Onderzoek naar proceskarakterisering van ultrafiltratiemembraancassettes op biofarmaceutisch gebied (deel 1)

Proceskarakterisering (PC) wordt voornamelijk bestudeerd op de invloed van procesinput op procesoutput, en het controlebereik van procesparameters kan door onderzoek worden bepaald, wat de processtabiliteit zou verbeteren, batchverschillen zou verminderen en het risico op falen zou verkleinen. Zorg ervoor dat batches voor procesprestatievalidatie (PPQ) en commerciële productiebatches consistent producten produceren die aan de kwaliteitsnormen voldoen.

 

Specifiek doel

Identificeer procesparameters die de productkwaliteit en opbrengst beïnvloeden: Met proceskarakterisering kunt u bepalen welke procesparameters een aanzienlijke impact hebben op de belangrijkste kwaliteitskenmerken (CQA) van een product.

‌Bepaal het bereik van bedrijfsparameters en aanvaardbare normen: dit omvat het bepalen van het controlebereik van procesparameters om ervoor te zorgen dat de geproduceerde producten voldoen aan de vooraf bepaalde kwaliteitsnormen.

‌Bepaal de relatie tussen procesparameters en belangrijke kwaliteitsparameters: Door de relatie tussen procesparameters en belangrijke kwaliteitsparameters te analyseren, kan de processtroom worden geoptimaliseerd en kan de productkwaliteit worden verbeterd.

Nu steeds meer biofarmaceutica het stadium van kritische klinische/geregistreerde klinische onderzoeken betreden, wordt proceskarakterisering en procesvalidatie (PV) geleidelijk op de agenda gezet. Proceskarakterisering en procesvalidatie op basis van het QbD-concept is een van de belangrijkste taken in pre-market farmaceutisch onderzoek.

 

Het ultrafiltratieproces is een onmisbare processtap geworden in het biofarmaceutische productieproces, en platte membraancassettes zijn daarom een ​​belangrijk verbruiksartikel geworden in de biofarmaceutische productie. De studie van de proceskarakterisering van ultrafiltratiemembraancassettes op het gebied van biofarmaceutische toepassingen is ongetwijfeld cruciaal, en houdt verband met de kernbelangen en de langetermijnontwikkeling van producten. Het doel van de proceskarakteriseringsstudie met ultrafiltratiemembraancassettes is het bestuderen van de invloed van de bedrijfsparameters van het ultrafiltratieproces op de procesprestaties/productkwaliteit, om de belangrijkste procesparameters en hun instelpunten en aanvaardbaar bereik te bepalen. Membraancassette is een belangrijke membraancomponent van het ultrafiltratiesysteem met tangentiële stroom. Het productieproces van ultrafiltratie met tangentiële stroom wordt bepaald door vele parameters, waaronder de belangrijkste procesparameters: selectie van membraanmateriaal, selectie van membraanporiegrootte, tangentiële stroomregeling, effectieve TMP-controle, belastingverificatie, selectie van membraanoppervlak, systeemreiniging, membraanlevensduur verificatie, dialyseoptimalisatie, enz. Deze parameters beïnvloeden elkaar niet alleen, maar beperken elkaar ook. Om het doel van het tegelijkertijd verbeteren van de processtabiliteit en de productie-efficiëntie te bereiken, is het noodzakelijk om eerst deze parameters te optimaliseren. Hieronder introduceren we kort de optimalisatie-ideeën van verschillende belangrijke procesparameters.

 

Selectie van membraanmateriaal

De materialen van de ultrafiltratiemembraancassette zijn polyethersulfon (PES), geregenereerde cellulose (RC), polyvinylideenfluoride (PVDF) enzovoort.

Polyethersulfon (PES)

PES is momenteel het meest gebruikte ultrafiltratiemembraan. PES heeft een sterke hydrofobiciteit of lipofiliteit, dus het heeft een lage waterstroom en een slecht anti-vervuilingsvermogen. Daarom zijn de meeste PES-membranen op de markt gemodificeerd hydrofiel polyethersulfon (PESU). PESU-membraan wordt gekenmerkt door hoge flux-, zuur- en alkalibestendigheid, drukbestendigheid, hittebestendigheid en oxidatieweerstand. Het wordt voornamelijk gebruikt in eiwitoplossingen met een hoge concentratie (zoals monoklonaal antilichaam, HSA, IgG, recombinant eiwit, enz.), celoogst, vaccins, antibiotica, contrastmiddelen, traditionele Chinese geneeskunde, synthetische medicijnen, enz.

 

Geregenereerde cellulose (RC)

Vergeleken met andere materialen is het grootste voordeel van RC de extreem lage eiwitadsorptie. Bovendien is cellulose beter verenigbaar met organische oplosmiddelen dan polyethersulfon, maar kan het niet worden gereinigd en geconserveerd met hoge concentraties NaOH. RC-membraan wordt voornamelijk gebruikt in eiwitoplossingen met een lage concentratie, de eiwitopbrengst stelt hoge eisen en de oplossing bevat organische oplosmiddelen, maar niet alle organische oplosmiddelen kunnen worden ultrafiltreerd met cellulosemembraan, het is noodzakelijk om te selecteren op de compatibiliteit van het membraan.

Polyvinylideenfluoride (PVDF)

PVDF is een speciaal polymeermateriaal met uitstekende chemische stabiliteit, thermische stabiliteit en weersbestendigheid, en heeft een goede mechanische sterkte en drukweerstand. Dit membraan heeft een hoge permeabiliteit en een laag blokkeervermogen, kan kleine moleculen en water effectief overbrengen, terwijl het grote moleculen en vaste deeltjes blokkeert. Op het gebied van de biogeneeskunde kan het PVDF-membraan worden gebruikt voor de bereiding van gezuiverde eiwitten, celcultuur, bloedscheiding, enz. Hoewel het PVDF-ultrafiltratiemembraan goede prestaties levert, wordt het vaak gebruikt in microfiltratieprocessen.

 

Selectie van membraanopeningen

De poriegrootte van ultrafiltratie is een van de belangrijke prestatie-indexen van ultrafiltratiemembraan, die rechtstreeks de scheidingsefficiëntie en flux van het membraan beïnvloedt. Een te grote opening leidt tot een slecht filtratie-effect en kan onzuiverheden niet effectief verwijderen; Een te kleine opening zal de filtratiesnelheid verminderen en zelfs tot verstopping leiden, wat de levensduur van het ultrafiltratiemembraan beïnvloedt. ‌

De selectie van de membraanporiegrootte is doorgaans 3-6 keer het molecuulgewicht van de doelstof, bij voorkeur 5 keer, en er wordt een hoge stroomsnelheid bereikt terwijl een hoge terugwinning wordt gegarandeerd. De volgende tabel toont de veelgebruikte openingen van membraancassettes in sommige toepassingsscenario's.

 

Tangentiële stroomregeling

Tangentiële stroom‌ is de snelheid van een vloeistof die door en evenwijdig aan het oppervlak van een membraan stroomt, meestal uitgedrukt in liters per minuut (L/min) of liters per vierkante meter per uur (L/㎡/h). Tangentiële stroming speelt een sleutelrol bij ultrafiltratie met tangentiële stroming, die de stromingsmodus van de vloeistof op het membraanoppervlak bepaalt, waardoor de filtratie-efficiëntie en de levensduur van het membraan worden beïnvloed. Tangentiële stroom heeft een "reinigend" effect op het oppervlak van het filtermembraan, en het op de juiste manier verhogen van de tangentiële stroomsnelheid helpt de concentratiepolarisatie te verminderen en de flux te vergroten. Een te hoge tangentiële stroming zal echter ook de afschuifkracht die aan het product wordt blootgesteld vergroten, wat kan leiden tot een afname van de productactiviteit. Daarom moet bij de selectie van het juiste tangentiële debiet rekening worden gehouden met de tolerantie van het monster en de vereisten van het filtratieproces.

Het tangentiële debiet hangt grotendeels af van de gekozen membraancassettestructuur en het gekozen zeeftype. Verschillende leveranciers zullen verschillende tangentiële stroomsnelheden aanbevelen, afhankelijk van de kenmerken van hun eigen membraancassettes. De door het Guidling-ultrafiltratiemembraan aanbevolen tangentiële stroomsnelheid is 4-6L/m²/min, maar voor sommige gevoelige monsters kan deze lager zijn dan het aanbevolen bereik, afhankelijk van de werkelijke situatie.

 

Effectieve controle van de transmembraandruk (TMP).

TMP is een sleutelparameter in het ultrafiltratieproces met tangentiële stroming. Effectieve transmembraandruk (TMP, eenheid: bar of psi) verwijst naar het gemiddelde drukverschil tussen de twee zijden van het membraan. Flux (L/m²/u, L/m²/u, LMH) is de hoeveelheid vloeistof die per tijdseenheid per membraanoppervlak door het membraan stroomt. Bij het ultrafiltratieproces met tangentiële stroming is TMP nauw verwant aan Flux.

Bij het ultrafiltratieproces met tangentiële stroom met constante stroom kan de relatie tussen Flux en TMP in twee fasen worden verdeeld.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= invoerdruk, Pout= retourdruk, Pp= transmissiedruk).

Drukgerelateerd gebied: In eerste instantie wordt Flux alleen beïnvloed door de weerstand van het filtermembraan, dus Flux zal lineair toenemen als TMP wordt verhoogd.

 

Drukonafhankelijk gebied of gellaagcontrolegebied: Met de voortdurende toename van TMP wordt het filtermembraan geleidelijk gepolariseerd door concentratie, en een deel van de verhoogde TMP wordt gecompenseerd door de weerstand van de concentratiepolarisatielaag, zodat de toename van Flux geleidelijk vertraagt . Totdat uiteindelijk het filtermembraan volledig gepolariseerd is door concentratie, en de verhoogde TMP volledig gecompenseerd wordt door de weerstand van de concentratiegepolariseerde laag. Op dit moment neemt de Flux niet langer toe.

In het optimalisatieproces van de tangentiële stroom TMP worden de Flux Flux en TMP uitgezet om het buigpunt van de TMP te vinden (de flux verandert niet met de toename van de TMP), en 70-80% van de waarde van de buiging Het punt van de TMP wordt doorgaans als het beste TMP-punt beschouwd. Op dit moment is het filtermembraan nog niet volledig gepolariseerd door concentratie en is de fluxwaarde relatief hoog.

 

Verificatie laden

Capaciteit (L/m² of g/m²) verwijst naar het volume of de massa filtervloeistof per vierkante meter membraanoppervlak. Dit is een van de belangrijkste indicatoren om de filtratieprestaties te meten. De belasting van verschillende vloeistoffen varieert enorm, zelfs als dezelfde vloeistof (zoals vaccins) wordt gebruikt. Als gevolg van de verschillende processen van verschillende fabrikanten zijn de filterselectie, de belasting en andere prestatie-indicatoren niet hetzelfde.

 

Hieronder volgt de aanbevolen capaciteit van Guidling-ultrafiltratiemembraancassettes voor verschillende membraangebieden.

Voordat het proces wordt bepaald, moeten er onderzoeks- en ontwikkelingsexperimenten worden uitgevoerd, en in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase worden over het algemeen {{0}}.11m² of 0.5m² membraancassettes gebruikt. Als we de eerste test uitvoeren met een membraancassette van 1{{10}}kd 0.11m² gedurende 45 minuten om bijvoorbeeld 2 liter vloeistof te verwerken, om de belasting van een membraancassette van 10kd 0,11㎡ te bepalen, De procestijd werd eerst bepaald en de verwerkingstijd van respectievelijk 4L, 5L en 6L werd geregistreerd met de testdruk van TMP < 1,0 bar totdat de gespecificeerde procestijd was bereikt. bereikt. Op dit moment is de overeenkomstige verwerkingscapaciteit de maximale belasting van 10kd 0,11m² membraancassette in de geschatte procestijd. Bij daadwerkelijke productie kan proportionele versterking worden uitgevoerd.

Als u meer wilt weten over de belasting van Guidling ultrafiltratiemembraancassettes, kunt u contact met ons opnemen voor een verder diepgaand gesprek.

 

Over Guidling

Guidling Technology is een nationale hightech onderneming die zich richt op biofarmaceutica, celcultuur, zuivering en concentratie van biogeneeskunde, diagnose en industriële vloeistoffen. We hebben met succes centrifugale filterapparaten, ultrafiltratie- en microfiltratiecassettes, virusfilters, TFF-systemen, dieptefilters, holle vezels, enz. ontwikkeld. Die volledig voldoen aan de toepassingsscenario's van biofarmaceutica, celcultuur, enzovoort. Onze membranen en membraanfilters worden veel toegepast bij het concentreren, extraheren en scheiden van voorfiltratie, microfiltratie, ultrafiltratie en nanofiltratie. Onze vele productlijnen, van kleine laboratoriumfiltratie voor eenmalig gebruik tot productiefiltratiesystemen, steriliteitstesten, fermentatie, celcultuur en meer, voldoen aan de behoeften van testen en productie. Guidling Technology kijkt ernaar uit om met u samen te werken!