开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
- 选题的目的与意义
本课题通过对于单克隆抗体注射液搅拌混匀技术的研究，探索影响单克隆抗体均一性的因素和解决方法。用于制造最终配制物或半成品的均一物质，称之为原液[1]（简称BK），而均一性是指具有相同或相似的质量属性[2]。搅拌混匀是指将同一批贮藏在不同储藏袋中原液化冻之后转入搅拌罐中进行的操作，由于一批原液有多个储藏袋，每袋原液化冻之后的蛋白浓度存在差异，所以转入搅拌罐后罐内各个部位蛋白浓度不同。因此，需要进行搅拌操作以保证原液的均一性。此课题以PD-1单克隆抗体注射液作为案例，通过控制变量的方法对一系列影响因素诸如搅拌速度、搅拌时长、罐型进行逐一分析筛查，以实现对原液均一性的监控。
- 单抗产品发展趋势与混匀工艺现状
近年来，精准医疗的投入日益攀升，根据《Global oncology trend 2018》数据显示，全球抗癌药研发投入由2013年的960亿美元提高至2017年的1330亿美元[3]，截至2017年底共有63[4][5]个抗癌药上市，其中关于PD-1/PD-L1免疫检查点的药物更是占据抗癌药物研发的核心位置。由上所见单抗产品的发展将会成为抗癌药以及免疫疗法的主流产品，而单抗产品均一性作为对产品的疗效有着重要影响的因素，值得我们深入研究。
目前多数大型国内外医药公司都采用一次性搅拌系统进行混匀搅拌工艺，且均使用无级变速控制器对搅拌速度进行控制，以保护原液在化冻后蛋白的结构稳定，逐步控速以达到额定工艺速度，搅拌一定时间，一般控制在30-60min左右；根据工艺规模部分公司也会采用不锈钢搅拌系统，相对一次性搅拌系统更加复杂，尤其是对搅拌桨的设计提出更高的要求，因为不锈钢的搅拌桨的剪切力较树脂型搅拌桨更大，因此在搅拌桨的叶片数、叶倾角以及叶间距提出了更高要求。综合行业内的搅拌混匀工艺，整体流程设计出入不大，但针对不同产品性质，在关键因素搅拌速度、搅拌时长、叶倾角上都有不同要求。
- 选题研究的内容手段
研究搅拌罐的型号、搅拌时长、搅拌速度、搅拌桨等因素对于搅拌混匀的影响，分别选取三种不同型号的搅拌罐，查找资料分析其搅拌性能的差异；确定搅拌罐型号后，控制变量，选取3种不同叶倾角的搅拌桨，并查找资料分析叶倾角的差异对搅拌性能的影响；同时各取3种设计时长及速度，分析各个时长及叶倾角所对应的3种搅拌速度的原液均一性效果。设计实验表格，探索最优设计方法。表格内填入各个搅拌时长和搅拌速度下对应的搅拌罐从上，中，下方的取样浓度，根据以往的操作得出一个大概产品浓度X，设定一个幅度范围Y,若上中下三种取样都在在[X-Y,X Y]的范围内，则取样浓度为合理浓度。最后，根据上中下三种浓度RSD大小判断最优组合，最小RSD所对应组合最优。
相对标准偏差（RSD）=标准偏差（SD）/计算结果的算术平均值（X）*100%，该值通常用来表示分析测试结果的精密度。
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表1正交表的因素和水平 |
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因素 |
水平 |
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搅拌速度/rpm |
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搅拌时长/h |
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搅拌轴倾斜角/° |
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表2正交设计表 |
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方案因素 |
搅拌速度/rpm |
搅拌时长/h |
叶倾角/° |
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方案1 |
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方案2 |
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方案3 |
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方案4 |
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方案5 |
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方案6 |
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方案7 |
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方案8 |
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方案9 |
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- 文献综述
4.1搅拌容器的选型：[6]
4.1.1单层搅拌罐：也叫开盖式搅拌罐，单层搅拌罐结构较为简单，一般适用于储存、搅拌、混合物料的使用。
4.1.2磁力搅拌罐：与普通搅拌罐的不同之处在于搅拌器，磁力搅拌器利用磁场的漩涡的原理，当底座产生磁场后，带动搅拌桨成圆周循环运动，从而达到搅拌液体的目的。磁力搅拌罐一般只适用于卫生要求较高的生产搅拌使用。
4.1.3电加热搅拌罐：电加热搅拌罐可采用开盖型和封闭型两种结构，一般适用于各种化工业的加热搅拌混合使用。
4.1.4真空搅拌罐：属于密封型罐体，是在真空环境下对物料进行搅拌、混合的搅拌设备，一般适用于（黏）浓度较高的物料搅拌混合使用。
4.1.5加热保温搅拌罐：是对物料进行加热、搅拌、保温（隔热）等功能的搅拌设备，一般可用于食品、医药、化工行业液体物料的保温贮存使用。
对各种型号的搅拌罐进行调查研究，考虑到搅拌具体的搅拌需求，以及后期的维护费用等，选择最优项。
4.2搅拌桨设计：搅拌桨的设计要考虑到叶片的各种因素，例举6个因素如叶倾角、叶片数、叶宽、叶直径、轴间距、叶间距，对搅拌效果的影响各不同，根据正交设计试验方法以6因素3水平的方案进行设计，依靠流体分析软件，综合多种模型分析方法，在桨叶区域选择以桨叶转速转动的旋转参考系，罐内其他区域范围为静止参考系[7][8][9]分析得出结论，影响效果从大到小依次为：叶倾角、叶片数、叶宽、叶直径、轴间距、叶间距。所以本实验对搅拌桨设计时着重研究叶倾角不同时对搅拌效果的影响。[10]
4.3搅拌速度：单克隆抗体是由单一B细胞克隆产生的高度均一、仅针对某一特定抗原表位的抗体，单克隆抗体的发展经历了四个阶段，分别为：鼠源性单克隆抗体、嵌合性单克隆抗体、人源化单克隆抗体和全人源单克隆抗体；虽然抗体形式结构多样，但是究其本质单抗就是一种特殊构造的蛋白质，蛋白质的生物活性是建立在它的特殊的空间结构上的，如果结构被破坏则活性丧失，所以搅拌时需考虑其各种理化因素。而搅拌将转动在流体中产生剪切力，剪切力强度主要和三个因素有[11][12]：培养基的黏度、搅拌桨的构造和搅拌速率，而搅拌速度过大，则流体的剪切力过高，则会破坏蛋白质的结构，影响单抗注射液的质量[12][13][14]；若搅拌速度过于缓慢，则注射液的粘稠度就会过大，使得单抗注射液无法均一分散。所以搅拌速度应是一段有效范围，速度不可低于下限也不可高于上限。
4.4搅拌时长：为了达到搅拌混匀的目的，需使得搅拌时长和搅拌速度相适应，即搅拌速度越大，则搅拌时长越短，二者之间为一种此消彼长的关系。
5.研究与写作计划
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2.15-3.2 |
文献查阅 |
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3.2-3.20 |
开题报告 |
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3.21-5.10 |
研究进程 |
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5.10-5.20 |
论文撰写及修改 |
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5.20-6.10 |
论文定稿及答辩 |
6.参考文献
[1]中国药典.第三部.凡例
[2]中国药典.第三部.凡例
[3]赵若春，王恒哲，江洪波，毛开云 中国科学院上海生命科学信息中心 肿瘤靶向药物市场发展现状与前景分析析
[4］陈风飞，李欣欣，孙立，等. 肿瘤微环境及相关靶向药的研究进展 [J]. 药学学报，2018，53（5）：676-683.
[5］孟剑霞，王琲，曹玉萍，等. 靶向抗肿瘤血管的药物研究进展 [J]. 中国临床药理学杂志，2016，32（10）：956-960.
[6]广州恒东科技官网（http://www.hundom.cn/Article/hdjbgxhjry_1.html）
[7]基于正交设计法对混浆搅拌罐的结构优化
长江大学机械工程学院 许弯弯 武进虎 秦伟杰 张小多刘蒙
[8]刘振学,黄仁和,田爱民,等.实验设计与数据处理[M].北京:化学工业出版社,2005
[9] 王福军.计算流体动力学分析CFD软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社
[10] 江帆,黄鹏.FLUENT 高级应用与实例分析[M].北京:清华 大学出版社,2008
[11]大规模抗体生产中的反应器放大策略
[12]oldblum S, Bae Y K, Hink W F, et al. Protective effect of methylcellulose and other polymers on insect cells subjected to laminar shear stress [J]. Biotechnol Pro, 1990, 6 (5): 383-390.
[13]Trinh K, Garciabriones M, Chalmers J J, et al. Quantification of damage to suspended insect cells as a result of bubble rupture [J]. Biotechnol Bioeng, 1994, 43 (1): 37-45.
[14]Zhou G, Kresta S M. Impact of tank geometry on the maximum turbulence energy dissipation rate for impellers [J]. Aiche J, 1996, 42 (9): 2476-2490.
[15]Zhou G, Kresta S M. Distribution of energy between convective and turbulent flow for three frequently used impellers [J]. Chem Eng Res Deg, 1996, 74 (3): 379-389.
开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
- 选题的目的与意义
本课题通过对于单克隆抗体注射液搅拌混匀技术的研究，探索影响单克隆抗体均一性的因素和解决方法。用于制造最终配制物或半成品的均一物质，称之为原液[1]（简称BK），而均一性是指具有相同或相似的质量属性[2]。搅拌混匀是指将同一批贮藏在不同储藏袋中原液化冻之后转入搅拌罐中进行的操作，由于一批原液有多个储藏袋，每袋原液化冻之后的蛋白浓度存在差异，所以转入搅拌罐后罐内各个部位蛋白浓度不同。因此，需要进行搅拌操作以保证原液的均一性。此课题以PD-1单克隆抗体注射液作为案例，通过控制变量的方法对一系列影响因素诸如搅拌速度、搅拌时长、罐型进行逐一分析筛查，以实现对原液均一性的监控。
- 单抗产品发展趋势与混匀工艺现状
近年来，精准医疗的投入日益攀升，根据《Global oncology trend 2018》数据显示，全球抗癌药研发投入由2013年的960亿美元提高至2017年的1330亿美元[3]，截至2017年底共有63[4][5]个抗癌药上市，其中关于PD-1/PD-L1免疫检查点的药物更是占据抗癌药物研发的核心位置。由上所见单抗产品的发展将会成为抗癌药以及免疫疗法的主流产品，而单抗产品均一性作为对产品的疗效有着重要影响的因素，值得我们深入研究。
目前多数大型国内外医药公司都采用一次性搅拌系统进行混匀搅拌工艺，且均使用无级变速控制器对搅拌速度进行控制，以保护原液在化冻后蛋白的结构稳定，逐步控速以达到额定工艺速度，搅拌一定时间，一般控制在30-60min左右；根据工艺规模部分公司也会采用不锈钢搅拌系统，相对一次性搅拌系统更加复杂，尤其是对搅拌桨的设计提出更高的要求，因为不锈钢的搅拌桨的剪切力较树脂型搅拌桨更大，因此在搅拌桨的叶片数、叶倾角以及叶间距提出了更高要求。综合行业内的搅拌混匀工艺，整体流程设计出入不大，但针对不同产品性质，在关键因素搅拌速度、搅拌时长、叶倾角上都有不同要求。
- 选题研究的内容手段
研究搅拌罐的型号、搅拌时长、搅拌速度、搅拌桨等因素对于搅拌混匀的影响，分别选取三种不同型号的搅拌罐，查找资料分析其搅拌性能的差异；确定搅拌罐型号后，控制变量，选取3种不同叶倾角的搅拌桨，并查找资料分析叶倾角的差异对搅拌性能的影响；同时各取3种设计时长及速度，分析各个时长及叶倾角所对应的3种搅拌速度的原液均一性效果。设计实验表格，探索最优设计方法。表格内填入各个搅拌时长和搅拌速度下对应的搅拌罐从上，中，下方的取样浓度，根据以往的操作得出一个大概产品浓度X，设定一个幅度范围Y,若上中下三种取样都在在[X-Y,X Y]的范围内，则取样浓度为合理浓度。最后，根据上中下三种浓度RSD大小判断最优组合，最小RSD所对应组合最优。
相对标准偏差（RSD）=标准偏差（SD）/计算结果的算术平均值（X）*100%，该值通常用来表示分析测试结果的精密度。
