Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

En kostnadseffektiv och tillförlitlig metod att förutse Mekanisk stress i engångsbruk och standardpumpar

Published: August 5, 2015 doi: 10.3791/53052

Abstract

Pumpar används främst vid överföring av sterila odlingsbuljonger i biofarmaceutiska och biotekniska produktionsprocesser. Men under pumpningsprocessen skjuvkrafter uppstår som kan leda till kvalitativa och / eller kvantitativa produktförlust. För att beräkna den mekaniska belastningen med begränsade experimentella bekostnad var en olja-vatten-emulsion som används, vars lämplighet visades för droppstorlek upptäckter i bioreaktorer 1. Som droppe upplösningen av olje-vattenemulsionssystemet är en funktion av mekanisk spänning, släpp storlekar måste räknas över den experimentella tiden för skjuvspänning undersökningar. I tidigare studier har inline endoskopi visat sig vara en korrekt och tillförlitlig mätteknik för drop storlek upptäckter i flytande / flytande dispersioner. Syftet med detta protokoll är att visa lämpligheten hos inline endoskopi teknik för droppstorleksmätningar i pumpprocesser. För att uttrycka den droppstorlek, Sauter medeldiameterd 32 användes som representativ diameter droppar i olja-vatten-emulsion. Resultaten visade låg variation i Sauter medeldiametrar, som kvantifierades genom standardavvikelser av under 15%, vilket visar tillförlitligheten av mätningsteknik.

Introduction

Pumpar används för att överföra cellkulturer inom läkemedels- och bioteknikindustrin. Under pumpningsprocessen, kan mekanisk påfrestning resultera i irreversibel cellskada, vilket kan skada den kvantitet och kvalitet av produkten 1-4. Nivån på mekaniska påfrestningen beror på pumptyp och pumpinställningarna, vilket visas i tidigare studier 5-6. Vanligen är peristaltiska, spruta och membranpumpar som används för engångs (SU) teknikbaserade applikationer. Dessa pumpar resultera i höga lokala skjuvkrafter som förorsakas av komprimeringen av pumpslangarna och pulserande flöde 7.

För att övervinna dessa nackdelar, magnetiskt leviterade centrifugalpumpar (MagLev centrifugalpumpar) utgör ett lovande alternativ. Motorn är magnetiskt driven för att undvika smala spalter mellan pumphjulet och pumphuset (fig 1). En tidigare studie undersökte MagLev centrifugalpumpar och visade lägre mekanisk påfrestning på kinesiska hamster (CHO) celler jämfört med peristaltiska och 4-kolvmembranpumpar 5. Dessutom hemolys analyser visade ingen signifikant blodtrauma och blodproppsbildning över ett område av driftsförhållanden med användning av dessa pumpar 8-11. Resultaten visar att användningen av dessa särskilt utformade pumpar gäller mindre mekanisk påfrestning på biologiska system i jämförelse med peristaltiska och membranpumpar. För att undersöka den mekaniska belastningen med begränsade experimentella kostnad, är en olja-vatten-emulsion modellsystem rekommenderas på grund av dess kostnads ​​(ca 99,8%) och tids reducerad (ca 99,5%) tillämpas jämfört med biologiska cellodlingssystem.

Som droppe upplösningen av olje-vattenemulsionssystemet är en funktion av mekanisk spänning, släpp storlekar måste räknas över den experimentella tiden för skjuvspänning undersökningar. Många tekniker för dimensionering droppar finns, which kan delas in ljud, laser och fotobaserade tekniker 12. I synnerhet användningen av foto-optiska sonden inline endoskopi visar nästan identiska droppstorlekar för manuella och automatiska detekteringar (standardavvikelse under 10%) och möjliggör en detektering av 250 droppar per minut 13. På grund av sin noggrannhet och tillförlitlighet, har endoskopet tekniken har visat sig vara en effektiv standard mätteknik för drop storleksfördelning i likvida / flytande dispersioner jämfört med andra vanliga prober (t.ex. fiberoptiska framåtbakåt förhållande (FBR) sensor , fokuserad stråle reflektionsmetod (FBRM) och den tvådimensionella optiska reflektions mätteknik (2D-ORM)) 12,14. Dessutom har lämplighet inline endoskopi för att mäta droppstorlekar i ett omrört kärl visats flera gånger i tidigare undersökningar 15-18.

Baserat på en tidigare studie 6, beskriver detta protokollanvändning av inline endoskopi för att bestämma droppstorlekar (Sauter medeldiameter) av en olja-vatten-emulsionssystem i pumpar. Sauter medeldiameter användes som en jämförelsekriterium för att uppskatta den mekaniska belastningen av de multi-användning (MU) MagLev centrifugalpumpar, en peristaltisk och en enda användning (SU) 4-kolvmembranpump.

Figur 1
Figur 1. Magnetiskt svävande centrifugalpump-systemet. (A) Principen om en utan lager motor och (B) PuraLev 200mu visas som ett exempel. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Protocol

Undersökningarna genomfördes med hjälp av en rörledning pumpinställningarna (Figu re 2), som möjliggör mekanisk påfrestning experiment vid flödeshastigheter på upp till 60 L min -1 och tryckfall upp till 2 bar som ska utföras. Såsom visas i fig u re 2, den experimentuppställning består av lagringskärlet, pumpkretsen, och utrustningen för inline endoskopi tekniken. Impellern av lagringskärlet användes endast för att blanda det ytaktiva medlet. Perifera element integrerades i den slutna slingan för att övervaka flödeshastigheten V och tryckfall p vid olika pumpinställningar. Undersökningarna varierades med hjälp av handhjulventil.

1. Försöksinställning

  1. Säkerställ att bioreaktorn (D = 0,15 m, H / D = 2,2) är utrustad med ett skovelhjul för upplösningen av surfactant och se till att inloppsröret är nedsänkt i vätska för att undvika en gas som förs in.
  2. Utrusta pumpen slinga med en spruta port, den undersökta pumpen, en klämma-på flödesmätare, en engångstrycksensor och en handhjulventil. Efter anslutning av pumpslingan till lagringskärlet, anslut pumphuvudet till motorn och förbereda endoskopet sonden.
  3. Montera föränderliga reflektionsplan, en rodium spegel i detta fall, på sondspetsen och justera avståndet mellan spegeln och linsen till 150 | im. Justera skruven vid 100 | j, m för att fokusera skärpan av målet.
  4. Anslut sonden till stroboskop via en fiberoptisk kabel och kameran av endoskopet till datorn via en Ethernet-kabel. Anslut sedan kameran och stroboskop tillsammans via en trigger-box-kabel.
  5. Starta datorn och öppna tillverkaren medföljande programvaran, som innehåller en bild förvärv och erkännande programvara, samt resultat analysator programvara.
  6. Välj bilden förvärvet programvara i huvudmenyn.
  7. Klicka på knappen "Identifiera enheten" i övre vänstra hörnet av skärmen för att upptäcka kameran.
  8. Under "Directory Settings" väljer du den plats på datorn för att spara bilder och aktivera kommandot "Skapa trigger undermappar".
  9. Ange processparametrarna i avsnittet "Trigger Mode: Klar".
    Bildfrekvens: 7,5 Hz
    Ramar per trigger: 50
    Antal triggers: 60
    Trigger Intervall: 60 sek
  10. Efter fullbordan av hela förberedelsearbetet, häll 5 L avjoniserat vatten in i förvaringskärlet och slå på pumpen för att fylla pumpen och pumpslingan.
  11. Stäng av pumpen och tillsätt 0,9 ml surfaktant (c ytaktivt = 0,18 ml L -1, ρ surfaktant, 20 ° C = 1,070 kg m -3, kritiska micellkoncentrationen (CMC): ω CMC0; ≈ 0,018 ml L -1, ω ytaktivt ≈ 10 · ω CMC) med en 10 ml pipett under omrörning. Efter 10 minuter det ytaktiva är helt upplöst.
  12. Stäng av fläkthjulet och slå på pumpen. Placera endoskopet sonden så att linsen ligger direkt nedanför inloppsröret.
  13. Ställ flödeshastighet av 3,4 Lmin -1 och tryckfallet av 0,03, 0,3 eller 0,61 bar genom variation av impellerhastigheten och handhjulventil.
  14. Väg 6,3 g olja direkt i sprutan (β olja = 1,26 g L -1, ρ olja, 20 ° C = 989,5 kg m -3).
  15. Starta bilden förvärvet programvara och tillsätt oljan via sprutporten. Den kör pumpen fördelar emulsionsdroppar.
  16. Efter 1 timme, avsluta skjuvspänningen utredning och rengör inline endoskopet samt bioreaktornmed den integrerade pumpslingan. Därefter förbereda experimentuppställning för nästa pumpprocessen.

2. Mätning och bildanalys

  1. Öppna den automatiska bildigenkänning programvara i huvudmenyn.
  2. Under "Batch Rotkatalog" välja den plats på datorn för att spara filer (alla * .csv).
  3. Välj kolumnen "bildserie Path" och klicka på knappen "Lägg till bildserie undermappar" i nedre vänstra hörnet av skärmen för att läsa in bildserie.
  4. Fyll på processparametrarna som tillhandahålls av tillverkaren. Välj kolumnen "Sök Inställningar (* .pss eller Auftrag _ *. Matta)" och klicka på knappen "Set Sökinställningar" i nedre mitten av skärmen för att ladda processparametrar för att specificera droppe erkännande.
  5. Välj kolumnen "sökmönstret (* .psp eller F _ *. Matta) och klicka på knappen" Set sökmönster "i det nedre högra hörnet av skärmen för att ladda processparametrarna för att specificera droppe analys.
  6. Starta bildigenkänning genom att klicka på knappen "Start Batch".
  7. Efter avslutad bildigenkänning, uttrycker de detekterade droppstorlek från Sauter medeldiameter (d 32), eller någon annan representant medelvärde eller distribution av val med hjälp av resultatet analysator programvara.
  8. Öppna resultat analysator programvara i huvudmenyn.
  9. Aktivera kommandot "alla * .csv i 1 mapp" och klicka på knappen "Ladda mapp (s)" i det övre vänstra hörnet av skärmen för att ladda tidigare sparade alla * .csv-fil.
  10. Välj relevant värde (t.ex. Sauter medeldiameter) i rullgardinsmenyn i övre mitten av skärmen för att visualisera resultaten. Vid beräkningen av diametern in i skalning av 0,6591 pm pixel -1 till höger, som tillhandahålls av tillverkaren.

Figur 2
Figur 2. Försöksuppställning Pump krets för piped pump inställning med inline endoskopi som mätteknik. (1) lagringskärl, (2) spruta port (3) pump, (4) tryckgivare, (5) flödessensor, ( 6) stroboskop, (7) dator med tillverkaren medföljande programvaran, och (8) endoskop sond. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Representative Results

Optisk bedömning

Fig u re 3 visar partikel erkännande bilder på efter en pumptiden 1 timme. De övre fyra bilder visar dropparna före erkännande och de nedre fyra bilder visar dropparna markerade genom erkännande programvara. Dropparna detekteras markeras med en grön kant. Jämföra de övre och undre bilderna visar att droppkanterna exakt detekterades genom bildigenkänning programvara. Bilderna till vänster visar droppfördelningen för MagLev centrifugalpumpar PuraLev 200mu och PuraLev 600MU, och de till höger visar 4-kolvmembran och peristaltikpumpen. En optisk bedömning får en första klassificering av mekanisk påfrestning i modellemulsionssystemet. Detta avslöjade att större droppstorlek och lägre droppe räknas alstrades av centrifugalpumpar maglev jämfört med 4-kolv Diafragmaagm och peristaltisk pump. Följaktligen Maglev centrifugalpumpar, särskilt PuraLev 200mu visade minskad droppe brott, vilket indikerar lägre mekaniska påkänningar.

Figur 3
Figur 3. Bilder av inline endoskopi. Emulsion droppar före (A, B, C, D) och efter (E, F, G, H) partikeligenkänning efter 1 h av pumpning med användning av (A, E) den PuraLev 200mu, ( B, F) av PuraLev 600MU, (C, G) 4-kolvmembranpump, och (D, H) peristaltikpumpen under identiska driftsförhållanden (3,4 L min -1 och 0,03 bar). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Sauter migen diameter

Ytterligare undersökningar avslöjade standardavvikelser under d 32 ± 0,4 pm och garanterade reproducerbara resultat vid användning av inline endoskopi 19. Därför har flera undersökningar krävs inte för detta synsätt, som dessutom minskat experimentella bekostnad.

För att uttrycka den droppstorlek, Sauter medeldiameter D 32 (se ekvation. 1) användes som den representativa diameter droppar i olja-vatten-emulsion för detta tillvägagångssätt. I allmänhet Sauter medeldiameter minskade med tiden för alla pumptyper och pumpinställningar tills man når steady state 12. Undersökningar i denna studie bekräftade fortskridandet av Sauter-medeldiameter (fig u re 4A till D), kurvor av PuraLev 200mu (fig u re &# 160; 4A) och den peristaltiska pumpen (Fig u re 4D) är föredömligt diskuteras i detta protokoll.

I motsats till PuraLev 200mu, Sauter medeldiametrar var upp till 40% mindre för den peristaltiska pumpen vid samma driftsförhållanden (flödeshastighet = 3,4 Lmin -1; tryckfall = 0,03 bar). Som en följd av högre mekaniska påfrestningar resulterade i en ökad dropp upplösning och därför mindre droppstorlek. Vidare Sauter medeldiameter minskade med ökande tryckfall i PuraLev 200mu (fig u re 4A), vilket indikerade att beroendet av droppstorleken på tryckfall. I motsats, den peristaltiska pumpen visade en Sauter medeldiameter av d 32,60min = 10 | am i slutet av experimentet för samtliga processparametrar (figuru re 4D). Därför Sauter medeldiameter befanns vara oberoende av tryckfallet. Men resultaten återspeglar fysisk förståelse av nedgången uppbrottet: med högre mekanisk stress, var mindre Sauter medeldiametrar bestämdes (se även fig u re 5).

För varje mätpunkt, var minst 300 droppar fastställas för att garantera statistisk säkerhet. Den maximala standardavvikelse minskade för PuraLev 200mu från d 32,4min ± 42 | im och för PuraLev 600MU från d 32,6min ± 21 | im till ungefär d 32 ± 0,5 ^ m vid slutet av pumpprocessen. Den minskade standardavvikelse berodde på ökade homogen droppstorleksfördelning tills steady state uppnåddes. I jämförelse to Maglev centrifugalpumpar, de peristaltiska och 4-kolvmembranpumpar avslöjade standardavvikelser under d 32 ± 10 nm.

Ekvation 1 (1)

Figur 4
Figur 4. Typiska profiler av Sauter-medeldiameter d 32 över tiden och fastställandet av de uppmätta Sauter medeldiametrar d 32, m. Jämförelse av Sauter medeldiametrar d 32 (A) för PuraLev 200mu, (B) för PuraLev 600MU, (C) under den 4-kolvmembranpump, och (D) för den peristaltiska pumpen. Sauter medeldiametrar d 32 bestämdes vid en flödeshastighet av 3,4 Lmin -1 och tryckfall i intervallet 0,03 till 0,61 bar.Den uppmätta Sauter medeldiameter d 32, var m beräknades för de sista 10 min (gräns). Den resulterande standardavvikelse Sauter medeldiameter D 32 (N ≥ 300) visas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Mätt Sauter medeldiameter som en jämförelsesystem

Såsom beskrivits ovan, Sauter medeldiameter minskade med tiden tills droppstorlek nådde stationärt tillstånd. I den sista 10 min av den experimentella tid, det genomsnittliga värdet av Sauter medeldiameter beräknades för att bestämma den uppmätta Sauter-medeldiameter, som användes som en jämförelsekriterium (se gränsen av fig u re 4A-D). De uppmätta Sauter medeldiametrar d 32, är m visas för en flödeshastighet av 3,4 L &# 160; min -1 och ett tryckfall intervallet 0,03-0,61 bar i fig u re 5. Större uppmätta Sauter medeldiametrar bestämdes för båda maglev centrifugalpumpar (200mu och 600MU) och 4-kolvmembranpump vid lägre tryckfall och propellerhastigheter. Den peristaltiska pumpen avslöjade mätt Sauter medeldiametrar av d 32, m = 10 pm för alla processparametrar. Såsom tidigare nämnts, skjuvkrafter var oberoende av tryckfallet för den peristaltiska pumpen.

De största uppmätta Sauter medeldiametrar av d 32, m = 36 | am för PuraLev 200mu och d 32, m = 34 | am för PuraLev 600MU erhölls vid ett tryckfall av 0,03 bar. I jämförelse med sina motsvarigheter, Maglev centrifugalpump serien erhålls upp till 59% större mätt Sauter medeldiameter. Dessa resultatar indikerade en lägre droppe upplösning och därmed lägre mekanisk stress som följer av användningen av centrifugalpumpar.

Standardavvikelsen för den uppmätta Sauter-medeldiameter under stationärt tillstånd var under 15%, vilket bekräftar tillförlitliga och noggranna värden för droppstorlek.

Figur 5
Figur 5. Jämförelse av uppmätta Sauter medeldiametrar d 32, m. Mätt Sauter medeldiameter för Maglev centrifugalpumpar och deras motsvarigheter på 3,4 L min -1 och tryckfall av 0,03, 0,30 och 0,61 bar. De resulterande standardavvikelser för de uppmätta Sauter medeldiametrar d 32, m under det stabila tillståndet visas.

Förkortningar Pleas klicka här för att se en större version av denna siffra.

2D-ORM tvådimensionell optisk reflektansmätning
CCD laddningskopplad anordning
CHO Kinesisk hamsterovarie
cmc kritiska micellkoncentrationen
FBR framåt bakåt-tal
FBRM fokuserade strålen reflektans metod
MU multi-användning
SU engångsbruk

Nomenklatur

V [M 3 sek -1] flödeshastighet
c [M 3 m -3] koncentration
d 32 [M] Sauter medeldiameter
d 32, m [M] mätt Sauter medeldiameter
ds [M] yta diameter
d v [M] volymdiameter
f [Hz] frekvens
n [Sek -1] Impellerhastigheten
N [-] antal droppar
p Pa tryckfall
t sek tid
β [kg m -3] masskoncentration
ρ [kg m -3] densitet
69; [M 3 m -3] massfraktion

Tabell 1. Tabell över förkortningar och nomenklatur.

Discussion

Syftet med detta protokoll är att visa lämpligheten hos inline endoskopi teknik för droppstorleksmätningar i pumpprocesser. För detta ändamål, släpp storlekar av en olja-vatten-emulsionssystem bestämdes och en uppmätt Sauter-medeldiameter beräknades för att karakterisera den mekaniska påkänningen av MagLev centrifugalpumpar samt deras motsvarigheter, en peristaltisk och en 4-kolvmembranpump. Resultaten visade låg variation av den uppmätta Sauter-medeldiameter, som kvantifieras genom standardavvikelser av under 15%, vilket indikerar att droppstorlekar har tillförlitligt och noggrant uppmätt. Som en följd av detta kan den uppmätta Sauter medeldiameter med framgång användas som en jämförelse kriterium för att utvärdera den mekaniska belastningen av pumparna undersökta. Maglev centrifugalpumpar visade större mätt Sauter medeldiameter, vilket indikerar lägre mekaniska påkänningar på emulsionsdroppar jämfört med de peristaltiska och 4-kolvmembranpumpar. I studtalet till dags dato har inline endoskopi visat sig vara ett robust och enkel teknik för tillförlitlig droppstorlek mätning 1,6,12-14,20-21, vilket också bekräftades av denna studie. I jämförelse med alternativa mättekniker, såsom det fiberoptiska FBR sensorn, FBRM och 2D-ORM teknik endoskopet tekniken kan användas som standardmetod för att erhålla exakta uppgifter i flytande / flytande tillämpningar 12,14.

Den enkla hanteringen av inline endoskopi och enkel produktion av icke-biologiska olja-vatten-emulsion system möjliggör ett enkelt förfarande för drop storlek upptäckter enligt protokollet texten (se ovan). Icke desto mindre bör det nämnas att läget av endoskopet sonden beror på fluidflödet i lagringskärlet. Ytterligare undersökningar (data ej visade) har avslöjat att linsen av sonden bör placeras direkt under inloppsröret för lägre flödeshastigheter upp till 5 Lmin -1i syfte att undvika en multipel detektering av en droppe 19. För skarpa bilder vid flödeshastigheter över 5 L min -1, är det rekommenderat att placera proben åtminstone 10 cm från inloppsröret. Oberoende av processparametrar, bör innehavaren av inline endoskopi vara stabil för att undvika en förskjutning av sonden, vilket kan resultera i suddiga bilder.

Vidare bör det särskilt noteras att droppstorleken detekteras ligger nära den nedre detektionsgränsen för den applicerade foto-optiskt system, där den minsta detekterbara droppdiametern är 6,5 um. Eftersom tillverkaren medföljande programvaran har förbättrats, kan inline endoskopiteknik tillförlitligt detektera en minimal droppstorlek på 1 pm. Dessutom kommer bildbehandling vidareutvecklas för att möjliggöra elektronisk övervakning av industriella applikationer.

Även om föreliggande studie fokuserade på relativt låga flödeshastigheter på upp till 3,4 L 60, min -1 bör framtida studier överväga ett bredare spektrum av driftsförhållanden. Första undersökningarna har utförts vid flödeshastigheter upp till 20 Lmin -1 (data ej visade). Emellertid, en 1: är 2 utspädning (c ytaktivt = 0,09 ml L -1 c olja = 0,64 ml L -1) av typen olja-vattenemulsionssystem rekommenderas vid flödeshastigheter över 10 Lmin -1 19, såsom ökad dropp upplösning orsakas av högre mekanisk påfrestning annars skulle påverka släppa upptäckt och minska antalet droppar som upptäckts. Tester utfördes med en 1: 2 spädning och jämfördes med resultaten av en outspädd olja-vatten-emulsionssystem. För båda tillvägagångssätten, Sauter medeldiametrar har på ett tillförlitligt sätt (standardavvikelse under 5%). Därför minskad volym fraktion: gjorde (1 2 utspädning) inte påverkar den uppmätta Sauter medeldiametrar, och därmed en drop-drop uppbrottet var försumbar.

nt "> Dessa kraftfulla experimentella metoder ger en god grund för att förbättra endoskopi teknik samt tillhörande bild förvärv, erkännande och resultat analysator programvara. Dessutom lämplighet för endoskopi tekniken klassificera pumptyper och serier i enlighet med deras mekaniska stressen demonstrerades framgångsrikt. De erhållna resultaten är avgörande för pumpens konstruktion utveckling och optimering av pumpar för att minska cellskador.

Disclosures

Wolfgang Dornfeld och Reto Schöb är anställda i Levitronix, Ltd, tillverkare av Maglev centrifugalpumpar.

Acknowledgments

Författarna vill tacka kommissionen för teknologi och innovationer (CTI, Schweiz) för sitt ekonomiska stöd (nr 13236,1 PFFLI-LS).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CCD camera Allied Vision Technologies GmbH GX2750 Equipment for inline endoscopy
C-Flex Biopharmaceutical Tubing Saint-Gobain Performance Plastics 374-375-4 Tube
Select a tubing length of about 45 cm before the pump.
C-Flex Biopharmaceutical Tubing Saint-Gobain Performance Plastics 374-375-3 Tube
Select a tubing length of about 45 cm after the pump and clamp on the flow sensor to this tubing.
CLAVE Connector Victus 011-C2000 Sampling port
Controller LPC-200.1-02 Levitronix GmbH 100-30030 PuraLev 200MU controller
Controller LPC-600.1-02 Levitronix GmbH 100-30033 PuraLev 600MU controller
LeviFlow Clamp-On Sensor LFSC-12 Levitronix GmbH 100-30329 Flow sensor for flow rates below 5 L min-1
LeviFlow Converter LFC-1C-CS Levitronix GmbH 100-30328 Flow sensor output device 
Masterflex I/P Easy Load Fisher Scientific AG EW-77963-10 Peristaltic pump
Mitos free flow valve Parker Hannifin Europe Sàrl FFLQR16S6S6AM Valve
Mobil Eal Arctic Exxon Mobil Corporation Mobil EAL Arctic 22 Oil
Prepare the emulsion directly before the experiment.
Motor Elektromotorenwerk Brienz AG 7WAC72N4THTF Motor for agitator shaft
Motor BSM-1.4 Levitronix GmbH 100-10005 PuraLev 200MU motor
Motor LPM-600.4 Levitronix GmbH 100-10038 PuraLev 600MU motor
Norm-Ject 10 ml Luer Lock Restek Corporation 22775 Syringe
Pump Head LPP-200.5 Levitronix GmbH 100-90525 PuraLev 200MU pump head
Pump Head LPP-600.18 Levitronix GmbH 100-90548 PuraLev 600MU pump head
Quattroflow 1200-SU Almatechnik AG QF 1200 4-piston diaphragm pump
SciPres Sensor SciLog 080-695PSX Pressure sensor
SciPres Sensor Monitor SciLog 080-690 Pressure sensor output device 
SOPAT-VF Inline Endoscopic Probe SOPAT GmbH Inline endoscopy
Stroboscope Drello GmbH & Co KG Drelloscop 255-01 Equipment for inline endoscopy
Triton X-100 Sigma-Aldrich X100 Surfactant
Handle with gloves and goggles.
(acute toxicity, eye irritation)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Engineering Inline endoskopi Drop storlek mätning emulsion engångsbruk Magnetiskt leviterade centrifugalpumpar
En kostnadseffektiv och tillförlitlig metod att förutse Mekanisk stress i engångsbruk och standardpumpar
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Dittler, I., Dornfeld, W.,More

Dittler, I., Dornfeld, W., Schöb, R., Cocke, J., Rojahn, J., Kraume, M., Eibl, D. A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps. J. Vis. Exp. (102), e53052, doi:10.3791/53052 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter