Studie om processkarakterisering av ultrafiltreringsmembrankassett inom biofarmaceutiskt område (del 1)

Processkarakterisering (PC) studeras huvudsakligen på inverkan av processinmatning på processutgång, och kontrollområdet för processparametrar kan bestämmas genom studie, vilket skulle förbättra processstabiliteten, minska batchskillnader och minska risken för misslyckande. Säkerställ att process Performance validation batches (PPQ) och kommersiella produktionsbatcher konsekvent producerar produkter som uppfyller kvalitetsstandarder.

 

Specifikt mål

Identifiera processparametrar som påverkar produktkvalitet och avkastning: Processkarakterisering låter dig bestämma vilka processparametrar som har en betydande inverkan på en produkts nyckelkvalitetsattribut (CQA).

‌Bestämma omfånget av driftsparametrar och acceptabla standarder: detta inkluderar att bestämma kontrollområdet för processparametrar för att säkerställa att de producerade produkterna uppfyller de förutbestämda kvalitetsstandarderna.

‌Bestämma förhållandet mellan processparametrar och nyckelkvalitetsparametrar: Genom att analysera förhållandet mellan processparametrar och nyckelkvalitetsparametrar kan processflödet optimeras och produktkvaliteten förbättras.

I takt med att fler och fler bioläkemedel går in i stadiet av kritiska kliniska/registrerade kliniska studier, sätts processkaraktärisering, processvalidering (PV) successivt på agendan. Processkaraktärisering och processvalidering baserad på QbD-konceptet är en av de viktigaste uppgifterna inom läkemedelsforskning före marknaden.

 

Ultrafiltreringsprocessen har blivit ett oumbärligt processsteg i biofarmaceutisk tillverkningsprocess, och platt membrankassett har därför blivit en viktig förbrukningsvara i biofarmaceutisk produktion. Studiet av processkarakteriseringen av ultrafiltreringsmembrankassetter inom biofarmaceutiska applikationer är utan tvekan avgörande, och det är relaterat till kärnintressena och den långsiktiga utvecklingen av produkter. Syftet med processkarakteriseringsstudien för ultrafiltreringsmembrankassetter är att studera inverkan av ultrafiltreringsprocessdriftsparametrar på processprestanda/produktkvalitet, för att bestämma nyckelprocessparametrarna och deras börvärden och acceptabla intervall. Membrankassett är en viktig membrankomponent i ultrafiltreringssystem med tangentiellt flöde. Produktionsprocessen för ultrafiltrering av tangentiellt flöde bestäms av många parametrar, bland vilka de viktigaste processparametrarna är: val av membranmaterial, val av membranporstorlek, tangentiell flödeskontroll, effektiv TMP-kontroll, belastningsverifiering, val av membranområde, systemrengöring, membranlivslängd verifiering, dialysoptimering etc. Dessa parametrar påverkar inte bara varandra utan begränsar också varandra. För att uppnå syftet att förbättra processstabiliteten och produktionseffektiviteten samtidigt är det nödvändigt att optimera dessa parametrar först. Nedan presenterar vi kortfattat optimeringsidéerna för flera viktiga processparametrar.

 

Val av membranmaterial

Materialen i ultrafiltreringsmembrankassetten är polyetersulfon (PES), regenererad cellulosa (RC), polyvinylidenfluorid (PVDF) och så vidare.

Polyetersulfon (PES)

PES är det mest använda ultrafiltreringsmembranet för närvarande. PES har stark hydrofobicitet eller lipofilicitet, så det har lågt vattenflöde och dålig anti-föroreningsförmåga. Därför är de flesta PES-membran på marknaden modifierad hydrofil polyetersulfon (PESU). PESU-membranet kännetecknas av högt flöde, syra- och alkalibeständighet, tryckbeständighet, värmebeständighet och oxidationsbeständighet. Det används främst i högkoncentrationsproteinlösningar (som monoklonal antikropp, HSA, IgG, rekombinant protein, etc.), cellskörd, vacciner, antibiotika, kontrastmedel, traditionell kinesisk medicin, syntetiska droger, etc.

 

Regenererad cellulosa (RC)

Jämfört med andra material är den största fördelen med RC den extremt låga proteinadsorptionen. Dessutom är cellulosa mer kompatibel med organiska lösningsmedel än polyetersulfon, men den kan inte rengöras och konserveras med höga koncentrationer av NaOH. RC-membran används främst i lågkoncentrationsproteinlösning, proteinutbytet har höga krav och lösningen innehåller organiska lösningsmedel, men inte alla organiska lösningsmedel kan ultrafiltreras med cellulosamembran, det är nödvändigt att välja mot membranets kompatibilitet.

Polyvinylidenfluorid (PVDF)

PVDF är ett speciellt polymermaterial med utmärkt kemisk stabilitet, termisk stabilitet och väderbeständighet, och har god mekanisk hållfasthet och tryckbeständighet. Detta membran har en hög permeabilitet och låg blockeringsförmåga, kan effektivt överföra små molekyler och vatten, samtidigt som det blockerar stora molekyler och fasta partiklar. Inom området för biomedicin kan PVDF-membran användas för framställning av renade proteiner, cellodling, blodseparation, etc. Även om PVDF-ultrafiltreringsmembranet har bra prestanda, används det ofta i mikrofiltreringsprocesser.

 

Val av membranbländare

Ultrafiltreringsporstorlek är ett av de viktiga prestandaindexen för ultrafiltreringsmembran, vilket direkt påverkar separationseffektiviteten och flödet av membranet. För stor bländare leder till dålig filtreringseffekt och kan inte effektivt avlägsna föroreningar; Bländaren är för liten kommer att minska filtreringshastigheten och till och med leda till blockering, vilket påverkar livslängden för ultrafiltreringsmembranet. ‌

Valet av membranporstorlek är i allmänhet 3-6 gånger molekylvikten för målsubstansen, helst 5 gånger, och hög flödeshastighet uppnås samtidigt som hög återvinning säkerställs. Följande tabell visar de vanligaste öppningarna i membrankassetten i vissa tillämpningsscenarier.

 

Tangentiell flödeskontroll

Tangentiellt flöde‌ är hastigheten för en vätska som passerar genom och parallellt med ytan av ett membran, vanligtvis uttryckt i liter per minut (L/min) eller liter per kvadratmeter per timme (L/㎡/h) ‌. Tangentiellt flöde spelar en nyckelroll i tangentiellt flödesultrafiltrering, som bestämmer flödessättet för vätskan på membranytan, vilket påverkar filtreringseffektiviteten och membranets livslängd. Tangentiellt flöde har en "rengörande" effekt på ytan av filtermembranet, och en lämplig ökning av den tangentiella flödeshastigheten hjälper till att lindra koncentrationspolariseringen och öka flödet. För högt tangentiellt flöde kommer emellertid också att öka skjuvkraften som utsätts för produkten, vilket kan leda till en minskning av produktaktiviteten. Därför måste valet av lämplig tangentiell flödeshastighet beakta provets tolerans och kraven för filtreringsprocessen ‌.

Den tangentiella flödeshastigheten beror till stor del på den valda membrankassettens struktur och skärmtyp. Olika leverantörer kommer att rekommendera olika tangentiella flödeshastigheter beroende på egenskaperna hos deras egna membrankassetter. Den tangentiella flödeshastigheten som rekommenderas av Guidling ultrafiltreringsmembran är 4-6L/m²/min, men för vissa känsliga prover kan den vara lämpligt lägre än det rekommenderade området beroende på den faktiska situationen.

 

Effektiv kontroll av transmembrantryck (TMP).

TMP är en nyckelparameter i ultrafiltreringsprocess för tangentiellt flöde‌. Effektivt transmembrantryck (TMP, enhet: bar eller psi) hänvisar till den genomsnittliga tryckskillnaden mellan de två sidorna av membranet. Flux (L/m²/h, L/m²/h, LMH) är mängden vätska som passerar genom membranet per tidsenhet per enhet membranarea. Vid ultrafiltrering av tangentiellt flöde är TMP nära besläktat med Flux.

I ultrafiltreringsprocessen med tangentiellt flöde med konstant flöde kan förhållandet mellan Flux och TMP delas upp i två steg.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= matningstryck, Pout= returtryck, Pp= transmissionstryck).

Tryckrelaterad region: Inledningsvis påverkas Flux endast av resistansen hos filtermembranet, så Flux kommer att öka linjärt när TMP ökas.

 

Tryckoberoende område eller gellagerkontrollområde: Med den kontinuerliga ökningen av TMP polariseras filtermembranet gradvis av koncentration, och en del av den ökade TMP kompenseras av motståndet i koncentrationspolarisationsskiktet, så ökningen av flöde saktar gradvis ner . Tills slutligen är filtermembranet fullständigt polariserat av koncentration, och den ökade TMP uppvägs helt av motståndet hos det koncentrationspolariserade skiktet. Vid denna tidpunkt ökar inte längre flödet.

I optimeringsprocessen för tangentiellt flödes-TMP, plottas flödesflödet och TMP för att hitta inflexionspunkten för TMP (flödet ändras inte med ökningen av TMP) och 70-80 % av värdet på inflexionen TMP-punkten anses i allmänhet vara den bästa TMP-punkten. Vid denna tidpunkt har filtermembranet inte polariserats fullständigt av koncentration, och flödesvärdet är relativt högt.

 

Ladda verifiering

Kapacitet (L/m² eller g/m²) avser volymen eller massan av filtervätska per kvadratmeter membranyta. Detta är en av de viktigare indikatorerna för att mäta filtreringsprestanda. Belastningen av olika vätskor varierar mycket, även om samma vätska (som vacciner) används, på grund av olika tillverkares olika processer är filtervalet och belastningen och andra prestandaindikatorer inte desamma.

 

Följande är den rekommenderade kapaciteten för Guidling ultrafiltreringsmembrankassetter för olika membranområden.

Innan processen bestäms måste forsknings- och utvecklingsexperiment utföras, och {{0}}}.11m² eller 0.5m² membrankassetter används vanligtvis i forsknings- och utvecklingsstadiet. Genom att ta det första testet med 1{{10}}kd 0.11m² membrankassett i 45 minuter för att bearbeta 2L vätska som ett exempel, för att bestämma belastningen på 10kd 0.11㎡ membrankassetten, processtiden bestämdes först, och processtiden för 4L, 5L och 6L registrerades med testtrycket på TMP < 1,0 bar tills den angivna processtiden uppnåddes. Vid denna tidpunkt är motsvarande bearbetningskapacitet den maximala belastningen på 10kd 0,11m² membrankassett i den beräknade processtiden. I faktisk produktion kan proportionell förstärkning göras.

Om du vill veta mer om belastningen av Guidling ultrafiltreringsmembrankassetter kan du kontakta oss för ytterligare djupgående diskussion.

 

Om Guidling

Guidling Technology är ett nationellt högteknologiskt företag med fokus på bioläkemedel, cellodling, rening och koncentration av biomedicin, diagnos och industriella vätskor. Vi har framgångsrikt utvecklat centrifugalfilteranordningar, ultrafiltrerings- och mikrofiltreringskassetter, virusfilter, TFF-system, djupfilter, ihåliga fibrer, etc. Som fullt ut uppfyller tillämpningsscenarierna för bioläkemedel, cellodling och så vidare. Våra membran och membranfilter används i stor utsträckning vid koncentrering, extraktion och separation av förfiltrering, mikrofiltrering, ultrafiltrering och nanofiltrering. Våra många produktlinjer, från små laboratoriefiltrering för engångsbruk till produktionsfiltreringssystem, sterilitetstestning, fermentering, cellodling och mer, möter behoven för testning och produktion. Guidling Technology ser fram emot att samarbeta med dig!