Studie om prosesskarakterisering av ultrafiltreringsmembrankassett i biofarmasøytisk felt (del 1)

Prosesskarakterisering (PC) studeres hovedsakelig på innflytelsen av prosessinngang på prosessutgang, og kontrollområdet til prosessparametere kan bestemmes ved studie, noe som vil forbedre prosessstabiliteten, redusere batchforskjeller og redusere risikoen for feil. Sørg for at prosess Ytelsesvalideringsbatcher (PPQ) og kommersielle produksjonsbatcher konsekvent produserer produkter som oppfyller kvalitetsstandarder.

 

Spesifikt mål

Identifiser prosessparametere som påvirker produktkvalitet og utbytte: Prosesskarakterisering lar deg bestemme hvilke prosessparametere som har en betydelig innvirkning på et produkts nøkkelkvalitetsattributter (CQA).

Bestem rekkevidden av driftsparametere og akseptable standarder: Dette inkluderer å bestemme kontrollområdet for prosessparametere for å sikre at produktene som produseres oppfyller de forhåndsbestemte kvalitetsstandardene.

Bestem forholdet mellom prosessparametere og nøkkelkvalitetsparametere: Ved å analysere forholdet mellom prosessparametere og nøkkelkvalitetsparametere kan prosessflyten optimaliseres og produktkvaliteten forbedres.

Etter hvert som flere og flere biofarmasøytiske legemidler går inn i stadiet av kritiske kliniske/registrerte kliniske studier, settes prosesskarakterisering, prosessvalideringsarbeid (PV) gradvis på dagsorden. Prosesskarakterisering og prosessvalidering basert på QbD-konsept er en av de viktigste oppgavene i premarket farmasøytisk forskning.

 

Ultrafiltreringsprosess har blitt et uunnværlig prosesstrinn i biofarmasøytisk produksjonsprosess, og flatmembrankassett har derfor blitt et nøkkelforbruk i biofarmasøytisk produksjon. Studiet av prosesskarakterisering av ultrafiltreringsmembrankassetter innen biofarmasøytiske applikasjoner er utvilsomt avgjørende, og det er relatert til kjerneinteresser og langsiktig utvikling av produkter. Formålet med prosesskarakteriseringsstudien for ultrafiltreringsmembrankassetter er å studere påvirkningen av driftsparametre for ultrafiltreringsprosessen på prosessytelse/produktkvalitet, for å bestemme nøkkelprosessparametrene og deres settpunkter og akseptabelt område. Membrankassett er en viktig membrankomponent i ultrafiltreringssystemet med tangentiell strømning. Produksjonsprosessen for tangentiell strømningsultrafiltrering bestemmes av mange parametere, blant dem er nøkkelprosessparametrene: valg av membranmateriale, valg av membranporestørrelse, tangentiell strømningskontroll, effektiv TMP-kontroll, lastverifisering, valg av membranområde, systemrengjøring, membranlevetid verifisering, dialyseoptimalisering osv. Disse parameterne påvirker ikke bare hverandre, men begrenser også hverandre. For å oppnå formålet med å forbedre prosessstabiliteten og produksjonseffektiviteten samtidig, er det nødvendig å optimalisere disse parameterne først. Nedenfor introduserer vi kort optimaliseringsideene til flere nøkkelprosessparametere.

 

Valg av membranmateriale

Materialene til ultrafiltreringsmembrankassetten er polyetersulfon (PES), regenerert cellulose (RC), polyvinylidenfluorid (PVDF) og så videre.

Polyetersulfon (PES)

PES er den mest brukte ultrafiltreringsmembranen for tiden. PES har sterk hydrofobicitet eller lipofilisitet, så den har lav vannstrøm og dårlig anti-forurensningsevne. Derfor er de fleste PES-membraner på markedet modifisert hydrofil polyetersulfon (PESU). PESU-membran er preget av høy fluks, syre- og alkalimotstand, trykkbestandighet, varmebestandighet og oksidasjonsmotstand. Det brukes hovedsakelig i høykonsentrasjonsproteinløsninger (som monoklonalt antistoff, HSA, IgG, rekombinant protein, etc.), cellehøsting, vaksiner, antibiotika, kontrastmidler, tradisjonell kinesisk medisin, syntetiske stoffer, etc.

 

Regenerert cellulose (RC)

Sammenlignet med andre materialer er den største fordelen med RC den ekstremt lave proteinadsorpsjonen. I tillegg er cellulose mer kompatibel med organiske løsemidler enn polyetersulfon, men den kan ikke renses og konserveres med høye konsentrasjoner av NaOH. RC-membran brukes hovedsakelig i lavkonsentrasjonsproteinløsning, proteinutbyttet har høye krav og løsningen inneholder organiske løsningsmidler, men ikke alle organiske løsningsmidler kan ultrafiltreres med cellulosemembran, det er nødvendig å selektere mot kompatibiliteten til membranen.

Polyvinylidenfluorid (PVDF)

PVDF er et spesielt polymermateriale med utmerket kjemisk stabilitet, termisk stabilitet og værbestandighet, og har god mekanisk styrke og trykkbestandighet. Denne membranen har høy permeabilitet og lav blokkeringsevne, kan effektivt overføre små molekyler og vann, samtidig som den blokkerer store molekyler og faste partikler. Innen biomedisin kan PVDF-membran brukes til fremstilling av rensede proteiner, cellekultur, blodseparasjon, etc. Selv om PVDF-ultrafiltreringsmembran har god ytelse, brukes den ofte i mikrofiltreringsprosessen.

 

Valg av membranåpning

Ultrafiltreringsporestørrelse er en av de viktige ytelsesindeksene til ultrafiltreringsmembran, som direkte påvirker separasjonseffektiviteten og fluksen til membranen. For stor blenderåpning fører til dårlig filtreringseffekt og kan ikke effektivt fjerne urenheter; Blenderåpningen er for liten vil redusere filtreringshastigheten, og til og med føre til blokkering, noe som påvirker levetiden til ultrafiltreringsmembranen. ‌

Valget av membranporestørrelse er vanligvis 3-6 ganger molekylvekten til målstoffet, fortrinnsvis 5 ganger, og høy strømningshastighet oppnås samtidig som høy utvinning sikres. Tabellen nedenfor viser de vanligste åpningene til membrankassetten i enkelte bruksscenarier.

 

Tangentiell strømningskontroll

Tangential Flow‌ er hastigheten til en væske som passerer gjennom og parallelt med overflaten av en membran, vanligvis uttrykt i liter per minutt (L/min) eller liter per kvadratmeter per time (L/㎡/h) ‌. Tangentiell strømning spiller en nøkkelrolle i tangentiell strømningsultrafiltrering, som bestemmer strømningsmodusen til væsken på membranoverflaten, og påvirker dermed filtreringseffektiviteten og levetiden til membranen. Tangentiell strømning har en "rensende" effekt på overflaten av filtermembranen, og passende økning av den tangentielle strømningshastigheten hjelper til med å lindre konsentrasjonspolariseringen og øke Fluxen. For høy tangentiell strømning vil imidlertid også øke skjærkraften som utsettes for produktet, noe som kan føre til en reduksjon i produktaktivitet. Derfor må valget av passende tangentiell strømningshastighet ta hensyn til toleransen til prøven og kravene til filtreringsprosessen ‌.

Den tangentielle strømningshastigheten avhenger i stor grad av membrankassettstrukturen og skjermtypen valgt. Ulike leverandører vil anbefale forskjellige tangentielle strømningshastigheter i henhold til egenskapene til deres egne membrankassetter. Den tangentielle strømningshastigheten anbefalt av Guidling ultrafiltreringsmembran er 4-6L/m²/min, men for noen sensitive prøver kan den være passende lavere enn det anbefalte området i henhold til den faktiske situasjonen.

 

Effektiv transmembrantrykk (TMP) kontroll

TMP er en nøkkelparameter i ultrafiltreringsprosessen for tangentiell strømning‌. Effektivt transmembrantrykk (TMP, enhet: bar eller psi) refererer til den gjennomsnittlige trykkforskjellen mellom de to sidene av membranen. Fluks (L/m²/h, L/m²/h, LMH) er mengden væske som passerer gjennom membranen per tidsenhet per enhet membranareal. I tangentiell strømningsultrafiltreringsprosess er TMP nært beslektet med Flux.

I ultrafiltreringsprosessen med konstant strømning av tangentiell strømning kan forholdet mellom Flux og TMP deles inn i to trinn.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= matetrykk, Pout= returtrykk, Pp= transmisjonstrykk).

Trykkrelatert område: Til å begynne med påvirkes Flux kun av motstanden til filtermembranen, så Flux vil øke lineært når TMP økes.

 

Trykkuavhengig område eller gellagskontrollområde: Med den kontinuerlige økningen av TMP, polariseres filtermembranen gradvis av konsentrasjon, og en del av den økte TMP oppveies av motstanden til konsentrasjonspolariseringslaget, slik at økningen i Flux gradvis bremses ned. . Inntil endelig er filtermembranen fullstendig polarisert av konsentrasjon, og den økte TMP er fullstendig oppveid av motstanden til det konsentrasjonspolariserte laget. På dette tidspunktet øker ikke lenger Flux.

I optimaliseringsprosessen for tangentiell strømnings-TMP, plottes fluksfluksen og TMP for å finne bøyningspunktet til TMP (fluks endres ikke med økningen av TMP), og 70-80 % av verdien av bøyningen punktet i TMP er generelt tatt som det beste TMP-punktet. På dette tidspunktet er ikke filtermembranen fullstendig polarisert av konsentrasjon, og fluksverdien er relativt høy.

 

Last bekreftelse

Kapasitet (L/m² eller g/m²) refererer til volumet eller massen av filtervæske per kvadratmeter membranareal. Dette er en av de viktigste indikatorene for å måle filtreringsytelse. Belastningen av forskjellige væsker varierer veldig, selv om den samme væsken (som vaksiner) brukes, på grunn av de forskjellige prosessene til forskjellige produsenter, er filtervalget og belastningen og andre ytelsesindikatorer ikke de samme.

 

Følgende er den anbefalte kapasiteten til Guidling ultrafiltreringsmembrankassetter for forskjellige membranområder.

Før prosessen bestemmes, må forsknings- og utviklingseksperimenter utføres, og {{0}}}.11m² eller 0.5m² membrankassetter brukes vanligvis i forsknings- og utviklingsstadiet. Ved å ta den første testen med 1{{10}}kd 0.11m² membrankassett i 45 minutter for å behandle 2L væske som et eksempel, for å bestemme belastningen på 10kd 0.11㎡ membrankassett, prosesstiden ble først bestemt, og behandlingstiden på henholdsvis 4L, 5L og 6L ble registrert med testtrykket på TMP < 1,0 bar til den angitte prosesstiden er nådd. På dette tidspunktet er den tilsvarende prosesseringskapasiteten maksimal belastning på 10kd 0,11m² membrankassett i den estimerte prosesstiden. I faktisk produksjon kan proporsjonal forsterkning gjøres.

Hvis du ønsker å vite mer om belastningen av Guidling ultrafiltreringsmembrankassetter, kan du kontakte oss for videre dybdediskusjon.

 

Om Guidling

Guidling Technology er et nasjonalt høyteknologisk foretak med fokus på biofarmasøytika, cellekultur, rensing og konsentrasjon av biomedisin, diagnose og industrielle væsker. Vi har med suksess utviklet sentrifugalfilterenheter, ultrafiltrerings- og mikrofiltreringskassetter, virusfilter, TFF-system, dybdefilter, hulfiber osv. Som fullt ut oppfyller bruksscenarioene for biofarmasøytiske midler, cellekultur og så videre. Våre membraner og membranfiltre er mye brukt i konsentrasjon, ekstraksjon og separasjon av forfiltrering, mikrofiltrering, ultrafiltrering og nanofiltrering. Våre mange produktlinjer, fra små laboratoriefiltrering til engangsbruk til produksjonsfiltreringssystemer, sterilitetstesting, fermentering, cellekultur og mer, møter behovene til testing og produksjon. Guidling Technology ser frem til å samarbeide med deg!