Проучване за характеризиране на процеса на ултрафилтрационна мембранна касета в биофармацевтичната област (част 1)

Характеризирането на процеса (PC) се изучава главно върху влиянието на входа на процеса върху изхода на процеса и обхватът на контрол на параметрите на процеса може да бъде определен чрез проучване, което би подобрило стабилността на процеса, намалило разликите в партидите и намалило риска от повреда. Уверете се, че процесните партиди за валидиране на ефективността (PPQ) и търговските производствени партиди постоянно произвеждат продукти, които отговарят на стандартите за качество.

 

Конкретна цел

Идентифицирайте параметрите на процеса, които влияят върху качеството и добива на продукта: Характеризирането на процеса ви позволява да определите кои параметри на процеса имат значително влияние върху ключовите атрибути за качество на продукта (CQA).

‌Определяне на диапазона от работни параметри и приемливи стандарти: това включва определяне на контролния диапазон на параметрите на процеса, за да се гарантира, че произведените продукти отговарят на предварително определените стандарти за качество.

‌Определяне на връзката между параметрите на процеса и ключовите параметри на качеството: Чрез анализиране на връзката между параметрите на процеса и ключовите параметри на качеството, потокът на процеса може да бъде оптимизиран и качеството на продукта може да бъде подобрено.

Тъй като все повече и повече биофармацевтични продукти навлизат в етапа на критични клинични/регистрирани клинични проучвания, характеризирането на процеса, работата по валидиране на процеса (PV) постепенно се поставя на дневен ред. Характеризирането на процеса и валидирането на процеса въз основа на концепцията за QbD е една от най-важните задачи в предпазарните фармацевтични изследвания.

 

Процесът на ултрафилтрация се превърна в незаменима стъпка от процеса в биофармацевтичния производствен процес и следователно касетата с плоска мембрана се превърна в ключов консуматив в биофармацевтичното производство. Изследването на характеризирането на процеса на ултрафилтрационни мембранни касети в областта на биофармацевтичните приложения несъмнено е от решаващо значение и е свързано с основните интереси и дългосрочното развитие на продуктите. Целта на изследването за характеризиране на процеса на ултрафилтрационната мембранна касета е да се проучи влиянието на работните параметри на процеса на ултрафилтрация върху производителността на процеса/качеството на продукта, за да се определят ключовите параметри на процеса и техните зададени точки и приемлив диапазон. Мембранната касета е важен мембранен компонент на системата за ултрафилтрация с тангенциален поток. Производственият процес на ултрафилтрация на тангенциален поток се определя от много параметри, сред които ключовите параметри на процеса са: избор на мембранен материал, избор на размер на мембранните пори, контрол на тангенциалния поток, ефективен TMP контрол, проверка на натоварването, избор на площ на мембраната, почистване на системата, живот на мембраната верификация, оптимизация на диализата и т.н. Тези параметри не само си влияят един на друг, но и се ограничават взаимно. За да се постигне целта за подобряване на стабилността на процеса и ефективността на производството в същото време, е необходимо първо да се оптимизират тези параметри. По-долу представяме накратко идеите за оптимизиране на няколко ключови параметъра на процеса.

 

Избор на материал за мембрана

Материалите на ултрафилтрационната мембранна касета са полиетер сулфон (PES), регенерирана целулоза (RC), поливинилиден флуорид (PVDF) и т.н.

Полиетер сулфон (PES)

PES е най-широко използваната ултрафилтрационна мембрана в момента. PES има силна хидрофобност или липофилност, така че има нисък воден поток и слаба способност срещу замърсяване. Следователно повечето PES мембрани на пазара са модифициран хидрофилен полиетер сулфон (PESU). PESU мембраната се характеризира с висок поток, устойчивост на киселини и основи, устойчивост на налягане, устойчивост на топлина и устойчивост на окисление. Използва се главно в протеинови разтвори с висока концентрация (като моноклонално антитяло, HSA, IgG, рекомбинантен протеин и др.), събиране на клетки, ваксини, антибиотици, контрастни вещества, традиционна китайска медицина, синтетични лекарства и др.

 

Регенерирана целулоза (RC)

В сравнение с други материали, най-голямото предимство на RC е изключително ниската адсорбция на протеини. В допълнение, целулозата е по-съвместима с органични разтворители, отколкото полиетер сулфон, но не може да бъде почистена и консервирана с високи концентрации на NaOH. RC мембраната се използва главно в протеинов разтвор с ниска концентрация, добивът на протеин има високи изисквания и разтворът съдържа органични разтворители, но не всички органични разтворители могат да бъдат ултрафилтрирани с целулозна мембрана, необходимо е да се избере спрямо съвместимостта на мембраната.

Поливинилиден флуорид (PVDF)

PVDF е специален полимерен материал с отлична химическа стабилност, термична стабилност и устойчивост на атмосферни влияния и има добра механична якост и устойчивост на натиск. Тази мембрана има висока пропускливост и ниска блокираща способност, може ефективно да пренася малки молекули и вода, като същевременно блокира големи молекули и твърди частици. В областта на биомедицината PVDF мембраната може да се използва за приготвяне на пречистени протеини, клетъчна култура, разделяне на кръвта и др. Въпреки че PVDF ултрафилтрационната мембрана има добра производителност, тя често се използва в процеса на микрофилтрация.

 

Избор на отвора на мембраната

Размерът на порите за ултрафилтрация е един от важните показатели за ефективност на ултрафилтрационната мембрана, който пряко влияе върху ефективността на разделяне и потока на мембраната. Твърде големият отвор води до лош ефект на филтриране и не може ефективно да премахне примесите; Твърде малкият отвор ще намали скоростта на филтриране и дори ще доведе до запушване, което ще повлияе на експлоатационния живот на ултрафилтрационната мембрана. ‌

Изборът на размера на порите на мембраната обикновено е 3-6 пъти по-голям от молекулното тегло на целевото вещество, за предпочитане 5 пъти, и се постига висока скорост на потока, като същевременно се гарантира високо възстановяване. Следната таблица показва често използваните отвори на мембранната касета в някои сценарии на приложение.

 

Контрол на тангенциалния поток

Тангенциалният поток‌ е скоростта на течност, преминаваща през и успоредно на повърхността на мембрана, обикновено изразена в литри на минута (L/min) или литри на квадратен метър на час (L/㎡/h) ‌. Тангенциалният поток играе ключова роля в ултрафилтрацията на тангенциалния поток, който определя режима на потока на течността върху повърхността на мембраната, като по този начин влияе върху ефективността на филтриране и експлоатационния живот на мембраната. Тангенциалният поток има "почистващ" ефект върху повърхността на филтърната мембрана и подходящото увеличаване на скоростта на тангенциалния поток помага за облекчаване на поляризацията на концентрацията и увеличаване на потока. Твърде високият тангенциален поток обаче също ще увеличи силата на срязване, подложена на продукта, което може да доведе до намаляване на активността на продукта. Следователно изборът на подходящ тангенциален дебит трябва да вземе предвид толеранса на пробата и изискванията на процеса на филтриране.

Скоростта на тангенциалния поток зависи до голяма степен от структурата на мембранната касета и избрания тип екран. Различните доставчици ще препоръчат различни скорости на тангенциалния поток според характеристиките на техните собствени мембранни касети. Скоростта на тангенциалния поток, препоръчана от ултрафилтрационната мембрана на Guidling, е 4-6L/m²/min, но за някои чувствителни проби тя може да бъде подходящо по-ниска от препоръчителния диапазон според действителната ситуация.

 

Ефективен контрол на трансмембранното налягане (TMP).

TMP е ключов параметър в процеса на ултрафилтрация на тангенциален поток‌. Ефективното трансмембранно налягане (TMP, единица: бар или psi) се отнася до средната разлика в налягането между двете страни на мембраната. Поток (L/m²/h, L/m²/h, LMH) е количеството течност, преминаваща през мембраната за единица време на единица площ на мембраната. В процеса на ултрафилтрация на тангенциален поток, TMP е тясно свързан с Flux.

В процеса на ултрафилтрация с тангенциален поток с постоянен поток връзката между Flux и TMP може да бъде разделена на два етапа.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= захранващо налягане, Pout= връщащо налягане, Pp= предавателно налягане).

Област, свързана с налягането: Първоначално Flux се влияе само от съпротивлението на филтърната мембрана, така че Flux ще нараства линейно, когато TMP се увеличи.

 

Независима от налягането област или зона за контрол на геловия слой: С непрекъснатото увеличаване на TMP, филтърната мембрана постепенно се поляризира от концентрацията и част от увеличения TMP се компенсира от съпротивлението на поляризационния слой на концентрацията, така че увеличаването на потока постепенно се забавя . Докато накрая филтърната мембрана е напълно поляризирана от концентрацията, а увеличеният TMP е напълно компенсиран от съпротивлението на концентрационно поляризирания слой. По това време потокът вече не се увеличава.

В процеса на оптимизиране на TMP на тангенциалния поток потокът на потока и TMP се начертават, за да се намери инфлексната точка на TMP (потокът не се променя с увеличаването на TMP) и 70-80% от стойността на инфлексията точка на TMP обикновено се приема за най-добра точка на TMP. По това време филтърната мембрана не е напълно поляризирана от концентрацията и стойността на потока е относително висока.

 

Проверка на натоварването

Капацитет (L/m² или g/m²) се отнася до обема или масата на филтърната течност на квадратен метър площ на мембраната. Това е един от най-важните показатели за измерване на ефективността на филтриране. Зареждането на различните течности варира значително, дори ако се използва една и съща течност (като ваксини), поради различните процеси на различните производители изборът на филтър и натоварването и други показатели за ефективност не са еднакви.

 

По-долу е препоръчителният капацитет на касетите с ултрафилтрационна мембрана Guidling за различни области на мембраната.

Преди да се определи процесът, трябва да се извършат изследователски и развойни експерименти и мембранните касети {{0}}.11m² или 0.5m² обикновено се използват в етапа на изследване и разработка. Като вземем първоначалния тест с използване на 1{{10}}kd 0.11m² мембранна касета за 45 минути за обработка на 2L течност като пример, за да определим натоварването на 10kd 0,11㎡ мембранна касета, Първо беше определено времето за обработка и времето за обработка на 4L, 5L и 6L беше записано съответно с изпитвателното налягане на TMP < 1,0 bar до достигане на определеното време на процеса. Понастоящем съответният капацитет за обработка е максималното натоварване от 10 kd 0,11 m² мембранна касета за очакваното време на процеса. При реално производство може да се направи пропорционално усилване.

Ако искате да научите повече за натоварването на касетите с ултрафилтрационна мембрана Guidling, можете да се свържете с нас за по-нататъшно задълбочено обсъждане.

 

Относно Guidling

Guidling Technology е национално високотехнологично предприятие, фокусирано върху биофармацевтични продукти, клетъчни култури, пречистване и концентрация на биомедицина, диагностика и индустриални течности. Ние успешно разработихме центробежни филтърни устройства, ултрафилтрационни и микрофилтрационни касети, вирусен филтър, TFF система, дълбочинен филтър, кухи влакна и т.н. Които напълно отговарят на сценариите за приложение на биофармацевтични продукти, клетъчни култури и т.н. Нашите мембрани и мембранни филтри се използват широко при концентрация, екстракция и разделяне на предварителна филтрация, микрофилтрация, ултрафилтрация и нанофилтрация. Нашите многобройни продуктови линии, от малка лабораторна филтрация за еднократна употреба до производствени филтриращи системи, тестове за стерилност, ферментация, клетъчни култури и други, отговарят на нуждите от тестване и производство. Guidling Technology очаква с нетърпение да си сътрудничи с вас!