CN113166702A - 确定连续病毒灭活反应器的关键工艺参数及设计和制造其的***和方法 - Google Patents
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Abstract
一种病毒灭活装置，包括至少一个实验性连续病毒灭活反应器，该反应器至少有入口、出口和管状流动路径，以及一种计算机***，该***根据实验性连续病毒灭活反应器可以设计、选择、制作和/或制造按比例缩放的实际反应器。管状流动路径包括一组交替的转弯，在入口和出口之间形成蛇形或交织图案。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月8日提交的美国临时申请第62/742,506号的权益，其内容通过引用明确并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及一种确定连续病毒灭活反应器的关键工艺参数及设计和制造其的***和方法。
背景技术
目前，定义病毒颗粒在活塞流反应器(PFR)中的停留时间难以量化，因为在循环管道中工艺物料流流动期间会出现流体动力学现象，其中工艺物料流在管道中心的流量可以是工艺物料流平均流量的两倍，并且在管道壁附近几乎停滞。因此，目前确定病毒灭活的正确PFR参数的唯一方法是通过实验。这种反复试验的方法效率低下且耗时。
发明内容
在一方面，描述了一种用于设计、选择、制作和/或制造实际活塞流反应器的方法。该方法包括将包括可检测颗粒/示踪剂的工艺物料流引入具有已知曲率半径和已知内径的实验反应器中，其中该实验反应器与第一检测器和第二检测器中的至少一个连通；通过第一检测器和第二检测器中的至少一个检测实验反应器中工艺物料流的流速；通过第一检测器和第二检测器中的至少一个检测工艺物料流的流体相参数；通过第二检测器检测离开实验反应器的可检测颗粒/示踪剂；基于引入的包括可检测颗粒/示踪剂的工艺物料流，确定与实验反应器参数和流体相参数中的至少一个相关的经验值；确定与实验反应器参数和流体相参数中的至少一个相关的非经验值；以及基于所确定的经验值和所确定的非经验值设计、选择、制作和/或制造实际反应器。
在一方面，描述了用于确定、选择、制作和/或制造实际反应器尺寸的***。该***包含处理器；以及非暂时性机器可读存储介质，其存储可由处理器执行的机器可读指令，以：接收与第一检测器和第二检测器中的至少一个连通的实验反应器的参数；通过第一检测器和第二检测器中的至少一个检测实验反应器中包括可检测颗粒/示踪剂的工艺物料流的流速；通过第一检测器和第二检测器中的至少一个检测实验反应器中工艺物料流的流体相参数；通过第二检测器检测离开实验反应器的可检测颗粒/示踪剂；确定实验反应器的反应器参数和工艺物料流的流体参数中的至少一个的经验值；确定实验反应器的反应器参数和工艺物料流的流体参数中的至少一个的非经验值；为具有预定体积流体的实际工艺物料流设计、选择、制作和/或制造实际反应器，其中流体包括与实验反应器中的流体参数基本相似的参数。
在另一方面，描述了一种用于设计、选择、制作和/或制造用于在生物产品制造期间连续灭活病毒的实际反应器的***。该***包含具有已知曲率半径和已知直径并设计用于接收工艺物料流的实验反应器；与实验反应器连通的第一检测器和第二检测器中的至少一个，其中第一检测器和第二检测器中的至少一个检测工艺物料流的流体相参数，并且其中第二检测器检测离开实验反应器的可检测颗粒/示踪剂；处理器；以及非暂时性机器可读存储介质，其存储可由处理器执行的机器可读指令，以：确定对应于实验反应器和工艺物料流的流体中的至少一个的参数的经验值；确定对应于实验反应器和工艺物料流的流体中的至少一个的参数的非经验值；以及基于所确定的经验值和所确定的非经验值，为具有预定体积流体的实际工艺物料流设计、选择、制作和/或制造实际反应器。
在另一方面，提供了一种用于设计、选择、制作和/或制造用于在生物产品制造期间连续灭活病毒的实际反应器的***。该***包含：具有入口、出口和管状流动路径的实验反应器，管状流动路径包含在入口与出口之间形成蛇形图案的一组交替转弯，其中蛇形图案包括预定的曲率半径和预定的直径，并且其中实验反应器被设计成接收工艺物料流；与实验反应器连通的第一检测器和第二检测器中的至少一个，其中第一检测器和第二检测器中的至少一个检测工艺物料流的流体相参数，并且其中第二检测器检测离开实验反应器的可检测颗粒/示踪剂；处理器；以及非暂时性机器可读存储介质，其存储可由处理器执行的机器可读指令，以：确定实验反应器参数和工艺物料流的流体参数中的至少一个的经验值；确定实验反应器的反应器参数和工艺物料流的流体参数中的至少一个的非经验值；以及基于所确定的经验值和所确定的非经验值设计、选择、制作和/或制造实际反应器，其中实际反应器包括与实验反应器的蛇形图案基本相似的蛇形图案，但其经配置以容纳具有预定体积流体的实际工艺物料流。
在又一方面，提供了一种用于设计、选择、制作和/或制造用于在生物产品制造期间连续灭活病毒的实际反应器的***。该***包含具有入口、出口和至少一个交织管状流动路径的实验反应器，管状流动路径包含位于不同的、非平行平面上的多个转弯；与实验反应器连通的第一检测器和第二检测器中的至少一个，其中第一检测器和第二检测器中的至少一个检测工艺物料流的流体相参数，并且其中第二检测器检测离开实验反应器的可检测颗粒/示踪剂；处理器；以及非暂时性机器可读存储介质，其存储可由处理器执行的机器可读指令，以：确定实验反应器参数和工艺物料流的流体参数中的至少一个的经验值；确定实验反应器的反应器参数和工艺物料流的流体参数中的至少一个的非经验值；以及基于所确定的经验值和所确定的非经验值设计、选择、制作和/或制造实际反应器，其中实际反应器包括与实验反应器的交织管状流动路径基本相似的交织管状流动路径，但其经设计和配置以容纳具有预定体积流体的实际工艺物料流。
各种实施例的其他特征和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且将部分地从描述中变得显而易见，或者可以通过各种实施例的实践而获知。通过这里的描述中具体指出的元件和组合，将认识到和获得到不同实施例的目的和其他优点。
附图说明
从详细描述和附图可以更全面地理解本公开的几个方面和实施例，其中：
图1A是根据本公开的示例的连续管式反应器的管状流动路径的俯视图；
图1B是根据本公开的示例的连续管式反应器的局部透视图；
图1C是根据本公开的示例的连续管式反应器的侧视图和等距视图；
图1D图示了根据本公开的示例的彼此连接的多个连续管式反应器；
图1E是根据本公开的示例的具有单个管路的示例性连续流反应器管的等距视图；
图1F图示了根据本公开的示例的图1E的连续流反应器管，其在单个纵轴上具有转弯，但位于不同的非平行平面上；
图1G是根据本公开的示例的沿图1E的管的纵向通路的剖视图；
图1H是根据本公开的示例的图1E的示例性连续流管的侧视图；
图1I是根据本公开的示例的图1H的示例性连续流管的侧视图的区域A的详细视图。
图1J是根据本公开的示例的根据本公开的示例的具有四个管路的示例性连续流管的等距视图；
图1K图示了根据本公开的示例的***的概述；
图2A图示了根据本公开的示例的示例性***；
图2B是示出了根据本公开的示例的由第二检测器检测到的实验原始数据的曲线图；
图2C是示出了根据本公开的示例的可检测颗粒或可检测示踪剂的体积和时间的入口和出口的曲线图；
图2D是示出了根据本公开的示例的拟合曲线与原始数据的曲线图；
图2E图示了根据本公开的示例的实验数据和拟合数据中的迪恩数(Dean Number)和HETP之间的关系；
图3图示了根据本公开的示例的另一示例性***；
图4图示了根据本公开的示例的比较器与非经验变量之间的关系的概述；
图5A图示了根据本公开的示例的***如何以反应器管路径长度和流速推导的概述；
图5B图示了根据本公开的示例的***如何以反应器管路径长度和流速推导的细节；
图5C是图示了根据本公开的示例的反应器体积与实际反应器的流速之间的关系的曲线图；
图6A图示了根据本公开的示例的***如何以Tmin和Tmax推导的概览；
图6B图示了根据本公开的示例的***如何以Tmin和Tmax推导的细节；
图6C是图示了根据本公开的示例的实际反应器的Tmin和Tmax的曲线图；
图7A图示了根据本公开的示例的***如何以实际反应器路径长度推导的概览；
图7B图示了根据本公开的示例的***如何以实际反应器路径长度推导的细节；
图7C是图示了根据本公开的示例的用于设计、选择、制作和/或制造实际反应器的流速和反应器体积的关系的曲线图；
图8A图示了根据本公开的示例的***如何以实际反应器路径长度和反应管的内径推导的概述；
图8B图示了根据本公开的示例的***如何以实际反应器路径长度和反应管的内径推导的细节；
图8C是根据本公开的示例的HETP与线性流速的曲线图；
图8D是根据本公开的示例的预测HETP与实际HETP的曲线图；
图8E是示出了根据本公开的示例的满足预定流速和Tmin的反应器体积和内径的曲线图；
图9图示了根据本公开的示例的另一示例性***；
图10A图示了根据本公开的示例的***如何以实际反应器路径长度和反应管的内径推导的细节；
图10B是图示了根据本公开的示例的通过使用小型JIB、中型JIB和大型JIB的HETP与迪恩数之间的关系的曲线图；
图10C是根据本公开的示例的当HETP通过内径归一化时的图10B的曲线图；
图10D是图示了根据本公开的示例的在Tmin为60且Tmax为75的500mL/min的流速下路径长度与内径之间的关系的曲线图；
图11A是图示了根据本公开的示例的来自JIB操作的可变流速和路径长度的退出脉冲注入的体积扩散反应的曲线图；
图11B是图示了根据本公开的示例的通过HETP对路径长度进行归一化的曲线图；
图12是图示了根据本公开的示例的在泰勒-库埃特流中生成转变所需的迪恩数与在JIB的RTD分布的扩展中产生的两个拐点和渐近线的相关性的曲线图；
图13A是图示了根据本公开的示例的来自JIB操作的可变流速和粘度的退出脉冲注入的反应的曲线图；
图13B是图示了根据本公开的示例的通过迪恩数对各种粘度实验HETP进行归一化的曲线图；
图13C是图示了根据本公开的示例的在所有测试的流速和粘度上三阶多项式拟合到集总数据集的曲线图；
图13D和13E分别是根据本公开的示例的标准偏差和Tmin(5σ)的集总数据集的结果奇偶图；
图14A是根据本公开的示例的除De<100的数据点外，来自JIB操作的可变流量和粘度的退出脉冲注入的反应的曲线图。
图14B是图示了根据本公开的示例的除De<100的数据点外，在所有测试的流速和粘度上对集总数据集的三阶多项式拟合的曲线图，；
图14C和14D是根据本公开的示例的分别针对标准偏差和Tmin(5σ)的集总数据集的结果奇偶图，其中排除了De<100的数据点；
图15A和15B图示了根据本公开的示例，在RTD分布上从表2A和表2B中选择的标准偏差选择；
图16图示了根据本公开的示例的满足任意但严格要求的Tmin(5σ)>60min和Tmax(3σ)<79min的路径长度和流速的不同组合的两个RTD分布；
图17A图示了根据本公开的示例，将脉冲注入应用于在添加葡萄糖之前发生的模拟蛋白质洗脱峰的结果、2峰中间高度和最大峰。
图17B是根据本公开的示例的基于等度数据的预测Tmin(5σ)与来自动态峰值结果的结果的比较曲线图；
图18是根据本公开的示例的脉冲注入生成的峰值与修正后的峰值的比较曲线图；
图19是根据本公开的示例的从原始轨迹和修改轨迹计算时间(5σ)的比较曲线图；
图20为低粘度噬菌体脉冲注入实验的比较曲线图，其中(+)病毒代表病毒第一次检测阳性时间点，(-)病毒代表病毒最后一次检测阴性时间点；
图21为高粘度噬菌体脉冲注入实验的比较曲线图，其中(+)病毒代表病毒第一次检测阳性时间点，(-)病毒代表病毒最后一次检测阴性时间点；
图22是图示了根据本公开的示例的反应器体积与实际反应器的流速之间的关系的曲线图；以及
图23是图示放大内径的解决方案的曲线图。
在整个说明书和附图中，相同的参考标号表示相同的元件。
具体实施方式
应当理解，前面的发明概述和下文的详细描述两者仅是示例性和解释性的，并且旨在提供对本教导的各种实施例的解释。
在下文的描述中，短语“实验反应器”是指用于非商业目的的反应器，例如低容量运行、模拟运行、初始数据收集等。此外，短语“实际反应器”是指用于实验反应器未使用的任何其他目的的反应器。这些目的包括例如商业目的。此外，短语“假想反应器”是指实验反应器，其中其数据是先前收集的，因此没有理由去再次进行实验。短语“第一检测器”和“第二检测器”是指能够检测工艺物料流及其内容物的不同特性的一个或多个检测器。
概述
在一个示例中，用于制造生物产品的方法可以包括使用PFR，通过向含有进料流(工艺物料流)的产品连续添加病毒灭活剂并使其均质来连续进行病毒灭活。从此，可以将工艺物料流泵送通过和/引入PFR，并在预定的时间内保持病毒灭活状态。定义病毒颗粒在PFR中的停留时间难以量化，因为工艺物料流在管道中心的流量可以是工艺物料流平均流量的两倍，并且在管道壁附近几乎停滞。为了确定病毒颗粒的最佳停留时间，新设计或制造的PFR可以包括在入口和出口之间形成蛇形图案的一组交替转弯，从而形成蛇形流动路径、交织路径，和/或者可以利用生成迪恩涡流以促进径向混合的盒装夹具(JIB)设计，如题为“用于低pH病毒灭活的新型连续流反应器”和“用于病毒灭活的连续流反应器”的共同拥有和共同申请的美国专利申请中所述，其说明书通过引用并入本文。在这种新设计或制造的PFR中，预测第一个病毒颗粒何时离开反应器的能力至关重要。通常，可以使用三种替代方法来确定或估计离散可检测颗粒或可检测示踪剂所经历的最小停留时间，其相当于批量病毒灭活的孵育时间(Tmin)。一种方法假设流动路径中的理想均匀性(即活塞流)并简单地将反应器体积除以流速。然而，这种理想化的方法可能导致低估所需的停留时间，即使具有蛇形流动路径或交织流动路径的反应器效率不断提高。另一种方法是假设流动路径的中心保持为工艺物料流平均速度的两倍。然而，由于蛇形或交织反应器的效率提高，这种方法可能导致高估工艺物料流所需的停留时间。另一种方法是使用工艺开发来确定效率系数，通过该系数可以修改理想方法以解决非理想状况。然而，这种方法需要对大规模JIB进行测试，并且无法解决粘度和流速的潜在异常。因此，本发明的***和方法使用一种创造性的技术解决方案来准确推断JIB在不同路径长度、流速、反应器设计、内径和粘度方面的性能。
能够预测Tmin允许估计和/或配置适合工艺所需的所需流速和反应器尺寸。
这在向监管机构(例如食品和药物管理局(FDA))提交数据时尤其有用，因为在这些机构中，遵守适用法规需要数据验证。下文的***将允许用户运行小规模工艺物料流以进行数据验证，然后缩放反应器以进行大规模生产，而不会在放大过程中影响工艺物料流或工艺物料流的最终结果。鉴于病毒灭活条件也可以将目标产物降解为停留时间的函数，因此在反应器中花费的最大停留时间(Tmax)(即，最后大量目标产物离开反应器所经历的最大停留时间)也应被确定。本发明是已知的第一种解决目标产品稳定性的方法。该***和方法的首次应用允许使用Tmin和Tmax来求解JIB的工作流速和路径长度。第二次应用采用相反的方法，即用工作流速和路径长度来预测Tmin和Tmax。第三次应用是在缩放反应器尺寸时，近似某一Tmin所需的内径和路径长度的一种方法。在这些应用中，粘度、迪恩数和反应器体积对停留时间分布的影响都需要确定和量化。在这些应用中，用户可以选择用户是想要使用具有基本相同直径的反应器还是具有不同直径的反应器(即，缩放反应器)。可选地或另外，***可以建议在实际工艺中是否应使用与实验反应器相同尺寸的反应管式反应器，或者是否应按比例放大或缩小实验反应器。在该可选或附加示例中，当按比例放大或缩小反应器时，***或用户可以选择实验反应器和实际反应器具有相同的长宽比，如图2A所示，或者选择实验反应器和实际反应器具有不同的长宽比，如图3所示。
具有一组形成蛇形图案的交替转弯的管状流动路径的连续流反应器
如上所述，该***可以设计、选择、制作和/或制造具有蛇形图案的反应器管的实际反应器。图1A至1D描述了蛇形图案的细节。参考图1A，管状流动路径12中的每条曲线10可以包括转弯之间约1.5cm(如约1.479cm)的垂直(L1)中心到中心距离。另外，每条曲线10可以包括转弯之间约1.375cm的水平(L2)中心到中心距离。此外，管状流动路径12中的每条曲线10的半径可以基本恒定。在一个示例中，当ROC为约0.85cm至约0.99cm时，则每条曲线10中的曲率角可以为约270°。在另一示例中，ROC大于或等于约0.99cm，则每条曲线的曲率角可以相同或者第一曲线10的曲率角可以为约270°，与第一曲线相邻的第二曲线10的曲率角可以等于或大于270°。在上文描述的每个示例性场景中，R1和R2可以彼此相差在0.05cm以内，以防止交替转弯之间的迪恩数出现显着差异。
在一个示例中，管状流动路径12中的每条曲线10可以包括相同的半径，如1cm的半径。在另一示例中，管状流动路径12中的每条曲线10可以包括不同的半径。例如，第一曲线10可以包括半径R1，其可为1cm，而第二曲线10可以包括半径R2，其可为1.02cm。在该示例中，对应于半径R1的曲率角可以为约270°，而对应于半径R2的曲率角可以为约278.27°。在另一示例中，每个管状流动路径12中的曲线10的前半部分可以包括第一半径R1，其可为1cm，而每个管状流动路径12中的曲线10的后半部分可以包括第二半径R2，其可为1.02cm。
参考图1B和1C，为了在紧凑的设计中容纳约325个交替的270°转弯，列管式CVI反应器10中的管状流动路径12可以被垂直分割成多个堆叠层14，如从2个层14到26个层14或更多，例如26个层14，如图1C中所示。多个堆叠层14中的每一层可以包括约0.5cm或更小至约2cm或更大，例如约0.7cm至约1.2cm的厚度。在一个示例中，堆叠层14中的每一层14(a)-14(z)可以在单个平面中包括约10.5个转弯或更少至约15.5个转弯或更多。例如，堆叠层14中的每一层14(a)-14(z)可以包括12.5个转弯。在一个示例中，每一层14可以通过180°垂直转弯16连接到其相邻的下层14。替代地，每一层14中的流动路径12的最后一转弯10的后半部分可以垂直转动180°以连接第一层中的管状流动路径12(例如，层14(a)连接到第二层14(b)中的管状流动路径12)。在一个示例中，列管式CVI反应器10包括26个层14，26个层14可以通过25个180°垂直转弯16相互连接。
参考图1B，在一个示例中，列管式CVI反应器100中的每一层14可以包括深度L3。深度L3可以是第一层14中的管状流动路径12的中心到第一层14正下方的第二层14中的管状流动路径12的中心的距离。深度L3可为约0.7cm或更小至约1.2cm或更大，例如约0.8cm至约0.9cm，如约0.835cm的深度。在一个示例中，从第一层中的管状流动路径12的底部到第一层正下方的第二层中的管状流动路径12的顶部的距离可为约0.15cm(1.5mm)至约0.4cm(4mm)，例如，其可为约0.17cm(1.7mm)至约0.255cm(2.55mm)，如约0.2cm(2mm)。
在一个示例中，如图1D所示，为了允许改变路径长度和孵育时间，除了具有多个层14的列管式CVI反应器10之外，多个列管式CVI反应器10个可以彼此串联。这可以通过一个或多个凸缘连接器18来实现。在一个示例中，至少2个列管式CVI反应器10可以彼此连接，例如至少有6个列管式CVI反应器10或更多。在该特定示例中，列管式CVI反应器10的每一端处的管状流动路径12可以部分地从列管式CVI反应器100延伸出(延伸部分15)。延伸部分15还可以包括凸缘20，如图1B所示。连接器18可以包括水平180°转动和/或呈“U”形。连接器18的一端可以连接到管状流动路径12或第一列管式CVI反应器10的凸缘20，连接器18的第二端可以连接到管状流动路径12或相邻列管式CVI反应器10的凸缘20。
连接器18可以通过夹具22(如图1D所示)或其他紧固件装置(如螺钉、粘合剂等)连接到每个管状流动路径12或凸缘20。在一个示例中，垫圈可以放置在管状流动路径12或凸缘20的末端和连接器18的每个末端之间。
在一个示例中，列管式CVI反应器10可以包括20×4.9×23cm的主体或占地面积，并且可包含长度约为16.43m的流动路径12，从而产生约520ml的流量。列管式CVI反应器10的主体可以包括第一侧24和第二侧26，如图1C所示。在一个示例中，第一侧24可以包括至少一个凹槽或凹口24A，第二侧26可以包括至少一个突起26A。至少一个凹口24A和至少一个突起26A可以布置成使得当两个列管式CVI反应器10彼此面对时，它们对齐并且可以将一个列管式CVI反应器10固定到相邻的列管式CVI反应器10。具有交织管状流动路径的连续流反应器
如上所述，该***可以设计、选择、制作和/或制造具有交织反应器管的实际反应器。图1E至1J描述了交织反应器管的细节。图1E至1J图示了可在低Re下操作的示例性连续流反应器管10Z。连续流反应器管10Z可以包括管状流动路径12Z，其包括转弯或曲线14Z和弯曲部16Z。转弯或曲线14Z中的至少两个设置在单个纵轴LX上，但位于不同的非平行平面上，例如平面A和平面B，使得转弯或曲线可以围绕纵轴LX形成约25°至约60°的角度。取决于用于创建连续流反应器管10Z的路径的数量，转弯可以在两个或更多个不同的非平行平面中，如约6至约13个不同的平面，例如，8个不同的平面。此外，至少两个转弯被布置成使得对应于至少两个转弯的平面可以彼此相交，例如，如图1F所示。转弯还可以创建在预定的转弯数之后可以重复或不重复的图案。例如，如图1G所示，其示出了单个路径沿其纵轴的横截面，单个路径可以包括重复至少两次的图案50Z(也参见图1E)。每个流动路径可以包括约4个转弯至约128个转弯或更多的交替转弯，如约16至约32个转弯，例如，12.5个交替转弯。每个转弯14Z可以包括约110°至约280°的角度，如约135°至约140°。在一个示例中，第一转弯可以包括角度(如约135°的角度)，其小于第二转弯的角度(如约140°的角度)。另外，如图1E、1F和1J所示，每个流动路径还可以包括约8至约64个或更多个弯曲部16Z，如约8至约16个弯曲部16Z。每个弯曲部16Z可以包括约15°至小于约135°的角度，例如约30°至约90°的角度，如约45°的角度。在一个示例中，每个图案50Z可以在约4或更多个弯曲部之后重复，如在约8个弯曲部之后。
另外或可选地，当连续流反应器包括交织管状流动路径时，交织管状流动路径可以包括每1m3约6至约100个转弯，如约6.5至约93.2个转弯。
在图中未示出的另一示例中，连续流反应器管10Z的路径可以包括可重复或可不重复的两个或更多个不同的图案。当连续流反应器管10Z包括多个交织流动路径时，连续流反应器管10Z的每个路径可以包括基本相似的图案。可选地或另外，连续流反应器管10Z的每个路径可以包括不同的图案。此外，连续流反应器管10Z的每个路径可以包括相似数量的重复图案(例如两个相似的重复图案)，或者可以包括多于或少于两个重复图案。例如，第二路径可以包括两个相似的重复图案，或者可以包括三个相似的重复图案。
参考图1H和1I，连续流反应器管10Z中的每个转弯14Z可以包括转弯之间约1cm至约2cm(如约1.5cm)的垂直L1中心到中心距离。另外，每个转弯14Z可以包括转弯之间约1cm至约2cm(如约1.63cm)的水平L2中心到中心距离。此外，每个转弯14Z可以包括约3cm至约4cm，(如约3.85cm)的端到端距离L3。连续流反应器管10Z中的每个转弯14Z的半径可以基本恒定。例如，参考图1I，半径R1和R2可以彼此相差在0.05cm或更小的范围内，如彼此相差约0.02cm，以防止交替转弯之间的Dean数出现显着差异。例如，R1可为约1.10cm且R2可为约1.12cm。在一个示例中，转弯14Z可被布置成生成涡流以诱导混合具有雷诺数为约187.7至约375.5的层流的工艺物料流。
在一个示例中，多个转弯14Z可以沿三维路径，其可以包括在转弯中心以约45°的流动方向变化。另外，多个转弯14Z中的每个转弯可以包括约125°至约180°的角度。
使用蛇形和交织反应器管的***
参考图1K，为了使***1000设计、选择、制作和/或制造可以管理用于商业目的的实际工艺物料流并具有与实验反应器100相同的结果的实际反应器400，***1000可以包括处理器1001和非暂时性机器可读存储介质1002，其存储可由处理器1001执行的机器可读指令，以估计和/或确定实际反应器400的所需参数。在一个示例中，处理器1001可以接收实验反应器100的反应器参数和/或进入实验反应器100的工艺物料流的流体参数的已知值和经验值。保存在非暂时性机器可读存储介质1002上的指令存储可由处理器1001执行以使用接收到的反应器参数和/或流体参数的已知值和经验值来确定实验反应器100的反应器参数和/或进入或被引入实验反应器100的工艺物料流的流体参数的非经验值的机器可读指令。保存在非暂时性机器可读存储介质1002上的指令存储可由处理器1001执行以转发经验值和非经验值并请求处理器1001确定、设计、选择、制作、制造和/或推荐用于实际工艺物料流的实际反应器400的机器可读指令。
在一个示例中，实验反应器100可以是具有某些已知参数的假设反应器。通常，实验反应器100可以是包括恒定内径i.d.和曲率半径Rc(cm)的固定反应器。已知的经验值和非经验值取决于任务。即，取决于用户想要实现的目标，至少一些反应器参数和/或流体参数的值可以是经验的或非经验的。在一个示例中，与反应器参数和/或流体参数有关的经验值和非经验值相关联的主要变量可以是Tmin、Tmax、内径i.d.、工艺物料流的体积流速Q(mL/min)、流路的路径长度L(cm)、反应器管的曲率半径Rc(cm)、工艺物料流中流体的密度(ρ)和工艺物料流中流体的动态粘度μ(mPa*s)，以及方差σ2 time(min2)。
使用实验反应器确定经验值
在一个示例中，该经验值可以是与实验反应器参数和/或与实验数据集线性相关的流体相参数相对应的值。在一个示例中，如图2A和2B所示，通过在10处使用脉冲注入将工艺物料流引入实验反应器100，可以与该实验反应器100连通的第一检测器30可以确定和/或具有工艺物料流流体相参数，诸如密度(ρ)、动态粘度(μ)和迪恩数(De)。而且，如图2C所示，该第一检测器30可以检测被注入到该工艺物料流中的可检测颗粒或可检测示踪剂的体积/数量以及将该可检测颗粒或可检测示踪剂注入到该工艺物料流中所花费的时间和/或将该可检测颗粒或可检测示踪剂引入该实验反应器100所花费的时间。此外，该第一检测器30可以确定或具有实验反应器的类型(例如，JIB)、进入该实验反应器100的该工艺物料流的流速Q、该实验反应器100的路径长度L和该实验反应器100的体积。在一个示例中，上述值中的一些值可能为用户所知，因此检测器不需要检测这些值。在一个示例中，该可检测颗粒或可检测示踪剂可以是但不限于病毒性/噬菌体颗粒、核黄素、盐、染料、蛋白质和/或糖。例如，如图2B所示，该第一检测器30可以确定该工艺流体为水，该实验反应器类型为JIB，该工艺物料流的流速Q为50mL/min，该实验反应器的路径长度L为1644cm，该反应器体积为520mL，迪恩数为118.94。
参见图2B，该第二检测器40也可以与该实验反应器100连通，可以检测和测量第一可检测颗粒或可检测示踪剂退出或离开该实验反应器100的时间以及最后大量可检测颗粒或可检测示踪剂退出或离开该实验反应器100的时间。在一个示例中，该第二检测器40还可以检测可由该第一检测器30检测或测量的参数。基于图2B所示的实验原始数据，该第二检测器40可以生成拟合曲线，如图2D所示。基于本拟合曲线，确定方差σ2 time和标准偏差σtime。例如，对于具有1644cm路径长度的实验反应器100中的50mL/min的流速，基于该拟合曲线，该方差σ2 time是0.5115min2，并且该标准偏差σtime是0.7152min。
如图2E所示，给定方差σ2 time为0.5115min2，实验反应器路径长度L为1644cm，迪恩数De为118.94，并且平均停留时间TAve为10.4min，则比较器50可以在7.87cm的理论板当量(HETP)值处导出。该比较器50然后可以创建对应于在多个流速和工艺物料流粘度(例如，0g/L的葡萄糖、50g/L的葡萄糖、100g/L的葡萄糖和200g/L的葡萄糖)的实验数据HETP和迪恩数的曲线图。在一个示例中，基于该实验数据曲线图，该比较器50还可以创建实验数据拟合曲线图，如图2E所示。如图2A所示，在200处，该经验值/变量可以被转发到***1000或由***1000接收以确定和/或创建目的实际反应器400。在另一个示例中，该经验值可能已经被预先导出或确定，因此，可能不需要该第一检测器30或该比较器50，如图3所示，或者就此而言不需要实验反应器100、第一检测器30或第二检测器40(图中未示出)。
设计、选择、制作、制造和/或确定实际反应器400的限制因素可以是产品稳定性、所需的病毒潜伏、工艺参数和/或无操作或动力学考虑事项。
当限制因素是产品稳定性时，提供了对病毒灭活化学品高度敏感的靶蛋白质。在本示例中，可以使该***1000基于病毒灭活动力学所需的最小停留时间和产品稳定性所需的最大停留时间限制来确定可接受的反应器长度和流速。当该限制因素是工艺参数时，下游工艺受到体积流速Q和路径长度L的限制。在本示例中，可以使该***1000确定用于病毒灭活所需的工艺物料流最小停留时间和用于产品稳定性所需的最大停留时间。如果无操作或动力学考虑事项，该靶蛋白质可能不包括稳定性考虑事项。在本示例中，可以使该***确定所得Tmin的适当Q和L。
限制因素产品稳定性-使用Tmin和Tmax来确定实际反应器的操作流速和路径长度的***和方法
在一个示例中，用户可以使用该***1000基于期望的预定Tmin和Tmax来开发或创建实际反应器。例如，用户要求Tmin为60分钟，Tmax为75分钟。此外，用户可以输入期望的该实验反应器100的反应管内径和该实验反应器100的曲率半径。在本特定示例中，该实验反应器100和该实际反应器400可包括相同的内径i.d.和曲率半径Rc。而且，参考图2A，工艺物料流中流体的密度ρ和动态粘度μ或者是已知的或者由该第一检测器30检测并且可以在200处提供给该***。因此，该***1000可以基于上述输入的参数提供实际反应器400的设计和制造规范。实际反应器400的新设计和制造规范(即实际反应器400的反应管的路径长度)可基于操作体积流速Q变化。对于在σ2 time<σ2 max条件下运行的***尤其如此(即，反应器路径长度L和流速Q具有满足Tmin和Tmax要求的多种组合)。然而，当该***在σ2 time＝σ2 max条件下运行时，只有一个反应器路径长度L和流速Q组合满足Tmin和Tmax要求。
参考图4、5A和5B，在50处，该***1000可以确定或用户可以输入已知值210/210A、250/250A和经验值和/或变量260/260A。这些经验值和/或变量260/260A可以分为实验反应器100的反应器参数和/或流体相参数。例如，如图5A和5B所示，在212处，可以将该实验反应器100的期望预定Tmin输入到该比较器50中。在214处，可以将该实验反应器100的期望预定Tmax输入到该比较器50中。而且，在216处，可以将该实验反应器100的内径i.d.输入到该比较器50中。在218处，可以将该实验反应器100的曲率半径Rc输入到该比较器50中。因此，在本特定示例中，对应于反应器参数的输入已知值可以是Tmin、Tmax、内径i.d.和曲率半径Rc，如图5B中210A所示。
此外，参考图5B，在252处，可以将来自该第一检测器30的工艺物料流中的流体的密度(ρ)输入到该比较器50中。在254处，可以将动态粘度(μ)输入到该比较器50中。因此，在本特定示例中，对应于流体相参数的输入已知值可以是密度ρ和动态粘度μ，如250/250A所示。
如上所述，经验值然后可以使用工艺物料流的脉冲注入到实验反应器100中的方式来确定。例如，参考图5A和5B，在260A处，该比较器50可以使用Tmin(例如，60min)和Tmax(例如，75min)的期望预定值来预测和/或确定该经验值。在本特定示例中，给定Tmin和Tmax，该比较器50可以确定最大方差σ2 time(即σ2 max)和相应的平均停留时间TAve，如下所示：
(1)TAve＝Tmin+(n*σmax)，其中n可为5；
(2)TAve＝Tmax-(m*σmax)，其中m可为3；
(3)ΔT＝8σmax
(4)15＝8σmax
σtime＝1.875min,σ2 time＝3.52min2,TAve–69.375min
给定确定的方差σ2 time、TAve和标准偏差σtime，该比较器50分别利用来自该第一检测器30和第二检测器40的数据，可以在经验值处导出以cm2和/或迪恩数De的理论塔板(HETP)，如上所述。例如，HETP可以定义如下：
(5)HETP＝(aDe3+bDe2+cDe+d),
其中De是迪恩数，a、b、c和d基于经验数据拟合，且仅在迪恩数≥100时有效。
(6)
(7)
(8)
在一个示例中，如图4所示，与反应器参数相关联的非经验值可以在302处导出，或者与流体相参数相关联的非经验值可以在304处导出。例如，参考图5A和5B，上面的经验值等式和确定的σ2 time、σtime和TAve可以被转发到200处的***，使得该***在302A处可以同时求解如下所示的与经验值相关的等式，以确定实际反应器400的路径长度(L)和流速(Q)。
(9)
(10)TAve＝Tmin＝+(n*σtime)，其中n可以是5
(11)TAve＝Tmax–(m*σtime)，其中m可以是3
对于常数TAve，固定Q值会固定相应的LTAve值。每个Q值和LTAve值组合返回一个所得σ2 time值，如下所示。
(12)
求解σ2 time导致最小反应器体积受TAve＝Tmin+(5*σmax)和TAve＝Tmax-(3*σmax)约束。图5C示出了不同流速和它们各自对应的反应器管长度路径L以具有期望的预定Tmin和Tmax的图形表示。附加地或可替代地，如图5B的步骤312和314所示，输出可以分别包括反应器管路径长度L和流速Q。
鉴于本示例中该实验反应器与实际反应器相同，基于选定的流速Q和相应的反应器管路径长度，可以将一系列反应器相互连接，以达到相应的反应器管路径长度。
限制因素是工艺参数——使用反应器体积RV和流速Q来决定Tmin和Tmax的***和方法
在一个示例中，使用该***1000的用户可以确定具有已知的反应器参数和流体相参数的反应器的Tmin和Tmax。例如，如图6A所示，在210B处，已知的反应器参数可以包括反应器体积RV(例如3120mL)、流速Q(例如50mL)、内径i.d.和曲率半径Rc。此外，还如图6A所示，在250B处，已知的流体相参数可以包括工艺物料流中流体的密度(ρ)和动态粘度(μ)。在本示例中，反应器体积RV、流速Q、内径i.d.和曲率半径Rc可以输入到该比较器50中。该比较器50然后可以确定经验值，诸如方差σ2 time、平均停留时间TAve和HETP。
参考图6B，在本示例中，该反应器的反应器体积RV可以在222处输入该***，工艺物料流的流速Q可以在224处输入该***，该反应器的反应管的内径i.d.可以在216处输入该***，并且该反应器的反应管的曲率半径Rc可以在218处输入该***。因此，在本特定示例中，对应于210B处的反应器参数的输入值可以是反应器体积RV、工艺物料流流速Q、该实际反应器的反应管的内径i.d、以及该实际反应器的反应管的曲率半径Rc。
此外，在252处，可以将工艺物料流中的流体的密度(ρ)输入到该***1000中。在254处，可以将动态粘度(μ)输入到该***1000中。因此，在本特定示例中，对应于250B处流体相参数的输入已知值可以是密度ρ和动态粘度μ。
基于已知的工艺物料流流速Q(例如，50mL/min)、已知的反应器体积RV(例如，3120mL)、已知的反应管内径id和已知的曲率半径Rc，该***1000的处理器1001可以预测和确定Tmin和Tmax。
为了预测和/或确定Tmin和Tmax，可以将已知值输入到该比较器50中。该比较器50在260B处，使用如上所述的实验反应器，可以利用工艺物料流流速Q和反应器体积RV来预测和/或确定平均停留时间(TAve)，如下面的等式所示。
(13)
(14)
(15)TAve＝62.4min
一旦该比较器50导出TAve值，该比较器50然后可以利用TAve、Q、De、Rv和L来使用该实验反应器100和以下等式来预测和/或确定方差σ2 time。
HETP＝(aDe3+bDe2+cDe+d)，其中De是迪恩数，a、b、c和d基于经验数据拟合且仅在迪恩数≥100时有效。
对于50mL/min的Q和118.94的De，HETP可以等于7.464cm。基于该导出的HETP值，该比较器50可以使用以下等式来预测或确定方差σ2 time。
(16)
(17)
(18)
(19)σ2 time＝2.95min2
然后可以将上述经验值和已知值转发到200处的***。已经导出方差σ2 time的处理器1001可以利用本方差σ2 time、标准偏差σtime、反应器管长度L、曲率半径Rc、迪恩数De、流速Q和TAve，来估计和/或确定实际反应器的Tmin和Tmax，如下面的等式所示。
(20)TAve＝Tmin+(n*σmax)，其中n可为5；
(21)TAve＝Tmax-(m*σmax)，其中m可为3；
(22)Tmin＝53.81min
(23)max＝67.55min
在一个示例中，如图6B所示，在316处，显示器可以显示Tmin值，并且在318处，该显示器可以显示Tmax值。附加地或可替代地，该显示器可以显示Tmin和Tmax的图形表示，如图6C所示。
无操作或动力学考虑事项-使用Tmin和操作流速(Q)确定实际反应器的路径长度的***和方法
在一个示例中，用户可以使用该***1000基于期望的预定Tmin(60min)、工艺物料流流速Q(50mL/min)、该反应管的内径i.d.(0.635cm)、曲率半径Rc、密度ρ和动态粘度μ来开发或创建实际反应器。例如，如图7A所示，在210C处，已知的反应器参数可以包括Tmin、工艺物料流流速Q、该反应管的内径i.d、以及曲率半径Rc。此外，还如图7A所示，在250C处，已知的流体相参数可以包括工艺物料流中流体的密度(ρ)动态粘度(μ)。在本示例中，这些已知值可以输入到该比较器50中，从而可以确定该经验值，诸如方差σ2 time和平均停留时间TAve。
参考图7B，在本示例中，Tmin可以在212处输入该***，工艺物料流的流速Q可以在224处输入该***，该反应器的反应管的内径i.d.可以在216处输入该***，并且该反应器的反应管的曲率半径Rc可以在218处输入该***。因此，在本特定示例中，对应于210C处的反应器参数的输入值可以是Tmin、工艺物料流流速Q、该实际反应器的反应管的内径i.d、以及该实际反应器的反应管的曲率半径Rc。
此外，在252处，可以将工艺物料流中的流体的密度(ρ)输入到该***1000中。在254处，可以将动态粘度(μ)输入到该***1000中。因此，在本特定示例中，对应于250C处流体相参数的输入已知值可以是密度(ρ)和动态粘度(μ)。
基于已知的Tmin，工艺物料流流速Q(例如，50mL/min)、已知的反应管内径id和已知的曲率半径Rc，该***1000的处理器1001可以预测和确定实际反应器400的反应管流程长度L。
为了预测和/或确定实际反应器400的反应管流程长度L，可以将已知值输入到该比较器50中。该比较器50在260C处，使用如上所述的实验反应器，可以利用Tmin、工艺物料流流速Q和迪恩数De来预测和/或确定TAve和方差σ2 time，如下面的等式所示。
(24)
(25)
其中a、b、c和d基于经验数据拟合，且仅在迪恩数≥100时有效。
(26)TAve＝Tmin+(n*σtime)，wherein n can be 5
(27)
其中n可以是5。
通过重新排列该等式
(28)
(29)
参考图7A和7B，上述的经验值等式和已知值可以转发到200处的***，以便在下述等式给定T min为60分钟，流速Q为50mL/min和i.d.为0.635m的情况下，该***可以在302C处确定路径长度(L)。
求解上述等式，L将等于108.99m或反应器体积为3.46L。参考图7C，图形表示也可以在300处显示，其示出了对应于导致60分钟的T min的流速Q和反应器体积RV组合的所有数据点。
在上述所有示例中，该实验反应器100和该实际反应器400的内径i.d.和曲率半径保持相同。然而，在一个示例中，如下所述，该***还可以设计、选择、制作、制造和推荐反应器，该反应器包括不同于该实验反应器的内径i.d.的反应管的内径i.d.。这在向监管机构，诸如FDA，提交数据时尤其有用，因为适用的法规需要数据来证明合规性。下述***将允许用户出于数据目的运行小规模工艺物料流，然后将其放大以进行大规模生产，而无需在放大生产期间对工艺物料流或工艺物料流的最终结果进行任何重大更改。
使用纵横比放大或缩小
在一个示例中，用户可以使用该***1000基于期望的预定Tmin(60min)、工艺物料流流速QExit(100mL/min)、密度ρ和动态粘度μ以及已知的纵横比来开发或创建实际反应器400。例如，如图8A所示，在210D处，已知的反应器参数可以包括Tmin、工艺物料流流速Q和纵横比。该纵横比可以被定义为该实验反应器的反应管的半径和该实验反应器的曲率半径Rc之比。而且，该纵横比可为约0.01至约10，诸如约0.05至约5，例如约0.1至约0.5。此外，还如图8A所示，在250D处，已知的流体相参数可以包括工艺物料流中流体的密度ρ动态粘度μ。在本示例中，这些已知值可以输入到该比较器50中，从而可以确定该经验值，诸如方差σ2 time和平均停留时间TAve。
参考图8B，在本示例中，Tmin(例如60min)可以在212处输入该***，工艺物料流的流速Q(例如100mL/min)可以在224处输入该***。因此，在本特定示例中，对应于210D处的反应器参数的输入值可以是Tmin和工艺物料流流速Q。
此外，在252处，可以将工艺物料流中的流体的密度(ρ)输入到该***1000中。在254处，可以将动态粘度μ输入到该***1000中。因此，在本特定示例中，对应于250D处流体相参数的输入已知值可以是密度ρ和动态粘度μ。
为预测和/或确定反应管流程长度L和实际的反应器400的内径i.d，可以将已知值输入到该比较器50中。该比较器50在260D处，使用如上所述的实验反应器100，可以利用Tmin和工艺物料流流速Q来预测和/或确定TAve和方差σ2 time，如下面的等式所示。
(31)
(32)HETP＝f(v)＝(av3+bv2+cv+d)，
其中a、b、c和d基于经验数据拟合且适用所有的迪恩数
(33)TAve＝Tmin+(n*σtime)，其中n可以是5。
(34)TAve＝Tmax-(m*σtime)，其中m可为3。
(35)
(36)Q＝v*CA
(37)
(38)
通过重新排列该等式
(39)
参考图8A和8B，上面的经验值等式和已知值可以在200处转发到该***。在本特定示例中，500处的***可以询问用户是否愿意使用与该实验反应器具有基本相似直径的实际反应器。如果用户回答是，那么***可以基于上面的示例和图7A和7B确定长度。然而，如果用户回答否或选择反应器的缩放，则该***可以获得纵横比，并且该***1000的处理器1001可以在下面的等式中求解反应器长度L。
(40)
在一个示例中，该反应器的缩放可以包括以下情况中的至少一种：(i)将实验反应器的尺寸缩放为具有与该实验反应器相同的纵横比但不同的内径的实际反应器；(ii)将实验反应器的尺寸缩放为具有与该实验反应器相同的纵横比和相同的内径的实际反应器；(iii)将实验反应器的尺寸缩放为具有与该实验反应器不同的纵横比和与该实验反应器不同的直径的实际反应器；以及(iv)将实验反应器的尺寸缩放为具有与该实验反应器不同的纵横比但与该实验反应器相同的直径的实际反应器。
一旦确定了L，该***1000基于反应器长度L、标准偏差σtime和平均线性流速(cm/min)的导出值，可以使用以下等式确定内部：
(41)
(42)
(43)
(44)
对于本特定示例，为了设计、选择、制作和/或制造具有固定纵横比的实际反应器，可以导出HETP和线性流速之间的图。例如，图8C可以从具有固定纵横比且内径为约0.1cm至约0.2cm，诸如用水测试的0.156cm的实验性小尺寸反应器，和具有相同的固定纵横比且内径为约0.6cm至约0.7cm，诸如用水和葡萄糖测试的0.635cm的实验性小尺寸反应器导出。
图8D是实验HETP和预测HETP之间的图，其示出了基于图8C的预测HETP和实验HETP之间的奇偶性。
如图8B的312和320所示，可以推导出和/或确定实际反应器的反应器路径长度和内径。如图8E所示，基于导出的反应器路径长度、导出的内径和预测的HETP值，可以创建一个示出满足Q＝100mL/min和Tmin＝60的反应器体积和内径的所有解值的图。
图9示出了示例性实施例，其中该***1000可以确定给定流体和反应器体积的理想反应器。在本示例中，如以上先前示例，用户可以将已知参数输入到该比较器50中。该比较器50基于已知值可以确定经验值，该经验值可以在200处输入到该***1000中。然后可以如上所述在300处确定非经验值，诸如反应器管长度L。给定反应器长度，该***可以确定反应器体积为700。在750处，基于已知流体特性、可检测颗粒/示踪剂和确定的反应器体积，该***可以与数据库770连通。该数据库770可以包括基于反应器体积和已知流体以及可检测颗粒/示踪剂参数的先前设计或制造的反应器。该数据库770然后可以向该***1000提供不同实际反应器的列表，每个实际反应器具有基本相似的体积，其用于使用相似流体和可检测颗粒/示踪剂来实现相同期望的最终结果。该***1000的处理器1001然后可以查看所提供的实际反应器的列表以选择用于预期目的的最佳实际反应器400。
参考图10A，在另一个示例中，Tmin(例如60min)可以在212处输入该***，Tmax(例如75min)可以在213处输入该***，工艺物料流的流速Q(例如500mL/min)可以在224处输入该***。因此，在本特定示例中，对应于210D处的反应器参数的输入值可以是两个Tmin和工艺物料流流速Q。此外，可以在此时或稍后输入600处的纵横比，如下所述。
此外，在252处，可以将工艺物料流中流体的密度(ρ)输入到该***1000中。在254处，可以将动态粘度μ输入到该***1000中。因此，在本特定示例中，对应于250D处流体相参数的输入已知值可以是密度ρ和动态粘度μ。
为预测和/或确定反应管流程长度L和实际的反应器400的内径i.d，可以将已知值输入到该比较器50中。该比较器50在260D处，使用如上所述的实验反应器100，可以利用Tmin、Tmax和工艺物料流流速Q来预测和/或确定TAve和方差σ2 time，如下面的等式所示。
(45)TAve＝Tmin+(n*σmax)，其中n可是是5
(46)TAve＝Tmax-(m*(σmax))，其中m可以是3
(47)ΔT＝8σmax
15＝8σmax
σtime＝1.875min；σ2 time＝3.52min2；TAve＝69.375min
参考图10A，上面的经验值等式和/或对应值以及已知值可以在200处转发到该***。在本特定示例中，500处的***可以询问用户是否愿意使用与该实验反应器具有基本相似直径的实际反应器。如果用户回答是，那么***可以基于上面的示例和图7A和7B确定长度。然而，如果用户回答否或选择反应器的缩放，则***可以获得纵横比，并且该***1000的处理器1001可以将实验HETP实验数据点除以小、中和大反应器的JIB内径，如图10B所示。然后该***可以将曲线拟合到数据集，如图10C所示。使用下面的等式，该***然后可以用曲线图表示路径长度与内径的关系，流速为500mL/min，Tmin为60，Tmax为75。
(48)
(49)
a、b、c和d基于经验数据拟合且适用所有的迪恩数。
(50)
固定i.d.返回路径长度项，如图10D所示。
实施例1
停留时间分布生成。
JIB是根据勃林格殷格翰之前的开发项目设计的，并由3D Systems(Rock Hill,SC)使用SLA技术进行3D打印。用于创建流动相和脉冲示踪剂的核黄素和葡萄糖是通过Thermo Fisher Scientific(Suwanee,GA)购买的。溶液的粘度通过使用A05芯片(SanRamon,CA)的microVISC S粘度计测定。溶液的密度由梅特勒-托利多Densito密度计(Columbus,OH)测定。
中型3D打印的JIB使用Akta Avant 150进行测试，而大型JIB使用GE Healthcare(瑞典乌普萨拉)的Akta Pilot 600进行测试。JIB首先用1个反应器体积的流动相冲洗。接下来，将溶解在流动相中的固定体积的核黄素脉冲注入并与流动相一起排出。这产生了退出反应器时的停留时间分布(RTD)轮廓线，通过核黄素吸收最大值(即267、372和445nm)的UV-Vis吸收进行检测和量化。然后通过拟合高斯分布来分析RTD峰值。根据本拟合，确定了作为RTD扩展的测量值的峰值方差。本方法在一系列流速和粘度上进行了测试，这些流速和粘度随葡萄糖浓度的变化而改变。这些值被转换成HETP。创建了HETP与迪恩数曲线图，并拟合了三阶多项式。然后使用以下一系列等式：
1.开始控制等式
a)
b)
a、b、c和d基于经验数据拟合，并且仅在迪恩数≥100时有效。
c)
d)
2.重新排列等式
e)
f)
3.求解L：
4.填充变量
| mAb浓度(g/L) | 近似运动粘度(m<sup>2</sup>/s) |
| 10 | 1.2x10<sup>-6</sup> |
| 20 | 1.4x10<sup>-6</sup> |
| 50 | 2.0x10<sup>-6</sup> |
下表显示了中型和大型反应器在15min、30min和60min时的Tmin。
评估流动力学对连续病毒灭活反应器中关键工艺参数的影响
JIB是根据之前的开发项目设计的，并由3D Systems(洛克希尔,南卡罗来纳)使用SLA技术进行3D打印。用于创建流动相和脉冲示踪剂的核黄素和葡萄糖是通过ThermoFisher Scientific(苏万尼,佐治亚州)购买的。溶液的粘度通过使用A05芯片(圣拉蒙,加利福尼亚)的microVISC S粘度计测定。溶液的密度由梅特勒-托利多Densito密度计(哥伦布,俄亥俄州)测定。
小型和中型3D打印的JIB使用Akta Avant 150进行测试，而大型JIB使用GEHealthcare(瑞典乌普萨拉)的Akta Pilot 600进行测试。JIB首先用1个反应器体积的流动相冲洗。接下来，将溶解在流动相中的固定体积的核黄素脉冲注入并与流动相一起排空。这产生了退出反应器时的RTD轮廓线，通过核黄素吸收最大值(即267、372和445nm)的UV-Vis吸收进行检测和量化。下表1列出了本研究中测试的内径、流速、流动相和多个串联连接的JIB。
表1使用JIB通过脉冲注入实验测试的所有流动相、内径、路径长度和流速组合的概述
然后通过拟合高斯分布来分析峰值。根据本拟合，确定了作为RTD扩展的测量值的峰值，
的方差。为了更好地理解方差的定量值的影响，计算等式1，其中Q是体积流量。此外，数据集使用等式2和3进行转换，其中HETP是相当于理论塔板的高度，TAve是平均停留时间，RV是反应器体积，L是JIB流程的长度。
(1)
(2)
(3)
流速和路径长度
如图11A所示，对于所有三种反应器尺寸，最慢的流速产生最宽的峰值。这在曲线图中显示为具有相对较高的标准偏差(例如，对于5mL/min的JIB(1)数据集约为82mL)，它描述了从峰值中心(即TAve)到总质量向左或向右的34％的体积距离。随着流速增加，峰值变窄，标准偏差以指数速率下降。然而，当流速增加到20mL/min之上时，就会出现拐点。峰值变得更宽，直到在30mL/min设置点处达到另一个拐点。随着流速增加，峰值大幅度变窄，直至达到55mL/min的设定点。总的来说，从较慢流速到较快流速的进程显示了一个初始渐近线，两个拐点和最后第二渐近线。查看图11A中的JIB(1)、JIB(2)和JIB(6)数据，2个渐近线和2个拐点的现象在所有路径长度上保持相同的流速。
比较路径长度，峰值随着路径长度的增加而变宽。这是一个良好表征的观察结果，是PFR的可重现现象。当使用等式3转化图11A的数据点并将其转换为等效于HETP的高度时，将三个路径长度的数据集重叠起来就创建了图11B。
为了理解这种转变(即两个拐点)的驱动力，对先前发表的关于Dean Vortices的工作进行了进一步的探索。当在两个转鼓(即泰勒-库埃特流)之间时，使用水中的悬浮液来可视化流动模式。随着流动池中流速的增加，Aider对特定的迪恩数进行了观察，此时流动模式从层流转变为混沌。在JIB中使用悬浮的云母在水中进行了类似的实验，发现与混沌流动过渡相同的层流。Aider等人概述了这些特定的迪恩数和相应的观察结果，共同绘制在图12上。迪恩数由等式4定义，其中ρ是流体密度，u是平均线性流速，D是流路内径，μ是动态粘度，Rc是蛇形图案的曲率半径。
两个拐点和较快的流速渐近线分别对应于从不稳定流动、波浪形波浪和完全湍流开始过渡的流动的视觉可观察表现。考虑到圆形直管中的流动，通常在雷诺数约为2000时观察到湍流的开始。JIB能够模拟雷诺数约为174时的湍流行为。由于这种巨大的差异，使用了“弱湍流”一词。
为了证明上述部分中发现的2条渐近线和2个拐点行为的转变的有效性是由迪恩数控制的，流动相的粘度随着葡萄糖的三种浓度增加。图13A显示了加入葡萄糖的反应。对于所有四种流动相，标准偏差在最慢的流速下从最高值开始，并随着流速的增加而变窄。然而，随着葡萄糖浓度的增加和粘度的增加，达到拐点1所需的流速增加。拐点2和达到第二渐近线所需的流速也是如此。
为了说明拐点和渐近线的这种明显转变，通过将流速转换为等式4中描述的并在图13B中显示的迪恩数来对x轴进行归一化。一旦归一化为迪恩数，该渐近线和拐点对齐。尽管数据集的转变随着校正而恢复正常，但扩展幅度似乎仅针对较高的迪恩数(即De>100)操作进行了校正。这是由于迪安涡流接管了De＝70之上的径向传质。对于较低的迪恩数(De<70)，其他分散机制占主导地位，流动相从最宽到最窄的等级为200、0、50和100g/L葡萄糖，不遵循基于浓度的趋势。
为了通知JIB的操作，可以生成两种预测模型途径。第一种使用集总数据池途径，利用来自各种葡萄糖流动相实验的所有实验数据并将数据归一化为HETP和迪恩数(图13B)。根据本数据集，一个三阶多项式可以拟合到本数据池，导致图13C和等式5，其中a、b、c和d基于多项式拟合。等式5允许根据迪恩数预测峰值的宽度。可以为本模型(图13D)生成奇偶图，该图描述了模型预测JIB中脉冲注入的体积扩展的程度。拟合的R2值相对较低，为0.8405，这是由于De<100数据集中的大量可变性而在预料之中的。使用等式2和6，可以近似估计Tmin(5σ)(即第一个可检测颗粒，诸如病毒颗粒或替代示踪剂退出反应器的时间估计)预计何时出现，如图13E所示。Tmin(5σ)的意义将在后面解释。拟合得到改善，R2值为0.9175，然而，y＝x线之下的所有数据点都表示模型预测的孵育时间比实际发生的时间长的情况。大多数误差发生在对应于较低的迪恩数实验的较大的Tmin时间点。这是一个重要的问题，因为关键的单元操作规范是停留时间。
(5)HETP＝aDe3+bDe2+cDe+d
如果JIB单元操作的标准是保持Dean值大于100，则第二种方法适用。当这个条件为真时，仅允许在De＞100设定点收集的数据点的排除标准被实施到模型中(图14A)。这种方法旨在通过去除高度可变的低迪恩数数据集来减少模型中的噪音。当这种变化被应用时，变异性减少，这使得在不同流速下操作的可变粘度和密度的流体，JIB中的峰值扩散是可以预测的(图14B)。图14C显示了脉冲体积扩展的奇偶图，与集中数据集方法相比，第二种模型方法的R2值增加到0.9201。当计算并绘制Tmin(5σ)时(图14D)，产生了更好的预测模型，R2值为0.9812。
在确定基于JIB的CVI装置的设计和运行条件时，这个模型有两个主要应用。
1.鉴于产品流的要求(即Tmin和Tmax)，确定反应器的长度和操作流速
2.鉴于反应器的大小和操作流速，预测产品流的输出
从了解病毒灭活所需的最短停留时间和目标分子在影响产品质量之前处在酸性条件下的最长时间开始，可以应用公式6和7来帮助确定满足这些规格所需的流速和路径长度。
(6)TAve＝Tmin+(n*σtime)
(7)TAve＝Tmax-(m*σtime)
(8)
下面的表2A概述了选择σtime的″n″和″m″值的定量方面。
表2A.与病毒清除风险评估有关的标准差参数的有形量化
图15A说明了RTD剖面的最终决定。病毒和目标产品突破的理论起点由公式8定义的Tmin(2v)开始。该值是由Hagen和Poiseuille得出的，他们指出，对于圆形管道中的流动，流动最快的部分发生在流动路径横截面积的几何中心，并以平均流速的2倍运行。这被认为是我们的"光速"。由于受到传质现象(即对流、扩散和迪安涡流)的影响，在现实实践中几乎不可能达到这一条件，而且需要高度特定和极端的条件来达到在JIB中的操作。
退出的脉冲注入被认为是一个高斯峰，因此它的扩散被认为是以σ来计算的。例如，n＝5(即Tmin(5σ))被理解为代表0.00003％的产品在Tmin(2v)和Tmin(5σ)之间离开反应器。Tmin(2v)和Tmin(5σ)之间的这种差异可以在图15A中得到体现。这被认为是一种保守的意识形态，高估了孵育不足的群体。Tmin(2v)和Tmin(5σ)的交集都是源于估计的意识形态，忽略了现实世界的可能性。其中Tmin(2v)是上面讨论的“光速”，σtime的“n”值没有限制。选择足够大的“n”值可以计算出在负时间内发生的Tmin。
以类似的方式，表2B和图15B对应于Tmax判定，其中m＝3(即Tmax(3σ))预计约99.865％的产品池将在小于或等于Tmax的情况下退出反应器。
表2B与产品质量风险评估相关的标准偏差参数的有形量化
这一决定将依赖于产品的稳定性数据或在酸性或任何其他病毒灭活条件下可接受的产量损失。如果我们把方程6和7结合起来，就得到方程9。
(9)Tmax-Tmin＝ΔT＝(n+m)*σtime
有了确定的Tmin和Tmax，就可以计算出TAve和σtime。使用公式2、3和5，可以找到多种路径长度和流速组合(即从产生De>100的流速开始)，以满足图5C的规格要求。通过计算出的TAve和σtime约束，可以计算出最小流速和最小反应器体积。这是一个不可取的操作位置，因为任何流速的增加或减少都会导致停留时间不受Tmin或Tmax的限制。随着反应器体积的增加，体积流量也随之增加，以保持目标Tmax。当流速增加时，JIB的效率也会增加。这使得在图5C中显示为误差线的JIB操作更加自由。除了增加效率外，改变操作窗口可以通过改变公式6和7的n、m、Tmin或Tmax值来调制。
为了直观地了解这一思想和现象，并考虑到Tmin(5σ)和Tmax(3σ)分别严格定义在>60分钟和<79分钟的过程，生成了图16。对于在较慢的流速下运行的较小的反应器，与较高的流速和较大的反应器尺寸相比，σtime值较大，这可以从两个峰值的宽度差异看出。在目标流速下运行，两种设计都遵守Tmin和Tmax的约束条件。随着反应器尺寸的增加和相应的更快的流速，σtime减少，使操作过程中的偏差具有灵活性。
当CVI在GMP环境下实际操作时，可变的流速和粘度是不可避免的。通过本系列实验所进行的工作，这种变异性可以通过了解工艺操作的极端情况和相应的最坏情况来解决，并预测它们如何传播到过程输出中。根据这些等粘度实验，病毒培养时间的最坏情况似乎是高粘度的溶液。鉴于色谱洗脱峰的粘度会经历一个峰值，因此，这应该被认为是最坏的情况。峰值的所有其他部分(即前部和尾部)相对于最大峰值的粘度较低，迪恩数较大，因此混合效果更好。
为了验证这一说法，用葡萄糖来增加粘度，用NaCl来产生电导率追踪，产生了一个模拟蛋白质峰。在蛋白A柱的理论情况下，mAb将以高斯状的形状从柱子上洗脱，并有一些尾巴。这个一般的峰形是用Akta Avant 150的梯度功能产生的，其中A1线包含去离子水，A2包含溶于水的核黄素，B1包含200g/L葡萄糖和大约150mM NaCl。为了评估不同的粘度梯度位置，选择了四个脉冲注入位置，第一个发生在加入葡萄糖之前(0g/L葡萄糖)，2个峰值中间高度(50g/L葡萄糖)和峰值最大值(100g/L葡萄糖)。图17A显示了所有四个注入。为了在不干扰密度梯度的情况下***峰值，将A泵从A1切换到A2，同时保持梯度斜率。这解释了为什么脉冲注入在葡萄糖曲线下的高度不同。由于注入重叠，所以在自己的实验中对脉冲注入位置进行了评估。
峰值扩散作为粘度的函数的现象发生在动态成分设置中。图17B显示了预测模型在预测Tmin(5σ)方面的表现。等度预测和动态实验结果之间的差异不到1分钟，而第一次水脉冲注入和最大峰值的脉冲之间的差异约为4分钟，使其成为病毒孵育的最坏情况。
实施例2
流动相和流动室。
JIB是根据以前的开发项目设计的，这在正在申请的美国专利序列号62/742534(全文并入此处作为参考)中有所描述，并利用3D Systems(南卡罗来纳州罗克山)的SLA技术进行3D打印。用于制造流动相的核黄素、Tris缓冲液(TSB)和葡萄糖是通过ThermoFisher Scientific(Suwanee,GA)购买的。溶液的粘度是由使用A05芯片的microVISC S粘度计(加利福尼亚州圣拉蒙市)测定的。溶液的密度由一个校准的移液器和天平来确定。
噬菌体选择：
ΦX174和相应的宿主细菌E.大肠杆菌C购自ATCC(ATCC目录号分别为：13706-B1和13706)。ΦX174的浓度通过利用标准的菌斑形成试验进行量化，这需要将所述液体和宿主细菌大肠杆菌C用涂板琼脂(即含0.7％琼脂糖的胰蛋白酶肉汤)共同接种到胰蛋白酶大豆琼脂平板上。大肠杆菌C用涂板琼脂(即含0.7％琼脂糖的胰岛素肉汤)接种到胰蛋白酶大豆琼脂平板上。由于噬菌体ΦX174的一些固有特性，它被选为本实验的合适示踪剂。ΦX174是一种相对有弹性的噬菌体，在悬浮在适当的流动相条件下失去感染力的机会很低，但也可以用0.1M NaOH和合理的接触时间轻松地进行消毒。与其他病毒相比，这种噬菌体的表面特征是相对惰性的。先前的经验表明，相对于其他病毒模型，这种噬菌体对带正电的、疏水的和多模式的色谱树脂的表面吸附力明显较低。因此，在低离子强度的微碱性溶液(即pH7.5和150mM氯化钠)中，病毒非特异性地吸附在3D打印塑料上的概率较低。ΦX174的斑块形态也很有优势。ΦX174的斑块形成单位(pfu)产生非常大的牛眼型斑块，很容易识别。
前期工作
为了确定实验方案的有效性，进行了一些初步的实验。首先，在最高迪恩数(即高流速和低粘度)时将ΦX174的脉冲注射引入JIB，这相当于迪安涡流导致的最混乱的气流。然后收集JIB的排放物并进行统计，这就能够确定注射的质量平衡。结果显示，回收的噬菌体滴度在滴定法的典型误差范围内(即(+/-)0.5logs)。对出口阀中剩余的死体积进行采样，约300pfu/mL的死体积持续存在。然后创建一个消毒程序，用0.1M NaOH彻底消毒注射阀、JIB和出口阀，接触时间≥15分钟。在消毒循环结束后，出口管线中没有残留任何感染性颗粒。
确定最小停留时间(ΦX174)。
0.32和0.64厘米内径使用GE Healthcare(瑞典乌普萨拉)的Akta Explorer 100对3D打印的JIB进行了测试。为了准备实验，取了30毫升流动相的等分试样，留作加标用。然后以0.06％(v/v)的比例加样，目标是流动相浓度为106.5pfu/mL。特意在一个相当低的水平上加注，以确保实验注射液的流体特性不被ΦX174加注所改变。用注射器将25毫升的加标样品装入GE Healthcare(瑞典乌普萨拉)的50毫升容量的Superloop中，同时将剩余的样品放在工作台上作为保留样品，以确定是否显著ΦX174死亡是流动相条件的函数，与流经JIB无关。ΦX174在滴定检测的典型误差(即(+/-)0.5logs)内从未出现过偏离目标的流动相浓度。最后，对空的馏分收集容器进行称重以确定皮重。
为了开始实验，Akta开始进入注射阀，在"注入"位置将流动相推入Superloop，将ΦX174加标缓冲液引入JIB，占反应器总体积的3％，流向的排放物直接进入一个大体积的容器。然后注入阀切换到"负载"位置，停止流动相流经Superloop，并重新定向直接进入JIB冲洗注入，排放物留在同一个大体积容器中。在预定的时间后，出口阀切换到将流量从大体积容器引导到小体积容器。随后，出口阀门又切换了两次，又产生了两个馏分。通过Tmin 3、4和5σ，使用修改后的峰值分析法，确定了三小一大馏分的时间和体积。三个小体积馏分的出口流动路径是GE Healthcare(瑞典乌普萨拉)的1毫米毛细管PEEK管。实验完成后，再对三个小容器和一个大容器进行称重。为了对病毒进行取样，将毛细管的死体积排入无菌管，取样量约为100uL。留在毛细管中的样品将是该馏分的最后一滴，可以被认为是瞬时抓取的样品。然后对该抓取样品的全部体积进行滴定，不作稀释。因此，ICH Q5A中概述的"在低浓度下检测病毒的概率"问题并不适用。
在所有Akta实验后的活动完成后，剩余的加标流动相从Superloop中排出，并将Superloop离线。然后用PEEK毛细管取代进样环位置，完成上述消毒步骤，随后用TSB淬灭。
结果：
通过对噬菌体的初步结果，我们发现上面讨论的计算模型提供了一个非常保守的最小停留时间(Tmin)的估计。为了说明这一点，对原始峰进行了修改。图18显示了染料脉冲注入时Akta检测器产生的峰值(即原始轨迹，虚线)和修正后的峰值(即修改后的轨迹，实线)的对比。修正后的迹线是通过确定峰值的最大吸光度并将左边的迹线镜像到峰值最大值的右边来创建的。图19显示了计算出的Tmin(5σ)与原始轨迹和修改后的版本的函数关系。
图20显示了使用TSB作为流动相的低粘度噬菌体实验的结果。这些实验的采样策略是在Tmin 3、4和5σ处的JIB放电时采集瞬时抓取样本。对于测试的三种流速，4σ和5σ的病毒检测呈阴性，而3σ的病毒检测呈阳性。从方程可知，增加粘度会降低JIB的效率。由于4σ和5σ对低粘度的病毒来说呈阴性，所以利用了同样的体积采样策略，假设这将有足够的体积空间来捕捉降低的功效。当通过添加葡萄糖增加粘度时，对于较高的粘度，病毒的突破发生得更快。然而，如图21所示，75mL/min的数据点缺少(-)的病毒结果。这是由采样策略造成的，而不是反应器的功效或计算结果。
实施例3
确定参数，使反应器规模扩大5倍
在一个例子中，用户使用图1C中的反应器，可以计算出串联的设备数量(例如如图1D所示)，以便为过程提供目标停留时间分布。此外，用户可以利用已完成的工作来计算一个更大规模的反应器的尺寸。在该实验中，确定了图2A所示***中图1C所示反应器的流动路径内径(i.d.)和曲率半径。在图2A所示的***中，确定图1C中反应器内流动路径的内径为0.635cm，曲率半径为0.6825cm。为了获得这些参数，将示踪剂脉冲注入图1C所示的反应器中，并以不同的流速冲出。这些实验的结果都显示在图2B-C中。脉冲注入实验完成后，通过对放电峰值进行高斯曲线拟合来分析产生的峰值，如图2D所示，然后进行拟合计算。然后将该值转换为HETP(使用下面的公式1)，如图2E所示，并根据迪恩数绘制(使用下面的公式2)。
(1)
(2)
将最佳拟合线应用于图2E所示的数据集，并在下文公式3中表示。
(3)HETP＝f(De)＝(aDe3+bDe2+cDe+d)
a、b、c和d基于经验数据拟合且适用所有的迪恩数。
然后将公式1和3合并并重新排列，形成下面的公式4。
(4)
要求99.99997％的产品在反应器内停留≥60分钟(即Tmin)，使n＝5(在下文公式5中)。此外，要求99.865％的产品离开反应器进行处理≤90分钟(即Tmax)，使m＝3(在下文公式6中)。反应器内允许的最大运动粘度为1.5*10-6m2/s。基于这一粘度和前面提到的反应器尺寸，为满足迪恩数≥100的要求，反应器内的流速必须≥65mL/min，由于任意的工艺限制，流速必须≤95mL/min。
(5)TAve＝Tmin+(n*σmax)，，其中n可以是5，也可以是60分钟
(6)TAve＝Tmax-(m*(σmax))，其中m可以是3，也可以是90分钟
从上述约束条件中，可以产生一个满足约束条件的解的轨迹。如下表所示，求解了四个流速。目标流速、反应器设计(即流动路径的内径和曲率半径)和最大运动粘度计算出最坏情况下的迪恩数。然后将输出的迪恩数输入公式3，该值再输入公式4。通过猜测和检查的方法，不同的反应器体积通过一个逐步级联的方程来计算。然后用建议的反应器体积除以流速来计算平均停留时间(见下文公式7)，再除以流动路径内径的横截面积，得到路径长度。路径长度和平均停留时间也被输入方程4，以得到一个数值。然后用公式5和6来求Tmin和Tmax。
(7)
表1显示了在Tmin为60分钟或Tmax为90分钟的情况下，每个流速的最大和最小反应器体积解决方案。这些反应器的规格显示在图22中，与图5C相似。在这两条线之间选择的任何流速和反应器体积都将满足所选择的目标停留时间分布(即Tmin和Tmax)。图22和图5C的区别在于两图中使用的粘度项。图22的较高粘度降低了反应器的效率，并适合更快的流速和更大体积的反应器。表2显示了反应器运行规范的决策。选择的流速相对任意，以保持低流速。随着流速的选择，反应器体积被选择为最大和最小反应器体积之间的中间点。
表1在Tmin为60分钟或Tmax为90分钟的情况下，每个流速的最大和最小反应器体积解决方案
表2.决定反应器的操作规范
此外，还确定了反应器在内径、曲率半径、流速和路径长度方面的设计规范，以满足大规模的操作。在这个例子中，用户要求尺寸在5倍的工艺容积流速(即350mL/min)下运行，并要求保持内径和曲率半径之间的比例不变。图2E所示的数据集除以用于生成数据集的反应器的内径(即0.635cm)，得到类似于图10C的数字。然后将最佳拟合线应用于数据集。表3显示了新反应器的已知和未知的具体内容。有了目标流速和表2中的TAve，反应器体积可以根据公式7计算出来。从上述约束条件中，可以产生一个满足约束条件的解的轨迹。如下面的表4和图23所示，求解了三个内径。沿着该绘制线选择的任何内径都能提供适当的停留时间分布。内径的最终选择将根据反应器中的停留时间分布和压力下降的折衷来决定，内径越小，路径长度越长，压力就越大。固定的流速和平均停留时间固定了反应器的体积(公式7)。可变内径除以反应器体积，就得到了反应器的路径长度。然后将输出的迪恩数输入下面的公式8，再乘以内径，得出HETP。路径长度和平均停留时间也被输入方程4，以得到一个数值。然后用公式5和6来求Tmin和Tmax。随着内径的增加，迪恩数减少，从而降低了反应器的效率。在1.5-1.7cm之间选择的任何内径都将提供适当的停留时间分布。
表3新反应器的已知和未知的具体内容
表4派生内径
从上述描述中，本领域技术人员可以理解，本教导可以通过各种形式实现。因此，虽然这些教导已经结合其特定的实施方案和实例进行了描述，但本教导的真正范围不应受到如此限制。在没有偏离本发明的范围情况下可做出不同的改变和变型。
本披露的范围应作广义的解释。本披露旨在披露实现本文所披露的装置、活动和机械动作的等效物、手段、***和方法。对于所披露的每个装置、物品、方法、手段、机械元件或机制，本披露的目的是在其披露中也包括并传授用于实践本文所披露的许多方面、机制和装置的等效物、手段、***和方法。此外，本披露涉及一种涂层及其许多方面、特征和要素。这样的装置在使用和操作上可以是动态的，本披露旨在包括使用该装置和/或制造品的等价物、手段、***和方法，以及符合本披露的操作和功能的描述和精神的许多方面。本申请的权利要求书也同样应作广义解释。
这里对本发明的许多实施例的描述仅仅是示例性的，因此，不偏离本发明要旨的变化都在本发明的范围之内。这些改变不应认为使脱离了本发明的精神和范围。
Claims (48)
1.一种设计用于病毒灭活的实际反应器的方法，包括:
将包括可检测颗粒/示踪剂的工艺物料流引入具有已知曲率半径和已知内径的实验反应器，其中实验反应器与第一检测器和第二检测器中的至少一个连通；
通过第一检测器和第二检测器中的至少一个检测实验反应器中工艺物料流的流速；
通过第一检测器和第二检测器中的至少一个检测实验反应器中工艺物料流的流体相参数；
通过第二检测器检测离开实验反应器的可检测颗粒；
基于引入的包括可检测颗粒的工艺物料流，确定与实验反应器参数和流体相参数中的至少一个相关的经验值；
确定与实验反应器参数和流体相参数中的至少一个相关的非经验值；以及
基于所确定的经验值和所确定的非经验值设计实际反应器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中可检测颗粒是病毒颗粒和代用示踪剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述经验值和非经验值取决于任务。
4.根据权利要求1所述的方法，其中对应于经验值和非经验值的实验反应器参数和流体相参数是理论上或估计的最小停留时间、理论上或估计的最大停留时间、内径、体积流速、流动路径的路径长度、曲率半径、工艺物料流的密度、动态粘度和方差。
5.根据权利要求1所述的方法，其中经验值是对应于实验反应器参数和流体相参数中至少一个的值，该值与一组实验性数据呈线性关系，且其中非经验值对应于理论或估计的最小停留时间、理论或估计的最大停留时间、内径、体积流量、流动路径长度和曲率半径中至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，检测离开实验反应器的可检测颗粒还包括确定可检测颗粒之一所经历的相当于批量病毒灭活的孵育时间的最小停留时间，以及最后显著量的可检测颗粒离开实验反应器所经历的最大停留时间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中实验反应器参数包括确定以下至少一种：可检测颗粒之一所经历的相当于批量病毒灭活的孵育时间的最小停留时间，最后显著数量的可检测颗粒离开实验反应器所经历的最大停留时间、反应管的内径、体积流速、反应管的长度、曲率半径和实验反应器的体积。
8.根据权利要求1的方法，其中所述流体相参数包括密度和动态粘度中的至少一种。
9.根据权利要求1的方法，其中设计实际反应器包括以下至少一种：将实验反应器的尺寸按比例缩放为具有与实验反应器相同的纵横比，但具有不同的内部直径的实际反应器；将实验反应器的尺寸缩放到与实验反应器具有相同纵横比和相同内径的实际反应器；将实验反应器的尺寸缩放到具有与实验反应器不同的纵横比和与实验反应器不同的直径的实际反应器；将实验反应器的尺寸缩放到与实验反应器具有不同纵横比但与实验反应器直径相同的实际反应器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中当实际反应器包括将实验反应器尺寸缩放为与实验反应器具有相同的纵横比的实际反应器时，该方法需要根据平均流速，利用以下公式(a)-(g)推导出HETP、反应器体积和内径：
(a)
(b)HETP＝f(v)＝(av3+bv2+cv+d)，其中a、b、c和d基于适用于所有迪恩数的经验数据
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
11.根据权利要求9所述的方法，其中当实际反应器包括将实验反应器的尺寸缩放到具有与实验反应器相同的纵横比的实际反应器时，该方法需要根据减少的HETP和迪恩数，利用以下公式(a)-(e)推导出HETP、反应器体积和内径：
(a)
(b)
(c)TAve＝Tmin+(n*σmax)
(d)TAve＝Tmax–(m*(σmax))
(e)
12.根据权利要求9所述的方法，其中当实际反应器包括将实验反应器的尺寸缩放为具有与实验反应器相同的纵横比和相同的内径的实际反应器时，该方法需要利用以下公式推导出至少HETP和路径长度：
(a)
(b)
a、b、c和d基于经验数据拟合，并且仅在迪恩数≥100时有效
(c)TAve＝Tmin+(n*σtime)；
(d)TAve＝Tmax-(m*σtime)；
(e)
以及
(f)
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述实验反应器包括反应管，该反应管包括以下中的至少一种：(i)一组在入口和出口之间形成蛇形图案的交替转弯和(ii)交织的路径。
14.一种确定实际病毒灭活反应器大小的***，包括。
处理器(1001)；以及
一种非暂时性机器可读存储介质(1002)，其存储可由处理器(1001)执行的机器可读指令，以：
接收与第一检测器(30)和第二检测器(40)中的至少一个连通的实验反应器(100)的参数；
通过第一检测器(30)和第二检测器(40)中的至少一个检测实验反应器(100)中包括可检测颗粒的工艺物料流的流速；
通过第一检测器(30)和第二检测器(40)中的至少一个检测实验反应器(100)中工艺物料流的流体相参数；
由第二检测器(40)通过检测离开实验反应器(100)的第一个可检测颗粒和离开实验反应器(100)的最后一个可检测颗粒来检测可检测颗粒；
确定实验反应器(100)的反应器参数和工艺物料流的流体参数中的至少一种的经验值(200)；
确定实验反应器(100)的反应器参数和工艺物料流的流体参数中至少一种的非经验值(300)；以及
为具有预定体积的流体的实际工艺物料流设计实际反应器(400)，其中该流体包括与实验反应器(100)中的流体参数基本相似的参数。
15.根据权利要求14所述的***，其中，所述实验反应器(100)是假想反应器。
16.根据权利要求14所述的***，其中所述经验值和所述非经验值来自引入所述实验反应器的工艺物料流中的可检测颗粒。
17.根据权利要求14所述的***，其中经验值和非经验值取决于任务。
18.根据权利要求14所述的***，其中所述实验反应器(100)的反应器参数和所述流体参数中至少一种的经验值以及所述实验反应器(100)的反应器参数和所述流体参数中至少一种的非经验值对应于理论或估计的最短停留时间、理论或估计的最大停留时间、内径、体积流速、流动路径的路径长度、曲率半径、工艺物料流密度、动态粘度和方差。
19.根据权利要求14所述的***，其中所述经验值是与实验反应器(100)参数和流体相参数中的至少一种相对应的值，其与一组实验数据呈线性关系，并且其中所述非经验值对应于理论或估计的最小停留时间、理论或估计的最大停留时间、内径、体积流速、流动路径长度和曲率半径中的至少一种。
20.根据权利要求14所述的***，其中所述反应器参数包括以下至少一种：工艺物料流中可检测颗粒或示踪剂所经历的相当于批量病毒灭活的孵育时间的最小停留时间、最后显著的可检测颗粒/示踪剂离开实验反应器所经历的最大停留时间、反应管内径、体积流量、反应管长度、曲率半径和实验反应器(100)体积。
21.根据权利要求14所述的***，其中流体参数包括密度和动态粘度的至少一种。
22.根据权利要求14所述的***，其中所述设计的实际反应器包括以下的至少一种：实验反应器(100)的缩放尺寸，其具有与所述实验反应器(100)相同的纵横比，但是具有与所述实验反应器(100)不同的内径；实验反应器(100)的缩放尺寸，其与实验反应器(100)具有相同纵横比和相同内径；实验反应器(100)的缩放尺寸，其与实验反应器(100)具有不同的纵横比和不同的内径；实验反应器(100)的缩放尺寸，其与实验反应器(100)具有不同的纵横比，但但具有与实验反应器(100)相同的内径。
23.根据权利要求22所述的***，其特征在于所述的纵横比是从大约0.01到大约10。
24.根据权利要求14所述的***，其中所设计的反应器包括反应管，该反应管包括以下的至少一种：(i)一组在入口(10)和出口(20)之间形成蛇形图案(1-9)的交替转弯和(ii)交织路径(10Z)。
25.一种用于设计在生物制品制造过程中连续灭活病毒的实际反应器的***，该***包括：
具有已知曲率半径和已知直径并设计用于接收工艺物料流的实验反应器(100)；
与实验反应器(100)连通的第一检测器(30)和第二检测器(40)中的至少一个，其中第一检测器(30)和第二检测器(40)中的至少一个检测工艺物料流的流体相参数，其中第二检测器(40)检测离开实验反应器(100)的可检测颗粒；
处理器(1001)；以及
非暂时性机器可读存储介质(1002)，其存储可由处理器(1001)执行的机器可读指令，以：
确定实验反应器(100)的反应器参数和工艺物料流的流体参数中至少一种的经验值(200)；
确定对应于实验反应器(100)和工艺物料流的流体的至少一种的参数的非经验值(300)；以及
基于确定的经验值和确定的非经验值，为具有预定流体体积的实际工艺物料流涉及实际反应器。
26.一种用于设计在生物制品制造过程中连续灭活病毒的实际反应器的***，该***包括：
实验反应器(100)，其具有入口、出口和管状流动路径，所述管状流动路径包含在入口与出口之间形成蛇形图案的一组交替转弯，其中蛇形图案包括预定曲率半径和预定直径，并且其中实验反应器(100)被设计成接收工艺物料流；
与实验反应器(100)连通的第一检测器(30)和第二检测器(40)中的至少一个，其中第一检测器(30)和第二检测器(40)中的至少一个检测工艺物料流的流体相参数，其中第二检测器(40)检测离开实验反应器(100)的可检测颗粒；
处理器(1001)；以及
非暂时性机器可读存储介质，其存储可由处理器(1001)执行的机器可读指令，以：
确定实验反应器(100)的反应器参数和工艺物料流的流体参数中至少一种的经验值(200)；
确定实验反应器(100)的反应器参数和工艺物料流的流体参数中至少一种的非经验值(300)；以及
基于所确定的经验值和所确定的非经验值设计实际反应器，其中实际反应器包括基本上类似于实验反应器(100)的蛇形图案的蛇形图案，但设计和配置为容纳具有预定体积的流体的实际工艺物料流。
27.根据权利要求26所述的***，其中所述实验反应器(100)中的所述一组交替转弯包括具有约270°至约280°的角度的至少两个交替转弯(1-9)。
28.根据权利要求26所述的***，其中所述实验反应器(100)中的所述一组交替转弯包括约2个至约325个或更多个具有约270°至约280°的角度的交替转弯(1-9)。
29.根据权利要求26所述的***，其中所述实验反应器(100)中的管状流动路径包括约0.6cm至约0.7cm的直径(12)。
30.根据权利要求26所述的***，其中所述一组交替转弯垂直地被分成至少两个堆叠的层。
31.根据权利要求30所述的***，其中至少两个堆叠的层中的每一个包括在单个平面(16)内的12.5个交替转弯，其中每个交替转弯(1-9)包括从约270°到约280°的角度。
32.根据权利要求30所述的***，其中至少两个堆叠的层(16)中的每一个包括约0.7cm至约1.2cm的厚度。
33.根据权利要求30所述的***，其中至少两个堆叠的层(16)中的每一个通过管状流动路径的180°转弯彼此连接。
34.根据权利要求33所述的***，其中至少两个堆叠的层是26层，通过管状流动路径的25个180°转弯彼此连接。
35.根据权利要求26所述的***，其中实际反应器包括串联的至少两个与实验反应器(100)基本相似的反应器。
36.根据权利要求26所述的***，其中所述一组交替转弯配置为产生涡旋以引起具有雷诺数为约187.7至约375.5的层流的工艺物料流混合。
37.根据权利要求26所述的***，其中所述实际反应器包括管状流动路径，其尺寸使得所述工艺物料流在所述实际反应器中至少30分钟。
38.根据权利要求26所述的***，其中实验反应器(100)和设计的实际反应器包括基本相似的纵横比。
39.根据权利要求38所述的***，其中所述纵横比是所述实验反应器(100)的反应管的半径与所述实验反应器(100)的曲率半径之比。
40.一种用于设计在生物制品制造过程中连续灭活病毒的实际反应器的***，该***包括：
实验反应器(100)，其具有入口、出口和至少一个交织的管状流动路径(10Z)，该流动路径包含位于不同的、非平行平面上的多个转弯；
与实验反应器(100)连通的第一检测器(30)和第二检测器(40)中的至少一个，其中第一检测器(30)和第二检测器(40)中的至少一个检测工艺物料流的流体相参数，且其中第二检测器(40)检测离开实验反应器(100)的可检测颗粒；
处理器(1001)；以及
非暂时性机器可读存储介质，其存储可由处理器(1001)执行的机器可读指令，以：
确定实验反应器参数和工艺物料流的流体参数中至少一种的经验值(200)；
确定实验反应器(100)的反应器参数和工艺物料流的流体参数中至少一种的非经验值(300)；以及
基于所确定的经验值和所确定的非经验值设计实际反应器，其中实际反应器包括基本上类似于实验反应器(100)的交织的管状流动路径的交织的管状流动路径(10Z)，但设计和配置以容纳具有预定体积流体的实际工艺物料流。
41.根据权利要求40所述的***，其中所述实验反应器(100)和所述实际反应器包括预定曲率半径和预定直径，并且实验反应器(100)被设计为接收工艺物料流。
42.根据权利要求40所述的***，其中所述的多个转弯包括至少第一图案和不同于第一图案的第二图案，其中第一图案包括预定数目的转弯，而第二图案包括预定数目的转弯，并且其中第一图案中转弯的预定数目与第二图案中转弯的预定数目相同或不同。
43.根据权利要求40所述的***，其中所述多个转弯在预定数目的转弯数之后包括重复的转弯图案。
44.根据权利要求40所述的***，其中多个转弯中的每一个包括约125°至约180°的角度(50Z)。
45.根据权利要求40所述的***，其中所述多个转弯遵循三维路径，所述三维路径包括在转弯中心(14Z)处大约45°的流动方向变化。
46.根据权利要求40所述的***，其中所述交织的管状流动路径(10Z)包括每1m3约6.5到约93.2个转弯。
47.根据权利要求40所述的***，其中交织的管状流动路径包括多个弯曲，每个弯曲相对于彼此旋转，每个弯曲以围绕所述交织的管状流动路径的纵向轴线的角度相对于彼此旋转。
48.根据权利要求47所述的***，其中围绕交织的管状流动路径的纵向轴线的角度为约25°至约60°(60Z)。
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