Studija o karakterizaciji procesa ultrafiltracione membranske kasete u biofarmaceutskom polju (1. dio)

Karakterizacija procesa (PC) se uglavnom proučava o uticaju inputa procesa na izlaz procesa, a ispitivanjem se može odrediti opseg kontrole parametara procesa, čime bi se poboljšala stabilnost procesa, smanjile razlike u šarži i smanjio rizik od kvara. Osigurajte da serije za provjeru valjanosti procesa (PPQ) i serije komercijalne proizvodnje dosljedno proizvode proizvode koji ispunjavaju standarde kvaliteta.

 

Specifičan cilj

Identifikujte parametre procesa koji utiču na kvalitet proizvoda i prinos: Karakterizacija procesa vam omogućava da odredite koji parametri procesa imaju značajan uticaj na ključne atribute kvaliteta proizvoda (CQA).

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

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

Kako sve više biofarmaceutika ulazi u fazu kritičnih kliničkih/registrovanih kliničkih studija, rad na karakterizaciji procesa, validaciji procesa (PV) postepeno se stavlja na dnevni red. Karakterizacija procesa i validacija procesa zasnovana na konceptu QbD jedan je od najvažnijih zadataka u farmaceutskim istraživanjima prije tržišta.

 

Proces ultrafiltracije postao je nezamjenjiv procesni korak u procesu proizvodnje biofarmaceuta, pa je ravna membranska kaseta postala ključni potrošni materijal u biofarmaceutskoj proizvodnji. Proučavanje karakterizacije procesa ultrafiltracijskih membranskih kaseta u području biofarmaceutske primjene je nesumnjivo ključno, a vezano je za suštinska interesovanja i dugoročni razvoj proizvoda. Svrha studije karakterizacije procesa ultrafiltracione membranske kasete je proučavanje uticaja radnih parametara procesa ultrafiltracije na performanse procesa/kvalitet proizvoda, kako bi se odredili ključni parametri procesa i njihove zadate tačke i prihvatljivi opseg. Membranska kaseta je važna membranska komponenta sistema za ultrafiltraciju tangencijalnog protoka. Proizvodni proces ultrafiltracije tangencijalnog toka određen je brojnim parametrima, među kojima su ključni parametri procesa: izbor materijala membrane, odabir veličine pore membrane, kontrola tangencijalnog protoka, efektivna TMP kontrola, provjera opterećenja, odabir površine membrane, čišćenje sistema, vijek trajanja membrane verifikacija, optimizacija dijalize, itd. Ovi parametri ne samo da utiču jedni na druge, već i ograničavaju jedni druge. Da bi se postigla svrha istovremenog poboljšanja stabilnosti procesa i efikasnosti proizvodnje, potrebno je prvo optimizirati ove parametre. U nastavku ukratko predstavljamo ideje optimizacije nekoliko ključnih parametara procesa.

 

Izbor materijala za membranu

Materijali kasete za ultrafiltracionu membranu su polieter sulfon (PES), regenerisana celuloza (RC), poliviniliden fluorid (PVDF) i tako dalje.

polieter sulfon (PES)

PES je trenutno najčešće korištena ultrafiltracijska membrana. PES ima jaku hidrofobnost ili lipofilnost, tako da ima mali protok vode i slabu sposobnost protiv zagađenja. Stoga je većina PES membrana na tržištu modificirani hidrofilni polieter sulfon (PESU). PESU membranu karakterizira visoka otpornost na fluks, kiseline i alkalije, otpornost na pritisak, otpornost na toplinu i otpornost na oksidaciju. Uglavnom se koristi u otopinama proteina visoke koncentracije (kao što su monoklonska antitijela, HSA, IgG, rekombinantni protein, itd.), prikupljanje ćelija, vakcine, antibiotici, kontrastna sredstva, tradicionalna kineska medicina, sintetički lijekovi itd.

 

Regenerisana celuloza (RC)

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

poliviniliden fluorid (PVDF)

PVDF je poseban polimerni materijal sa odličnom hemijskom stabilnošću, termičkom stabilnošću i otpornošću na vremenske uslove, te ima dobru mehaničku čvrstoću i otpornost na pritisak. Ova membrana ima visoku propusnost i nisku sposobnost blokiranja, može efikasno prenijeti male molekule i vodu, dok blokira velike molekule i čvrste čestice. U oblasti biomedicine, PVDF membrana se može koristiti za pripremu pročišćenih proteina, ćelijske kulture, odvajanje krvi, itd. Iako PVDF ultrafiltraciona membrana ima dobre performanse, često se koristi u procesu mikrofiltracije.

 

Izbor otvora membrane

Veličina ultrafiltracionih pora je jedan od važnih pokazatelja performansi ultrafiltracione membrane, koji direktno utiče na efikasnost odvajanja i protok membrane. Preveliki otvor dovodi do lošeg efekta filtracije i ne može efikasno ukloniti nečistoće; Premali otvor će smanjiti brzinu filtracije, pa čak i dovesti do začepljenja, što utiče na vijek trajanja ultrafiltracione membrane. ‌

Odabir veličine pore na membrani je općenito 3-6 puta molekulske težine ciljne supstance, poželjno 5 puta, a postiže se visoka brzina protoka uz osiguravanje visokog oporavka. Sljedeća tabela prikazuje najčešće korištene otvore membranske kasete u nekim scenarijima primjene.

 

Tangencijalna kontrola protoka

Tangencijalni protok‌ je brzina tekućine koja prolazi kroz i paralelno s površinom membrane, obično izražena u litrima po minuti (L/min) ili litrima po kvadratnom metru na sat (L/㎡/h) ‌. Tangencijalni protok igra ključnu ulogu u ultrafiltraciji tangencijalnog toka, koji određuje način protoka fluida na površini membrane, čime utiče na efikasnost filtracije i vijek trajanja membrane. Tangencijalni protok ima efekat "čišćenja" na površini filterske membrane, a odgovarajuće povećanje tangencijalne brzine protoka pomaže da se ublaži polarizacija koncentracije i poveća fluks. Međutim, previsok tangencijalni protok će također povećati posmičnu silu izloženu 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 u velikoj mjeri zavisi od strukture membranske kasete i odabranog tipa sita. Različiti dobavljači će preporučiti različite tangencijalne brzine protoka prema karakteristikama njihovih vlastitih membranskih kaseta. Tangencijalni protok koji preporučuje Guidling ultrafiltraciona membrana je 4-6L/m²/min, ali za neke osjetljive uzorke može biti prikladno niži od preporučenog raspona u skladu sa stvarnom situacijom.

 

Efektivna kontrola transmembranskog pritiska (TMP).

TMP je ključni parametar u procesu ultrafiltracije tangencijalnog toka‌. Efektivni transmembranski pritisak (TMP, jedinica: bar ili psi) odnosi se na prosječnu razliku tlaka između dvije strane membrane. Fluks (L/m²/h, L/m²/h, LMH) je količina tečnosti koja prolazi kroz membranu u jedinici vremena po jedinici površine membrane. U procesu ultrafiltracije tangencijalnog toka, TMP je usko povezan sa Fluxom.

U procesu ultrafiltracije tangencijalnog protoka konstantnog protoka, odnos između Flux-a i TMP-a može se podijeliti u dvije faze.

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

Područje vezano za pritisak: U početku na fluks utiče samo otpor filterske membrane, tako da će se fluks linearno povećati kada se TMP poveća.

 

Područje neovisno o tlaku ili kontrolno područje sloja gela: Uz kontinuirano povećanje TMP-a, membrana filtera se postepeno polarizira koncentracijom, a dio povećanog TMP-a se kompenzira otporom sloja polarizacije koncentracije, tako da se povećanje fluksa postupno usporava . Dok konačno, membrana filtera nije potpuno polarizirana koncentracijom, a povećani TMP je potpuno nadoknađen otporom koncentracijsko polariziranog sloja. U ovom trenutku, Flux se više ne povećava.

U procesu optimizacije TMP tangencijalnog toka, Flux Flux i TMP su iscrtani kako bi se pronašla tačka pregiba TMP (fluks se ne mijenja sa povećanjem TMP), i 70-80% vrijednosti infleksije tačka TMP-a se generalno uzima kao najbolja TMP tačka. U ovom trenutku, membrana filtera nije u potpunosti polarizirana koncentracijom, a vrijednost fluksa je relativno visoka.

 

Verifikacija učitavanja

Kapacitet (L/m² ili g/m²) se odnosi na zapreminu ili masu filterske tečnosti po kvadratnom metru površine membrane. Ovo je jedan od važnijih pokazatelja za mjerenje performansi 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 Guidling ultrafiltracijskih membranskih kaseta za različite površine membrane.

Prije nego što se proces odredi, potrebno je provesti istraživačko-razvojne eksperimente, a {{0}}.11m² ili 0.5m² membranske kasete se općenito koriste u fazi istraživanja i razvoja. Uzimajući početni test koristeći 1{{10}}kd 0.11m² membransku kasetu u trajanju od 45 minuta za obradu 2L tečnosti kao primjer, kako bi se odredilo opterećenje 10kd 0,11㎡ membranske kasete, prvo je određeno vrijeme procesa, a zabilježeno je vrijeme obrade 4L, 5L i 6L sa ispitnim pritiskom TMP < 1,0 bara dok se ne postigne određeno vrijeme procesa. U ovom trenutku, odgovarajući kapacitet obrade je maksimalno opterećenje od 10kd 0,11m² membranske kasete u procijenjenom vremenu procesa. U stvarnoj proizvodnji može se izvršiti proporcionalno pojačanje.

Ako želite saznati više o opterećenju Guidling ultrafiltracijskih membranskih kaseta, možete nas kontaktirati za daljnju detaljnu diskusiju.

 

O Guidlingu

Guidling Technology je nacionalna kompanija visoke tehnologije koja se fokusira na biofarmaceutike, ćelijsku kulturu, prečišćavanje i koncentraciju biomedicine, dijagnostiku i industrijske tekućine. Uspješno smo razvili centrifugalne filter uređaje, ultrafiltracione i mikrofiltracione kasete, virusni filter, TFF sistem, dubinski filter, šuplja vlakna, itd. Koji u potpunosti zadovoljavaju scenarije primjene biofarmaceutika, ćelijske kulture itd. Naše membrane i membranski filteri se široko koriste u koncentraciji, ekstrakciji i odvajanju predfiltracije, mikrofiltracije, ultrafiltracije i nanofiltracije. Naše brojne linije proizvoda, od malih, za jednokratnu upotrebu laboratorijske filtracije do proizvodnih sistema filtracije, testiranja sterilnosti, fermentacije, ćelijske kulture i više, zadovoljavaju potrebe testiranja i proizvodnje. Guidling Technology se raduje saradnji sa vama!