مطالعه خصوصیات فرآیندی کاست غشایی اولترافیلتراسیون در زمینه بیودارویی (قسمت 1)

خصوصیات فرآیند (PC) عمدتاً بر روی تأثیر ورودی فرآیند بر خروجی فرآیند مطالعه می‌شود و محدوده کنترل پارامترهای فرآیند را می‌توان با مطالعه تعیین کرد که باعث بهبود پایداری فرآیند، کاهش تفاوت‌های دسته‌ای و کاهش خطر شکست می‌شود. اطمینان حاصل کنید که دسته‌های اعتبارسنجی عملکرد (PPQ) و دسته‌های تولید تجاری به طور مداوم محصولاتی را تولید می‌کنند که استانداردهای کیفیت را برآورده می‌کنند.

 

هدف مشخص

شناسایی پارامترهای فرآیندی که بر کیفیت و بازده محصول تأثیر می‌گذارند: خصوصیات فرآیند به شما امکان می‌دهد تعیین کنید کدام پارامترهای فرآیند تأثیر قابل‌توجهی بر ویژگی‌های کیفیت کلیدی محصول (CQA) دارند.

‌تعیین محدوده پارامترهای عملیاتی و استانداردهای قابل قبول: این شامل تعیین محدوده کنترل پارامترهای فرآیند برای اطمینان از مطابقت محصولات تولید شده با استانداردهای کیفیت از پیش تعیین شده است.

‌تعیین رابطه بین پارامترهای فرآیند و پارامترهای کلیدی کیفیت: با تجزیه و تحلیل رابطه بین پارامترهای فرآیند و پارامترهای کلیدی کیفیت، می‌توان جریان فرآیند را بهینه کرد و کیفیت محصول را بهبود بخشید.

با ورود بیشتر و بیشتر داروهای زیستی به مرحله مطالعات بالینی بالینی/ثبت شده حیاتی، کار شناسایی فرآیند، اعتبارسنجی فرآیند (PV) به تدریج در دستور کار قرار می گیرد. شناسایی فرآیند و اعتبار سنجی فرآیند بر اساس مفهوم QbD یکی از مهمترین وظایف در تحقیقات دارویی قبل از بازار است.

 

فرآیند اولترافیلتراسیون به یک مرحله فرآیند ضروری در فرآیند تولید بیودارویی تبدیل شده است و بنابراین کاست غشایی تخت به یک ماده مصرفی کلیدی در تولید بیودارو تبدیل شده است. مطالعه خصوصیات فرآیند کاست‌های غشایی اولترافیلتراسیون در زمینه کاربردهای بیودارویی بدون شک بسیار مهم است و با منافع اصلی و توسعه بلندمدت محصولات مرتبط است. هدف از مطالعه خصوصیات فرآیند کاست غشای اولترافیلتراسیون، مطالعه تأثیر پارامترهای عملیاتی فرآیند اولترافیلتراسیون بر عملکرد فرآیند/کیفیت محصول، به منظور تعیین پارامترهای فرآیند کلیدی و نقاط تنظیم آنها و محدوده قابل قبول است. کاست غشایی یک جزء غشایی مهم سیستم اولترافیلتراسیون جریان مماسی است. فرآیند تولید اولترافیلتراسیون جریان مماسی توسط پارامترهای زیادی تعیین می شود که از جمله پارامترهای کلیدی فرآیند عبارتند از: انتخاب مواد غشا، انتخاب اندازه منافذ غشا، کنترل جریان مماسی، کنترل موثر TMP، تأیید بار، انتخاب ناحیه غشاء، تمیز کردن سیستم، عمر غشاء تأیید، بهینه سازی دیالیز و غیره. این پارامترها نه تنها بر یکدیگر تأثیر می گذارند بلکه یکدیگر را محدود می کنند. برای دستیابی به هدف بهبود پایداری فرآیند و راندمان تولید به طور همزمان، لازم است ابتدا این پارامترها بهینه شوند. در زیر به طور خلاصه ایده های بهینه سازی چندین پارامتر کلیدی فرآیند را معرفی می کنیم.

 

انتخاب مواد غشایی

مواد کاست غشایی اولترافیلتراسیون عبارتند از پلی اتر سولفون (PES)، سلولز احیا شده (RC)، پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) و غیره.

پلی اتر سولفون (PES)

در حال حاضر PES پرکاربردترین غشای اولترافیلتراسیون است. PES آب گریزی یا چربی دوستی قوی دارد، بنابراین شار آب کم و توانایی ضد آلودگی ضعیفی دارد. بنابراین، بیشتر غشاهای PES موجود در بازار، پلی اتر سولفون هیدروفیل اصلاح شده (PESU) هستند. غشای PESU با شار بالا، مقاومت اسیدی و قلیایی، مقاومت در برابر فشار، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر اکسیداسیون مشخص می شود. این عمدتا در محلول های پروتئینی با غلظت بالا (مانند آنتی بادی مونوکلونال، HSA، IgG، پروتئین نوترکیب و غیره)، برداشت سلول، واکسن ها، آنتی بیوتیک ها، مواد حاجب، طب سنتی چینی، داروهای مصنوعی و غیره استفاده می شود.

 

سلولز بازسازی شده (RC)

در مقایسه با سایر مواد، بزرگترین مزیت RC جذب بسیار کم پروتئین است. علاوه بر این، سلولز سازگاری بیشتری با حلال های آلی نسبت به پلی اتر سولفون دارد، اما نمی توان آن را با غلظت های بالای NaOH تمیز و نگهداری کرد. غشای RC عمدتاً در محلول پروتئین با غلظت کم استفاده می شود، عملکرد پروتئین نیازهای بالایی دارد و محلول حاوی حلال های آلی است، اما همه حلال های آلی را نمی توان با غشای سلولزی اولترافیلتر کرد، لازم است که در برابر سازگاری غشاء انتخاب شود.

پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF)

PVDF یک ماده پلیمری خاص با پایداری شیمیایی عالی، پایداری حرارتی و مقاومت در برابر آب و هوا است و دارای استحکام مکانیکی و مقاومت فشاری خوبی است. این غشاء دارای نفوذپذیری بالا و توانایی انسداد کم است، می تواند به طور موثر مولکول های کوچک و آب را انتقال دهد، در حالی که مولکول های بزرگ و ذرات جامد را مسدود می کند. در زمینه زیست پزشکی، غشای PVDF را می توان برای تهیه پروتئین های خالص، کشت سلولی، جداسازی خون و غیره استفاده کرد. اگرچه غشای اولترافیلتراسیون PVDF عملکرد خوبی دارد، اما اغلب در فرآیند میکروفیلتراسیون استفاده می شود.

 

انتخاب دیافراگم غشایی

اندازه منافذ اولترافیلتراسیون یکی از شاخص های مهم عملکرد غشای اولترافیلتراسیون است که به طور مستقیم بر راندمان جداسازی و شار غشا تأثیر می گذارد. دیافراگم بیش از حد بزرگ منجر به اثر فیلتراسیون ضعیف می شود و نمی تواند به طور موثر ناخالصی ها را حذف کند. دیافراگم خیلی کوچک باعث کاهش سرعت فیلتراسیون می شود و حتی منجر به انسداد می شود و بر عمر مفید غشای اولترافیلتراسیون تأثیر می گذارد. ‌

انتخاب اندازه منافذ غشاء به طور کلی 3-6 برابر وزن مولکولی ماده هدف، ترجیحاً 5 برابر است، و سرعت جریان بالا در حالی که بازیابی بالا را تضمین می کند، به دست می آید. جدول زیر دیافراگم های رایج کاست غشایی را در برخی از سناریوهای کاربردی نشان می دهد.

 

کنترل جریان مماسی

جریان مماسی، سرعت عبور سیال از سطح غشا و موازی با آن است که معمولاً بر حسب لیتر در دقیقه (L/min) یا لیتر بر متر مربع در ساعت (L/㎡/h) بیان می‌شود. جریان مماسی نقش کلیدی در اولترافیلتراسیون جریان مماسی ایفا می کند که حالت جریان سیال را در سطح غشاء تعیین می کند، بنابراین بر راندمان فیلتراسیون و عمر مفید غشا تأثیر می گذارد. جریان مماسی اثر "تمیز کنندگی" روی سطح غشای فیلتر دارد و افزایش مناسب نرخ جریان مماسی به کاهش قطبش غلظت و افزایش شار کمک می کند. با این حال، جریان مماسی بیش از حد، نیروی برشی وارد شده به محصول را نیز افزایش می دهد که ممکن است منجر به کاهش فعالیت محصول شود. بنابراین، انتخاب دبی مماسی مناسب نیاز به در نظر گرفتن تحمل نمونه و الزامات فرآیند فیلتراسیون دارد.

نرخ جریان مماسی تا حد زیادی به ساختار کاست غشایی و نوع صفحه انتخاب شده بستگی دارد. تامین کنندگان مختلف نرخ های جریان مماسی متفاوتی را با توجه به ویژگی های کاست های غشایی خود توصیه می کنند. نرخ جریان مماسی توصیه شده توسط غشای اولترافیلتراسیون Guidling 4-6L/m²/min است، اما برای برخی از نمونه‌های حساس، می‌تواند به طور مناسب کمتر از محدوده توصیه شده با توجه به وضعیت واقعی باشد.

 

کنترل موثر فشار گذر غشایی (TMP).

TMP یک پارامتر کلیدی در فرآیند اولترافیلتراسیون جریان مماسی است. فشار گذرنده موثر (TMP، واحد: bar یا psi) به میانگین اختلاف فشار بین دو طرف غشا اشاره دارد. شار (L/m²/h، L/m²/h، LMH) مقدار سیالی است که در واحد زمان در واحد سطح غشا از غشا عبور می کند. در فرآیند اولترافیلتراسیون جریان مماسی، TMP ارتباط نزدیکی با Flux دارد.

در فرآیند اولترافیلتراسیون جریان مماسی جریان ثابت، رابطه بین Flux و TMP را می توان به دو مرحله تقسیم کرد.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= فشار تغذیه، Pout= فشار برگشت، Pp= فشار انتقال).

ناحیه مربوط به فشار: در ابتدا، Flux فقط تحت تأثیر مقاومت غشای فیلتر قرار می گیرد، بنابراین Flux به صورت خطی با افزایش TMP افزایش می یابد.

 

ناحیه مستقل از فشار یا ناحیه کنترل لایه ژل: با افزایش مداوم TMP، غشای فیلتر به تدریج با غلظت پلاریزه می شود و بخشی از TMP افزایش یافته با مقاومت لایه قطبش غلظت جبران می شود، بنابراین افزایش Flux به تدریج کند می شود. . تا اینکه در نهایت، غشای فیلتر با غلظت کاملاً پلاریزه می شود و افزایش TMP به طور کامل با مقاومت لایه پلاریزه غلظت جبران می شود. در این زمان، Flux دیگر افزایش نمی یابد.

در فرآیند بهینه‌سازی TMP جریان مماسی، شار شار و TMP رسم می‌شوند تا نقطه عطف TMP (شار با افزایش TMP تغییر نمی‌کند) و 70-80% مقدار عطف را پیدا کند. نقطه TMP به طور کلی به عنوان بهترین نقطه TMP در نظر گرفته می شود. در این زمان، غشای فیلتر توسط غلظت کاملاً پلاریزه نشده است و مقدار شار نسبتاً بالا است.

 

تأیید بارگیری

ظرفیت (L/m² یا g/m²) به حجم یا جرم مایع فیلتر در هر متر مربع از سطح غشا اشاره دارد. این یکی از شاخص های مهم برای اندازه گیری عملکرد فیلتراسیون است. بار مایعات مختلف بسیار متفاوت است، حتی اگر از یک مایع (مانند واکسن ها) استفاده شود، به دلیل فرآیندهای مختلف تولید کنندگان مختلف، انتخاب فیلتر و بار و سایر شاخص های عملکرد یکسان نیستند.

 

ظرفیت توصیه شده کاست های غشایی اولترافیلتراسیون Guidling برای نواحی مختلف غشایی در زیر آمده است.

قبل از تعیین فرآیند، آزمایش‌های تحقیق و توسعه باید انجام شود و کاست‌های غشایی {0}}.11m² یا 0.5m² معمولاً در مرحله تحقیق و توسعه استفاده می‌شوند. انجام آزمایش اولیه با استفاده از کاست غشایی 1{{10}}kd 0.11m² به مدت 45 دقیقه برای پردازش 2 لیتر مایع به عنوان مثال، به منظور تعیین بار کاست غشایی 10 کیلو دالتون 0.11㎡، زمان فرآیند ابتدا تعیین شد و زمان پردازش 4L، 5L و 6L به ترتیب با فشار تست ثبت شد. TMP < 1.0bar تا زمانی که به زمان فرآیند مشخص شده برسد. در این زمان، ظرفیت پردازش مربوطه حداکثر بار کاست غشایی 10 کیلو دالتون 0.11 متر مربع در زمان تخمینی فرآیند است. در تولید واقعی، تقویت متناسب می تواند انجام شود.

اگر می خواهید درباره بار کاست های غشایی اولترافیلتراسیون Guidling بیشتر بدانید، می توانید برای بحث عمیق تر با ما تماس بگیرید.

 

درباره هدایت

Guidling Technology یک شرکت ملی با فناوری پیشرفته است که بر روی بیوداروها، کشت سلولی، تصفیه و غلظت زیست پزشکی، تشخیص و مایعات صنعتی تمرکز دارد. ما دستگاه‌های فیلتر گریز از مرکز، کاست‌های اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون، فیلتر ویروس، سیستم TFF، فیلتر عمق، فیبر توخالی و غیره را با موفقیت توسعه داده‌ایم. غشاها و فیلترهای غشایی ما به طور گسترده در غلظت، استخراج و جداسازی پیش فیلتراسیون، میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون استفاده می شوند. خطوط تولید متعدد ما، از فیلتراسیون آزمایشگاهی کوچک و یکبار مصرف گرفته تا سیستم های فیلتراسیون تولید، آزمایش عقیم سازی، تخمیر، کشت سلولی و موارد دیگر، نیازهای آزمایش و تولید را برآورده می کند. Guidling Technology مشتاقانه منتظر همکاری با شما است!