シングル利用と標準ポンプに機械的応力を予測するために費用対効果と信頼性の高い方法
2015年8月5日
油水エマルジョンシステム上でのせん断応力調査は、実験時間中に液滴分解をもたらします。ポンピングプロセスでの液滴サイズをカウントするために、このプロトコルではインライン内視鏡検査の適合性が成功裏に実証されました。
この手順の全体的な目標は、ポンピングプロセスでの液滴サイズ測定に対するインライン内視鏡技術の適合性を示すことです。これは、貯蔵容器、ポンプ回路、およびインライン内視鏡検査技術用の機器で構成される配管ポンプセットアップを使用して実現されます。貯蔵容器に水を加えて界面活性剤と混合した後、シリンジポートを介して油を加え、ポンプで分配します。
その後、画像認識ソフトウェアを使用して、液滴のサイズを1時間測定します。最終的に、液滴の酸味平均直径を使用して、使い捨てポンプと標準ポンプの機械的ストレスを推定します。FPRセンサーのような既存の方法に対するこの技術の主な利点は、内陸内視鏡検査技術が信頼性と正確な液滴サイズ測定と液体液体分散を10%以下の標準回避で可能にすることですこのプロトコルでは、貯蔵容器に界面活性剤の溶解のためのインペラが装備されていることを確認してください。
最初の準備は、貯蔵容器を設置し、ハンドホイールバルブとポンプループホースを貯蔵容器に取り付けることです。貯蔵容器には、シリンジポート、目的のポンプ、クランプ式流量計、および使い捨て圧力センサーが必要です。次に、ポンプヘッドをモーターに接続し、内視鏡プローブを準備します。
次に、プローブ先端にロジウムミラーなどの反射面を取り付け、ミラーとレンズの間の距離を150ミクロンに調整します。次に、ネジを100ミクロンに調整して、対物レンズに焦点を合わせます。一般に、高速CCDカメラはすでに内視鏡プローブsoat vfに接続されている必要があります。
次に、プローブをストロボスコープに光ファイバーケーブルで接続します。次に、イーサネットケーブルを介してカメラをコンピューターに接続します。最後に、トリガーボックスケーブルを介してカメラをストロボスコープに接続します。
次の準備は、ソフトウェアを開く準備をすることです、ソフトウェアsopaは、画像取得および認識ソフトウェアだけでなく、結果アナライザが含まれています。次に、メインメニューで画像取得ソフトウェアsoat cam controlを選択します。そこから、左上隅にある直接デバイスボタンをクリックして、カメラを検出します。
次に、ディレクトリ設定で、画像を保存するコンピューター上の場所を選択し、コマンドをアクティブにします。トリガーサブフォルダを作成します。次に、「トリガーモード」というタイトルのセクションの下にプロセスパラメータを入力します。
5リットルの脱イオン水を貯蔵容器に入れ、ポンプのスイッチを入れてポンプとポンプループをブリードする準備ができました。次に、ポンプのスイッチを切り、インペラをオンにします。次に、界面活性剤Triton X 100を調製し、10ミリリットルのピペットで絶えず攪拌しながら加えます。
10分後、界面活性剤は完全に溶解します。次に、インペラのスイッチを切り、ポンプをオンにします。レンズがインレットチューブの真下に位置するように内視鏡プローブを配置します。
最も重要なステップは、プローブの位置決めです。これらの調査では、各液滴を複数回検出しないように、インレットチューブの真下に配置する必要があります。さらに、プローブは、画像がぼやけないように非常に安定している必要があります。
ポンプのスイッチを入れ、ハンドホイールバルブを変化させて、毎分3.4リットルの流量と圧力降下を0.03、0.3、または0.61バールに設定します。その間、必要な量のオイルを直接シリンジに計量します。次に、取得ソフトウェアを起動します。
したがって、カムコントロールを軽くたたき、シリンジをシリンジポートにねじ込み、テストを開始します。オイルを加えることにより、ランニングポンプはエマルジョン滴を分配します。別のテストを実行する前に、1時間の実験時間で、貯蔵容器と統合されたポンプループを清掃する必要があります。
データ分析を開始するには、ソフトウェアのメインメニューからsoat batcherを開きます。[バッチ ルート ディレクトリ] で、ファイルが保存されているコンピューター上の場所を選択します。次に、画像シリーズを読み込みます。
列の画像シリーズのパスを選択し、[画像シリーズのサブフォルダを追加]をクリックします。ドロップ認識を指定するには、soat LTDが提供するプロセスパラメータをロードし、PSSまたはオフドラッグマットファイルの列検索設定を選択します。次に、[検索設定の設定] をクリックします。
プロセスパラメータをロードするには、PSPまたはFCOスターマットファイルの列検索パターンを選択し、検索パターンの設定をクリックします。次に、ボタン開始バッチをクリックして画像認識を開始します。次に、メインメニューから結果アナライザーを開きます。
このツールは、ドロップサイズを平均直径などさまざまな測定値で表し、保存されたファイルをall star dot CSVコマンドを使用して1つのフォルダにロードし、ロードフォルダをクリックします。結果を表示するには、ドロップダウンメニューで該当する値を選択し、直径を計算するには、光学設定に応じてメーカーが提供するピクセルあたり0.6591ミクロンのスケーリング値を入力します。インライン内視鏡検査を使用して、他の一般的に使用されるポンプと比較して、さまざまなポンプのエマルジョンシステムの液滴サイズを決定しました。
マグラブポンプでは、浮上磁気駆動技術により、機械的ストレスの低減が期待されます。調査は、貯蔵容器、ポンプ回路、およびインライン内視鏡技術用の機器で構成されるパイプポンプセットアップを使用して行われました。検討した多目的ポンプには、純粋な左200 muと純粋な左600 muの運転条件が標準化されました。
次に、エマルジョン液滴のソーダー平均直径を決定しました。純粋な左200μポンプは、蠕動ポンプと同様に、ソーダー平均直径の模範的な進行をもたらしました。これらの酸っぱい平均直径は、測定ポイントあたり300を超える液滴について、時間の最後の10分間に計算されました。
液滴の直径がさまざまな圧力降下で定常状態に達したとき、マググローブ、遠心ポンプを使用して計算された酸っぱい平均直径を比較できます。Mag Left遠心ポンプシリーズは、測定されたサワー平均直径を最大59%大きくしました。これらの結果は、特に低圧の状況で、マグレフト遠心ポンプの使用に起因する落下破壊率が低く、したがって機械的ストレスが低いことを示しました。
このビデオは、内視鏡技術を使用して手のひらの機械的ストレスを推定する方法の理解を促進します。
概要
本研究では、ポンプ輸送プロセスにおける油水エマルジョンの液滴サイズを測定するためのインライン内視鏡の使用法を実証します。本プロトコルでは、画像認識ソフトウェアを用いて正確な液滴サイズ測定を行うためのセットアップと手法について概説します。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 生物物理学
- 流体力学
背景
- エマルションにおける液滴の分裂は、ポンプ輸送中のせん断応力に影響されます。
- 従来の液滴サイズ測定法では、精度が不十分な場合があります。
- インライン内視鏡は、リアルタイム測定のための新しいアプローチを提供します。
- 液滴サイズを把握することで、ポンプ内における機械的ストレスの評価が可能になります。
研究目的
- 液滴サイズの測定におけるインライン内視鏡の有効性を評価すること。
- 油と水の乳化における異なるポンプタイプの性能を比較すること。
- さまざまなポンプ送液方法に関連する機械的ストレスを評価すること。
使用された手法
- 貯蔵容器とインライン内視鏡を備えた配管ポンプシステムの構築。
- 画像認識ソフトウェアを用いた液滴サイズの経時的解析。
- 比較分析のための動作条件の標準化。
- サウター平均径指標を用いた液滴サイズの測定。
主な結果
- インライン内視鏡により、液滴サイズの信頼性の高い測定が可能となった。
- ポンプの種類によって平均液滴径に差が見られ、液滴の分裂速度に違いがあることが示された。
- 磁気浮上式ポンプは、遠心ポンプと比較して機械的ストレスが低いことが示された。
- これらの結果は、インライン内視鏡が従来の測定方法よりも優れていることを示唆している。
結論
- インライン内視鏡は、エマルション中の液滴サイズを測定するための有効なツールです。
- この手法により、ポンプ内における機械的ストレスの正確な評価が可能になります。
- さらなる研究により、エマルションにおける流体力学の理解を深めることができると考えられます。
よくある質問
産業界における重要性
無菌的な液体移送中の機械的ストレスは、バイオプロセシングにおける製品の品質と収量を低下させる可能性があります。インライン内視鏡ベースの液滴径測定により、ポンプ起因のせん断応力の予測的評価が可能になり、設備選定段階でのリスク軽減を支援します。この機能により、シングルユースおよび標準的なポンププラットフォームの両方において、プロセスの堅牢性が向上し、パイプラインの早期決定に寄与します。
バイオ医薬品R&Dにおける戦略的応用
初期探索およびターゲット検証
- 機械的ストレスの定量的な評価を可能にし、流体ハンドリングステップのリスク低減をサポートします。
- 感度の高い生物学的システム向けポンプ技術の機能的な検証を促進します。
- 液滴サイズとせん断曝露を関連付けることで、プロセス設計における予測の信頼性を向上させます。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- ポンプ性能のベンチマークとして、標準化され再現性のある液滴サイズの測定を提供します。
- せん断感受性のあるアッセイとの適合性を確認するため、ポンプ形式の迅速なスクリーニングを可能にします。
- 相互比較およびプラットフォーム選定のための定量的出力（ザウター平均径）を提供します。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 機械的ストレスの影響を定量化することで、ポンプの選定をトランスレーションプロセスの要件に適合させます。
- 製品の完全性を維持する装置選択の根拠を提示し、ディスカバリーからスケールアップまでの連続性をサポートします。
- 予期しないせん断効果による後段階のプロセス失敗のリスクを低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
本手法は、プロセス開発と装置選定の接点に位置し、初期の探索段階と前臨床製造ワークフローを橋渡しするものです。
- 探索生物学： 機械的ストレスを定量化し、工程に起因する産物の損失に関する仮説検証に役立てる。
- スクリーニング： 液滴サイズの測定を標準化し、再現性のあるポンプ評価を可能にする。
- 分析： 統計出力（平均直径、標準偏差）を提供し、ポンプ条件の確実な比較を実現する。
- トランスレーショナルリサーチ： ポンプ技術とダウンストリームプロセスの要件との整合性を支援する。
- 企業内での再利用： 継続的な装置適格性評価のために、拡張性と転用可能な測定プラットフォームを提供する。
運用および企業への影響
- 科学的価値：ポンプ選定およびプロセス設計における予測の信頼性を向上させます。
- 運用の価値：標準化され、再現性のある定量的な液滴径データを提供します。
- 戦略的価値：装置の導入やプロセス変更に関する、十分な情報に基づいたゴー/ノーゴー（実行か中止か）の意思決定を可能にします。
- ポートフォリオへの影響：製品損失のリスクを軽減し、リスク調整されたバイオプロセシングプラットフォームの推進を支援します。
実施上の検討事項
- インライン内視鏡のセットアップおよび画像解析ソフトウェアに関する専門知識が必要です。
- 高速カメラやストロボスコープを含む、互換性のある計測機器が必要です。
- 測定プロトコルとデータ解析について、チーム間での標準化が求められます。
- 適切なキャリブレーションを行うことで、さまざまなポンプタイプやエマルション系に適応可能です。
- 測定精度は、プローブの配置および光学セットアップの安定性に依存します。
