Tanulmány az ultraszűrő membránkazetta folyamatjellemzésével a biofarmakon területén (1. rész)

A Process Characterization (PC) főként a folyamatinputnak a folyamat kimenetére gyakorolt ​​​​hatását vizsgálja, és vizsgálattal meghatározható a folyamatparaméterek szabályozási tartománya, amely javítaná a folyamat stabilitását, csökkenti a tételkülönbségeket és csökkenti a meghibásodás kockázatát. Győződjön meg arról, hogy a folyamatteljesítmény-ellenőrzési kötegek (PPQ) és a kereskedelmi gyártási tételek következetesen olyan termékeket állítanak elő, amelyek megfelelnek a minőségi előírásoknak.

 

Konkrét cél

A termék minőségét és hozamát befolyásoló folyamatparaméterek azonosítása: A folyamatjellemzés lehetővé teszi annak meghatározását, hogy mely folyamatparaméterek gyakorolnak jelentős hatást a termék kulcsfontosságú minőségi jellemzőire (CQA).

A működési paraméterek és az elfogadható szabványok tartományának meghatározása: ez magában foglalja a folyamatparaméterek szabályozási tartományának meghatározását annak biztosítására, hogy az előállított termékek megfeleljenek az előre meghatározott minőségi szabványoknak.

A folyamatparaméterek és a kulcsfontosságú minőségi paraméterek közötti kapcsolat meghatározása: A folyamatparaméterek és a kulcsfontosságú minőségi paraméterek közötti kapcsolat elemzésével optimalizálható a folyamatfolyamat, és javítható a termék minősége.

Ahogy egyre több biogyógyszer kerül a kritikus klinikai/regisztrált klinikai vizsgálatok szakaszába, fokozatosan napirendre kerül a folyamatjellemzés, a folyamat validálás (PV) munka. A QbD koncepción alapuló folyamatjellemzés és folyamatvalidáció a premarket gyógyszerkutatás egyik legfontosabb feladata.

 

Az ultraszűrés a biogyógyszergyártási folyamat nélkülözhetetlen lépésévé vált, ezért a lapos membránkazetta a biogyógyszergyártás kulcsfontosságú fogyóeszközévé vált. Az ultrafiltrációs membránkazetták folyamatjellemzésének tanulmányozása a biofarmáciai alkalmazások területén kétségtelenül döntő jelentőségű, és összefügg az alapvető érdekekkel és a termékek hosszú távú fejlesztésével. Az ultraszűrő membránkazettás folyamatjellemző vizsgálat célja az ultraszűrési folyamat működési paramétereinek a folyamatteljesítményre/termékminőségre gyakorolt ​​hatásának vizsgálata, a kulcsfontosságú folyamatparaméterek és azok beállítási pontjainak és elfogadható tartományának meghatározása érdekében. A membránkazetta a tangenciális áramlású ultraszűrő rendszer fontos membráneleme. A tangenciális áramlású ultraszűrés gyártási folyamatát számos paraméter határozza meg, amelyek között a legfontosabb folyamatparaméterek a következők: membrán anyagválasztás, membrán pórusméret kiválasztása, érintőleges áramlásszabályozás, hatékony TMP szabályozás, terhelés ellenőrzés, membránterület kiválasztása, rendszer tisztítása, membrán élettartama verifikáció, dialízis optimalizálás stb. Ezek a paraméterek nem csak hatnak egymásra, hanem korlátozzák is egymást. A folyamatstabilitás és a termelés hatékonyságának egyidejű javítása érdekében először ezeket a paramétereket kell optimalizálni. Az alábbiakban röviden bemutatjuk néhány kulcsfontosságú folyamatparaméter optimalizálási ötleteit.

 

Membrán anyagválasztás

Az ultraszűrő membránkazetta anyaga poliéter-szulfon (PES), regenerált cellulóz (RC), polivinilidén-fluorid (PVDF) és így tovább.

Poliéter-szulfon (PES)

A PES jelenleg a legszélesebb körben használt ultraszűrő membrán. A PES erős hidrofób vagy lipofil, ezért alacsony a vízáramlása és gyenge a szennyezés elleni képessége. Ezért a legtöbb PES membrán a piacon módosított hidrofil poliéter-szulfon (PESU). A PESU membránt nagy fluxus-, sav- és lúgállóság, nyomásállóság, hőállóság és oxidációállóság jellemzi. Főleg nagy koncentrációjú fehérjeoldatokban (például monoklonális antitest, HSA, IgG, rekombináns fehérje stb.), sejtgyűjtésben, vakcinákban, antibiotikumokban, kontrasztanyagokban, hagyományos kínai orvoslásban, szintetikus drogokban stb. használják.

 

Regenerált cellulóz (RC)

Más anyagokkal összehasonlítva az RC legnagyobb előnye a rendkívül alacsony fehérjeadszorpció. Ezenkívül a cellulóz jobban kompatibilis a szerves oldószerekkel, mint a poliéter-szulfon, de nem tisztítható és tartósítható magas koncentrációjú NaOH-val. Az RC membránt elsősorban alacsony koncentrációjú fehérjeoldatokban használják, a fehérjehozam magas követelményeket támaszt, és az oldat szerves oldószereket is tartalmaz, de nem minden szerves oldószer ultraszűrhető cellulóz membránnal, a membrán kompatibilitása ellen kell szelektálni.

Polivinilidén-fluorid (PVDF)

A PVDF egy speciális polimer anyag, kiváló kémiai stabilitással, hőstabilitással és időjárásállósággal, valamint jó mechanikai szilárdsággal és nyomószilárdsággal rendelkezik. Ez a membrán nagy permeabilitással és alacsony blokkoló képességgel rendelkezik, hatékonyan képes kis molekulákat és vizet továbbítani, miközben blokkolja a nagy molekulákat és a szilárd részecskéket. A biomedicina területén a PVDF membrán felhasználható tisztított fehérjék előállítására, sejttenyésztésre, vérelválasztásra stb. Bár a PVDF ultraszűrő membrán jó teljesítményű, gyakran használják mikroszűrési folyamatokban.

 

Membrán rekesznyílás kiválasztása

Az ultraszűrő pórusméret az ultraszűrő membrán egyik fontos teljesítménymutatója, amely közvetlenül befolyásolja a membrán elválasztási hatékonyságát és fluxusát. A túl nagy rekesznyílás gyenge szűrési hatást eredményez, és nem tudja hatékonyan eltávolítani a szennyeződéseket; A túl kicsi nyílás csökkenti a szűrési sebességet, sőt eltömődéshez is vezethet, ami befolyásolja az ultraszűrő membrán élettartamát. ‌

A membrán pórusméretének kiválasztása általában a célanyag molekulatömegének 3-6-szerese, előnyösen ötszöröse, és nagy áramlási sebesség érhető el, miközben magas visszanyerés biztosított. Az alábbi táblázat a membránkazetta általánosan használt nyílásait mutatja be bizonyos alkalmazási forgatókönyvekben.

 

Tangenciális áramlásszabályozás

A tangenciális áramlás a membrán felületén áthaladó és azzal párhuzamos folyadék sebessége, amelyet általában liter per perc (L/perc) vagy liter per négyzetméter per óra (L/㎡/h) mértékegységben adnak meg. A tangenciális áramlás kulcsszerepet játszik a tangenciális áramlású ultraszűrésben, amely meghatározza a folyadék áramlási módját a membrán felületén, így befolyásolja a szűrés hatékonyságát és a membrán élettartamát. A tangenciális áramlás "tisztító" hatást fejt ki a szűrőmembrán felületén, és a tangenciális áramlási sebesség megfelelő növelése segít a koncentráció polarizációjának enyhítésében és a fluxus növelésében. A túl nagy tangenciális áramlás azonban növeli a termékre kifejtett nyíróerőt is, ami a termék aktivitásának csökkenéséhez vezethet. Ezért a megfelelő érintőleges áramlási sebesség kiválasztásánál figyelembe kell venni a minta tűréshatárát és a szűrési folyamat követelményeit.

A tangenciális áramlási sebesség nagymértékben függ a membránkazetta szerkezetétől és a kiválasztott szitatípustól. A különböző beszállítók különböző tangenciális áramlási sebességeket ajánlanak saját membránkazettáik jellemzőinek megfelelően. A Guidling ultraszűrő membrán által javasolt tangenciális áramlási sebesség 4-6L/m²/perc, de egyes érzékeny mintáknál ez a tényleges helyzetnek megfelelően alacsonyabb is lehet, mint az ajánlott tartomány.

 

Hatékony transzmembrán nyomás (TMP) szabályozás

A TMP a tangenciális áramlású ultraszűrési folyamat kulcsparamétere. Az effektív transzmembrán nyomás (TMP, mértékegysége: bar vagy psi) a membrán két oldala közötti átlagos nyomáskülönbségre utal. A fluxus (L/m²/h, L/m²/h, LMH) a membránon egységnyi idő alatt, egységnyi membránfelületen áthaladó folyadék mennyisége. A tangenciális áramlású ultraszűrési eljárásban a TMP szorosan kapcsolódik a fluxushoz.

Az állandó áramlású tangenciális áramlású ultraszűrési eljárásban a Flux és a TMP kapcsolata két szakaszra osztható.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= betáplálási nyomás, Pout= visszatérő nyomás, Pp= átviteli nyomás).

Nyomásfüggő régió: Kezdetben a fluxust csak a szűrőmembrán ellenállása befolyásolja, így a fluxus lineárisan nő a TMP növelésével.

 

Nyomásfüggetlen terület vagy gélréteg szabályozási terület: A TMP folyamatos növelésével a szűrőmembrán a koncentráció hatására fokozatosan polarizálódik, és a megnövekedett TMP egy részét a koncentráció polarizációs réteg ellenállása ellensúlyozza, így a fluxus növekedése fokozatosan lelassul. . Míg végül a szűrőmembrán a koncentrálással teljesen polarizálódik, és a megnövekedett TMP-t teljesen ellensúlyozza a koncentráció polarizált réteg ellenállása. Ekkor a fluxus már nem növekszik.

A tangenciális áramlású TMP optimalizálási folyamata során a Fluxus Fluxus és a TMP ábrázolásra kerül, hogy megtaláljuk a TMP inflexiós pontját (a fluxus nem változik a TMP növekedésével), és az inflexió értékének 70-80%-a pontját általában a legjobb TMP-pontnak tekintik. Jelenleg a szűrőmembrán nem polarizálódott teljesen a koncentrálással, és a fluxusérték viszonylag magas.

 

Ellenőrzés betöltése

A kapacitás (L/m² vagy g/m²) a szűrőfolyadék térfogatára vagy tömegére vonatkozik a membránfelület négyzetméterére vonatkoztatva. Ez az egyik legfontosabb mutató a szűrési teljesítmény mérésére. A különböző folyadékok terhelése nagymértékben változó, még akkor is, ha ugyanazt a folyadékot (például oltóanyagokat) használják, a különböző gyártók eltérő eljárásai miatt a szűrőválasztás és -terhelés, valamint egyéb teljesítménymutatók nem azonosak.

 

A következő a Guidling ultraszűrő membránkazetták ajánlott kapacitása a különböző membránterületekhez.

A folyamat meghatározása előtt kutatási és fejlesztési kísérleteket kell végezni, és általában {{0}},11 m² vagy 0,5 m² membránkazettákat használnak a kutatás-fejlesztési szakaszban. A kezdeti tesztet 1{{10}}kd 0,11 m²-es membránkazettával 45 percig 2 liter folyadék feldolgozására használva, például a 10 kd 0,11 ㎡ membránkazetta terhelésének meghatározásához, a Először meghatároztuk a feldolgozási időt, és a 4L, 5L és 6L feldolgozási időt rendre feljegyezték a TMP < vizsgálati nyomásával. 1,0 bar a megadott folyamatidő eléréséig. Jelenleg a megfelelő feldolgozási kapacitás a 10 kd 0,11 m²-es membránkazetta maximális terhelése a becsült folyamatidőben. A tényleges gyártás során arányos erősítés végezhető.

Ha többet szeretne megtudni a Guidling ultraszűrő membránkazetták terhelhetőségéről, vegye fel velünk a kapcsolatot további mélyreható megbeszélés céljából.

 

Guidlingről

A Guidling Technology egy nemzeti csúcstechnológiai vállalkozás, amely a biogyógyszerekre, a sejttenyésztésre, a biomedicina tisztítására és koncentrálására, a diagnózisra és az ipari folyadékokra összpontosít. Sikeresen fejlesztettünk centrifugális szűrőeszközöket, ultraszűrő és mikroszűrő kazettákat, vírusszűrőket, TFF rendszereket, mélységi szűrőket, üreges szálakat stb. Amelyek teljes mértékben megfelelnek a biogyógyszerek, a sejttenyésztés és így tovább. Membránjainkat és membránszűrőinket széles körben használják az előszűrés, a mikroszűrés, az ultraszűrés és a nanoszűrés koncentrálására, extrakciójára és szétválasztására. Számos termékcsaládunk, a kisméretű, egyszer használatos laboratóriumi szűréstől a gyártási szűrőrendszerekig, a sterilitásvizsgálaton, a fermentáción, a sejttenyésztésig és még sok másig megfelel a tesztelés és a gyártás igényeinek. A Guidling Technology már várja, hogy együttműködjön Önnel!