离心机在生物制药行业的典型应用

离心机是生物制药生产下游工艺的基石。利用离心力，这些机器能够根据密度有效地分离生物材料，从而澄清浆液并收获细胞。从细胞培养物收获到裂解液澄清和产品回收，离心在高纯度生物制药产品的生产中发挥着重要作用。

现代生物制药离心机通常连续运行，以处理大量（数千升）发酵或细胞培养物，同时保持无菌和产品质量。生物技术生产设施中的碟片式离心机可加速细胞和固体从液体培养基中的分离。

每种应用都有其独特的生物学背景和技术考虑。下文将深入探讨离心在每种情况下的使用方法、面临的挑战以及合适的离心机配置类型。

CHO哺乳动物细胞培养物的分离

CHO（中国仓鼠卵巢）细胞是生物制药生产的主力，常用于生产单克隆抗体和其他治疗性蛋白质。在补料分批或灌注培养达到收获阶段后，必须将细胞与有价值的细胞外产物（培养上清液）分离。

在这种情况下，离心是细胞收获的主要方法。通常使用高速碟片式离心机连续澄清细胞培养液，去除CHO细胞和细胞碎片，同时保留澄清液中的蛋白质。

CHO 细胞离心的技术考虑包括细胞尺寸相对较大（~10-20 µm）以及哺乳动物细胞的剪切敏感性。离心机必须提供足够的分离因素来沉淀或捕获细胞（通常为 5,000-10,000+ g），但不能有过度的剪切力，因为过度的剪切力可能会裂解细胞并释放污染物。温度控制也很重要。

收获通常在低温下（~4-10 °C）进行，以保持蛋白质稳定性并防止微生物生长。专为生物制药设计的碟片式离心机（例如华鼎的 BTSX 系列）通过在无菌、封闭条件下操作并具有 CIP/SIP（就地清洗/就地蒸汽处理）功能来满足这些需求。它们提供诸如自动定期排出固体等功能来处理细胞生物质。

大肠杆菌裂解物的澄清

大肠杆菌是一种广泛用于生产重组蛋白（胰岛素、酶、质粒DNA等）的微生物宿主。发酵后，如果产物位于细胞内或周质中，则细菌会被裂解（例如通过高压均质化）以释放目标产物。

这会产生含有细胞碎片、可溶性蛋白质、DNA和其他成分的细胞裂解液。离心澄清是将固体细胞碎片与含有产物的液体分离的关键步骤。

高速离心机可以快速去除大量碎片，大大减轻下游过滤器的负荷。在大规模过程中，带有自清洁（固体喷射）转鼓的连续碟片式离心机更适合处理大肠杆菌裂解物的高固体含量和粘度。

事实上，华鼎的蒸汽灭菌碟片式离心机就是为此类生物技术应用而设计的，根据大肠杆菌原料，其处理能力从 100 到 10,000 升/小时。这些离心机在高 g 力下运行，以有效沉淀细小的细菌碎片。

澄清细菌裂解物的关键技术挑战包括大肠杆菌碎片的小粒径（通常 <1 µm）和由于释放的 DNA 导致的粘度增加的可能性。碟片式离心机提供了很大的等效过滤面积（这要归功于它们的锥形碟片组），但可能无法去除低于 ~0.5-1 µm 的极细颗粒。因此，离心机通常可实现整体澄清，随后的深度过滤步骤可对上清液进行精制，以去除细颗粒。

温度控制在这里也很重要——裂解液澄清通常在低温（4°C）下进行，以保持蛋白质稳定性并减少泡沫。对于细胞密度极高的培养，可以使用喷嘴式碟片离心机（通过周边喷嘴连续排出浓缩固体）来处理高固体负荷，而无需频繁停机。以这种方式配置的澄清离心机可确保对大肠杆菌裂解液进行稳定、可扩展的处理。

酿酒酵母（面包酵母）的分离

酿酒酵母，又称面包酵母，不仅用于酿造和烘焙，还用于生物技术生产疫苗（例如乙肝疫苗）和重组蛋白。在涉及酵母发酵的生物过程中，通常使用离心机将酵母细胞从培养液中分离出来。酵母细胞比哺乳动物细胞更大（5-10 µm），也更坚固，这通常使它们更容易沉淀。

事实上，酿酒业严重依赖碟片式离心机来快速去除酵母和发酵后澄清啤酒。同样，在生物制药领域，离心机可以收集酵母生物质，以收集细胞，或者如果产物是细胞外的，则澄清上清液。通过离心分离酵母必须考虑到发酵液中的高细胞密度和通常的高粘度。

带有自清洁转鼓的碟片式离心机非常有效，因为它们可以连续处理大量液体并定期排出致密的酵母固体。工业酵母分离机可实现每小时数万升的吞吐量。酵母对剪切的敏感度低于动物细胞，但如果目标是保持细胞活力，温和的处理仍然是有益的。

在某些情况下，卧螺离心机也用于酵母分离，尤其是在脱水高固含量的浆液时。卧螺离心机擅长生产浓缩酵母糊，而碟片式离心机则擅长生产澄清液体。然而，对于大多数上游发酵收获，碟片式离心机因其澄清度和连续运行而更受青睐。

益生菌离心收集

益生菌，例如乳酸杆菌和双歧杆菌，通常以工业规模培养，用于生产膳食补充剂和功能性食品。益生菌培养物生长到所需密度后，需要从发酵培养基中收集（收获）菌体，通常将其浓缩并干燥成粉末。

离心是从培养基中分离和收集益生菌菌体的常用方法。与过滤相比，离心机分离速度更快、效率更高，并且是一种封闭、卫生的工艺，非常适合大规模生产。

重要的是，可以实现连续离心，从而能够从生产发酵罐中持续收获益生菌。收集益生菌时需要考虑几个技术因素。细胞活力至关重要，因为这些细菌需要在给消费者服用时保持活性。

因此，分离过程应尽量减少细胞损伤：温和加速、避免过热以及在离心机中较短的停留时间都有助于保持活力。

许多工业益生菌工艺都使用碟片式离心机，因为它们可以在密封环境中快速分离细胞，从而防止污染。碟片式离心机的沉降面积较大，即使对于相对较小的细菌细胞也能产生良好的分离效果。通常，离心机在冷却温度下运行（例如 <10 °C），以保持益生菌稳定。

离心后，浓缩的益生菌细胞糊可以进一步处理（洗涤、重新悬浮，然后冷冻干燥或喷雾干燥）。华鼎的碟片式分离机广泛应用于益生菌行业，证明了其可靠性。

进料通过中心管道引入，流经许多薄的碟片间隙；固体（益生菌细胞）向外滑出并收集，而澄清的浆液则通过溢流流出。

这种设计显著增加了有效沉降面积，缩短了沉降距离，实现了卓越的分离效果。通过利用这种离心机技术，制造商可以高效地生产高效益生菌产品。

华鼎离心机在益生菌生产工厂中久经考验的性能和可靠性赢得了业界的信赖，凸显了离心技术作为益生菌分离的首选解决方案的地位。

鸡胚尿囊液的澄清（疫苗生产）

基于鸡蛋的疫苗生产（例如流感疫苗）需要将病毒接种到受精鸡蛋中，并使其在胚胎的尿囊液中复制。孵化后，从鸡蛋中提取出富含病毒颗粒的尿囊液。

这种原始收获物不仅含有目标病毒，还含有鸡蛋蛋白、细胞碎片和其他杂质。传统上，离心法用于澄清尿囊液，作为第一步纯化，去除不需要的固体和粗碎片。

通常，连续碟片式离心机（以中等速度运行以避免病毒破碎）会分离细胞碎片、蛋壳碎片和其他颗粒，从而得到澄清的含病毒上清液。澄清的尿囊液随后可进行进一步过滤和下游处理（例如超滤和色谱分析），以纯化疫苗抗原。

澄清尿囊液的主要挑战之一是在保持无菌工艺的同时处理异质固体混合物。进料中可能含有细小的羽毛或蛋壳颗粒，甚至半固体凝块，这使得单独过滤难以避免堵塞。

离心机在这方面表现出色，可以高效地将这些固体离心分离。由于疫苗生产要求严格的无菌和密闭性，因此离心系统必须完全密封并可蒸汽灭菌。

用于尿囊液的离心机通常配备无泡沫排放系统（例如向心泵），可以温和地转移澄清的含病毒液体，而不会产生泡沫或剪切力。

通过使用这些专门用于疫苗收获的澄清离心机，制造商可以高通量处理数千枚鸡蛋大小的尿囊液，并确保始终如一的透明度和产量。

血液处理中的血浆分离

血浆是许多治疗药物的起始原料，包括免疫球蛋白、白蛋白、凝血因子浓缩物和其他血浆衍生药物。在血库和血浆分离设施中，离心机被广泛用于从血液细胞成分中分离血浆。

全血在离心机中旋转时会分层：致密的红细胞堆积在底部，中间形成一层由白细胞和血小板组成的薄“血沉棕黄层”，最上层是稻草色的血浆。

工业规模的血浆采集可以使用批量离心或连续流单采离心机来处理大量血液。随着对血浆衍生疗法的需求不断增长，对高效离心设备的需求也随之增长，以最大程度地提高产量和纯度。

实际上，这意味着离心机必须能够可靠地分离血浆，同时最大程度地减少细胞损伤和交叉污染。

血浆分离的关键考虑因素包括轻柔处理（以避免红细胞溶血）和维持冷链（血浆通常保存在低温下以保护不稳定的蛋白质）。血浆置换中的连续离心系统以受控速度运行，实时移除血浆并将红细胞返回给捐献者。

在生产设施中，在血浆汇集并解冻后，可以再次使用离心机来分离沉淀的蛋白质（例如，凝血因子 VIII 的冷沉淀）。用于血浆/血液的离心机通常是专为生物安全和无菌而设计的专用盘式离心机或腔式离心机，通常配有一次性管或封闭式插件，以消除批次之间血源性污染的风险。

华鼎的生物制药离心机系列也涵盖血液制品处理解决方案——其可进行原位清洗 (CIP) 的碟片式离心机可用于血浆离心和其他血液制品。这些设备确保高效分离血浆，同时满足严格的监管标准。

肽晶体的收集

一些生物制药工艺涉及结晶步骤，以纯化或配制产品。值得注意的例子包括胰岛素（一种肽类激素）和某些其他肽类或蛋白质药物的结晶，以实现高纯度和稳定性。

晶体在溶液中形成后，必须将其从母液中分离并收集进行干燥。在此类结晶过程中，通常使用离心机将固体晶体从液体中分离出来。

在制药生产中，传统上是用批量模式的立式篮式离心机或刮刀离心机来完成的，这些离心机可以旋转出液体，然后机械地排出晶体饼。

例如，可以使用批量离心机收获胰岛素晶体，在离心机转鼓中清洗，然后送去干燥。

在其他情况下，可以使用卧螺离心机进行连续晶体分离，特别是如果该过程是连续结晶。选择取决于规模和晶体特性。

肽晶体离心的技术因素包括晶体的粒度（影响过滤还是离心的选择）、是否需要清洗（从晶体中去除残留的母液或溶剂）和温度控制（一些晶体可能需要低温以避免溶解或降解）。

离心分离的优势在于其封闭式方法，减少了产品与环境的接触，并且对于大体积样品的处理速度比重力过滤更快。值得注意的是，生物制药结晶会产生高度浓缩的产品，因此离心机可以处理浓稠的晶体浆液。

结论

离心机技术在生物制药生产领域已证明其价值。它们能够实现连续高效运行，在许多情况下可替代或补充过滤，从而更有效地处理生物质和固体。同样重要的是，华鼎生物制药分离机的设计充分考虑了制药环境——提供多种功能，例如CIP/SIP清洁度控制、自动化控制以确保一致性以及全封闭设计以确保生物安全。

如需探索针对您特定生物工艺需求的先进解决方案，请考虑华鼎分离机的生物制药离心机系列——从碟片式澄清机到卧螺离心机。凭借几十年的离心分离技术经验，华鼎提供设备和专业知识，帮助优化任何生物制药应用中的细胞分离、澄清和产品回收。

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