电阻抗断层扫描技术(ERT)在疫苗制造中实现固液悬浮与沉积实时监测的突破性应用

本研究针对疫苗生产中铝佐剂易沉降导致混合不均的难题，创新性地采用电阻抗断层扫描技术(ERT)作为过程分析技术(PAT)，实现了对固液悬浮体系(<5% v/v低浓度)沉积行为的实时非侵入监测。通过设计定制化线性探针，研究人员首次在局部高浓度沉积区域检测中突破传统光学方法的局限，为制药工业混合工艺优化提供了关键工具，相关成果发表于《Journal of Pharmaceutical Innovation》。

　　

在疫苗生产过程中，铝基佐剂（如氢氧化铝）因其优异的抗原吸附性能被广泛应用，但其易沉降特性却成为工艺控制的"阿喀琉斯之踵"。这些微米级颗粒（d₉₀=41.6μm）在水中会形成凝胶状沉积层，传统光学监测方法如粒子图像测速(PIV)在浑浊体系中完全失效，而近红外光谱(NIR)又受限于水分子强吸收干扰。更棘手的是，疫苗生产的无菌要求排除了侵入式采样的可能，使得混合均匀性评估长期依赖经验性延长搅拌时间——这种"盲调"方式既低效又可能损害剪切敏感型抗原。

意大利博洛尼亚大学（University of Bologna）工业化学系联合葛兰素史克(GSK)研发团队在《Journal of Pharmaceutical Innovation》发表的研究中，创新性地将地质勘探领域的电阻抗断层扫描技术(ERT)改造为制药过程分析工具。研究选用水合硅酸镁（密度2700 g/L，d₄₃=21.9μm）模拟铝佐剂物性，在250mL缩比搅拌罐中，通过多平面环形电极(P1-P3)和定制底部线性探针(L1)的组合部署，实现了从宏观悬浮到微观沉积的全维度监测。

关键技术方法包括：1）采用16电极ERT系统（ITS p2+）以15mA/9600Hz参数采集数据；2）通过线性反投影算法(LBP)重建电导率分布；3）利用Maxwell方程关联电导率与固体体积分数(α)；4）设计沉积实验验证电极覆盖效应；5）采用玻璃珠(50-75μm)对照阐明电极-颗粒相互作用机制。

【Solid Volume Fraction Identification in Circular Probes】
研究发现ERT对>5% v/v悬浮体系定量准确（误差<5%），而<5%时仅具定性价值。值得注意的是，沉积态下底层电极区出现反常电导率升高现象，经玻璃珠实验证实这是电极覆盖导致的测量伪影——这一意外发现反而成为沉积检测的新指标。

【Identification of Suspension and Deposition State】
对比水合硅酸镁与玻璃珠的沉积动力学显示：前者需1400秒形成稳定沉积层，后者仅需50秒。P1平面电导率在沉积过程中异常升高1.3倍，而P2平面因边缘效应先升后降，这种特征性信号变化成为判断沉积界面的新依据。

【Implementation of the Custom-Designed Linear Probe】
突破性在于线性探针可检测低至0.01% v/v的局部沉积（相当于疫苗实际浓度）。当电极被覆盖时，标准电压测量值(V_measured/V_reference)出现特征性峰值，据此开发的"电极覆盖度-信号饱和"关联模型，使沉积检测灵敏度提升两个数量级。

结论表明，ERT技术成功解决了疫苗制造中三大痛点：1）突破光学方法的不透明体系监测瓶颈；2）实现沉积起始点的实时预警；3）为确定最低悬浮转速(N_js)提供量化依据。特别是线性探针技术，即使在adjuvant浓度仅0.64% v/v的疫苗制剂中，也能通过电极覆盖信号准确判断混合终点，这对保证批次间一致性具有革命性意义。该研究为PAT技术在无菌制药中的应用树立了新范式，其揭示的电极-颗粒相互作用机制为多相流监测提供了普适性方法论。