Um método custo-efetivo e confiável para prever a tensão mecânica em uso único e bombas standard
5 de agosto de 2015
Investigações de tensão de cisalhamento em um sistema de emulsão óleo-água resultam em quebra de gota ao longo do tempo experimental. Para contar o tamanho das gotas nos processos de bombeamento, a adequação da endoscopia em linha foi demonstrada com sucesso neste protocolo.
O objetivo geral deste procedimento é mostrar a adequação da técnica de endoscopia em linha para medições do tamanho da gota em processos de bombeamento. Isso é obtido usando uma configuração de bomba canalizada, composta por um recipiente de armazenamento, um circuito de bomba e o equipamento para a técnica de endoscopia em linha. A água é adicionada ao recipiente de armazenamento para misturar com o surfactante, após o que o óleo é adicionado através da porta da seringa e distribuído pela bomba.
O software de reconhecimento de imagem é então usado para medir o tamanho das gotas por uma hora. Em última análise, o diâmetro médio azedo das gotas é usado para estimar a tensão mecânica de bombas de uso único e padrão. A principal vantagem desta técnica sobre os métodos existentes, como sensores FPR, é que a técnica de endoscopia interior permite medições confiáveis e precisas do tamanho da gota e dispersões líquidas líquidas com evasões padrão abaixo de 10%Para este protocolo, certifique-se de que o recipiente de armazenamento esteja equipado com um impulsor para a dissolução do surfactante.
A primeira preparação é configurar o recipiente de armazenamento, conectar a válvula do volante manual e a mangueira do circuito da bomba ao recipiente de armazenamento. O recipiente de armazenamento deve ter uma porta de seringa, a bomba de interesse, um medidor de vazão clamp e um sensor de pressão de uso único. Em seguida, conecte a cabeça da bomba ao motor e prepare a sonda do endoscópio.
Em seguida, monte o plano de reflexão, como um espelho de ródio na ponta da sonda, ajuste a distância entre o espelho e a lente para 150 mícrons. Em seguida, ajuste o parafuso em 100 mícrons para focar a objetiva. Geralmente, uma câmera CCD de alta velocidade já deve estar conectada às sondas do endoscópio soat vf.
Em seguida, conecte a sonda ao estroboscópio por meio de um cabo de fibra óptica. Em seguida, conecte a câmera ao computador por meio de um cabo Ethernet. Por fim, conecte a câmera ao estroboscópio por meio de um cabo da caixa de gatilho.
A próxima preparação é preparar o software aberto, o software sopa, que inclui um software de aquisição e reconhecimento de imagens, bem como um analisador de resultados. Em seguida, selecione o software de aquisição de imagem soat cam control no menu principal. A partir daí, clique no botão dispositivo direto no canto superior esquerdo para detectar a câmera.
Agora, nas configurações do diretório, selecione o local no computador onde as imagens serão salvas e ative o comando. Crie subpastas de gatilho. Em seguida, insira os parâmetros do processo na seção intitulada Modo de acionamento.
Pronto para cinco litros de água deionizada no recipiente de armazenamento e ligue a bomba para sangrar a bomba e o circuito da bomba. Em seguida, desligue a bomba e ligue o impulsor. Em seguida, prepare o surfactante Triton X 100 e adicione-o com uma pipeta de 10 mililitros sob agitação constante.
Após 10 minutos, o surfactante será completamente dissolvido. Agora desligue o impulsor e ligue a bomba. Posicione a sonda do endoscópio de forma que a lente fique localizada diretamente abaixo do tubo de entrada.
A etapa mais crítica é o posicionamento da sonda. Para essas investigações, ele deve estar localizado diretamente abaixo do tubo de entrada, para que não detecte cada gota mais de uma vez. Além disso, a sonda deve ser muito estável para que as imagens não fiquem borradas.
Ligue a bomba e ajuste a vazão de 3,4 litros por minuto e a queda de pressão para 0,03, 0,3 ou 0,61 bar, variando a válvula do volante. Enquanto isso, pese a quantidade necessária de óleo diretamente em uma seringa. Em seguida, inicie o software de aquisição.
Portanto, dê um tapinha no controle do came, aperte a seringa na porta da seringa e inicie o teste. Ao adicionar o óleo, a bomba em funcionamento distribui as gotas de emulsão. Durante um período experimental de uma hora antes de realizar outro teste, o recipiente de armazenamento e o circuito da bomba integrado devem ser limpos.
Para iniciar a análise de dados, abra o dosador de soat no menu principal do software. Em Diretório raiz do lote, selecione o local no computador onde os arquivos são salvos. Em seguida, carregue a série de imagens.
Selecione o caminho da série de imagens da coluna e clique em adicionar subpastas da série de imagens. Para especificar o reconhecimento de queda, carregue os parâmetros de processo fornecidos pela soat LTD, selecione as configurações de pesquisa de coluna para PSS ou arraste os arquivos matt. Em seguida, clique em definir configurações de pesquisa.
Para carregar os parâmetros do processo, selecione o padrão de pesquisa de coluna para arquivos fosco estrela PSP ou FCO e clique em definir padrão de pesquisa. Agora inicie o reconhecimento de imagem clicando no botão iniciar lote. Em seguida, abra o analisador de resultados no menu principal.
Esta ferramenta expressa os tamanhos de gota por várias medidas, como pelo diâmetro médio mais alto, carregue os arquivos salvos usando o comando todos os pontos de estrela CSV em uma pasta e clique em carregar pastas. Para visualizar os resultados, selecione o valor relevante no menu suspenso e, para calcular os diâmetros, insira o valor de escala de 0,6591 mícrons por pixel, que é fornecido pelo fabricante, dependendo da configuração óptica. A endoscopia em linha foi usada para determinar os tamanhos de gota de um sistema de emulsão em várias bombas em comparação com outras bombas comumente usadas.
Espera-se um menor estresse mecânico nas bombas mag love devido à sua tecnologia de acionamento magnético levitado. As investigações foram realizadas usando uma configuração de bomba de tubo, que é composta pelo recipiente de armazenamento, o circuito da bomba e o equipamento para a técnica de endoscopia em linha. As bombas multiuso examinadas incluíram as condições de operação puras esquerdas 200 mu e as puras esquerdas 600 mu foram padronizadas.
O diâmetro médio do soro das gotículas de emulsão foi então determinado. A bomba esquerda pura de 200 mu produziu uma progressão exemplar dos diâmetros médios do soder, assim como a bomba peristáltica. Esses diâmetros médios ácidos foram calculados nos últimos 10 minutos da hora para mais de 300 gotículas por ponto de medição.
Quando o diâmetro da gota atingiu um estado estacionário em várias quedas de pressão, uma comparação pode ser feita dos diâmetros médios azedos calculados com o uso de luvas magnéticas, bombas centrífugas em suas contrapartes. A série de bombas centrífugas Mag Left obteve diâmetros médios ácidos medidos até 59% maiores. Esses resultados indicaram uma menor taxa de quebra de queda e, portanto, menor estresse mecânico resultante do uso das bombas centrífugas mag left, especialmente para situações de baixa pressão.
Este vídeo facilita a compreensão de como estimar o estresse mecânico nas palmas das mãos usando a técnica de endoscopia.
Visão Geral
Este estudo demonstra o uso da endoscopia em linha para medir os tamanhos de gotas em emulsões óleo-água durante processos de bombeamento. O protocolo descreve a configuração e a metodologia para medição precisa do tamanho de gotas utilizando software de reconhecimento de imagem.
Componentes Principais do Estudo
Área de Ciência
- Neurociência
- Biofísica
- Dinâmica dos Fluidos
Antecedentes
- A ruptura de gotas em emulsões é influenciada pela tensão de cisalhamento durante o bombeamento.
- Métodos tradicionais para medir tamanhos de gotas podem apresentar falta de precisão.
- A endoscopia em linha oferece uma abordagem inovadora para medições em tempo real.
- Compreender os tamanhos das gotas pode auxiliar na avaliação de tensões mecânicas em bombas.
Objetivo do Estudo
- Avaliar a eficácia da endoscopia em linha para medir tamanhos de gotas.
- Comparar o desempenho de diferentes tipos de bombas na emulsificação de óleo e água.
- Avaliar o estresse mecânico associado a vários métodos de bombeamento.
Métodos Utilizados
- Configuração de um sistema de bomba tubular com um recipiente de armazenamento e endoscopia em linha.
- Uso de software de reconhecimento de imagem para analisar os tamanhos das gotas ao longo do tempo.
- Padronização das condições operacionais para análise comparativa.
- Medição dos tamanhos das gotas utilizando a métrica de diâmetro médio ácido.
Resultados Principais
- A endoscopia em linha forneceu medições confiáveis dos tamanhos das gotas.
- Diferentes bombas produziram diâmetros médios distintos, indicando diferenças nas taxas de fragmentação das gotas.
- As bombas de levitação magnética apresentaram menor estresse mecânico em comparação com as bombas centrífugas.
- Os resultados sugerem que a endoscopia em linha é superior aos métodos tradicionais de medição.
Conclusões
- A endoscopia em linha é uma ferramenta eficaz para medir tamanhos de gotas em emulsões.
- A técnica permite avaliações precisas do estresse mecânico em bombas.
- Estudos futuros poderiam aprimorar a compreensão da dinâmica de fluidos em emulsões.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
O estresse mecânico durante a transferência de fluidos estéreis pode comprometer a qualidade do produto e o rendimento no bioprocessamento. A medição do tamanho de gota baseada em endoscopia em linha permite a avaliação preditiva do cisalhamento induzido por bombas, apoiando a mitigação de riscos na fase de seleção de equipamentos. Essa capacidade aumenta a robustez do processo e orienta decisões precoces na cadeia produtiva, tanto para plataformas de bombas descartáveis quanto convencionais.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite avaliação quantitativa do estresse mecânico, auxiliando na redução de riscos em etapas de manipulação de fluidos.
- Facilita a validação funcional de tecnologias de bombas para sistemas biológicos sensíveis.
- Amplia a confiança preditiva no design de processos ao relacionar o tamanho da gota à exposição ao cisalhamento.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Fornece medições padronizadas e reprodutíveis do tamanho de gotas para avaliação de desempenho de bombas.
- Permite a triagem rápida de tipos de bombas quanto à compatibilidade com ensaios sensíveis ao cisalhamento.
- Oferece resultados quantitativos (diâmetro médio de Sauter) para comparação cruzada e seleção de plataformas.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha a seleção da bomba com os requisitos do processo translacional ao quantificar o impacto do estresse mecânico.
- Garante a continuidade do descobrimento à ampliação ao orientar a escolha de equipamentos que preservem a integridade do produto.
- Reduz o risco de falha do processo em estágios avançados devido a efeitos de cisalhamento inesperados.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este método integra-se na interface entre o desenvolvimento de processos e a seleção de equipamentos, conectando os fluxos de trabalho de descoberta inicial e de produção pré-clínica.
- Biologia de Descoberta: Quantifica o estresse mecânico para orientar testes de hipóteses sobre perdas de produto induzidas por processos.
- Triagem: Padroniza a medição do tamanho de gota para avaliação reprodutível de bombas.
- Análises: Fornece saídas estatísticas (diâmetro médio, desvio padrão) para comparação robusta de condições de bomba.
- Pesquisa Translacional: Apoia o alinhamento da tecnologia de bombas com os requisitos do processo subsequente.
- Reutilização Corporativa: Oferece uma plataforma de medição escalável e transferível para qualificação contínua de equipamentos.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva na seleção de bombas e no projeto de processos.
- Valor Operacional: Fornece dados padronizados, reprodutíveis e quantitativos sobre o tamanho de gotas.
- Valor Estratégico: Permite decisões informadas de prosseguir ou não prosseguir quanto à adoção de equipamentos e mudanças de processo.
- Impacto no Portfólio: Reduz o risco de perda de produto e apoia o avanço ajustado ao risco das plataformas de bioprocessamento.
Considerações de Implementação
- Requer experiência na configuração de endoscopia em linha e em software de análise de imagens.
- Necessita de instrumentação compatível, incluindo câmeras de alta velocidade e estroboscópios.
- Exige padronização entre equipes dos protocolos de medição e da análise de dados.
- Adaptável a diversos tipos de bombas e sistemas de emulsão com calibração adequada.
- A precisão da medição depende do posicionamento da sonda e da estabilidade da configuração óptica.
