基于PID控制的全混流反应器在铝佐剂合成中的研究

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佐剂是现代疫苗必不可少的组成成分,可辅助抗原增强机体免疫原性。在批准用于人体疫苗的铝盐佐剂中,氢氧化铝(AlOOH)佐剂以其出色的安全性和较低的合成成本备受人们关注。随着人类社会对疫苗的需求不断增加,佐剂的批量化生产工艺也成为疫苗研发领域的热点,当前通过煅烧、水热等方法合成AlOOH佐剂的工艺较为成熟,但生产过程的不连续性、高温及高压的合成条件限制了该工艺的进一步放大。新兴的全混流反应器(CSTR)法合成AlOOH佐剂虽然能耗低且可连续反应,但生产过程需人工控制体系的pH值,因而不利于工业化生产。基于上述原因,本研究采用不完全微分比例-积分-微分(PID)算法,通过编程软件Visual Basic 6.0编写了反应体系pH值自动控制程序,此外,通过编写Modbus通信程序完成了控制器、蠕动泵与pH传感器等设备之间的通信功能。最后,通过可视化的远程操作系统实现了pH值、温度及蠕动泵流速全程可控的CSTR佐剂连续生产。利用PID自动控制的CSTR进行了5 L和20 L的AlOOH佐剂制备中试实验,在整定PID参数后,pH自动控制系统可使反应体系的pH值在120秒内稳定在预设值允许误差范围之内,且全程波动不超过±0.05,该控制效果显著优于市售工业级pH自动控制器。合成的AlOOH佐剂的TEM与水力学粒径表征结果显示,与商品化AlOOH佐剂相比,5 L和20 L自控反应体系合成的AlOOH纳米佐剂粒径分布更为均匀,形貌均为80-120 nm的棒状纳米粒子;XRD图谱显示合成产物为无杂质的纯相γ-AlOOH;使用紫外分光光度法证明合成的AlOOH纳米佐剂在溶液中的稳定性也显著优于同类商品。综上,本研究成功建立了一种基于PID控制的CSTR全自动AlOOH纳米佐剂合成工艺,基于该工艺的中试放大实验为实验室AlOOH纳米佐剂合成工艺进一步迈向工业化奠定了基础。
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