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【原创】+1知药 | 上海思勃无菌碟片离心机技术在生物医药领域的应用分享

日期:2023-07-27 点击:867

5月27日，+1大会——第十七届国际制药产业峰会圆满落幕，上海思勃分离技术有限公司总经理丁永建分享了《无菌碟片离心机技术在生物医药领域的应用分享》。从无菌碟片离心机的优势以及衍生产品展示等方面分享了碟片离心机在生物医药领域的配套解决方案。本文根据演讲嘉宾报告内容整理，经演讲嘉宾本人确认并同意公开分享。

思勃分离技术（上海）有限公司总经理丁永建

在中国，离心机种类繁多，但是无菌碟片离心机的研究与生产才刚刚起步。2018年，上海思勃开始与合作伙伴共同研发适用于生物医药行业的无菌碟片离心机。

碟片离心机在生物技术中的广泛应用

生物工艺过程中应用的典型七个场景和特点

大肠杆菌：一般固含量在7-10%左右，高的15-20%，甚至于达到27%，因为菌体都在2um左右，收菌比较容易，但是破碎后的澄清比较困难，包涵体表达要两次洗涤，如果自溶性表达，收集-重悬破碎-离心澄清，浊度在300NTU左右。

毕赤酵母：收菌-破碎-澄清，或者直接收清液，一般固含量在45-55%左右，因为菌体都在2um左右，比较容易处理，固含量比较高，可以选择大型的离心机或者连续流喷嘴机，但是破碎后的澄清比较困难，处理量一般会下降一半。

CHO抗体：澄清收清液，固含量比较低，担心HPC泄露，清液浊度一般在50-150NTU之间。

核酸类产品（病毒）：澄清收清液，除去未被感染的细胞和细胞残渣，清液浊度一般在50NTU之间。

益生菌收菌：考虑收菌的收率，固渣的固含量可以达到85%以上，CIP/SIP要求。

微球收集换液：微球的颗粒比较大，容易分离，但是玻璃化温度，排渣问题，收率是个主要问题。
血液制品的纤维蛋白原的低温收集：温度比较低，含量比较低，附加值比较高。

碟片离心机在抗体和病毒类工艺流程中的应用

离心机的处理范围为0.5微米以上的颗粒。那0.5微米以下的颗粒能否分离呢？答案是肯定的，这就涉及到深层处理中的几个问题：离心机工作时间的长短，分离物质所占比重的大小，载液粘度的高低。这些问题明了后，离心机的分离效率越高，分离的浊度越低，对工业生产越有益。

碟片离心机在益生菌/胰岛素工艺中的应用

碟片离心机在益生菌、胰岛素工艺中的应用是上海思勃研究的重要方向。在不断优化改进中，上海思勃梳理出了最节省成本的运行方案（如下图所示）。其中，毕赤酵母的二次离心后，浓缩收获可提高10%-15%。

亲和絮凝剂的研发与应用·1%的添加量就可达到快速沉降的目的

目前，生物医药领域所普遍使用 IVD 检测，但其中性表达遇到很大的问题。在检测中核酸类物质为样本增加了粘度。核酸酶剪切大肠杆菌完成破碎后，会导致粘度上升，需要降低粘度才可以使离心机正常运转。

通常的解决方案是采用絮凝剂，但在碟片离心机中使用后物质粘度依然偏高，后续还会增加人工成本。为此，上海思勃联合研发了亲和絮凝剂，用以解决核酸酶剪切带来的粘度问题。从离心机的原理上来看，检测的效果更容易呈现。

亲和絮凝剂以高度的亲和力防止沉淀物在离心作用中被打散，1%的添加量就可达到快速沉降的目的。目前在IVD市场中反应良好，上海思勃也在积极探索扩展其应用场景。

实例分享·大肠杆菌细胞破碎液的分离解决方案（典型应用IVD检测试剂）

通过碱基配对相互作用，提高核酸DNA识别富集能力。
亲水基团及胺基基团可提高聚合物在水系缓冲液中的扩散与结合核酸效率。

产品优势：

能够有效的将核酸残留降低，尤其是在IVD核酸相关诊断领域及药物领域对杂质要求较高；

降低溶液粘度，增加固液分离效率，分子量较传统的高分子絮凝剂较小，扩散效率高，沉淀效果好，不易被剪切力打碎游离在上清中；
降低层析环节成本，增加层析材料的使用寿命！

碟片离心机的构成和运行

碟片离心机相较于管式离心机增加了沉降面积，效率较高，但它的日常排渣需要依靠活塞进行。碟片离心机在沉降时需要形成层流，转速越高会导致进入机器内部的气体破坏层流越严重，因此转速越高不一定效果越好，但有助于分离。

转速变高根据结构来讲其中一个原因是承力物。在如今的生产中，离心机的结构组成几乎上是透明的，但离心机的质量却不尽相同。原因在于加工精度、用料的不同以及加工过程中理解的标准体系不同。对于离心机来讲，其是由先进的材料和精密的部件组成。据闻，德国可以将碟片离心机离心力做到18000-20000G，超高速管式连续流离心机目前仅美国和日本企业在进行研制生产。

离心机按照传动形式可分为蜗轮蜗杆驱动型、皮带驱动型、直连驱动型

（离心机的传动形式及效率比较）

在三种离心机中，各有自身所独有的优势，在实际应用中满足不同的需求。在大型机器运转的环境中直连型可节省空间，相对应的直连电机维修空间有限，成本也较高；皮带离心机则伴随着效率较低，使用成本较高的问题；蜗轮蜗杆驱动型拥有弹性工作体系，但转动过多会出现噪音等问题。

到现在为止，一些特殊要求的离心机设备，几乎只有国外厂家生产和销售。因此，国内医药生产厂家所使用的无菌碟片离心机设备，90%以上依赖的是进口，这就意味着在这片领域我国生物医药行业仍旧处于被动受限环境。

（碟片离心机·物料向下分离后经由活塞结构来进行定量的膨胀）

上海思勃实现无菌碟片离心机专业生产！

目前为止，世界范围内仅有极少数企业可以实现用于医药领域的无菌碟片离心机生产，分布在德国、瑞典等国家。我国实现生产用于医药领域的无菌碟片离心机的企业更是屈指可数，上海思勃就是其中之一。

碟片离心机的沉降原理

在碟片离心机中，锥角的度数是不固定的，角度越小，物质在其中的行程时间越长。国际度数一般在37-45之内。此外，分离的过程与结果还和启动时间以及流态有关，并不只受一方面因素影响。碟片离心机制造并没有统一的规则，更多的是根据实际使用情况来定制。因此在我国设备制造商在学习国外先进技术的同时，应不断地根据应用场景情况打磨，优化设备。