Μελέτη σχετικά με τον χαρακτηρισμό διαδικασίας της κασέτας μεμβράνης υπερδιήθησης στο βιοφαρμακευτικό πεδίο (Μέρος 1)

Ο Χαρακτηρισμός Διεργασίας (PC) μελετάται κυρίως για την επίδραση της εισόδου διεργασίας στην έξοδο της διεργασίας και το εύρος ελέγχου των παραμέτρων διεργασίας μπορεί να προσδιοριστεί με μελέτη, η οποία θα βελτιώσει τη σταθερότητα της διαδικασίας, θα μειώσει τις διαφορές παρτίδων και θα μειώσει τον κίνδυνο αποτυχίας. Βεβαιωθείτε ότι οι παρτίδες επικύρωσης απόδοσης (PPQ) και οι παρτίδες εμπορικής παραγωγής παράγουν με συνέπεια προϊόντα που πληρούν τα πρότυπα ποιότητας.

 

Συγκεκριμένος στόχος

Προσδιορίστε τις παραμέτρους της διαδικασίας που επηρεάζουν την ποιότητα και την απόδοση του προϊόντος: Ο χαρακτηρισμός διαδικασίας σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε ποιες παράμετροι διαδικασίας έχουν σημαντικό αντίκτυπο στα βασικά ποιοτικά χαρακτηριστικά ενός προϊόντος (CQA).

Προσδιορίστε το εύρος των παραμέτρων λειτουργίας και τα αποδεκτά πρότυπα: αυτό περιλαμβάνει τον προσδιορισμό του εύρους ελέγχου των παραμέτρων της διαδικασίας για να διασφαλιστεί ότι τα παραγόμενα προϊόντα πληρούν τα προκαθορισμένα πρότυπα ποιότητας.

Προσδιορίστε τη σχέση μεταξύ των παραμέτρων της διαδικασίας και των βασικών παραμέτρων ποιότητας: Αναλύοντας τη σχέση μεταξύ των παραμέτρων της διαδικασίας και των βασικών παραμέτρων ποιότητας, η ροή της διαδικασίας μπορεί να βελτιστοποιηθεί και η ποιότητα του προϊόντος μπορεί να βελτιωθεί.

Καθώς όλο και περισσότερα βιοφαρμακευτικά προϊόντα εισέρχονται στο στάδιο των κρίσιμων κλινικών/καταχωρισμένων κλινικών μελετών, οι εργασίες χαρακτηρισμού διαδικασίας, επικύρωσης διαδικασίας (PV) μπαίνουν σταδιακά στην ημερήσια διάταξη. Ο χαρακτηρισμός της διαδικασίας και η επικύρωση διαδικασίας με βάση την έννοια του QbD είναι ένα από τα πιο σημαντικά καθήκοντα στη φαρμακευτική έρευνα πριν από την αγορά.

 

Η διαδικασία υπερδιήθησης έχει γίνει ένα απαραίτητο βήμα διαδικασίας στη διαδικασία παραγωγής βιοφαρμακευτικών προϊόντων και η κασέτα επίπεδης μεμβράνης έχει γίνει επομένως βασικό αναλώσιμο στη βιοφαρμακευτική παραγωγή. Η μελέτη του χαρακτηρισμού της διαδικασίας των κασετών μεμβράνης υπερδιήθησης στον τομέα των βιοφαρμακευτικών εφαρμογών είναι αναμφίβολα κρίσιμη και σχετίζεται με τα βασικά ενδιαφέροντα και τη μακροπρόθεσμη ανάπτυξη των προϊόντων. Σκοπός της μελέτης χαρακτηρισμού διεργασίας κασέτας μεμβράνης υπερδιήθησης είναι να μελετήσει την επίδραση των παραμέτρων λειτουργίας της διεργασίας υπερδιήθησης στην απόδοση διεργασίας/ποιότητα προϊόντος, προκειμένου να προσδιοριστούν οι βασικές παράμετροι διεργασίας και τα σημεία ρύθμισης και το αποδεκτό εύρος. Η κασέτα μεμβράνης είναι ένα σημαντικό συστατικό μεμβράνης του συστήματος υπερδιήθησης εφαπτομενικής ροής. Η διαδικασία παραγωγής υπερδιήθησης εφαπτομενικής ροής καθορίζεται από πολλές παραμέτρους, μεταξύ των οποίων οι βασικές παράμετροι διαδικασίας είναι: επιλογή υλικού μεμβράνης, επιλογή μεγέθους πόρων μεμβράνης, εφαπτομενικός έλεγχος ροής, αποτελεσματικός έλεγχος TMP, επαλήθευση φορτίου, επιλογή περιοχής μεμβράνης, καθαρισμός συστήματος, διάρκεια ζωής μεμβράνης επαλήθευση, βελτιστοποίηση αιμοκάθαρσης κ.λπ. Αυτές οι παράμετροι όχι μόνο επηρεάζουν η μία την άλλη αλλά και περιορίζουν η μία την άλλη. Για να επιτευχθεί ο σκοπός της βελτίωσης της σταθερότητας της διαδικασίας και της παραγωγικής αποδοτικότητας ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθούν πρώτα αυτές οι παράμετροι. Παρακάτω παρουσιάζουμε εν συντομία τις ιδέες βελτιστοποίησης πολλών βασικών παραμέτρων διεργασίας.

 

Επιλογή υλικού μεμβράνης

Τα υλικά της κασέτας μεμβράνης υπερδιήθησης είναι η πολυαιθεροσουλφόνη (PES), η αναγεννημένη κυτταρίνη (RC), το φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF) και ούτω καθεξής.

Πολυαιθεροσουλφόνη (PES)

Η PES είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μεμβράνη υπερδιήθησης επί του παρόντος. Το PES έχει ισχυρή υδροφοβικότητα ή λιποφιλικότητα, επομένως έχει χαμηλή ροή νερού και χαμηλή αντιρρυπαντική ικανότητα. Επομένως, οι περισσότερες μεμβράνες PES στην αγορά είναι τροποποιημένη υδρόφιλη πολυαιθεροσουλφόνη (PESU). Η μεμβράνη PESU χαρακτηρίζεται από υψηλή αντίσταση ροής, οξέων και αλκαλίων, αντοχή στην πίεση, αντοχή στη θερμότητα και αντοχή στην οξείδωση. Χρησιμοποιείται κυρίως σε διαλύματα πρωτεΐνης υψηλής συγκέντρωσης (όπως μονοκλωνικό αντίσωμα, HSA, IgG, ανασυνδυασμένη πρωτεΐνη κ.λπ.), συλλογή κυττάρων, εμβόλια, αντιβιοτικά, σκιαγραφικά, παραδοσιακή κινεζική ιατρική, συνθετικά φάρμακα κ.λπ.

 

Αναγεννημένη κυτταρίνη (RC)

Σε σύγκριση με άλλα υλικά, το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του RC είναι η εξαιρετικά χαμηλή προσρόφηση πρωτεΐνης. Επιπλέον, η κυτταρίνη είναι πιο συμβατή με οργανικούς διαλύτες από την πολυαιθεροσουλφόνη, αλλά δεν μπορεί να καθαριστεί και να διατηρηθεί με υψηλές συγκεντρώσεις NaOH. Η μεμβράνη RC χρησιμοποιείται κυρίως σε διάλυμα πρωτεΐνης χαμηλής συγκέντρωσης, η απόδοση πρωτεΐνης έχει υψηλές απαιτήσεις και το διάλυμα περιέχει οργανικούς διαλύτες, αλλά δεν μπορούν όλοι οι οργανικοί διαλύτες να υπερδιηθηθούν με μεμβράνη κυτταρίνης, είναι απαραίτητο να γίνει επιλογή έναντι της συμβατότητας της μεμβράνης.

Φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF)

Το PVDF είναι ένα ειδικό πολυμερές υλικό με εξαιρετική χημική σταθερότητα, θερμική σταθερότητα και αντοχή στις καιρικές συνθήκες, και έχει καλή μηχανική αντοχή και αντοχή στη θλίψη. Αυτή η μεμβράνη έχει υψηλή διαπερατότητα και χαμηλή ικανότητα αποκλεισμού, μπορεί να μεταφέρει αποτελεσματικά μικρά μόρια και νερό, ενώ μπλοκάρει μεγάλα μόρια και στερεά σωματίδια. Στον τομέα της βιοϊατρικής, η μεμβράνη PVDF μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή καθαρών πρωτεϊνών, κυτταροκαλλιέργεια, διαχωρισμό αίματος κ.λπ. Αν και η μεμβράνη υπερδιήθησης PVDF έχει καλή απόδοση, χρησιμοποιείται συχνά στη διαδικασία μικροδιήθησης.

 

Επιλογή διαφράγματος μεμβράνης

Το μέγεθος πόρων υπερδιήθησης είναι ένας από τους σημαντικούς δείκτες απόδοσης της μεμβράνης υπερδιήθησης, ο οποίος επηρεάζει άμεσα την απόδοση διαχωρισμού και τη ροή της μεμβράνης. Το πολύ μεγάλο άνοιγμα οδηγεί σε κακή επίδραση φιλτραρίσματος και δεν μπορεί να αφαιρέσει αποτελεσματικά τις ακαθαρσίες. Το πολύ μικρό άνοιγμα θα μειώσει την ταχύτητα φιλτραρίσματος και θα οδηγήσει ακόμη και σε απόφραξη, επηρεάζοντας τη διάρκεια ζωής της μεμβράνης υπερδιήθησης. ‌

Η επιλογή του μεγέθους των πόρων της μεμβράνης είναι γενικά 3-6 φορές του μοριακού βάρους της ουσίας-στόχου, κατά προτίμηση 5 φορές, και επιτυγχάνεται υψηλός ρυθμός ροής ενώ εξασφαλίζεται υψηλή ανάκτηση. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τα συνήθως χρησιμοποιούμενα ανοίγματα κασέτας μεμβράνης σε ορισμένα σενάρια εφαρμογής.

 

Έλεγχος εφαπτομενικής ροής

Η εφαπτομενική ροή είναι η ταχύτητα ενός ρευστού που διέρχεται και είναι παράλληλη προς την επιφάνεια μιας μεμβράνης, συνήθως εκφρασμένη σε λίτρα ανά λεπτό (L/min) ή λίτρα ανά τετραγωνικό μέτρο ανά ώρα (L/㎡/h). Η εφαπτομενική ροή παίζει βασικό ρόλο στην υπερδιήθηση εφαπτομενικής ροής, η οποία καθορίζει τον τρόπο ροής του ρευστού στην επιφάνεια της μεμβράνης, επηρεάζοντας έτσι την απόδοση διήθησης και τη διάρκεια ζωής της μεμβράνης. Η εφαπτομενική ροή έχει μια επίδραση "καθαρισμού" στην επιφάνεια της μεμβράνης του φίλτρου και η κατάλληλη αύξηση του ρυθμού εφαπτομενικής ροής συμβάλλει στην άμβλυνση της πόλωσης της συγκέντρωσης και στην αύξηση της ροής. Ωστόσο, η υπερβολικά υψηλή εφαπτομενική ροή θα αυξήσει επίσης τη δύναμη διάτμησης που υπόκειται στο προϊόν, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της δραστηριότητας του προϊόντος. Επομένως, η επιλογή του κατάλληλου εφαπτομενικού ρυθμού ροής πρέπει να λαμβάνει υπόψη την ανοχή του δείγματος και τις απαιτήσεις της διαδικασίας φιλτραρίσματος.

Ο εφαπτομενικός ρυθμός ροής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη δομή της κασέτας μεμβράνης και τον επιλεγμένο τύπο οθόνης. Διαφορετικοί προμηθευτές θα προτείνουν διαφορετικούς ρυθμούς εφαπτομενικής ροής σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά των δικών τους κασετών μεμβράνης. Ο εφαπτομενικός ρυθμός ροής που προτείνεται από τη μεμβράνη υπερδιήθησης Guidling είναι 4-6L/m²/min, αλλά για ορισμένα ευαίσθητα δείγματα, μπορεί να είναι κατάλληλα χαμηλότερος από το συνιστώμενο εύρος ανάλογα με την πραγματική κατάσταση.

 

Αποτελεσματικός έλεγχος διαμεμβρανικής πίεσης (TMP).

Το TMP είναι μια βασική παράμετρος στη διαδικασία υπερδιήθησης εφαπτομενικής ροής. Η αποτελεσματική διαμεμβρανική πίεση (TMP, μονάδα: bar ή psi) αναφέρεται στη μέση διαφορά πίεσης μεταξύ των δύο πλευρών της μεμβράνης. Ροή (L/m²/h, L/m²/h, LMH) είναι η ποσότητα ρευστού που διέρχεται από τη μεμβράνη ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα επιφάνειας μεμβράνης. Στη διαδικασία υπερδιήθησης εφαπτομενικής ροής, το TMP σχετίζεται στενά με το Flux.

Στη διαδικασία υπερδιήθησης εφαπτομενικής ροής σταθερής ροής, η σχέση μεταξύ Flux και TMP μπορεί να χωριστεί σε δύο στάδια.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= πίεση τροφοδοσίας, Pout= πίεση επιστροφής, Pp= πίεση μετάδοσης).

Περιοχή σχετική με την πίεση: Αρχικά, η ροή επηρεάζεται μόνο από την αντίσταση της μεμβράνης του φίλτρου, επομένως η ροή θα αυξηθεί γραμμικά όταν αυξηθεί το TMP.

 

Περιοχή ελέγχου ανεξάρτητης πίεσης ή επιφάνειας στρώματος γέλης: Με τη συνεχή αύξηση του TMP, η μεμβράνη φίλτρου πολώνεται σταδιακά από τη συγκέντρωση και μέρος του αυξημένου TMP αντισταθμίζεται από την αντίσταση του στρώματος πόλωσης συγκέντρωσης, έτσι η αύξηση της ροής σταδιακά επιβραδύνεται . Μέχρι τελικά, η μεμβράνη του φίλτρου να πολωθεί πλήρως από τη συγκέντρωση, και η αυξημένη TMP αντισταθμίζεται πλήρως από την αντίσταση του πολωμένου στρώματος συγκέντρωσης. Αυτή τη στιγμή, η ροή δεν αυξάνεται πλέον.

Στη διαδικασία βελτιστοποίησης του TMP εφαπτομενικής ροής, η ροή ροής και το TMP σχεδιάζονται για να βρουν το σημείο καμπής του TMP (η ροή δεν αλλάζει με την αύξηση του TMP) και το 70-80% της τιμής της καμπής Το σημείο του TMP λαμβάνεται γενικά ως το καλύτερο σημείο TMP. Αυτή τη στιγμή, η μεμβράνη του φίλτρου δεν έχει πολωθεί πλήρως από τη συγκέντρωση και η τιμή ροής είναι σχετικά υψηλή.

 

Φόρτωση επαλήθευσης

Η χωρητικότητα (L/m² ή g/m²) αναφέρεται στον όγκο ή τη μάζα του υγρού φίλτρου ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας μεμβράνης. Αυτός είναι ένας από τους πιο σημαντικούς δείκτες για τη μέτρηση της απόδοσης του φιλτραρίσματος. Το φορτίο διαφορετικών υγρών ποικίλλει πολύ, ακόμη και αν χρησιμοποιείται το ίδιο υγρό (όπως τα εμβόλια), λόγω των διαφορετικών διαδικασιών των διαφόρων κατασκευαστών, η επιλογή και το φορτίο του φίλτρου και άλλοι δείκτες απόδοσης δεν είναι οι ίδιοι.

 

Ακολουθεί η συνιστώμενη χωρητικότητα των κασετών μεμβράνης υπερδιήθησης Guidling για διαφορετικές περιοχές μεμβράνης.

Προτού προσδιοριστεί η διαδικασία, πρέπει να πραγματοποιηθούν πειράματα έρευνας και ανάπτυξης και οι κασέτες μεμβράνης {{0}}.11m² ή 0.5m² χρησιμοποιούνται γενικά στο στάδιο έρευνας και ανάπτυξης. Κάνοντας την αρχική δοκιμή χρησιμοποιώντας κασέτα μεμβράνης 1{{10}}kd 0.11m² για 45 λεπτά για την επεξεργασία 2L υγρού ως παράδειγμα, προκειμένου να προσδιοριστεί το φορτίο της κασέτας μεμβράνης 10kd 0,11㎡, η Ο χρόνος διεργασίας προσδιορίστηκε αρχικά και ο χρόνος επεξεργασίας των 4L, 5L και 6L καταγράφηκε αντίστοιχα με την πίεση δοκιμής TMP < 1,0bar μέχρι να επιτευχθεί ο καθορισμένος χρόνος διεργασίας. Αυτή τη στιγμή, η αντίστοιχη ικανότητα επεξεργασίας είναι το μέγιστο φορτίο κασέτας μεμβράνης 10kd 0,11m² στον εκτιμώμενο χρόνο διεργασίας. Στην πραγματική παραγωγή, μπορεί να γίνει αναλογική ενίσχυση.

Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερα σχετικά με το φορτίο των κασετών μεμβράνης υπερδιήθησης Guidling, μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί μας για περαιτέρω εις βάθος συζήτηση.

 

Σχετικά με το Guidling

Η Guidling Technology είναι μια εθνική επιχείρηση υψηλής τεχνολογίας που εστιάζει στα βιοφαρμακευτικά προϊόντα, την κυτταρική καλλιέργεια, τον καθαρισμό και τη συγκέντρωση βιοϊατρικής, τη διάγνωση και τα βιομηχανικά υγρά. Έχουμε αναπτύξει με επιτυχία συσκευές φυγόκεντρου φίλτρου, κασέτες υπερδιήθησης & μικροδιήθησης, φίλτρο ιών, σύστημα TFF, φίλτρο βάθους, κοίλες ίνες κ.λπ. Τα οποία ανταποκρίνονται πλήρως στα σενάρια εφαρμογής βιοφαρμακευτικών προϊόντων, κυτταροκαλλιέργειας κ.λπ. Οι μεμβράνες και τα φίλτρα μεμβράνης μας χρησιμοποιούνται ευρέως στη συμπύκνωση, την εκχύλιση και τον διαχωρισμό της προδιήθησης, της μικροδιήθησης, της υπερδιήθησης και της νανοδιήθησης. Οι πολλές σειρές προϊόντων μας, από μικρού μεγέθους εργαστηριακό φιλτράρισμα μιας χρήσης έως συστήματα φιλτραρίσματος παραγωγής, δοκιμές στειρότητας, ζύμωση, κυτταροκαλλιέργεια και άλλα, καλύπτουν τις ανάγκες δοκιμών και παραγωγής. Η Guidling Technology ανυπομονεί να συνεργαστεί μαζί σας!