Tận dụng mô phỏng số để mở rộng quy mô sản xuất Vắc-xin

  • 2020-05-11 ---

    •    Mở rộng quy mô sản xuất vắc-xin từ cốc thí nghiệm cho tới lò phản ứng sinh học là rất quan trọng cho tiêm chủng cho dân số toàn cầu chống lại bệnh tật. Trong hầu hết các trường hợp, sự phát triển vắc-xin bắt đầu trong một cốc nhỏ trên bàn làm việc trong phòng thí nghiệm và phải nhanh chóng được nhân rộng - ban đầu để đáp ứng các yêu cầu của các thử nghiệm lâm sàng và sau đó, khi đã được phê duyệt, để tiêm chủng cho hàng tỷ người.

       Tất nhiên, trong một thế giới lý tưởng, chúng ta chỉ cần sản xuất những chiếc cốc lớn hơn có khả năng trộn nhiều vắc-xin hơn. Thật không may, vì các định luật vật lý phi tuyến chi phối dòng chảy chất lỏng, việc sản xuất vắc-xin mở rộng đòi hỏi nhiều hơn một cốc thí nghiệm với steroid: Nó đòi hỏi các thiết bị công nghiệp và thông số vận hành rất khác nhau.

       Mở rộng quy mô là một quy trình có tính đặt cược rất cao: Lò phản ứng sinh học được thiết kế hoặc vận hành không đúng cách có thể gây ra sự chậm trễ kéo dài hàng tháng và tiêu tốn hàng triệu đô la trong các nguyên liệu thô bị lãng phí.

       Các kỹ sư sử dụng mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán () ANSYS đã được thử nghiệm tại hiện trường để nhân rộng các lò phản ứng sinh học để sản xuất vắc-xin và các ứng dụng khác.

    Mô phỏng Ansys lò phản ứng sinh học về thời gian pha trộn

    Hình 1: Mô phỏng ANSYS Fluent lò phản ứng sinh học về thời gian pha trộn. Các thành phần có tính chất axit (màu xanh) trộn trong phần lớn của thùng.

    GIẢI PHÁP

       Sản xuất vắc-xin thành công đòi hỏi pha trộn hiệu quả. ANSYS Fluent và ANSYS giải quyết vật lý dòng phi tuyến cơ bản được tìm thấy trong lò phản ứng sinh học. Khả năng mô phỏng này được sử dụng trong toàn ngành công nghiệp để giảm rủi ro và cải thiện năng suất trong lò phản ứng sinh học.

       Các vấn đề mở rộng quy mô sinh học phổ biến bao gồm:

       Mô phỏng thời gian pha trộn là một số liệu phổ biến để pha trộn thành công có ảnh hưởng toàn diện đến lò phản ứng sinh học. Thời gian pha trộn thường được sử dụng để đảm bảo bổ sung chất dinh dưỡng sẽ không làm thay đổi pH cục bộ quá rộng trong nuôi cấy tế bào. Trộn vật liệu phi Newton được hỗ trợ. Công suất trên mỗi đơn vị thể tích, sự nhiễu loạn, sự xoáy, tốc độ trượt, vận tốc và các yếu tố mở rộng phản ứng sinh học cơ sở khác được dự đoán và có thể được tối ưu hóa với phân tích thời gian pha trộn.

       Dự đoán hệ số chuyển khối (kla) thúc đẩy hàm lượng oxy hòa tan trong quá trình lên men và nuôi cấy tế bào. Tác dụng của phân tách khí (stripping) được hỗ trợ. Phân bố kích thước bong bóng và nồng độ tại tất cả các vị trí trong lò phản ứng sinh học là các đầu ra hữu ích khác của mô phỏng. Các tác động của loại phân tán khí (sparger), vị trí và lưu lượng khí thường được tối ưu hóa như là một phần của nghiên cứu lò phản ứng sinh học kỹ thuật số.

       Tỷ lệ hòa tan hoặc hạt huyền phù có thể là trở ngại trong quá trình xử lý sinh học. Các bước chuẩn bị dung dịch đệm tốn thời gian đã được sắp xếp hợp lý bởi khách hàng của ANSYS. Cùng một loại vật lý cũng có thể được sử dụng để đảm bảo rằng các chất mang vi mô bị treo lơ lửng trong môi trường sinh trưởng, không kết tụ và không bị phá hủy bởi sự trượt.

       Ngoài ra, tất cả các công cụ mô phỏng ANSYS cho phép khảo sát thiết kế tham số. Sử dụng phân tích kỹ thuật số "nếu-thì", một (thiết kế thực nghiệm) nghiêm ngặt hoặc tối ưu hóa tìm kiếm mục tiêu để xác minh thiết bị của bạn tạo ra một môi trường sinh học thành công. Tối ưu hóa trong một lò phản ứng sinh học kỹ thuật số có thể loại bỏ năng suất mở rộng quy mô thấp và các lô bị mất.

    Các ảnh chụp mô phỏng mặt cắt từ phân tích thời gian trộn
    Hình 2: Các ảnh chụp mô phỏng mặt cắt từ phân tích thời gian trộn. Vật liệu pH thấp chảy khắp thùng và nồng độ cao được tô màu đỏ. Các ảnh từ trái sang phải được lấy xấp xỉ ở 0,5; 2; 5 và 10 giây.

    Bài viết liên quan

    Nguồn : ansys.com

    Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc. " hoặc "Theo www.advantech.vn " nếu bạn muốn phổ biến thông tin này

    - Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech .,Jsc" hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này