ISS: Collaborative Research: Interfacial bioprocessing of pharmaceuticals via the Ring-Sheared Drop (RSD) module aboard ISS
ISS:合作研究:通过 ISS 上的环剪切液滴 (RSD) 模块进行药物的界面生物加工
基本信息
- 批准号:1929134
- 负责人:
- 金额:$ 19.98万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-15 至 2023-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This project will support experiments using a device called the Ring-Sheared Drop module aboard the International Space Station (ISS) to study the dynamics of proteins at the surfaces of liquid drops. In the microgravity environment on the ISS, the drop can be held in place with only minimal contact with solid walls. This configuration allows flows at the surface of the drop and inside the drop to be examined without effects from surrounding walls, which is impossible to do on Earth. In the Ring-Sheard Drop module, flows at the surface of a drop can be measured without complications from chemical, sorption, and electrostatic interactions with solid walls. The project will focus on flows of concentrated protein solutions, both in the Ring-Sheared Drop module and in supporting experiments on Earth. The goal of the project is to understand and control protein aggregation at free surfaces, especially when the concentration of protein is high. Protein aggregation at free surfaces is an Achilles' heel in pharmaceutical manufacturing that degrades product quality and process yield. Thus, the experimental results and accompanying numerical simulations will enable the development and testing of predictive models that will be useful for improving pharmaceutical manufacturing.The development of mechanistic models to predict flow behavior of concentrated protein solutions under conditions of practical interest requires accurate non-Newtonian constitutive equations for both the interfacial and bulk flows and coupling the interfacial and bulk stresses. The coupled problem is intrinsically nonlinear, requiring robust and accurate numerical techniques to interrogate dynamics and accurate experimental data for validating model predictions. The project will support experiments to measure interfacial and bulk fluid velocities for concentrated protein systems. Data from experiments on the ISS using the RSD and experiments on Earth using a knife-edge surface viscometer will examine the rheological response of an adsorbed interfacial protein layer when the bulk phase remains Newtonian and the rheological response of the interface and bulk fluid when both phases are non-Newtonian. The role of protein aggregation and fibril formation on interfacial and bulk rheology will be determined.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目将使用国际空间站(ISS)上称为环形滴模块的设备来支持实验,以研究液滴表面上蛋白质的动力学。 在国际空间站的微重力环境中,可以将液滴保持在适当的位置,而与实心壁的接触最少。 这种配置允许在滴的表面和滴水内部进行流动,而不会在周围壁上效果,这是无法在地球上做的。 在环形滴液模块中,可以测量滴度表面的流量,而不会引起化学,吸附和与固体壁相互作用的并发症。该项目将集中于浓缩蛋白质溶液的流动,无论是在环形落水模块中还是在地球上的支持实验中。该项目的目的是理解和控制自由表面的蛋白质聚集,尤其是当蛋白质浓度较高时。 自由表面的蛋白质聚集是药品制造中的致命弱点,可降低产品质量和过程产量。 因此,实验结果和随附的数值模拟将使预测模型的开发和测试可用于改善药品制造业。耦合的问题是本质上非线性的,需要鲁棒和准确的数值技术来询问动力学和准确的实验数据以验证模型预测。 该项目将支持实验,以测量浓缩蛋白质系统的界面和块状流体速度。 使用刀边缘粘度计的RSD和地球上的实验来自IS上的实验的数据将检查吸附的界面蛋白质层的流变响应,而当大体相保持牛顿时,当两个阶段都是非牛顿群时,界面和散装流体的流变响应。 将确定蛋白质聚集和原纤维形成在界面和批量流变性上的作用。该奖项反映了NSF的法定任务,并使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准,被认为值得通过评估来获得支持。
项目成果
期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Single-camera PTV within interfacially sheared drops in microgravity
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- 发表时间:2023-09-01
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- 影响因子:2.4
- 作者:McMackin,Patrick M.;Adam,Joe A.;Hirsa,Amir H.
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- 期刊:
- 影响因子:5.1
- 作者:McMackin, Patrick M.;Griffin, Shannon R.;Riley, Frank P.;Gulati, Shreyash;Debono, Nicholas E.;Raghunandan, Aditya;Lopez, Juan M.;Hirsa, Amir H.
- 通讯作者:Hirsa, Amir H.
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- DOI:10.1038/s41526-020-0101-4
- 发表时间:2020-04-08
- 期刊:
- 影响因子:5.1
- 作者:Adam, Joe A.;Gulati, Shreyash;Bonocora, Richard P.
- 通讯作者:Bonocora, Richard P.
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