柱塞泵剪切力大嗎？

在選擇泵的灌裝形式時，不僅要考慮前面文章提到的灌裝精度問題，更重要的是要評價其對產品質量的影響，而談到這一點，泵的剪切力就成了無法回避的話題。由于在目前所知的低容量無菌灌裝中，都會受到剪應力的影響，也就是說，剪切力來自柱塞泵和蠕動泵。工業生產中，普遍采用蠕動泵，常說是因為旋轉柱塞泵剪切力大，會有損壞產品的危險。而且還有文獻清楚地表明，旋轉活塞泵的確有破壞生物制劑的傾向。或許從另一個角度可以看到灌裝泵剪切力的差異及其對產品的影響。為了模擬壞的情況，首先對單抗灌裝劑進行研究，灌裝劑中有兩種不同的 mAb配方，這兩種配方循環灌裝劑15次，以擴大灌裝劑中蛋白質降解或物質脫落造成的顆粒形成。試驗結果出人意料的是，柱塞泵產生的顆粒數，而且比蠕動泵大得多，說明柱塞泵對試驗樣品確實有損壞。

這是因為剪切力直接造成嗎？

為證明這一點，實驗還選取了一種設計為機械應力敏感的脂質體，在該脂質體中包覆熒光標記物羧基熒光素(CF)，以直接量化剪切速率。試驗結果在一定程度上是意想不到的，蠕動泵觸發了熒光素的釋放，而在試驗中，蠕動泵的剪切速率水平比柱塞泵高20倍左右。

為了有更多的理論驗證，還要進行CFD模擬分析，當然從技術上來說，很難獲得關于灌裝系統內部流體動力學的信息，雖然CFD提供不了直接的數據，但是可以用來支持進一步的調查和解釋，同樣根據研究用的實驗數據驗證結果，可以避免對數值模擬數據的誤解，CFD分析顯示爬行泵的剪切速度也要高于柱塞泵，而對于mAb配方的研究，確實顯示柱塞泵運行后亞可見顆粒數，那么到底是什么造成這種現象呢？

柱塞泵廠家介紹灌裝過程基本可分為四個不同的步驟。活塞在的位置上升的話，系統的壓力會減少，液體會被吸入到儲藏缸筒中。活塞在液體進入的方向上有單側的間隙。然后，活塞旋轉180°，槽向氣缸出口方向旋轉，在一步中塞向下移動，液體從液體進入灌裝針。顯然，液體流動主要由活塞在氣缸內的旋轉和垂直運動決定，因此認為形成了Taylor-Couette型的流動。  

事實上，活塞和缸體之間的微小間隙及其對蛋白質損傷的影響已經被廣泛討論。而這個微小的差距，以前沒有通過CFD模擬分析過。可以發現，活塞的旋轉導致剪切速率高達325，而平移運動將剪切速率降低到200。在進一步的實驗中，發現在活塞泵的缸體底部有一個“再循環區”。與蠕動泵相比，該區域的流體交換非常差，這導致流體的反復剪切應力暴露，即活塞泵反復將蛋白質制劑暴露于恒定但低的剪切速率。