (2009).
  13. Maaß, S., Rojahn, J., Hänsch, R., Kraume, M. Automated drop detection using image analysis for online particle size monitoring in multiphase systems. Comput. Chem. Eng. 45, 27-37 (2012).
  14. Maaß, S., Wollny, S., Voigt, A., Kraume, M. Experimental comparison of measurement techniques for drop size distributions in liquid/liquid dispersions. Exp. Fluids. 50 (2), 259-269 (2011).
  15. Henzler, H. J. Particle Stress in Bioreactors. Adv. Biochem. Eng./ Biotechnol. 67, 35-82 (2000).
  16. Sprow, F. B. Drop size distributions in strongly coalescing agitated liquid-liquid systems. AIChE J. 13 (5), 995-998 (1967).
  17. Shinnar, R. On the behaviour of liquid dispersions in mixing vessels. J. Fluid Mech. 10 (2), 259-275 (1961).
  18. Ritter, J., Kraume, M. On-line measurement technique for drop size distributions in liquid/liquid systems at high dispersed phase fractions. Chem. Eng. Technol. 23 (7), 579-581 (2000).
  19. Fries, T. Quantifizierung der mechanischen Beanspruchung von Pumpen auf tierische Zellen mittels des nicht-biologischen Modellsystems Emulsion (Quantification of mechanical stress caused by pumps on mammalian cells using a non-biological emulsion model system). , University of Applied Sciences Berlin. Berlin. (2014).
  20. Maaß, S., Wollny, S., Sperling, R., Kraume, M. Numerical and experimental analysis of particle strain and breakage in turbulent dispersions. Chem. Eng. Res. Des. 87 (4), 565-572 (2009).
  21. Maaß, S., Metz, F., Rehm, T., Kraume, M. Prediction of drop sizes for liquid/liquid systems in stirred slim reactors - Part I: Single stage impellers. Chem. Eng. 162 (2), 792-801 (2010).

Ristampe e permessi

Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE

Richiedi permesso

Tag

Endoscopia in lineaMisurazione della dimensione delle goccePrevisione dello stress meccanicoEmulsione olio acquaDiametro medio di SauterSoftware di riconoscimento delle immaginiConfigurazione del circuito della pompaPreparazione del serbatoio di stoccaggioControllo della portataProtocollo di analisi dei dati

Articoli correlati