Ultrasuodatuskalvokasetin prosessin karakterisointi biofarmaseuttisella alalla (osa 1)

Prosessin karakterisointia (PC) tutkitaan pääasiassa prosessisyötteen vaikutuksesta prosessin tuottoon, ja prosessin parametrien säätöaluetta voidaan määrittää tutkimuksella, mikä parantaisi prosessin vakautta, pienentäisi eräeroja ja pienentäisi epäonnistumisriskiä. Varmista, että prosessin suorituskyvyn validointierät (PPQ) ja kaupalliset tuotantoerät tuottavat jatkuvasti laatustandardien mukaisia ​​tuotteita.

 

Konkreettinen tavoite

Tunnista prosessiparametrit, jotka vaikuttavat tuotteen laatuun ja tuottoon: Prosessin karakterisoinnin avulla voit määrittää, millä prosessiparametreilla on merkittävä vaikutus tuotteen tärkeimpiin laatuominaisuuksiin (CQA).

‌Määritä toimintaparametrien ja hyväksyttävät standardit: tähän sisältyy prosessiparametrien säätöalueen määrittäminen sen varmistamiseksi, että valmistetut tuotteet täyttävät ennalta määrätyt laatustandardit.

‌Määritä prosessiparametrien ja tärkeimpien laatuparametrien välinen suhde: Analysoimalla prosessiparametrien ja keskeisten laatuparametrien välistä suhdetta voidaan optimoida prosessin kulku ja parantaa tuotteen laatua.

Kun yhä useammat biofarmaseuttiset valmisteet siirtyvät kriittisten kliinisten/rekisteröityjen kliinisten tutkimusten vaiheeseen, prosessien karakterisointi, prosessin validointi (PV) otetaan vähitellen asialistalle. QbD-konseptiin perustuva prosessien karakterisointi ja prosessivalidointi on yksi tärkeimmistä premarket lääketutkimuksen tehtävistä.

 

Ultrasuodatusprosessista on tullut välttämätön prosessivaihe biofarmaseuttisessa tuotantoprosessissa, ja litteästä kalvokasetista on sen vuoksi tullut keskeinen kulutushyödyke biofarmaseuttisessa tuotannossa. Ultrasuodatuskalvokasettien prosessin karakterisoinnin tutkiminen biofarmaseuttisten sovellusten alalla on epäilemättä keskeistä, ja se liittyy ydinintresseihin ja tuotteiden pitkän aikavälin kehitykseen. Ultrasuodatuskalvokasettiprosessin karakterisointitutkimuksen tarkoituksena on tutkia ultrasuodatusprosessin toimintaparametrien vaikutusta prosessin suorituskykyyn/tuotteen laatuun, jotta voidaan määrittää keskeiset prosessiparametrit ja niiden asetusarvot ja hyväksyttävä alue. Kalvokasetti on tärkeä tangentiaalivirtauksen ultrasuodatusjärjestelmän kalvokomponentti. Tangentiaalisen virtauksen ultrasuodatuksen tuotantoprosessin määräävät monet parametrit, joista tärkeimmät prosessiparametrit ovat: kalvomateriaalin valinta, kalvon huokoskoon valinta, tangentiaalinen virtauksen säätö, tehokas TMP-säätö, kuormituksen tarkastus, kalvoalueen valinta, järjestelmän puhdistus, kalvon käyttöikä varmennus, dialyysin optimointi jne. Nämä parametrit eivät vain vaikuta toisiinsa, vaan myös rajoittavat toisiaan. Prosessin vakauden ja tuotannon tehokkuuden parantamisen tavoitteen saavuttamiseksi samanaikaisesti on välttämätöntä optimoida nämä parametrit. Alla esittelemme lyhyesti useiden keskeisten prosessiparametrien optimointiideoita.

 

Kalvomateriaalin valinta

Ultrasuodatuskalvokasetin materiaalit ovat polyeetterisulfoni (PES), regeneroitu selluloosa (RC), polyvinylideenifluoridi (PVDF) ja niin edelleen.

Polyeetterisulfoni (PES)

PES on tällä hetkellä yleisimmin käytetty ultrasuodatuskalvo. PES:llä on voimakas hydrofobisuus tai lipofiilisyys, joten sillä on alhainen vesivirta ja huono saastumisenestokyky. Siksi suurin osa markkinoilla olevista PES-kalvoista on modifioitua hydrofiilistä polyeetterisulfonia (PESU). PESU-kalvolle on ominaista korkea virtauksen, hapon ja alkalin kestävyys, paineenkestävyys, lämmönkestävyys ja hapettumisenkestävyys. Sitä käytetään pääasiassa korkean pitoisuuden proteiiniliuoksissa (kuten monoklonaalinen vasta-aine, HSA, IgG, rekombinanttiproteiini jne.), solujen keräämiseen, rokotteisiin, antibiooteihin, varjoaineisiin, perinteiseen kiinalaiseen lääketieteeseen, synteettisiin huumeisiin jne.

 

Regeneroitu selluloosa (RC)

Muihin materiaaleihin verrattuna RC:n suurin etu on erittäin alhainen proteiiniadsorptio. Lisäksi selluloosa sopii paremmin orgaanisten liuottimien kanssa kuin polyeetterisulfoni, mutta sitä ei voida puhdistaa ja säilöä suurilla NaOH-pitoisuuksilla. RC-kalvoa käytetään pääasiassa matalapitoisuudessa proteiiniliuoksessa, proteiinisaannon vaatimukset ovat korkeat ja liuos sisältää orgaanisia liuottimia, mutta kaikkia orgaanisia liuottimia ei voida ultrasuodattaa selluloosakalvolla, se on valittava kalvon yhteensopivuutta vastaan.

Polyvinylideenifluoridi (PVDF)

PVDF on erityinen polymeerimateriaali, jolla on erinomainen kemiallinen stabiilisuus, lämmönkestävyys ja säänkestävyys, ja sillä on hyvä mekaaninen lujuus ja puristuskestävyys. Tällä kalvolla on korkea läpäisevyys ja alhainen estokyky, se voi siirtää tehokkaasti pieniä molekyylejä ja vettä samalla kun se estää suuria molekyylejä ja kiinteitä hiukkasia. Biolääketieteen alalla PVDF-kalvoa voidaan käyttää puhdistettujen proteiinien valmistukseen, soluviljelmään, veren erottamiseen jne. Vaikka PVDF-ultrasuodatuskalvolla on hyvä suorituskyky, sitä käytetään usein mikrosuodatusprosessissa.

 

Kalvoaukon valinta

Ultrasuodatuksen huokoskoko on yksi ultrasuodatuskalvon tärkeistä suorituskykyindekseistä, joka vaikuttaa suoraan kalvon erotustehokkuuteen ja virtaukseen. Liian suuri aukko johtaa huonoon suodatustehoon eikä pysty poistamaan epäpuhtauksia tehokkaasti; Liian pieni aukko vähentää suodatusnopeutta ja johtaa jopa tukkeutumiseen, mikä vaikuttaa ultrasuodatuskalvon käyttöikään. ‌

Kalvon huokoskoon valinta on yleensä 3-6 kertaa kohdeaineen molekyylipaino, mieluiten 5 kertaa, ja saavutetaan suuri virtausnopeus varmistaen samalla korkea talteenotto. Seuraavassa taulukossa on esitetty kalvokasetin yleisesti käytetyt aukot joissakin käyttöskenaarioissa.

 

Tangentiaalinen virtauksen ohjaus

Tangentiaalinen virtaus‌ on kalvon pinnan läpi kulkevan ja sen kanssa samansuuntaisen nesteen nopeus, joka ilmaistaan ​​yleensä litroina minuutissa (L/min) tai litroina neliömetriä kohti tunnissa (L/㎡/h) ‌. Tangentiaalisella virtauksella on keskeinen rooli tangentiaalivirtauksen ultrasuodatuksessa, joka määrittää nesteen virtaustavan kalvon pinnalla ja vaikuttaa siten suodatustehoon ja kalvon käyttöikään. Tangentiaalisella virtauksella on "puhdistava" vaikutus suodatinkalvon pintaan, ja tangentiaalisen virtausnopeuden sopiva lisääminen auttaa lievittämään konsentraatiopolarisaatiota ja lisäämään vuota. Liian suuri tangentiaalinen virtaus lisää kuitenkin myös tuotteeseen kohdistuvaa leikkausvoimaa, mikä voi johtaa tuotteen aktiivisuuden vähenemiseen. Siksi sopivan tangentiaalisen virtausnopeuden valinnassa on otettava huomioon näytteen toleranssi ja suodatusprosessin vaatimukset ‌.

Tangentiaalinen virtausnopeus riippuu suurelta osin valitusta kalvokasetin rakenteesta ja seulatyypistä. Eri toimittajat suosittelevat erilaisia ​​tangentiaalisia virtausnopeuksia omien kalvokasettien ominaisuuksien mukaan. Guidlingin ultrasuodatuskalvon suosittelema tangentiaalinen virtausnopeus on 4-6L/m²/min, mutta joidenkin herkkien näytteiden kohdalla se voi olla sopivasti pienempi kuin suositeltu alue todellisen tilanteen mukaan.

 

Tehokas transmembraanisen paineen (TMP) hallinta

TMP on avainparametri tangentiaalisessa virtausultrasuodatusprosessissa‌. Tehokas transmembraaninen paine (TMP, yksikkö: bar tai psi) viittaa keskimääräiseen paine-eroon kalvon kahden puolen välillä. Virtaus (L/m²/h, L/m²/h, LMH) on kalvon läpi kulkevan nesteen määrä aikayksikköä kohti kalvon pinta-alayksikköä kohti. Tangentiaalivirtausultrasuodatusprosessissa TMP liittyy läheisesti Fluxiin.

Vakiovirtauksen tangentiaalivirtauksen ultrasuodatusprosessissa Fluxin ja TMP:n välinen suhde voidaan jakaa kahteen vaiheeseen.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= syöttöpaine, Pout= paluupaine, Pp= siirtopaine).

Paineeseen liittyvä alue: Aluksi Fluxiin vaikuttaa vain suodatinkalvon vastus, joten virtaus kasvaa lineaarisesti, kun TMP:tä lisätään.

 

Paineesta riippumaton alue tai geelikerroksen ohjausalue: Kun TMP:tä kasvaa jatkuvasti, suodatinkalvo polarisoituu vähitellen konsentraatiolla, ja osa lisääntyneestä TMP:stä korvataan konsentraatiopolarisaatiokerroksen resistanssilla, joten vuon kasvu hidastuu vähitellen . Kunnes lopulta suodatinkalvo on täysin polarisoitunut konsentraatiolla, ja lisääntynyt TMP korvataan täysin konsentraatiopolarisoidun kerroksen resistanssilla. Tällä hetkellä Flux ei enää kasva.

Tangentiaalisen virtauksen TMP:n optimointiprosessissa Flux Flux ja TMP piirretään TMP:n käännepisteen löytämiseksi (vuo ei muutu TMP:n kasvaessa) ja 70-80 % käänteen arvosta TMP:n kohtaa pidetään yleensä parhaana TMP-pisteenä. Tällä hetkellä suodatinkalvo ei ole täysin polarisoitunut konsentraatiolla, ja vuon arvo on suhteellisen korkea.

 

Lataa vahvistus

Kapasiteetti (L/m² tai g/m²) viittaa suodatinnesteen tilavuuteen tai massaan kalvopinta-alan neliömetriä kohti. Tämä on yksi tärkeimmistä indikaattoreista suodatuksen suorituskyvyn mittaamiseksi. Eri nesteiden kuormitus vaihtelee suuresti, vaikka käytettäisiin samaa nestettä (kuten rokotteita), eri valmistajien eri prosesseista johtuen suodattimen valinta ja kuormitus sekä muut suorituskykyindikaattorit eivät ole samat.

 

Seuraava on Guidlingin ultrasuodatuskalvokasettien suositeltu kapasiteetti eri kalvoalueille.

Ennen kuin prosessi määritellään, on suoritettava tutkimus- ja kehityskokeita, ja tutkimus- ja kehitysvaiheessa käytetään yleensä {{0}},11m² tai 0},5m² kalvokasetteja. Kun otetaan ensimmäinen testi käyttämällä 1{{10}}kd 0,11 m²:n kalvokasettia 45 minuutin ajan esimerkiksi 2 litran nesteen käsittelemiseksi, jotta voidaan määrittää 10 kd:n 0,11 ㎡ kalvokasetin kuormitus. Prosessiaika määritettiin ensin ja käsittelyaika 4L, 5L ja 6L kirjattiin vastaavasti testipaineella TMP < 1,0 bar, kunnes määritetty prosessiaika saavutettiin. Tällä hetkellä vastaava käsittelykapasiteetti on 10 kd:n 0,11 m²:n kalvokasetin maksimikuormitus arvioidussa prosessiajassa. Varsinaisessa tuotannossa voidaan tehdä suhteellinen vahvistus.

Jos haluat tietää lisää Guidlingin ultrasuodatuskalvokasettien kuormituksesta, voit ottaa meihin yhteyttä syvempää keskustelua varten.

 

Tietoja Guidlingistä

Guidling Technology on valtakunnallinen korkean teknologian yritys, joka keskittyy biofarmaseuttisiin valmisteisiin, soluviljelyyn, biolääketieteen puhdistukseen ja konsentroimiseen, diagnoosiin ja teollisuusnesteisiin. Olemme onnistuneesti kehittäneet keskipakosuodatinlaitteita, ultrasuodatus- ja mikrosuodatuskasetteja, virussuodattimia, TFF-järjestelmiä, syvyyssuodattimia, onttoja kuituja jne., jotka täyttävät täysin biofarmaseuttisten tuotteiden, soluviljelyn ja niin edelleen sovellusskenaariot. Kalvojamme ja kalvosuodattimiamme käytetään laajasti esisuodatuksen, mikrosuodatuksen, ultrasuodatuksen ja nanosuodatuksen tiivistämiseen, uuttamiseen ja erottamiseen. Monet tuotelinjamme pienestä kertakäyttöisestä laboratoriosuodatuksesta tuotannon suodatusjärjestelmiin, steriiliystestaukseen, fermentointiin, soluviljelyyn ja muuhun vastaavat testauksen ja tuotannon tarpeita. Guidling Technology odottaa innolla yhteistyötä kanssasi!