Kajian Karakterisasi Proses Kaset Membran Ultrafiltrasi di Bidang Biofarmasi (Bagian 1)

Karakterisasi Proses (PC) terutama dipelajari pada pengaruh input proses terhadap output proses, dan rentang kendali parameter proses dapat ditentukan melalui studi, yang akan meningkatkan stabilitas proses, mengurangi perbedaan batch, dan mengurangi risiko kegagalan. Memastikan bahwa batch validasi kinerja proses (PPQ) dan batch produksi komersial secara konsisten menghasilkan produk yang memenuhi standar kualitas.

 

Tujuan tertentu

Identifikasi parameter proses yang memengaruhi kualitas dan hasil produk: Karakterisasi proses memungkinkan Anda menentukan parameter proses mana yang memiliki dampak signifikan terhadap atribut kualitas utama (CQA) suatu produk.

‌Menentukan kisaran parameter operasi dan standar yang dapat diterima: ini termasuk menentukan rentang kendali parameter proses untuk memastikan bahwa produk yang dihasilkan memenuhi standar kualitas yang telah ditentukan.

‌Tentukan hubungan antara parameter proses dan parameter kualitas utama: Dengan menganalisis hubungan antara parameter proses dan parameter kualitas utama, aliran proses dapat dioptimalkan dan kualitas produk dapat ditingkatkan.

Karena semakin banyak biofarmasi memasuki tahap studi klinis kritis/terdaftar, pekerjaan Karakterisasi Proses, Validasi Proses (PV) secara bertahap dimasukkan ke dalam agenda. Karakterisasi proses dan validasi proses berdasarkan konsep QbD adalah salah satu tugas terpenting dalam penelitian farmasi pra-pasar.

 

Proses ultrafiltrasi telah menjadi langkah proses yang sangat diperlukan dalam proses produksi biofarmasi, dan oleh karena itu kaset membran datar telah menjadi bahan habis pakai utama dalam produksi biofarmasi. Studi tentang karakterisasi proses kaset membran ultrafiltrasi di bidang aplikasi biofarmasi tidak diragukan lagi penting, dan ini terkait dengan kepentingan inti dan pengembangan produk jangka panjang. Tujuan dari studi karakterisasi proses kaset membran ultrafiltrasi adalah untuk mempelajari pengaruh parameter operasi proses ultrafiltrasi terhadap kinerja proses/kualitas produk, untuk menentukan parameter proses utama dan titik setelnya serta rentang yang dapat diterima. Kaset membran merupakan komponen membran penting dari sistem ultrafiltrasi aliran tangensial. Proses produksi ultrafiltrasi aliran tangensial ditentukan oleh banyak parameter, di antaranya parameter proses utama adalah: pemilihan bahan membran, pemilihan ukuran pori membran, kontrol aliran tangensial, kontrol TMP yang efektif, verifikasi beban, pemilihan area membran, pembersihan sistem, umur membran verifikasi, optimasi dialisis, dll. Parameter ini tidak hanya mempengaruhi satu sama lain tetapi juga membatasi satu sama lain. Untuk mencapai tujuan meningkatkan stabilitas proses dan efisiensi produksi pada saat yang sama, parameter-parameter ini perlu dioptimalkan terlebih dahulu. Di bawah ini kami memperkenalkan secara singkat ide pengoptimalan beberapa parameter proses utama.

 

Pemilihan bahan membran

Bahan kaset membran ultrafiltrasi adalah polieter sulfon (PES), selulosa regenerasi (RC), polivinilidena fluorida (PVDF) dan sebagainya.

Polieter sulfon (PES)

PES merupakan membran ultrafiltrasi yang paling banyak digunakan saat ini. PES memiliki hidrofobisitas atau lipofilisitas yang kuat, sehingga memiliki fluks air yang rendah dan kemampuan anti polusi yang buruk. Oleh karena itu, sebagian besar membran PES yang beredar di pasaran merupakan membran polieter sulfon hidrofilik (PESU) yang dimodifikasi. Membran PESU dicirikan oleh fluks tinggi, ketahanan asam dan alkali, tahan tekanan, tahan panas dan tahan oksidasi. Hal ini terutama digunakan dalam larutan protein konsentrasi tinggi (seperti antibodi monoklonal, HSA, IgG, protein rekombinan, dll.), pengambilan sel, vaksin, antibiotik, zat kontras, pengobatan tradisional Tiongkok, obat sintetis, dll.

 

Selulosa yang diregenerasi (RC)

Dibandingkan dengan bahan lain, keuntungan terbesar RC adalah adsorpsi protein yang sangat rendah. Selain itu, selulosa lebih kompatibel dengan pelarut organik dibandingkan polieter sulfon, namun tidak dapat dibersihkan dan diawetkan dengan NaOH konsentrasi tinggi. Membran RC terutama digunakan dalam larutan protein konsentrasi rendah, hasil protein memiliki persyaratan tinggi dan larutan mengandung pelarut organik, namun tidak semua pelarut organik dapat diultrafiltrasi dengan membran selulosa, maka perlu dilakukan pemilihan berdasarkan kompatibilitas membran.

Polivinilidena fluorida (PVDF)

PVDF adalah bahan polimer khusus dengan stabilitas kimia yang sangat baik, stabilitas termal dan ketahanan cuaca, serta memiliki kekuatan mekanik dan ketahanan tekan yang baik. Membran ini memiliki permeabilitas tinggi dan kemampuan pemblokiran rendah, dapat secara efektif mentransfer molekul kecil dan air, sekaligus memblokir molekul besar dan partikel padat. Di bidang biomedis, membran PVDF dapat digunakan untuk pembuatan protein murni, kultur sel, pemisahan darah, dll. Meskipun membran ultrafiltrasi PVDF memiliki kinerja yang baik, namun sering digunakan dalam proses mikrofiltrasi.

 

Pemilihan bukaan membran

Ukuran pori ultrafiltrasi adalah salah satu indeks kinerja penting membran ultrafiltrasi, yang secara langsung mempengaruhi efisiensi pemisahan dan fluks membran. Bukaan yang terlalu besar menyebabkan efek filtrasi yang buruk dan tidak dapat menghilangkan kotoran secara efektif; Bukaan yang terlalu kecil akan mengurangi kecepatan filtrasi, bahkan menyebabkan penyumbatan, sehingga mempengaruhi masa pakai membran ultrafiltrasi. ‌

Pemilihan ukuran pori membran umumnya 3-6 kali berat molekul zat target, sebaiknya 5 kali, dan laju aliran tinggi dicapai sekaligus memastikan pemulihan yang tinggi. Tabel berikut menunjukkan bukaan kaset membran yang umum digunakan dalam beberapa skenario aplikasi.

 

Kontrol aliran tangensial

Aliran Tangensial‌ adalah kecepatan fluida yang melewati dan sejajar dengan permukaan membran, biasanya dinyatakan dalam liter per menit (L/mnt) atau liter per meter persegi per jam (L/㎡/h) ‌. Aliran tangensial memainkan peran penting dalam ultrafiltrasi aliran tangensial, yang menentukan mode aliran fluida pada permukaan membran, sehingga mempengaruhi efisiensi filtrasi dan masa pakai membran. Aliran tangensial memiliki efek "pembersihan" pada permukaan membran filter, dan meningkatkan laju aliran tangensial secara tepat membantu mengurangi polarisasi konsentrasi dan meningkatkan Fluks. Namun, aliran tangensial yang terlalu tinggi juga akan meningkatkan gaya geser yang dikenakan pada produk, yang dapat menyebabkan penurunan aktivitas produk. Oleh karena itu, pemilihan laju aliran tangensial yang sesuai perlu mempertimbangkan toleransi sampel dan persyaratan proses filtrasi ‌.

Laju aliran tangensial sangat bergantung pada struktur kaset membran dan jenis layar yang dipilih. Pemasok yang berbeda akan merekomendasikan laju aliran tangensial yang berbeda sesuai dengan karakteristik kaset membran mereka sendiri. Laju aliran tangensial yang direkomendasikan oleh membran ultrafiltrasi Guidling adalah 4-6L/m²/mnt, namun untuk beberapa sampel sensitif, laju aliran tersebut mungkin lebih rendah dari kisaran yang disarankan berdasarkan situasi sebenarnya.

 

Kontrol tekanan transmembran (TMP) yang efektif

TMP adalah parameter kunci dalam proses ultrafiltrasi aliran tangensial‌. Tekanan transmembran efektif (TMP, satuan: bar atau psi) mengacu pada perbedaan tekanan rata-rata antara kedua sisi membran. Fluks (L/m²/h, L/m²/h, LMH) adalah banyaknya fluida yang melewati membran per satuan waktu per satuan luas membran. Dalam proses ultrafiltrasi aliran tangensial, TMP berkaitan erat dengan Flux.

Dalam proses ultrafiltrasi aliran tangensial aliran konstan, hubungan antara Fluks dan TMP dapat dibagi menjadi dua tahap.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (tekanan umpan Pin=, tekanan balik Pout=, tekanan transmisi Pp=).

Wilayah terkait tekanan: Awalnya Fluks hanya dipengaruhi oleh resistansi membran filter, sehingga Fluks akan meningkat secara linier ketika TMP ditingkatkan.

 

Area bebas tekanan atau area kontrol lapisan gel: Dengan peningkatan TMP secara terus menerus, membran filter secara bertahap terpolarisasi oleh konsentrasi, dan sebagian dari peningkatan TMP diimbangi oleh resistensi lapisan polarisasi konsentrasi, sehingga peningkatan Fluks secara bertahap melambat. . Hingga akhirnya, membran filter terpolarisasi sempurna oleh konsentrasi, dan peningkatan TMP sepenuhnya diimbangi oleh resistansi lapisan terpolarisasi konsentrasi. Pada saat ini, Flux tidak lagi meningkat.

Pada proses optimasi TMP aliran tangensial, Fluks Fluks dan TMP diplot untuk mencari titik belok TMP (fluks tidak berubah seiring bertambahnya TMP), dan 70-80% dari nilai belok titik TMP umumnya diambil sebagai titik TMP terbaik. Saat ini, membran filter belum sepenuhnya terpolarisasi oleh konsentrasi, dan nilai fluksnya relatif tinggi.

 

Muat verifikasi

Kapasitas (L/m² atau g/m²) mengacu pada volume atau massa cairan filter per meter persegi luas membran. Ini adalah salah satu indikator penting untuk mengukur kinerja filtrasi. Muatan cairan yang berbeda sangat bervariasi, bahkan jika cairan yang sama (seperti vaksin) digunakan, karena proses yang berbeda dari berbagai produsen, pemilihan filter dan muatan serta indikator kinerja lainnya tidak sama.

 

Berikut ini adalah kapasitas yang direkomendasikan dari kaset membran ultrafiltrasi Guidling untuk area membran yang berbeda.

Sebelum proses ditentukan, percobaan penelitian dan pengembangan perlu dilakukan, dan kaset membran berukuran {{0}}.11m² atau 0.5m² umumnya digunakan dalam tahap penelitian dan pengembangan. Melakukan pengujian awal menggunakan kaset membran 1{{10}}kd 0.11m² selama 45 menit untuk memproses 2L cairan sebagai contoh, untuk menentukan beban kaset membran 10kd 0.11㎡, maka waktu proses ditentukan terlebih dahulu, dan waktu pemrosesan 4L, 5L dan 6L dicatat masing-masing dengan tekanan uji TMP <1,0bar hingga waktu proses yang ditentukan tercapai. Saat ini, kapasitas pemrosesan yang sesuai adalah beban maksimum kaset membran 10kd 0,11m² dalam perkiraan waktu proses. Dalam produksi sebenarnya, amplifikasi proporsional dapat dilakukan.

Jika Anda ingin tahu lebih banyak tentang muatan kaset membran ultrafiltrasi Guidling, Anda dapat menghubungi kami untuk diskusi lebih mendalam.

 

Tentang Panduan

Guidling Technology adalah perusahaan teknologi tinggi nasional yang berfokus pada biofarmasi, kultur sel, pemurnian dan konsentrasi biomedis, diagnosis, dan cairan industri. Kami telah berhasil mengembangkan perangkat filter sentrifugal, kaset ultrafiltrasi & mikrofiltrasi, filter virus, sistem TFF, filter kedalaman, serat berongga, dll. Yang sepenuhnya memenuhi skenario penerapan biofarmasi, kultur sel, dan sebagainya. Membran dan filter membran kami banyak digunakan dalam konsentrasi, ekstraksi dan pemisahan pra-filtrasi, mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, dan nanofiltrasi. Berbagai lini produk kami, mulai dari filtrasi laboratorium kecil sekali pakai hingga sistem filtrasi produksi, pengujian sterilitas, fermentasi, kultur sel, dan banyak lagi, memenuhi kebutuhan pengujian dan produksi. Guidling Technology berharap dapat bekerja sama dengan Anda!