מחקר על אפיון תהליך של קלטת ממברנה אולטרה סינון בתחום הביופרמצבטי (חלק 1)

אפיון תהליכים (PC) נחקר בעיקר על השפעת קלט התהליך על תפוקת התהליך, וניתן לקבוע את טווח הבקרה של פרמטרי התהליך על ידי מחקר, מה שישפר את יציבות התהליך, יפחית הבדלי אצווה ויפחית את הסיכון לכשל. ודא שאצוות אימות ביצועי תהליך (PPQ) ואצוות ייצור מסחריות מייצרות באופן עקבי מוצרים העומדים בתקני איכות.

 

מטרה ספציפית

זיהוי פרמטרים של תהליך המשפיעים על איכות המוצר והתפוקה: אפיון התהליך מאפשר לקבוע לאילו פרמטרים של תהליך יש השפעה משמעותית על תכונות האיכות העיקריות של המוצר (CQA).

‌קבע את טווח הפרמטרים התפעוליים והתקנים המקובלים: זה כולל קביעת טווח הבקרה של פרמטרי התהליך כדי להבטיח שהמוצרים המיוצרים עומדים בתקני האיכות שנקבעו מראש.

‌קבע את הקשר בין פרמטרי תהליך ופרמטרי איכות מפתח: על ידי ניתוח הקשר בין פרמטרי תהליך ופרמטרי איכות מפתח, ניתן לייעל את זרימת התהליך ולשפר את איכות המוצר.

ככל שיותר ויותר תרופות ביו-פרמצבטיקה נכנסות לשלב של מחקרים קליניים/קליניים קריטיים, עבודת אפיון תהליכים, אימות תהליכים (PV) מוכנסת בהדרגה לסדר היום. אפיון תהליכים ואימות תהליכים המבוססים על תפיסת QbD היא אחת המשימות החשובות ביותר במחקר פרמצבטי טרום-שוק.

 

תהליך סינון אולטרה הפך לשלב תהליך הכרחי בתהליך ייצור ביו-פרמצבטי, ולכן קלטת ממברנה שטוחה הפכה לחומר מתכלה מרכזי בייצור ביו-פרמצבטי. חקר אפיון התהליך של קלטות ממברנות אולטרה סינון בתחום היישומים הביו-פרמצבטיים הוא ללא ספק מכריע, והוא קשור לתחומי עניין הליבה ולפיתוח ארוך טווח של מוצרים. מטרת מחקר אפיון תהליך קלטת ממברנות אולטרה סינון היא לחקור את השפעת פרמטרי הפעולה של תהליך סינון על ביצועי התהליך/איכות המוצר, על מנת לקבוע את פרמטרי התהליך המרכזיים ואת נקודות ההגדרה והטווח המקובל שלהם. קלטת ממברנה היא מרכיב ממברנה חשוב במערכת אולטרה סינון זרימה משיקית. תהליך הייצור של סינון זרימה משיקית נקבע על ידי פרמטרים רבים, ביניהם פרמטרי התהליך המרכזיים הם: בחירת חומרי הממברנה, בחירת גודל נקבוביות הממברנה, בקרת זרימה משיקית, בקרת TMP יעילה, אימות עומס, בחירת אזור הממברנה, ניקוי המערכת, חיי הממברנה. אימות, אופטימיזציה של דיאליזה וכו'. פרמטרים אלו לא רק משפיעים זה על זה אלא גם מגבילים זה את זה. כדי להשיג את המטרה של שיפור יציבות התהליך ויעילות הייצור בו זמנית, יש צורך לייעל פרמטרים אלו תחילה. להלן אנו מציגים בקצרה את רעיונות האופטימיזציה של מספר פרמטרים מרכזיים של תהליך.

 

בחירת חומרי ממברנה

החומרים של קלטת קרום סינון אולטרה הם פוליאתר סולפון (PES), תאית מתחדשת (RC), פוליווינילידן פלואוריד (PVDF) וכן הלאה.

פוליאתר סולפון (PES)

PES הוא ממברנת האולטרה-פילטרציה הנפוצה ביותר כיום. ל-PES יש הידרופוביות או ליפופיליות חזקה, ולכן יש לו שטף מים נמוך ויכולת נגד זיהום ירודה. לכן, רוב ממברנות ה-PES בשוק הן פוליאתתר סולפון הידרופילי (PESU). ממברנת PESU מאופיינת בשטף גבוה, עמידות לחומצות ואלקליות, עמידות בלחץ, עמידות בחום ועמידות בפני חמצון. הוא משמש בעיקר בתמיסות חלבון בריכוז גבוה (כגון נוגדן חד שבטי, HSA, IgG, חלבון רקומביננטי וכו'), קצירת תאים, חיסונים, אנטיביוטיקה, חומרי ניגוד, רפואה סינית מסורתית, תרופות סינתטיות וכו'.

 

תאית מתחדשת (RC)

בהשוואה לחומרים אחרים, היתרון הגדול ביותר של RC הוא ספיחת חלבון נמוכה במיוחד. בנוסף, תאית תואמת יותר לממיסים אורגניים מאשר פוליאת'ר סולפון, אך לא ניתן לנקות ולשמור אותה בריכוז גבוה של NaOH. ממברנת RC משמשת בעיקר בתמיסת חלבון בריכוז נמוך, לתפוקת החלבון יש דרישות גבוהות והתמיסה מכילה ממיסים אורגניים, אך לא כל הממסים האורגניים ניתנים לסינון אולטרה עם קרום תאית, יש צורך לבחור כנגד תאימות הממברנה.

פוליווינילידן פלואוריד (PVDF)

PVDF הוא חומר פולימרי מיוחד בעל יציבות כימית מעולה, יציבות תרמית ועמידות בפני מזג אוויר, ובעל חוזק מכני טוב ועמידות בלחיצה. לממברנה זו חדירות גבוהה ויכולת חסימה נמוכה, יכולה להעביר ביעילות מולקולות קטנות ומים, תוך חסימת מולקולות גדולות וחלקיקים מוצקים. בתחום הביו-רפואה, ממברנת PVDF יכולה לשמש להכנת חלבונים מטוהרים, תרבית תאים, הפרדת דם וכו'. למרות שלממברנת אולטרה-פילטר PVDF יש ביצועים טובים, היא משמשת לעתים קרובות בתהליך מיקרו-פילטרציה.

 

בחירת צמצם ממברנה

גודל נקבוביות סינון אולטרה הוא אחד ממדדי הביצועים החשובים של ממברנת סינון אולטרה, אשר משפיע ישירות על יעילות ההפרדה והשטף של הממברנה. צמצם גדול מדי מוביל לאפקט סינון גרוע ואינו יכול להסיר ביעילות זיהומים; הצמצם קטן מדי יפחית את מהירות הסינון, ואף יוביל לחסימה, ומשפיע על חיי השירות של קרום סינון אולטרה. ‌

הבחירה בגודל נקבוביות הממברנה היא בדרך כלל פי 3-6 מהמשקל המולקולרי של חומר המטרה, רצוי פי 5, וקצב זרימה גבוה מושג תוך הבטחת התאוששות גבוהה. הטבלה הבאה מציגה את הפתחים הנפוצים של קלטת הממברנה בתרחישי יישומים מסוימים.

 

בקרת זרימה טנגנציאלית

זרימה טנגנציאלית היא המהירות של נוזל העובר דרך ומקביל לפני השטח של קרום, מבוטאת בדרך כלל בליטר לדקה (L/min) או ליטר למטר רבוע לשעה (L/㎡/h) ‌. זרימה טנגנציאלית ממלאת תפקיד מפתח בסינון זרימה משיקית, הקובעת את מצב הזרימה של הנוזל על פני הממברנה, ובכך משפיעה על יעילות הסינון ועל חיי השירות של הממברנה. לזרימה טנגנציאלית יש אפקט "ניקוי" על פני ממברנת המסנן, והגדלה מתאימה של קצב הזרימה המשיקית עוזרת להקל על קיטוב הריכוז ולהגביר את השטף. עם זאת, זרימה משיקית גבוהה מדי תגביר גם את כוח הגזירה הנתון למוצר, מה שעלול להוביל לירידה בפעילות המוצר. לכן, בחירת קצב הזרימה המשיקית המתאים צריכה להתחשב בסובלנות של המדגם ובדרישות תהליך הסינון.

קצב הזרימה המשיק תלוי במידה רבה במבנה קלטת הממברנה ובסוג המסך שנבחר. ספקים שונים ימליצו על קצבי זרימה משיקים שונים בהתאם למאפיינים של קלטות הממברנה שלהם. קצב הזרימה המשיקית המומלץ על ידי Guidling ultrafiltration membrane הוא 4-6L/m²/min, אך עבור כמה דגימות רגישות, הוא יכול להיות נמוך יותר מהטווח המומלץ בהתאם למצב בפועל.

 

בקרת לחץ טרנסממברני אפקטיבי (TMP).

TMP הוא פרמטר מפתח בתהליך אולטרה סינון זרימה משיקית‌. לחץ טרנסממברני אפקטיבי (TMP, יחידה: בר או psi) מתייחס להפרש הלחץ הממוצע בין שני הצדדים של הממברנה. שטף (L/m²/h, L/m²/h, LMH) הוא כמות הנוזל העוברת דרך הממברנה ליחידת זמן ליחידת שטח ממברנה. בתהליך אולטרה-filtration של זרימה משיקית, TMP קשור קשר הדוק ל-Flux.

בתהליך זרימה משיקית של זרימה קבועה, ניתן לחלק את הקשר בין Flux ו-TMP לשני שלבים.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= לחץ הזנה, Pout= לחץ חזרה, Pp= לחץ העברה).

אזור הקשור ללחץ: בתחילה, השטף מושפע רק מההתנגדות של ממברנת המסנן, כך שהשטף יגדל באופן ליניארי כאשר ה-TMP מוגבר.

 

אזור בלתי תלוי בלחץ או אזור בקרת שכבת ג'ל: עם עלייה מתמשכת של TMP, קרום המסנן מקוטב בהדרגה על ידי ריכוז, וחלק מה-TMP המוגבר מקוזז על ידי ההתנגדות של שכבת קיטוב הריכוז, כך שהעלייה בשטף מואטת בהדרגה . עד לבסוף, קרום המסנן מקוטב לחלוטין על ידי ריכוז, וה-TMP המוגבר מקוזז לחלוטין על ידי ההתנגדות של השכבה המקוטבת בריכוז. בשלב זה, השטף אינו עולה עוד.

בתהליך האופטימיזציה של TMP של זרימה משיקית, ה-Flux Flux ו-TMP משורטטים כדי למצוא את נקודת הפיתול של ה-TMP (השטף אינו משתנה עם עליית ה-TMP), ו-70-80% מערך ההטיה נקודת ה-TMP נחשבת בדרך כלל כנקודת ה-TMP הטובה ביותר. בשלב זה, קרום המסנן אינו מקוטב לחלוטין על ידי ריכוז, וערך השטף גבוה יחסית.

 

טען אימות

קיבולת (L/m² או g/m²) מתייחסת לנפח או המסה של נוזל המסנן למטר רבוע של שטח הממברנה. זהו אחד האינדיקטורים החשובים יותר למדידת ביצועי הסינון. העומס של נוזלים שונים משתנה מאוד, גם אם נעשה שימוש באותו נוזל (כגון חיסונים), עקב התהליכים השונים של יצרנים שונים, בחירת המסננים ועומס ומדדי הביצועים האחרים אינם זהים.

 

להלן הקיבולת המומלצת של קלטות ממברנות אולטרה סינון של Guidling עבור אזורי ממברנה שונים.

לפני קביעת התהליך, יש לבצע ניסויי מחקר ופיתוח, ובדרך כלל נעשה שימוש בקלטות ממברנה של {{0}}.11m² או 0.5m² בשלב המחקר והפיתוח. לוקח את הבדיקה הראשונית באמצעות 1{{10}}kd 0.11m² קלטת ממברנה למשך 45 דקות לעיבוד נוזל של 2L כדוגמה, על מנת לקבוע את העומס של 10kd 0.11㎡ קלטת ממברנה, זמן התהליך נקבע לראשונה, וזמן העיבוד של 4L, 5L ו-6L נרשם בהתאמה עם לחץ הבדיקה של TMP < 1.0bar עד הגעה לזמן התהליך שצוין. בשלב זה, קיבולת העיבוד המתאימה היא העומס המרבי של 10kd 0.11m² ממברנה בזמן התהליך המשוער. בייצור בפועל, ניתן לבצע הגברה פרופורציונלית.

אם אתה רוצה לדעת יותר על העומס של קלטות ממברנות אולטרה-פילטרציה של Guidling, אתה יכול לפנות אלינו לדיון מעמיק נוסף.

 

לגבי Guidling

Guidling Technology הוא מיזם היי-טק לאומי המתמקד בביו-פרמצבטיקה, תרבית תאים, טיהור וריכוז של ביו-רפואה, אבחון ונוזלים תעשייתיים. פיתחנו בהצלחה מכשירי סינון צנטריפוגליים, קלטות אולטרה סינון ומיקרו סינון, מסנן וירוסים, מערכת TFF, מסנן עומק, סיבים חלולים וכו' העונים במלואם על תרחישי היישום של ביו-פרמצבטיקה, תרבית תאים וכן הלאה. הממברנות ומסנני הממברנות שלנו נמצאים בשימוש נרחב בריכוז, מיצוי והפרדה של סינון מקדים, מיקרו-פילטרציה, אולטרה-פילטרציה וננו-סינון. קווי המוצרים הרבים שלנו, החל מסינון מעבדה קטן וחד פעמי ועד למערכות סינון ייצור, בדיקות סטריליות, תסיסה, תרבית תאים ועוד, עונים על צורכי הבדיקה והייצור. Guidling Technology מצפה לשתף פעולה איתך!