在生物制藥下游生產工藝中，培養液澄清是銜接上游細胞培養與下游精細純化的核心工序，直接影響產品純度、工藝穩定性及生產效率。傳統不銹鋼碟片式離心機雖工藝成熟、分離性能穩定，但存在明顯應用短板：批次間交叉污染風險高、清洗滅菌（CIP/SIP）流程繁瑣耗時、整體運營成本偏高，難以適配當下多品種、柔性化、快周轉的生產需求。一次性離心機技術的問世，為破解傳統工藝痛點提供了全新解決方案，但目前行業內仍缺乏一次性與傳統碟片式離心機的直接對標數據，且一次性設備的工藝參數優化、工業化應用標準尚未形成系統指導。

針對行業技術空白，藥明生物下游工藝開發團隊開展了全球首個阿法拉伐一次性與傳統碟片式連續離心機的全方位對照研究，系統驗證了一次性離心機在單克隆抗體收獲工序中的分離效能、細胞保護性，以及對后續過濾、純化全流程的影響，為生物制藥企業的澄清工藝選型、參數優化及工業化放大提供了權威、可落地的技術參考。

一、研究背景：澄清工藝的技術迭代與挑戰

隨著單克隆抗體、雙特異性抗體等大分子生物藥產業化進程加速，行業對生產工藝的靈活性、穩定性、經濟性提出了更高標準。在當前工業化生產體系中，針對2000–5000 L主流生物反應器規模，「連續離心+深層過濾」是業內公認的最優澄清工藝方案，可高效去除細胞、細胞碎片及各類不溶性雜質，兼顧分離效果與生產成本。

但傳統不銹鋼碟片式連續離心機的固有缺陷，持續制約著工藝優化升級，核心痛點集中在三方面：

交叉污染風險高：設備重復使用需完成全套清洗滅菌流程，工藝切換門檻高，無法適配多品種共線柔性生產模式

整體運營成本高：批次間CIP/SIP流程耗時耗力，大幅拉長生產周轉周期，提升人工與能耗成本

細胞損傷風險大：設備依賴高離心力實現分離，易造成細胞破裂裂解，釋放乳酸脫氫酶、宿主細胞蛋白、核酸等胞內雜質，加重后續純化壓力

一次性離心機可徹底解決傳統設備的污染風險與周轉效率問題，但過往研究多聚焦單一設備性能驗證，缺乏與傳統主流設備的頭對頭對比數據，且針對工業化生產的工藝參數匹配、工況適配性研究較為匱乏。本研究通過系統性對照試驗，有效填補了行業技術研究空白。

二、實驗設計：嚴謹的頭對頭對比

本研究采用藥明生物非GMP生產體系下的CHO細胞表達人IgG1單克隆抗體培養液作為試驗物料，貼合真實工業化生產工況，收獲當日細胞培養液核心參數如下：

表 1 細胞培養液信息

試驗選取阿法拉伐兩款主流工業化碟片式連續離心機（一次性CultureOne?Primo、傳統MBPX 404SGP-31）開展對標測試，兩款設備核心結構與運行參數對比如下：

表 2 連續離心機參數匯總

研究將分離負荷因子（SLF=Q/KQ）作為工藝放大與工況匹配的核心評價指標，從工業化應用核心維度全面評估兩款設備的綜合性能，具體評價維度如下：

離心分離效率（濁度、LDH、顆粒分布）

深層過濾性能（載量、壓力、濁度）

后續蛋白 A 純化效果（收率、純度、雜質水平）

三、核心結果 1：一次性離心機分離更溫和，細胞裂解更少

本研究核心突破性結論：在等效分離負荷因子工況下，一次性碟片式離心機的分離效果更優，細胞剪切損傷更低、細胞裂解程度更輕，整體工況溫和性顯著優于傳統離心機。

表3 不同離心條件下的離心機結果匯總

由表3數據可見，同等工藝匹配條件下，一次性離心機處理后的上清液濁度更低，固體顆粒雜質去除效率更高。核心優勢體現在細胞保護性上：一次性離心機的LDH升高率僅為傳統設備的1/6–1/10。LDH是細胞裂解的特征標志物，該數據充分證實，一次性離心機低離心力（最高2800 g）的設計，可大幅規避細胞破裂問題，減少胞內還原性雜質、蛋白及核酸的釋放，對于易發生還原降解的敏感型抗體分子、創新生物藥分子具備極高的工藝適配性。

粒徑分布分析進一步驗證了這一結論：

圖1 一次性離心機與傳統離心機的顆粒分布對比

如圖1粒徑分布結果所示，一次性離心機處理后的上清液殘留顆粒數量顯著少于傳統離心機，尤其對2–4 μm細小碎片雜質的去除效果更優，可有效降低后續深層過濾的堵塞風險，為下游過濾工藝穩定運行奠定良好基礎。

結合物料處理通量、細胞保護效果、產品雜質水平三大核心指標，本研究明確一次性碟片式離心機最優分離負荷因子區間為0.91–2.73，該參數區間可實現處理效率與產品質量的最優平衡，可直接指導工業化工藝設定與放大。

四、核心結果 2：深層過濾性能相當，載量均≥100 L/m2

為驗證離心工藝對下游工序的適配性，本研究統一采用默克A1HC深層過濾器對兩款離心機處理后的上清液進行過濾測試，結果證實：兩種離心工藝產出的物料，后續深層過濾性能無明顯差異，工藝兼容性良好。

圖2 深層過濾的壓力曲線

由圖2過濾壓力曲線可見，兩款物料的過濾壓差隨上樣載量提升呈平穩上升趨勢，無突發高壓、堵塞等異常工況。結合圖3濁度監測數據來看，除傳統離心機最優工況（SSC-1）出現輕微顆粒穿透外，其余所有試驗工況的濾液濁度均穩定控制在20 NTU以下，完全滿足下游純化工藝的進料標準。

圖3 深層過濾的濁度曲線

表4 深層過濾載量和混合液結果

如表4試驗數據所示，兩款離心工藝配套的深層過濾載量均可穩定達到行業通用工業標準100 L/m2以上，產品收率均維持在90%以上的高水平，且HCP、rDNA等關鍵雜質的去除能力基本持平。這意味著一次性離心機可完全替代傳統離心機，無需對現有深層過濾工藝參數、設備配置進行調整，工藝替換成本極低。

五、核心結果 3：對后續純化無負面影響，產品質量一致

為全面評估離心工藝對終產品質量的影響，研究將過濾后的澄清物料開展標準蛋白A親和層析純化，系統檢測收率、純度、雜質、電荷變體等核心質量屬性，結果證實兩款工藝制備的中間體產品質量高度一致。

表5 蛋白 A 親和層析中和洗脫液結果

圖4 蛋白 A 親和層析中和洗脫液結果

結合圖4及表5數據可知，一次性與傳統離心工藝的蛋白A純化收率、HCP殘留、rDNA殘留水平無統計學差異。產品關鍵質量指標表現優異且一致：SE-HPLC主峰純度均超96%，還原/非還原CE-SDS純度均達97.6%，電荷變體分布符合質量標準，無工藝相關質量波動。

疊加的層析色譜圖進一步證明了樣品性質的一致性：

圖5 疊加的親和層析紫外色譜圖

圖6 疊加的親和層析壓差色譜圖

圖5、圖6疊加層析圖譜進一步驗證了物料性質的一致性：兩款工藝的紫外洗脫峰形、出峰時間完全重合，層析壓差差異僅源于設備與層析柱本身，與離心工藝無關。充分證明一次性離心工藝不會對下游純化流程、終產品質量產生任何負面影響，工藝穩定性可靠。

六、技術對比與適用場景分析

結合本研究試驗數據及行業應用現狀，研究團隊對傳統不銹鋼離心機與一次性碟片式離心機的應用特性、適配場景進行了系統性總結對比，為企業工藝選型提供明確依據：

表6 傳統與一次性碟片式離心機簡要對比

從應用場景來看：

• 5000 L及以下生產規模：兩款設備均可滿足生產需求。其中一次性離心機憑借無交叉污染、無需CIP/SIP、批次周轉快、細胞保護性好的優勢，更適配多品種共線、臨床樣品生產、小批量商業化柔性生產場景。

• 5000 L以上大規模生產：受限于一次性設備轉鼓容積、固體容納量及最大處理通量，傳統不銹鋼離心機仍是大規模商業化生產的最優選擇。

針對行業普遍關注的一次性耗材可提取物/可浸出物（E/L）風險，本研究明確：一次性材質雖存在微量雜質析出的潛在可能，但這類雜質可通過下游親和層析、病毒過濾、超濾/洗濾等多步純化工序有效去除，整體產品質量風險可控，符合生物制藥商業化生產質量規范。

七、研究結論與行業意義

本研究為全球首個阿法拉伐一次性與傳統碟片式連續離心機的系統性對標研究，填補了行業技術空白，明確了一次性離心機在單抗收獲工藝中的應用價值，核心結論如下：

工藝性能更優：等效分離負荷因子下，一次性離心機雜質去除效果更好，細胞裂解率更低，工藝剪切更溫和，可有效保護活性藥物分子。

全流程工藝兼容：一次性離心物料與現有主流深層過濾、蛋白A純化工藝完全適配，無需改造生產線、調整工藝參數，替換落地門檻極低。

終產品質量一致：兩種工藝生產的產品純度、雜質水平、電荷變體等核心質量屬性無顯著差異，完全滿足商業化質量標準。

同時，本研究確立的0.91–2.73 SLF最優工藝區間，為行業一次性離心機的參數設定、工藝放大、生產驗證提供了標準化技術依據。該研究成果有效驗證了一次性碟片式離心機在大分子生物藥澄清工序的商業化應用價值，可助力藥企簡化生產流程、規避交叉污染風險、提升生產柔性與周轉效率，為一次性技術在生物制藥下游工藝的規模化推廣提供了強有力的數據支撐。

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