Undersøgelse af proceskarakterisering af ultrafiltreringsmembrankassette i biofarmaceutisk område (del 1)

Proceskarakterisering (PC) studeres hovedsageligt på indflydelsen af ​​procesinput på procesoutput, og kontrolområdet for procesparametre kan bestemmes ved undersøgelse, hvilket ville forbedre processtabiliteten, reducere batchforskelle og reducere risikoen for fejl. Sikre, at procesydelsesvalideringsbatches (PPQ) og kommercielle produktionsbatches konsekvent producerer produkter, der opfylder kvalitetsstandarder.

 

Specifikt mål

Identificer procesparametre, der påvirker produktkvalitet og udbytte: Proceskarakterisering giver dig mulighed for at bestemme, hvilke procesparametre, der har en væsentlig indflydelse på et produkts nøglekvalitetsegenskaber (CQA).

‌ Bestem rækken af ​​driftsparametre og acceptable standarder: dette omfatter bestemmelse af kontrolområdet for procesparametre for at sikre, at de producerede produkter opfylder de forudbestemte kvalitetsstandarder.

‌ Bestem forholdet mellem procesparametre og nøglekvalitetsparametre: Ved at analysere forholdet mellem procesparametre og nøglekvalitetsparametre kan procesflowet optimeres, og produktkvaliteten kan forbedres.

Efterhånden som flere og flere biofarmaceutiske lægemidler går ind i stadiet af kritiske kliniske/registrerede kliniske studier, sættes proceskarakterisering, procesvalideringsarbejde (PV) gradvist på dagsordenen. Proceskarakterisering og procesvalidering baseret på QbD-konceptet er en af ​​de vigtigste opgaver i præmarket farmaceutisk forskning.

 

Ultrafiltreringsproces er blevet et uundværligt procestrin i biofarmaceutisk produktionsproces, og flad membrankassette er derfor blevet et nøgleforbrugsstof i biofarmaceutisk produktion. Studiet af proceskarakteriseringen af ​​ultrafiltreringsmembrankassetter inden for biofarmaceutiske applikationer er uden tvivl afgørende, og det er relateret til kerneinteresser og langsigtet udvikling af produkter. Formålet med ultrafiltreringsmembrankassettens proceskarakteriseringsundersøgelse er at studere indflydelsen af ​​ultrafiltreringsprocesdriftsparametre på procesydelse/produktkvalitet for at bestemme nøgleprocesparametrene og deres sætpunkter og acceptable område. Membrankassette er en vigtig membrankomponent i ultrafiltreringssystemet med tangentielt flow. Produktionsprocessen for tangentiel flow-ultrafiltrering bestemmes af mange parametre, blandt hvilke de vigtigste procesparametre er: valg af membranmateriale, valg af membranporestørrelse, tangentiel flowkontrol, effektiv TMP-kontrol, belastningsverifikation, valg af membranområde, systemrensning, membranlevetid verifikation, dialyseoptimering osv. Disse parametre påvirker ikke kun hinanden, men begrænser også hinanden. For at opnå formålet med at forbedre processtabiliteten og produktionseffektiviteten på samme tid, er det nødvendigt at optimere disse parametre først. Nedenfor introducerer vi kort optimeringsideerne for flere nøgleprocesparametre.

 

Valg af membranmateriale

Materialerne til ultrafiltreringsmembrankassetter er polyethersulfon (PES), regenereret cellulose (RC), polyvinylidenfluorid (PVDF) og så videre.

Polyethersulfon (PES)

PES er den mest udbredte ultrafiltreringsmembran på nuværende tidspunkt. PES har stærk hydrofobicitet eller lipofilicitet, så det har lav vandflux og dårlig anti-forureningsevne. Derfor er de fleste PES-membraner på markedet modificeret hydrofil polyethersulfon (PESU). PESU-membran er kendetegnet ved høj flux, syre- og alkaliresistens, trykmodstand, varmebestandighed og oxidationsmodstand. Det bruges hovedsageligt i højkoncentrationsproteinopløsninger (såsom monoklonalt antistof, HSA, IgG, rekombinant protein osv.), cellehøst, vacciner, antibiotika, kontrastmidler, traditionel kinesisk medicin, syntetiske lægemidler osv.

 

Regenereret cellulose (RC)

Sammenlignet med andre materialer er den største fordel ved RC den ekstremt lave proteinadsorption. Derudover er cellulose mere kompatibel med organiske opløsningsmidler end polyethersulfon, men den kan ikke renses og konserveres med høje koncentrationer af NaOH. RC-membran bruges hovedsageligt i lavkoncentrationsproteinopløsning, proteinudbyttet stiller høje krav og opløsningen indeholder organiske opløsningsmidler, men ikke alle organiske opløsningsmidler kan ultrafiltreres med cellulosemembran, det er nødvendigt at selektere mod membranens kompatibilitet.

Polyvinylidenfluorid (PVDF)

PVDF er et specielt polymermateriale med fremragende kemisk stabilitet, termisk stabilitet og vejrbestandighed, og har god mekanisk styrke og trykmodstand. Denne membran har en høj permeabilitet og lav blokeringsevne, kan effektivt overføre små molekyler og vand, mens den blokerer store molekyler og faste partikler. Inden for biomedicin kan PVDF-membran bruges til fremstilling af oprensede proteiner, cellekultur, blodseparation osv. Selvom PVDF-ultrafiltreringsmembran har god ydeevne, bruges den ofte i mikrofiltreringsprocesser.

 

Valg af membranblænde

Ultrafiltreringsporestørrelse er et af de vigtige ydeevneindekser for ultrafiltreringsmembran, som direkte påvirker separationseffektiviteten og membranens flux. For stor blænde fører til dårlig filtreringseffekt og kan ikke effektivt fjerne urenheder; Åbningen er for lille vil reducere filtreringshastigheden og endda føre til blokering, hvilket påvirker levetiden for ultrafiltreringsmembranen. ‌

Udvælgelsen af ​​membranporestørrelse er generelt 3-6 gange målstoffets molekylvægt, fortrinsvis 5 gange, og høj strømningshastighed opnås samtidig med, at høj genvinding sikres. Følgende tabel viser de almindeligt anvendte åbninger i membrankassetten i nogle anvendelsesscenarier.

 

Tangentiel flowkontrol

Tangential Flow‌ er hastigheden af ​​en væske, der passerer gennem og parallelt med overfladen af ​​en membran, normalt udtrykt i liter per minut (L/min) eller liter per kvadratmeter i timen (L/㎡/h) ‌. Tangential flow spiller en nøglerolle i tangential flow ultrafiltrering, som bestemmer fluidets flowtilstand på membranoverfladen, og dermed påvirker filtreringseffektiviteten og membranens levetid. Tangential flow har en "rensende" effekt på overfladen af ​​filtermembranen, og en passende forøgelse af den tangentielle flowhastighed hjælper med at lindre koncentrationspolariseringen og øge Fluxen. For høj tangentiel strømning vil dog også øge forskydningskraften, der udsættes for produktet, hvilket kan føre til et fald i produktaktiviteten. Derfor skal valget af den passende tangentielle strømningshastighed tage højde for prøvens tolerance og kravene til filtreringsprocessen ‌.

Den tangentielle strømningshastighed afhænger i høj grad af den valgte membrankassettestruktur og skærmtype. Forskellige leverandører vil anbefale forskellige tangentielle strømningshastigheder i henhold til egenskaberne for deres egne membrankassetter. Den tangentielle flowhastighed, der anbefales af Guidling ultrafiltreringsmembran, er 4-6L/m²/min, men for nogle følsomme prøver kan den være passende lavere end det anbefalede område i henhold til den faktiske situation.

 

Effektiv transmembrantryk (TMP) kontrol

TMP er en nøgleparameter i tangentiel flow-ultrafiltreringsproces‌. Effektivt transmembrantryk (TMP, enhed: bar eller psi) refererer til den gennemsnitlige trykforskel mellem de to sider af membranen. Flux (L/m²/h, L/m²/h, LMH) er mængden af ​​væske, der passerer gennem membranen pr. tidsenhed pr. membranarealenhed. I ultrafiltreringsprocessen med tangentiel flow er TMP tæt forbundet med Flux.

I den tangentielle flow ultrafiltreringsproces med konstant flow kan forholdet mellem Flux og TMP opdeles i to trin.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= fødetryk, Pout= returtryk, Pp= transmissionstryk).

Trykrelateret region: Indledningsvis påvirkes Flux kun af modstanden af ​​filtermembranen, så Flux vil stige lineært, når TMP øges.

 

Trykuafhængigt område eller gellagskontrolområde: Med den kontinuerlige stigning af TMP polariseres filtermembranen gradvist af koncentration, og en del af den øgede TMP opvejes af modstanden af ​​koncentrationspolarisationslaget, så stigningen i Flux gradvist bremses. . Indtil endelig er filtermembranen fuldstændig polariseret af koncentration, og den øgede TMP er fuldstændig opvejet af modstanden af ​​det koncentrationspolariserede lag. På dette tidspunkt øges fluxen ikke længere.

I optimeringsprocessen for tangential flow TMP plottes Flux Flux og TMP for at finde bøjningspunktet for TMP (flux ændres ikke med stigningen af ​​TMP) og 70-80 % af værdien af ​​bøjningen punkt af TMP er generelt taget som det bedste TMP punkt. På dette tidspunkt er filtermembranen ikke blevet fuldstændig polariseret ved koncentration, og fluxværdien er relativt høj.

 

Indlæs bekræftelse

Kapacitet (L/m² eller g/m²) refererer til volumenet eller massen af ​​filtervæske pr. kvadratmeter membranareal. Dette er en af ​​de mere vigtige indikatorer til at måle filtreringsydelse. Belastningen af ​​forskellige væsker varierer meget, selvom den samme væske (såsom vacciner) bruges, på grund af de forskellige processer hos forskellige producenter, er filtervalg og belastning og andre ydeevneindikatorer ikke de samme.

 

Følgende er den anbefalede kapacitet af Guidling ultrafiltreringsmembrankassetter til forskellige membranområder.

Før processen bestemmes, skal der udføres forsknings- og udviklingseksperimenter, og {{0}}}.11m² eller 0.5m² membrankassetter bruges generelt i forsknings- og udviklingsfasen. Ved at tage den indledende test med 1{{10}}kd 0.11m² membrankassette i 45 minutter for at behandle 2L væske som et eksempel, for at bestemme belastningen af ​​10kd 0.11㎡ membrankassetten, procestiden blev først bestemt, og behandlingstiden på henholdsvis 4L, 5L og 6L blev registreret med testtrykket på TMP < 1,0 bar indtil den angivne procestid er nået. På dette tidspunkt er den tilsvarende behandlingskapacitet den maksimale belastning på 10kd 0,11m² membrankassette i den estimerede procestid. I faktisk produktion kan proportional forstærkning udføres.

Hvis du vil vide mere om belastningen af ​​Guidling ultrafiltreringsmembrankassetter, kan du kontakte os for yderligere dybdegående diskussion.

 

Om Guidling

Guidling Technology er en national højteknologisk virksomhed med fokus på biofarmaceutiske produkter, cellekultur, oprensning og koncentration af biomedicin, diagnose og industrielle væsker. Vi har med succes udviklet centrifugalfilterenheder, ultrafiltrerings- og mikrofiltreringskassetter, virusfilter, TFF-system, dybdefilter, hule fibre osv., som fuldt ud opfylder anvendelsesscenarierne for biofarmaceutika, cellekultur og så videre. Vores membraner og membranfiltre bruges i vid udstrækning til koncentrering, ekstraktion og adskillelse af forfiltrering, mikrofiltrering, ultrafiltrering og nanofiltrering. Vores mange produktlinjer, fra små laboratoriefiltrering til engangsbrug til produktionsfiltreringssystemer, sterilitetstestning, fermentering, cellekultur og mere, opfylder behovene for test og produktion. Guidling Technology ser frem til at samarbejde med dig!