柱塞泵剪切力大吗？

在选择泵的灌装形式时，不仅要考虑前面文章提到的灌装精度问题，更重要的是要评价其对产品质量的影响，而谈到这一点，泵的剪切力就成了无法回避的话题。由于在目前所知的低容量无菌灌装中，都会受到剪应力的影响，也就是说，剪切力来自柱塞泵和蠕动泵。工业生产中，普遍采用蠕动泵，常说是因为旋转柱塞泵剪切力大，会有损坏产品的危险。而且还有文献清楚地表明，旋转活塞泵的确有破坏生物制剂的倾向。或许从另一个角度可以看到灌装泵剪切力的差异及其对产品的影响。为了模拟坏的情况，首先对单抗灌装剂进行研究，灌装剂中有两种不同的 mAb配方，这两种配方循环灌装剂15次，以扩大灌装剂中蛋白质降解或物质脱落造成的颗粒形成。试验结果出人意料的是，柱塞泵产生的颗粒数，而且比蠕动泵大得多，说明柱塞泵对试验样品确实有损坏。

这是因为剪切力直接造成吗？

为证明这一点，实验还选取了一种设计为机械应力敏感的脂质体，在该脂质体中包覆荧光标记物羧基荧光素(CF)，以直接量化剪切速率。试验结果在一定程度上是意想不到的，蠕动泵触发了荧光素的释放，而在试验中，蠕动泵的剪切速率水平比柱塞泵高20倍左右。

为了有更多的理论验证，还要进行CFD模拟分析，当然从技术上来说，很难获得关于灌装系统内部流体动力学的信息，虽然CFD提供不了直接的数据，但是可以用来支持进一步的调查和解释，同样根据研究用的实验数据验证结果，可以避免对数值模拟数据的误解，CFD分析显示爬行泵的剪切速度也要高于柱塞泵，而对于mAb配方的研究，确实显示柱塞泵运行后亚可见颗粒数，那么到底是什么造成这种现象呢？

柱塞泵厂家介绍灌装过程基本可分为四个不同的步骤。活塞在的位置上升的话，系统的压力会减少，液体会被吸入到储藏缸筒中。活塞在液体进入的方向上有单侧的间隙。然后，活塞旋转180°，槽向气缸出口方向旋转，在一步中塞向下移动，液体从液体进入灌装针。显然，液体流动主要由活塞在气缸内的旋转和垂直运动决定，因此认为形成了Taylor-Couette型的流动。  

事实上，活塞和缸体之间的微小间隙及其对蛋白质损伤的影响已经被广泛讨论。而这个微小的差距，以前没有通过CFD模拟分析过。可以发现，活塞的旋转导致剪切速率高达325，而平移运动将剪切速率降低到200。在进一步的实验中，发现在活塞泵的缸体底部有一个“再循环区”。与蠕动泵相比，该区域的流体交换非常差，这导致流体的反复剪切应力暴露，即活塞泵反复将蛋白质制剂暴露于恒定但低的剪切速率。