制药操作的核心， 这项泵技术实现小体积大流量精准输送

什么是色谱法？

色谱法是在生物工艺中分离混合物中组分的标准纯化步骤。这项技术能从混合物的其他分子和杂质中分离出生物药物或靶分子，然后加以纯化。

纯化在色谱柱中进行，常用工具是一个装满50-100μm的小色谱珠（也称为树脂或吸附剂，固定在柱中）的圆筒容器。纯化时，产品和杂质的混合物（称为移动相）会进入柱中，穿过树脂（固定相）。

靶分子和色谱珠子之间发生选择性结合（吸附）后会分离出来，电导率、pH值、盐类型和其他运行条件都会影响这一过程。

传统方法有什么弊端？

传统的色谱柱设计为“轴向”。在此步骤中，色谱介质填充在很平、很宽的饼样筒中，液流从顶部流向底部，或从底部流向顶部。如果希望提高色谱柱的生产能力（规模化），由于柱的高度增加后，系统内的背压也会增加，因此这套方案不太可行。

所以，要想提高生产能力，只能增大柱子的直径。这样一来，系统的柱床既短又宽，空间占用率高，整体重量偏重，导致持续制造高通量的填充床的难度增加。

因此，在轴向色谱柱中，为了降低轴向柱的直径，填充床通常应高于规定高度，但这种方案的弊端是：流量降低，运行压力增加。

RFC应运而生

早在20世纪50年代，RFC（Radial Flow Chromatography，径向流动色谱）就已经研制成功。

它的流量较高，压降较低，系统重量和占地面积仅为轴向流动柱的四分之一。如前所述，与液流垂直流经色谱介质的轴向流动系统不同，RFC中的介质包裹在中间的柱子上，液流以正压水平流过。RFC能将轴向系统的卧式床折叠进垂直柱子，并将流向从垂直变更为水平。它继承了老式产品的纯化和分馏功能，但系统的占地面积更小，重量更轻。

PROXCYS Downstream Biosystems B.V.自20年前成立以来，就一直致力于为生物制造应用开发高性能径向流动色谱（HP-RFC）。如今，PROXCYS已利用Quattroflow™四柱塞隔膜泵功能设计了许多先进的多次性和一次性HP-RFC柱和系统。

PROXCYS的技术销售工程师Thijs Groenewegen说：“径向流动色谱和传统色谱柱略有不同。传统柱的流向是从顶部到底部，RFC分离原理与此相同，但柱型设计不同。RFC的流向不是从顶部到底部，而是从柱的外部到内部。我们把柱子放在了一边，缩小了产品的占地面积。”

在HP-RFC色谱柱中，液流通过的管中填充了适用的色谱介质（通常是某些高价值树脂），因此性能出众。
Groenewegen表示：“合适的柱填料会直接影响色谱柱的性能，填充良好的柱能高效分离和捕获预期产品。因此，树脂填充得越好，分离效果就越好，目标蛋白的表达效果也会越好。不过，色谱柱实际填充起来并不容易。

如果传统柱的直径比床高出8至10英寸，填充难度就不小了。而HP-RFC可以轻松胜任30英寸以上高度差的填充任务，也就是说，床的高度可以降低（低压），柱的体积也可以放大。此外，HP-RFC色谱柱始终采用泵式填充，这有利于系统自动化，只要有合适的设备，即使色谱柱格式特殊，填充起来也会十分轻松。

各种树脂珠子的特点也不同；有些树脂很脆，需要轻拿轻放，而有些则很硬,可以用力移动。但是，参数已知或者优化后，HP-RFC填充即可重复操作,方便可靠。”

PROXCYS HP-RFC撬装将系统的所有部件（包括Quattroflow™四柱塞隔膜泵）都搬到了移动车上，操作十分便捷。在生物制品生产工艺中，移动车经常需要移动，这款轻量级解决方案能轻松实现这个目标。

选择合适的泵

向HP-RFC柱中填充树脂时，应选择合适的泵送技术。在过去的几十年，PROXCYS将德国杜伊斯堡的Quattroflow™四柱塞隔膜泵技术和美国伊利诺伊州Oakbrook Terrace PSG®的技术整合到了其专有的装柱系统中。

Groenewegen表示：“Quattroflow用起来很方便，能够满足我们所有的需求。泵非常精确，调节比很大，设计紧凑，可与公司的小型系统轻松集成。泵送时不会产生泡沫，动作“迅速但柔和”，泵送剪切敏感的树脂珠子时不会损坏产品。Quattroflow能完全胜任柔和泵送产品的任务，虽然流速高，但很容易控制。”

在HP-RFC应用中，Quattroflow泵的运行形式比较独特，这是它的主要优势：四个隔膜通过一个连接板逐个驱动，连接板在偏心轴产生的冲程中心位置前后移动，偏心角度决定冲程的长度。换言之，Quattroflow技术以人类心脏的工作方式（非常适合向人体全身泵送血液，而且血液的剪切敏感性非常高）为模型，其泵腔和止回阀能使产品不断向前流动。

Quattroflow泵腔不含易产生摩擦的旋转部件，从而最大限度减少了这种由于旋转部件摩擦而导致的热量聚集。此外，采用该操作模式意味着泵可干运转，自吸，且由于低回流，剪切力可进一步降低。此外，产品运行时脉冲低、无泄漏，具有出色的干/湿吸升性能，容易控制，可获得所需的流速或者压力。换言之，它具备需要合适的RFC柱填充的所有特点。

用树脂填充的HP-RFC柱能更好地分离目标蛋白。Quattroflow™四柱塞隔膜泵可以柔和地处理脆性/刚性树脂，能在树脂填充工艺中发挥重要作用。

目前，Quattroflow泵有8种型号，分别为QF30、QF150、QF1200、QF2500、QF4400、QF5050、QF10K和QF20K，它们的流速范围从0.017 L/min（0.004 gpm）到267 L/min（70.5 gpm）不等，PROXCYS兼容所有型号的泵。

Quattroflow的实际应用效果

Groenewegen表示：“Quattroflow全系列的泵我们都在用。实验室的空间较为狭小，在这类区域中，我们在系统中集成了QF150泵，用以装柱；当场景从实验室搬到生产环境中后，我们就会使用QF1200和QF4400，它们更适合较大的系统；而当占地面积有限时，我们则会选择QF5050。

我们最近建立了一套非常强大的系统，虽然QF5050非常紧凑，不过QF20K在里面的占地面积也就1平方米而已。我们在最大的系统中使用了QF20K，此外，新成员QF10K也很适合大柱子系统。

PROXCYS曾经测试过另一家供应商的泵，不过那种泵（双隔膜，而非四隔膜）未能达到要求：Groenewegen回忆说：“还没运行几分钟，树脂珠就卡在了泵膜之间，泵就停下来了。”

PROXCYS使用所有型号的Quattroflow™四柱塞隔膜泵时，效果都非常好。现有几乎所有型号的泵均有一次性配置版，不少生物制品生产商想要使用有泵头的泵，他们希望在生产后方便快速地更换泵头，而Quattroflow™的产品就非常能满足此类需求。

近几年，生物工艺市场对配有可替换泵头的泵的需求量不断上升，Quattroflow生产的各类一次性泵正好能满足市场需求。很多制造商都计划使用可更换泵腔的一次性泵，而不是配置长久使用的不锈钢泵，不锈钢泵每次生产完后还需要做清洁认证。这些产品对他们很有吸引力。

Groenewegen表示：“分批工艺要求在进行下一次活动前，用新的泵头替换原泵头，而Quattroflow一次性泵就能做到这一点。我很看好一次性泵的发展前景，我认为这是行业未来的方向，而且这很匹配我们推广SUPR预填充HP-RFC柱生产线的战略。”

作者: Andreas Frerix博士，
百士吉旗下品牌Quattroflow™德国工厂产品经理

来源：荣格-《国际医药商情》

原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。