送液ポンプとは？バイオ医薬の工程で、最大流量で選べないのはなぜか

Proglenth 編集部公開 2026-09-30更新 2026-10-23約5分で読めます

送液ポンプとは、培地やバッファ、抗体の液を、タンクやカラム、フィルターの間で送る機器です。バイオ医薬の工程のほとんどに入るため、製造の担当だけでなく、見積もりをとる購買や、流路の変更を審査する品質保証の担当も、どの方式を選ぶかに関わります。

ただし、カタログの最大流量を比べても、方式の違いはほとんど分かりません。選び方を誤ると、ポンプは液を運ぶだけでなく、液を傷めます。

この記事では、送液ポンプの3つの方式、最大流量で選べない理由、何を基準に選ぶか、ポンプを替えても粒子が減らないときに疑う所、自分の工程で何から確かめるかを順に説明します。

この記事の要点

送液ポンプとは⁠：工程の間で液を送る機器で、バイオ医薬では主にペリスタルティック、四連ダイアフラム、マグレブ遠心の3方式が使われます。
なぜ最大流量で選べないのか⁠：3方式の使える流量の幅は大きく重なっており、違いは液に何を与えるか（せん断、脈動、粒子）に出るためです。
何を基準に選ぶのか⁠：送る液が何に弱いか、脈動が結果に響く工程か、その工程でポンプの先にかかる圧はいくらかの3つで絞ります。

1. 送液ポンプとは？バイオ医薬で使う3つの方式

工程の間で液を送る機器で、バイオ医薬の工程では主に3つの方式が使われます。 培地やバッファの移し替えから、クロマトグラフィー、限外ろ過（UF）・透析ろ過（DF）、ウイルス除去ろ過まで、液が動く所にはたいていポンプが入ります。3つの方式で違うのは、液を押し出す仕組みそのものです。

ペリスタルティック（チューブポンプ）：回転するローラーでチューブをしごいて液を押し出します。液に触れるのはチューブの内側だけなので、品目を切り替えるときはチューブを替えれば済み、使い捨て（シングルユース）の流路と組み合わせやすい方式です。
四連ダイアフラム⁠：4枚の膜状の仕切り（ダイアフラム）を、少しずつタイミングをずらして動かして液を送ります。液に触れる部屋（チャンバー）だけを使い捨てにできる機種もあります。
マグレブ遠心⁠：羽根を磁気で浮かせて回す遠心ポンプです。羽根は密閉した容器の中で、何にも触れずに回ります。

3つの方式を横に並べた図。左はペリスタルティックで、ローラーがチューブをしごく。強みは液がチューブにしか触れないこと、注意は脈動が出ることとチューブがへたること。中央は四連ダイアフラムで、4枚の膜を順にずらして動かす。強みは脈動が小さく粒子が出にくいこと、注意は機種ごとの流量と圧の範囲。右はマグレブ遠心で、磁気で浮かせた羽根が何にも触れずに回る。強みはせん断が小さく脈動が無いこと、注意は背圧で流量が落ちること — 送液ポンプの3つの方式は、液に何を与えるかで違う

水を運ぶだけのポンプと違い、医薬品の工程では、液を傷めずに送れるかも選ぶ条件に入ります。

方式を選ぶことは、液にどんな負担をかけるかを選ぶことでもあります。では、なぜ最大流量の数字では選べないのか。

2. 重要：最大流量の数字では、なぜポンプを選べないのか

3つの方式は使える流量の幅が大きく重なっていて、違いは流量ではなく、液に何を与えるかに出るためです。 ラボの小さな流量から製造の大きな流量まで、どの方式にも機種があります。そのため、最大流量を並べても方式の違いは見えてきません。

液に与えるものは、次の3つで比べます。

せん断（液をこすって傷める力）：細胞やウイルスベクターのように壊れやすいものを運ぶときに効きます。マグレブ遠心は軸受もシールも無く、羽根と壁のすき間が広いので、せん断が小さい方式です。
脈動（流れの波打ち）：ペリスタルティックは、ローラーが通るたびに流れが波打ちます。四連ダイアフラムは4つの波を重ねるので波打ちが小さく、マグレブ遠心の流れは波打ちません。
接液部から出る粒子⁠：四連ダイアフラムには、回転して液をこする軸のシールも羽根も無いので、こすれて出る粒子がほとんどありません。ペリスタルティックでは、繰り返し潰されるチューブがへたり、内壁からかけらが出ることがあります。

ポンプが液を傷めた例が、2009年に報告されています。臨床用の施設で充填した抗体（IgG）製剤のバイアルに、1 mLあたりおよそ10万個の微粒子が見つかりました。研究者らは、充填に使ったピストンポンプの接液面から出たステンレスのごく小さな粒子を核にして、抗体が寄り集まったと考えています。送液ではなく充填のポンプの例ですが、接液面が粒子のもとになりうることを示しています。

もう1つ注意したいのは、カタログの最大流量が、ポンプの先に圧がほとんどかかっていないときの値だという点です。カラムやフィルターをつなげば、実際に出る流量はそこから下がります。

最大流量の表からは方式を決められず、比べる先は液への当たり方と、つないだ状態で出る流量です。

3. 送液ポンプは、何を基準に絞り込むのか

送る液が何に弱いか、脈動が結果に響く工程か、ポンプの先にかかる圧はいくらかの3つで絞り込みます。

送る液が何に弱いか

はじめに、送る液の弱点を1つに絞り込みます。

細胞やウイルスベクター⁠：せん断に弱いため、せん断の小さいマグレブ遠心が候補に挙がります。
高い濃度の抗体⁠：ポンプやチューブの表面で粒子が生まれやすいかが効きます。
培地やバッファの移し替え⁠：せん断も粒子もそれほど問題にならず、汚染の管理のしやすさと価格で選びます。

脈動が結果に響く工程か

その工程で、流れの波打ちが結果を左右するかを見分けます。波打ちが効くのは、圧や流れが安定していることを前提に運転する工程です。

クロマトグラフィー⁠：流れや圧が波打つと、紫外線の吸収（UV）で見る溶出の波形や、カラムにかかる圧が安定しにくくなります。
タンジェンシャルフローろ過（TFF）：膜にかかる圧（膜間差圧（TMP））が揺れ、運転が安定しません。
ウイルス除去ろ過⁠：膜ごとにウイルスを確実に除ける圧の範囲が確かめられており、その範囲で安定して運転することが前提です。

こうした工程では、四連ダイアフラムやマグレブ遠心が候補に挙がります。タンクからタンクへの移し替えなら、脈動はほとんど問題になりません。

その工程で、ポンプの先にかかる圧はいくらか

マグレブ遠心を選ぶなら、背圧（ポンプの先にかかる圧）を確かめます。遠心ポンプは、先にカラムやフィルターがつながって圧がかかるほど、送れる流量が落ちます。

POINT

メーカーに聞くのは「最大何 L/min 出ますか」ではなく、「カラムやフィルターをつないだこの工程の圧で、必要な流量がどれだけ安定して出ますか」です。

全工程を同じ方式でそろえる必要はなく、どの工程にどの方式を当てるかは、液と工程ごとに決めます。

4. ポンプを替えても粒子が減らないのは、なぜか

粒子や気泡のもとが、ポンプの方式ではなく、チューブやつなぎ目にある場合があるからです。 低せん断のポンプに替えれば抗体の凝集が止まる、というのはよくある思い込みです。

2022年のドイツの研究では、ペリスタルティックで抗体を送ったときの粒子の出方が、チューブの硬さと表面の性質で変わりました。チューブの内壁に貼り付いた抗体の薄い膜が、チューブが潰れて伸びるたびに破れ、粒子のもとになると考えられています。この研究で最も粒子が少なかったのは、硬めのシリコーンチューブでした。

凝集の原因がチューブにあるなら、ポンプの方式より先にチューブの材質を見直したほうが早く片づきます。凝集が工程のどこで生まれるかは、工程での凝集の発生ポイントで読めます。

ほかにも、次の2つが見落とされがちです。

チューブの交換と流量の確認を決めていない⁠：ペリスタルティックのチューブは使ううちにへたり、1回転あたりに送る量が少しずつ変わります。潰れた内壁から細かなかけらが剥がれる現象（スポレーション、spallation）もあるため、交換の時期と、交換後に実際の送液量を量って確かめる手順を決めておきます。
吸い込み側から空気が入る⁠：ポンプの吸い込み側でつなぎ目が緩んでいると、そこから空気を吸い込み、気泡が液を傷めます。つなぎ目の作り方は無菌コネクターと溶着機の使い分けで確かめられます。

粒子が出たときは、方式を替える前にチューブとつなぎ目を調べます。それだけで、装置を入れ替えずに済む場合もあります。

区間ごとのチューブの材質・内径・長さは、アッセンブリー依頼図ツールの部品表に書き出すと、ポンプとチューブの組み合わせを確かめやすくなります。

5. 自分の工程では、何から確かめるのか

送る液と工程を決め、その工程の圧で出る流量を確かめてから、方式と消耗品を決めます。 メーカーへの仕様の確認や見積もりの依頼は、次の順に進めます。

送る液の弱点を決める⁠：せん断（液をこする力）と、接液部で生まれる粒子のどちらにより弱いかを決めます。
使う工程と、脈動（流れの波打ち）が響くかを決める⁠：移し替え、クロマトグラフィー、タンジェンシャルフローろ過（TFF）、ウイルス除去ろ過のどれに使うかを書き出します。
必要な流量と、ポンプの先にかかる圧を書く⁠：カラムやフィルターをつないだ状態の圧を見積もり、遠心式ならその圧での流量のデータをメーカーに求めます。
使い捨てにする範囲と、その費用を決める⁠：使い捨ての流路やチャンバーにするか、交換の頻度と費用を確かめます。
接液部の材質と粒子のデータを集める⁠：チューブやチャンバーの材質と、接液部から出る粒子のデータをそろえます。
流量の確かめ方を決める⁠：流量の校正と、チューブを替えたあとに送液量を量る手順を決めます。
つなぎ目の方式と規格を合わせる⁠：無菌コネクターか溶着か、チューブの径と継手の規格を、前後の流路とそろえます。