Studija o karakterizaciji procesa ultrafiltracijske membranske kasete u biofarmaceutskom području (1. dio)

Karakterizacija procesa (PC) uglavnom se proučava o utjecaju ulaza procesa na izlaz procesa, a kontrolni raspon parametara procesa može se odrediti proučavanjem, što bi poboljšalo stabilnost procesa, smanjilo razlike u serijama i smanjilo rizik od kvara. Osigurajte da procesne serije za provjeru učinkovitosti (PPQ) i komercijalne proizvodne serije dosljedno proizvode proizvode koji zadovoljavaju standarde kvalitete.

 

Specifičan cilj

Identificirajte procesne parametre koji utječu na kvalitetu proizvoda i prinos: Karakterizacija procesa vam omogućuje da odredite koji procesni parametri imaju značajan utjecaj na ključne atribute kvalitete proizvoda (CQA).

‌Odredite raspon radnih parametara i prihvatljivih standarda: ovo uključuje određivanje kontrolnog raspona parametara procesa kako bi se osiguralo da proizvedeni proizvodi zadovoljavaju unaprijed određene standarde kvalitete.

‌Odredite odnos između parametara procesa i ključnih parametara kvalitete: Analizom odnosa između parametara procesa i ključnih parametara kvalitete, tijek procesa može se optimizirati i kvaliteta proizvoda može se poboljšati.

Kako sve više i više biofarmaceutika ulazi u fazu kritičnih kliničkih/registriranih kliničkih studija, rad na karakterizaciji procesa i validaciji procesa (PV) postupno se stavlja na dnevni red. Karakterizacija procesa i validacija procesa na temelju QbD koncepta jedna je od najvažnijih zadaća u farmaceutskom istraživanju pred tržištem.

 

Proces ultrafiltracije postao je neizostavan procesni korak u procesu biofarmaceutske proizvodnje, a kazeta s ravnom membranom stoga je postala ključni potrošni materijal u biofarmaceutskoj proizvodnji. Proučavanje karakterizacije procesa ultrafiltracijskih membranskih kazeta u području biofarmaceutske primjene nedvojbeno je ključno, a povezano je s temeljnim interesima i dugoročnim razvojem proizvoda. Svrha studije karakterizacije procesa ultrafiltracijske membranske kazete je proučavanje utjecaja radnih parametara procesa ultrafiltracije na izvedbu procesa/kvalitetu proizvoda, kako bi se odredili ključni procesni parametri i njihove zadane vrijednosti i prihvatljivi raspon. Membranska kazeta je važna komponenta membrane ultrafiltracijskog sustava tangencijalnog protoka. Proizvodni proces ultrafiltracije tangencijalnog protoka određen je mnogim parametrima, među kojima su ključni parametri procesa: odabir materijala membrane, odabir veličine pora membrane, kontrola tangencijalnog protoka, učinkovita kontrola TMP-a, provjera opterećenja, odabir područja membrane, čišćenje sustava, vijek trajanja membrane verifikacija, optimizacija dijalize, itd. Ovi parametri ne samo da utječu jedni na druge, već i ograničavaju jedni druge. Da bi se postigla svrha poboljšanja stabilnosti procesa i učinkovitosti proizvodnje u isto vrijeme, potrebno je najprije optimizirati ove parametre. U nastavku ukratko predstavljamo ideje optimizacije nekoliko ključnih parametara procesa.

 

Izbor materijala membrane

Materijali ultrafiltracijske membranske kasete su polieter sulfon (PES), regenerirana celuloza (RC), poliviniliden fluorid (PVDF) i tako dalje.

Polieter sulfon (PES)

PES je trenutno najraširenija ultrafiltracijska membrana. PES ima jaku hidrofobnost ili lipofilnost, tako da ima nizak protok vode i slabu sposobnost protiv onečišćenja. Stoga je većina PES membrana na tržištu modificirani hidrofilni polieter sulfon (PESU). PESU membranu karakterizira visoka otpornost na protok, otpornost na kiseline i lužine, otpornost na pritisak, toplinu i otpornost na oksidaciju. Uglavnom se koristi u otopinama proteina visoke koncentracije (kao što su monoklonska antitijela, HSA, IgG, rekombinantni protein itd.), prikupljanju stanica, cjepivima, antibioticima, kontrastnim sredstvima, tradicionalnoj kineskoj medicini, sintetičkim lijekovima itd.

 

Regenerirana celuloza (RC)

U usporedbi s drugim materijalima, najveća prednost RC je izuzetno niska adsorpcija proteina. Osim toga, celuloza je kompatibilnija s organskim otapalima nego polieter sulfon, ali se ne može čistiti i konzervirati s visokim koncentracijama NaOH. RC membrana se uglavnom koristi u otopini proteina niske koncentracije, prinos proteina ima visoke zahtjeve i otopina sadrži organska otapala, ali ne mogu se sva organska otapala ultrafiltrirati s celuloznom membranom, potrebno je odabrati u odnosu na kompatibilnost membrane.

Poliviniliden fluorid (PVDF)

PVDF je poseban polimerni materijal izvrsne kemijske stabilnosti, toplinske stabilnosti i otpornosti na vremenske uvjete te ima dobru mehaničku čvrstoću i otpornost na pritisak. Ova membrana ima visoku propusnost i nisku sposobnost blokiranja, može učinkovito prenijeti male molekule i vodu, dok blokira velike molekule i čvrste čestice. U području biomedicine, PVDF membrana se može koristiti za pripremu pročišćenih proteina, stanične kulture, odvajanje krvi, itd. Iako PVDF ultrafiltracijska membrana ima dobre performanse, često se koristi u procesu mikrofiltracije.

 

Izbor otvora membrane

Veličina pora ultrafiltracije jedan je od važnih pokazatelja učinkovitosti ultrafiltracijske membrane, koji izravno utječe na učinkovitost odvajanja i protok membrane. Preveliki otvor dovodi do lošeg učinka filtracije i ne može učinkovito ukloniti nečistoće; Premalen otvor blende smanjit će brzinu filtracije, pa čak i dovesti do začepljenja, što utječe na vijek trajanja ultrafiltracijske membrane. ‌

Odabir veličine pora membrane općenito je 3-6 puta veći od molekularne težine ciljne tvari, poželjno 5 puta, a postiže se visoka brzina protoka uz osiguravanje visokog oporavka. Sljedeća tablica prikazuje najčešće korištene otvore membranske kazete u nekim scenarijima primjene.

 

Tangencijalna kontrola protoka

Tangencijalni protok‌ je brzina tekućine koja prolazi kroz i paralelno s površinom membrane, obično izražena u litrama po minuti (L/min) ili litrama po kvadratnom metru po satu (L/㎡/h) ‌. Tangencijalni protok ima ključnu ulogu u ultrafiltraciji tangencijalnog protoka, koji određuje način protoka tekućine na površini membrane, čime utječe na učinkovitost filtracije i životni vijek membrane. Tangencijalni protok ima učinak "čišćenja" na površini filterske membrane, a odgovarajuće povećanje brzine tangencijalnog protoka pomaže ublažiti koncentracijsku polarizaciju i povećati protok. Međutim, previsok tangencijalni protok također će povećati silu smicanja koja je izložena proizvodu, što može dovesti do smanjenja aktivnosti proizvoda. Stoga odabir odgovarajuće tangencijalne brzine protoka treba uzeti u obzir toleranciju uzorka i zahtjeve procesa filtracije.

Tangencijalni protok uvelike ovisi o strukturi membranske kazete i odabranom tipu sita. Različiti dobavljači će preporučiti različite tangencijalne brzine protoka prema karakteristikama vlastitih membranskih kazeta. Tangencijalni protok protoka koji preporučuje Guidlingova ultrafiltracijska membrana je 4-6L/m²/min, ali za neke osjetljive uzorke može biti niži od preporučenog raspona u skladu sa stvarnom situacijom.

 

Učinkovita kontrola transmembranskog tlaka (TMP).

TMP je ključni parametar u procesu ultrafiltracije tangencijalnog protoka‌. Efektivni transmembranski tlak (TMP, jedinica: bar ili psi) odnosi se na prosječnu razliku tlaka između dviju strana membrane. Protok (L/m²/h, L/m²/h, LMH) je količina tekućine koja prolazi kroz membranu po jedinici vremena po jedinici površine membrane. U procesu ultrafiltracije tangencijalnog protoka, TMP je usko povezan s Fluxom.

U procesu ultrafiltracije tangencijalnog protoka s konstantnim protokom, odnos između protoka i TMP može se podijeliti u dvije faze.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= pritisak napajanja, Pout= povratni tlak, Pp= tlak prijenosa).

Područje povezano s tlakom: U početku na Flux utječe samo otpor membrane filtera, tako da će Flux linearno rasti kada se TMP poveća.

 

Područje neovisno o tlaku ili kontrolno područje sloja gela: S kontinuiranim povećanjem TMP-a, membrana filtera se postupno polarizira koncentracijom, a dio povećanog TMP-a kompenzira se otporom sloja polarizacije koncentracije, tako da se povećanje protoka postupno usporava . Sve dok konačno membrana filtera nije potpuno polarizirana koncentracijom, a povećani TMP je potpuno kompenziran otporom sloja polariziranog koncentracijom. U ovom trenutku, Flux se više ne povećava.

U procesu optimizacije TMP tangencijalnog protoka, Flux Flux i TMP se crtaju kako bi se pronašla točka infleksije TMP-a (fluks se ne mijenja s povećanjem TMP-a) i 70-80% vrijednosti infleksije točka TMP-a općenito se uzima kao najbolja TMP točka. U ovom trenutku membrana filtera nije potpuno polarizirana koncentracijom, a vrijednost protoka je relativno visoka.

 

Provjera opterećenja

Kapacitet (L/m² ili g/m²) odnosi se na volumen ili masu filterske tekućine po kvadratnom metru površine membrane. Ovo je jedan od važnijih pokazatelja za mjerenje učinka filtracije. Opterećenje različitih tekućina uvelike varira, čak i ako se koristi ista tekućina (kao što su cjepiva), zbog različitih procesa različitih proizvođača izbor filtera i opterećenje i drugi pokazatelji učinka nisu isti.

 

Slijedi preporučeni kapacitet Guidlingovih ultrafiltracijskih membranskih kazeta za različita područja membrane.

Prije utvrđivanja procesa potrebno je provesti pokuse istraživanja i razvoja, a membranske kazete {{0}}.11m² ili 0.5m² općenito se koriste u fazi istraživanja i razvoja. Uzimajući početni test pomoću 1{{10}}kd 0.11m² membranske kazete tijekom 45 minuta za obradu 2L tekućine kao primjera, kako bi se odredilo opterećenje 10kd 0,11㎡ membranske kazete, prvo je određeno vrijeme obrade, a vrijeme obrade 4L, 5L i 6L je zabilježeno s ispitnim tlakom TMP < 1,0 bar dok se ne postigne navedeno vrijeme procesa. U ovom trenutku, odgovarajući kapacitet obrade je maksimalno opterećenje od 10 kd 0,11 m² membranske kazete u procijenjenom vremenu procesa. U stvarnoj proizvodnji, može se napraviti proporcionalno pojačanje.

Ako želite saznati više o opterećenju Guidlingovih kazeta s ultrafiltracijskom membranom, možete nas kontaktirati za daljnju detaljnu raspravu.

 

O Guidlingu

Guidling Technology je nacionalno visokotehnološko poduzeće koje se fokusira na biofarmaceutike, kulturu stanica, pročišćavanje i koncentraciju biomedicine, dijagnozu i industrijske tekućine. Uspješno smo razvili centrifugalne filtarske uređaje, kazete za ultrafiltraciju i mikrofiltraciju, filtar za viruse, TFF sustav, dubinski filtar, šuplja vlakna itd. koji u potpunosti zadovoljavaju scenarije primjene biofarmaceutike, stanične kulture itd. Naše membrane i membranski filtri naširoko se koriste u koncentraciji, ekstrakciji i odvajanju predfiltracije, mikrofiltracije, ultrafiltracije i nanofiltracije. Naše brojne linije proizvoda, od male laboratorijske filtracije za jednokratnu upotrebu do proizvodnih filtracijskih sustava, ispitivanja sterilnosti, fermentacije, kulture stanica i više, zadovoljavaju potrebe testiranja i proizvodnje. Guidling Technology raduje se suradnji s vama!