Studiu privind caracterizarea procesului a casetei cu membrană de ultrafiltrare în domeniul biofarmaceutic (Partea 1)

Caracterizarea procesului (PC) este studiată în principal asupra influenței intrării procesului asupra ieșirii procesului, iar intervalul de control al parametrilor procesului poate fi determinat prin studiu, ceea ce ar îmbunătăți stabilitatea procesului, ar reduce diferențele de lot și ar reduce riscul de eșec. Asigurați-vă că loturile de validare a performanței procesului (PPQ) și loturile de producție comercială produc în mod constant produse care îndeplinesc standardele de calitate.

 

Scop specific

Identificați parametrii de proces care afectează calitatea și randamentul produsului: Caracterizarea procesului vă permite să determinați care parametri de proces au un impact semnificativ asupra atributelor cheie de calitate (CQA) ale unui produs.

‌Determinați gama de parametri de funcționare și standardele acceptabile: aceasta include determinarea intervalului de control al parametrilor de proces pentru a vă asigura că produsele fabricate îndeplinesc standardele de calitate predeterminate.

‌Determinați relația dintre parametrii procesului și parametrii cheie de calitate: prin analizarea relației dintre parametrii procesului și parametrii cheie de calitate, fluxul procesului poate fi optimizat și calitatea produsului poate fi îmbunătățită.

Pe măsură ce tot mai multe produse biofarmaceutice intră în stadiul studiilor clinice critice/înregistrate, lucrările de caracterizare a proceselor, de validare a proceselor (PV) sunt treptat puse pe ordinea de zi. Caracterizarea procesului și validarea procesului pe baza conceptului QbD este una dintre cele mai importante sarcini în cercetarea farmaceutică înainte de comercializare.

 

Procesul de ultrafiltrare a devenit o etapă indispensabilă în procesul de producție biofarmaceutică, iar caseta cu membrană plată a devenit, prin urmare, un consumabil cheie în producția biofarmaceutică. Studiul caracterizării procesului de casete cu membrană de ultrafiltrare în domeniul aplicațiilor biofarmaceutice este, fără îndoială, crucial și este legat de interesele de bază și dezvoltarea pe termen lung a produselor. Scopul studiului de caracterizare a procesului casetei cu membrană de ultrafiltrare este de a studia influența parametrilor de funcționare a procesului de ultrafiltrare asupra performanței procesului/calității produsului, pentru a determina parametrii cheie ai procesului și punctele lor de referință și intervalul acceptabil. Caseta cu membrană este o componentă importantă a membranei a sistemului de ultrafiltrare cu flux tangențial. Procesul de producție al ultrafiltrarii cu flux tangențial este determinat de mulți parametri, printre care parametrii cheie ai procesului sunt: ​​selecția materialului membranei, selectarea dimensiunii porilor membranei, controlul fluxului tangențial, controlul eficient TMP, verificarea sarcinii, selectarea zonei membranei, curățarea sistemului, durata de viață a membranei. verificarea, optimizarea dializei etc. Acești parametri nu numai că se afectează reciproc, ci și se restrâng reciproc. Pentru a atinge scopul de a îmbunătăți stabilitatea procesului și eficiența producției în același timp, este necesar să se optimizeze mai întâi acești parametri. Mai jos prezentăm pe scurt ideile de optimizare a mai multor parametri cheie ai procesului.

 

Alegerea materialului membranei

Materialele casetei cu membrană de ultrafiltrare sunt polieter sulfonă (PES), celuloză regenerată (RC), fluorură de poliviniliden (PVDF) și așa mai departe.

Polieter sulfonă (PES)

PES este cea mai utilizată membrană de ultrafiltrare în prezent. PES are hidrofobicitate sau lipofilitate puternică, deci are un flux de apă scăzut și o capacitate antipoluare slabă. Prin urmare, majoritatea membranelor PES de pe piață sunt polieter sulfonă hidrofilă modificată (PESU). Membrana PESU se caracterizează prin flux ridicat, rezistență la acid și alcali, rezistență la presiune, rezistență la căldură și rezistență la oxidare. Este utilizat în principal în soluții de proteine ​​cu concentrație mare (cum ar fi anticorpi monoclonali, HSA, IgG, proteine ​​recombinate etc.), recoltarea de celule, vaccinuri, antibiotice, agenți de contrast, medicina tradițională chineză, medicamente sintetice etc.

 

Celuloza regenerata (RC)

În comparație cu alte materiale, cel mai mare avantaj al RC este adsorbția extrem de scăzută a proteinelor. În plus, celuloza este mai compatibilă cu solvenții organici decât polietersulfona, dar nu poate fi curățată și conservată cu concentrații mari de NaOH. Membrana RC este utilizată în principal în soluție de proteine ​​cu concentrație scăzută, randamentul proteic are cerințe ridicate și soluția conține solvenți organici, dar nu toți solvenții organici pot fi ultrafiltrați cu membrană de celuloză, este necesar să se selecteze compatibilitatea membranei.

Fluorura de poliviniliden (PVDF)

PVDF este un material polimer special cu stabilitate chimică excelentă, stabilitate termică și rezistență la intemperii și are o bună rezistență mecanică și rezistență la compresiune. Această membrană are o permeabilitate ridicată și o capacitate de blocare scăzută, poate transfera eficient molecule mici și apă, blocând în același timp moleculele mari și particulele solide. În domeniul biomedicinei, membrana PVDF poate fi utilizată pentru prepararea proteinelor purificate, culturi celulare, separarea sângelui etc. Deși membrana de ultrafiltrare PVDF are performanțe bune, este adesea folosită în procesul de microfiltrare.

 

Selectarea deschiderii membranei

Dimensiunea porilor de ultrafiltrare este unul dintre indicii de performanță importanți ai membranei de ultrafiltrare, care afectează direct eficiența separării și fluxul membranei. O deschidere prea mare duce la un efect slab de filtrare și nu poate elimina eficient impuritățile; Deschiderea este prea mică va reduce viteza de filtrare și va duce chiar la blocare, afectând durata de viață a membranei de ultrafiltrare. ‌

Selectarea dimensiunii porilor membranei este, în general, de 3-6 ori mai mare decât greutatea moleculară a substanței țintă, de preferință de 5 ori, și se obține un debit mare, asigurând în același timp o recuperare ridicată. Următorul tabel prezintă deschiderile utilizate în mod obișnuit ale casetei cu membrană în unele scenarii de aplicare.

 

Controlul debitului tangențial

Debitul tangențial‌ este viteza unui fluid care trece prin și paralel cu suprafața unei membrane, de obicei exprimată în litri pe minut (L/min) sau litri pe metru pătrat pe oră (L/㎡/h) ‌. Curgerea tangenţială joacă un rol cheie în ultrafiltrarea cu flux tangenţial, care determină modul de curgere al fluidului pe suprafaţa membranei, afectând astfel eficienţa filtrării şi durata de viaţă a membranei. Fluxul tangențial are un efect de „curățare” asupra suprafeței membranei filtrului, iar creșterea adecvată a debitului tangențial ajută la atenuarea polarizării concentrației și la creșterea fluxului. Cu toate acestea, debitul tangențial prea mare va crește și forța de forfecare supusă produsului, ceea ce poate duce la o scădere a activității produsului. Prin urmare, selectarea debitului tangențial adecvat trebuie să ia în considerare toleranța probei și cerințele procesului de filtrare ‌.

Debitul tangențial depinde în mare măsură de structura casetei membranei și de tipul de ecran selectat. Diferiți furnizori vor recomanda debite tangențiale diferite în funcție de caracteristicile propriilor casete cu membrană. Debitul tangențial recomandat de membrana de ultrafiltrare Guidling este de 4-6L/m²/min, dar pentru unele probe sensibile, acesta poate fi în mod corespunzător mai mic decât intervalul recomandat, în funcție de situația reală.

 

Controlul eficient al presiunii transmembranare (TMP).

TMP este un parametru cheie în procesul de ultrafiltrare cu flux tangențial‌. Presiunea transmembranară efectivă (TMP, unitate: bar sau psi) se referă la diferența medie de presiune dintre cele două părți ale membranei. Fluxul (L/m²/h, L/m²/h, LMH) este cantitatea de fluid care trece prin membrană per unitate de timp per unitate de suprafață a membranei. În procesul de ultrafiltrare cu flux tangențial, TMP este strâns legat de Flux.

În procesul de ultrafiltrare cu flux tangenţial cu debit constant, relaţia dintre Flux şi TMP poate fi împărţită în două etape.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= presiune de alimentare, Pout= presiune de retur, Pp= presiune de transmisie).

Regiunea legată de presiune: Inițial, Flux este afectat doar de rezistența membranei filtrului, astfel încât Flux va crește liniar atunci când TMP este crescut.

 

Zona independentă de presiune sau zona de control a stratului de gel: Odată cu creșterea continuă a TMP, membrana filtrului este polarizată treptat prin concentrare, iar o parte din TMP crescut este compensată de rezistența stratului de polarizare a concentrației, astfel încât creșterea Fluxului încetinește treptat. . Până în cele din urmă, membrana filtrului este complet polarizată prin concentrare, iar TMP crescut este complet compensat de rezistența stratului polarizat de concentrație. În acest moment, Fluxul nu mai crește.

În procesul de optimizare a fluxului tangențial TMP, Fluxul și TMP sunt reprezentate grafic pentru a găsi punctul de inflexiune al TMP (fluxul nu se modifică odată cu creșterea TMP) și 70-80% din valoarea inflexiei punctul TMP este, în general, considerat cel mai bun punct TMP. În acest moment, membrana filtrului nu a fost complet polarizată prin concentrație, iar valoarea fluxului este relativ mare.

 

Verificarea încărcării

Capacitatea (L/m² sau g/m²) se referă la volumul sau masa lichidului de filtrare pe metru pătrat de suprafață a membranei. Acesta este unul dintre cei mai importanți indicatori pentru măsurarea performanței de filtrare. Încărcarea diferitelor lichide variază foarte mult, chiar dacă se utilizează același lichid (cum ar fi vaccinurile), din cauza proceselor diferite ale diferiților producători, selecția și încărcarea filtrului și alți indicatori de performanță nu sunt la fel.

 

Mai jos este capacitatea recomandată a casetelor cu membrană de ultrafiltrare Guidling pentru diferite zone ale membranei.

Înainte ca procesul să fie determinat, trebuie efectuate experimente de cercetare și dezvoltare, iar casetele cu membrană de {{0}},11 m² sau 0,5 m² sunt utilizate în general în etapa de cercetare și dezvoltare. Luând testul inițial utilizând o casetă cu membrană de 1{{1{0}}kd 0,11m² timp de 45 de minute pentru a procesa 2L de lichid ca exemplu, pentru a determina sarcina casetei cu membrană de 10kd 0,11㎡, timpul de procesare a fost mai întâi determinat și timpul de procesare de 4L, 5L și respectiv 6L a fost înregistrat cu presiunea de testare a TMP < 1,0 bar până când a fost atins timpul specificat de proces. În acest moment, capacitatea de procesare corespunzătoare este sarcina maximă a casetei cu membrană de 10 kd 0,11 m² în timpul estimat de proces. În producția efectivă, se poate face amplificare proporțională.

Dacă doriți să aflați mai multe despre încărcarea casetelor cu membrană de ultrafiltrare Guidling, ne puteți contacta pentru o discuție mai aprofundată.

 

Despre Guidling

Guidling Technology este o întreprindere națională de înaltă tehnologie care se concentrează pe produse biofarmaceutice, culturi celulare, purificare și concentrare de biomedicină, diagnostic și fluide industriale. Am dezvoltat cu succes dispozitive de filtrare centrifugale, casete de ultrafiltrare și microfiltrare, filtru de virus, sistem TFF, filtru de adâncime, fibră goală, etc. Care îndeplinesc pe deplin scenariile de aplicare ale biofarmaceutice, culturi celulare și așa mai departe. Membranele noastre și filtrele cu membrană sunt utilizate pe scară largă în concentrarea, extracția și separarea prefiltrarii, microfiltrarii, ultrafiltrarii și nanofiltrarii. Numeroasele noastre linii de produse, de la filtrare de laborator mică, de unică folosință, până la sisteme de filtrare de producție, testare de sterilitate, fermentație, cultură celulară și multe altele, răspund nevoilor de testare și producție. Guidling Technology așteaptă cu nerăbdare să coopereze cu tine!