การศึกษาคุณลักษณะกระบวนการของตลับเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันในสาขาชีวเภสัชภัณฑ์ (ตอนที่ 1)
การศึกษาลักษณะเฉพาะของกระบวนการ (PC) ส่วนใหญ่จะศึกษาเกี่ยวกับอิทธิพลของอินพุตกระบวนการที่มีต่อเอาท์พุตของกระบวนการ และการศึกษาสามารถกำหนดช่วงการควบคุมของพารามิเตอร์กระบวนการได้ ซึ่งจะปรับปรุงความเสถียรของกระบวนการ ลดความแตกต่างของแบทช์ และลดความเสี่ยงของความล้มเหลว ตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระบวนการชุดการตรวจสอบประสิทธิภาพ (PPQ) และชุดการผลิตเชิงพาณิชย์ผลิตผลิตภัณฑ์ที่ตรงตามมาตรฐานคุณภาพอย่างสม่ำเสมอ
เป้าหมายเฉพาะ
ระบุพารามิเตอร์กระบวนการที่ส่งผลต่อคุณภาพและผลผลิตของผลิตภัณฑ์: การระบุลักษณะเฉพาะของกระบวนการทำให้คุณสามารถระบุพารามิเตอร์กระบวนการที่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณลักษณะคุณภาพหลัก (CQA) ของผลิตภัณฑ์
กำหนดช่วงของพารามิเตอร์การทำงานและมาตรฐานที่ยอมรับได้: รวมถึงการกำหนดช่วงการควบคุมของพารามิเตอร์กระบวนการเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ที่ผลิตเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์กระบวนการและพารามิเตอร์คุณภาพหลัก: การวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์กระบวนการและพารามิเตอร์คุณภาพหลัก ช่วยให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการไหลของกระบวนการและปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ได้
เนื่องจากชีวเภสัชภัณฑ์เข้าสู่ขั้นตอนของการศึกษาทางคลินิก/จดทะเบียนทางคลินิกที่สำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ งานการระบุลักษณะเฉพาะของกระบวนการ และการตรวจสอบความถูกต้องของกระบวนการ (PV) จึงค่อยๆ ถูกนำมารวมอยู่ในวาระการประชุม การระบุลักษณะเฉพาะของกระบวนการและการตรวจสอบความถูกต้องของกระบวนการตามแนวคิด QbD เป็นหนึ่งในงานที่สำคัญที่สุดในการวิจัยทางเภสัชกรรมก่อนการวางตลาด
กระบวนการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันกลายเป็นขั้นตอนกระบวนการที่ขาดไม่ได้ในกระบวนการผลิตชีวเภสัชภัณฑ์ และตลับเมมเบรนแบบแบนจึงกลายเป็นวัสดุสิ้นเปลืองหลักในการผลิตชีวเภสัชภัณฑ์ การศึกษาลักษณะเฉพาะของกระบวนการของตลับเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันในด้านการใช้งานชีวเภสัชภัณฑ์มีความสำคัญอย่างไม่ต้องสงสัย และเกี่ยวข้องกับความสนใจหลักและการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในระยะยาว วัตถุประสงค์ของการศึกษาลักษณะเฉพาะของกระบวนการตลับกรองเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันคือเพื่อศึกษาอิทธิพลของพารามิเตอร์การทำงานของกระบวนการกรองอัลตราฟิลเตรชันที่มีต่อประสิทธิภาพของกระบวนการ/คุณภาพของผลิตภัณฑ์ เพื่อกำหนดพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญ รวมถึงจุดที่ตั้งไว้และช่วงที่ยอมรับได้ ตลับเมมเบรนเป็นส่วนประกอบเมมเบรนที่สำคัญของระบบอัลตราฟิลเตรชันแบบไหลสัมผัส กระบวนการผลิตอัลตราฟิลเตรชันการไหลในแนวเส้นสัมผัสถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์หลายตัว โดยที่พารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญได้แก่ การเลือกวัสดุเมมเบรน การเลือกขนาดรูพรุนของเมมเบรน การควบคุมการไหลในแนวเส้นสัมผัส การควบคุม TMP ที่มีประสิทธิภาพ การตรวจสอบโหลด การเลือกพื้นที่ของเมมเบรน การทำความสะอาดระบบ อายุการใช้งานของเมมเบรน การตรวจสอบความถูกต้อง การเพิ่มประสิทธิภาพการฟอกไต ฯลฯ พารามิเตอร์เหล่านี้ไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน แต่ยังจำกัดซึ่งกันและกันอีกด้วย เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับปรุงเสถียรภาพของกระบวนการและประสิทธิภาพการผลิตในเวลาเดียวกัน จำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์เหล่านี้ให้เหมาะสมก่อน ด้านล่างนี้ เราจะแนะนำแนวคิดการปรับให้เหมาะสมของพารามิเตอร์กระบวนการหลักๆ ต่างๆ โดยย่อ
การเลือกใช้วัสดุเมมเบรน
วัสดุของตลับเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันได้แก่ โพลีอีเทอร์ซัลโฟน (PES), เซลลูโลสที่สร้างใหม่ (RC), โพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF) และอื่นๆ
โพลีเอเทอร์ซัลโฟน (PES)
PES เป็นเมมเบรนกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน PES มีความสามารถในการไม่ชอบน้ำหรือการดูดซึมไขมันสูง จึงมีการไหลของน้ำต่ำและความสามารถในการป้องกันมลภาวะต่ำ ดังนั้นเมมเบรน PES ส่วนใหญ่ในตลาดจึงมีโพลีเอเทอร์ซัลโฟนชนิดไฮโดรฟิลิกชนิดดัดแปลง (PESU) เมมเบรน PESU มีคุณลักษณะเด่นคือมีความต้านทานฟลักซ์ กรดและด่างสูง ทนต่อแรงดัน ทนความร้อน และทนต่อการเกิดออกซิเดชัน ส่วนใหญ่จะใช้ในสารละลายโปรตีนที่มีความเข้มข้นสูง (เช่นโมโนโคลนอลแอนติบอดี, HSA, IgG, โปรตีนรีคอมบิแนนท์ ฯลฯ ), การเก็บเกี่ยวเซลล์, วัคซีน, ยาปฏิชีวนะ, สารทึบรังสี, ยาจีนโบราณ, ยาสังเคราะห์ ฯลฯ
เซลลูโลสที่สร้างใหม่ (RC)
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอื่นๆ ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของ RC คือการดูดซับโปรตีนที่ต่ำมาก นอกจากนี้ เซลลูโลสยังเข้ากันได้กับตัวทำละลายอินทรีย์มากกว่าโพลีอีเทอร์ซัลโฟน แต่ไม่สามารถทำความสะอาดและเก็บรักษาด้วย NaOH ที่มีความเข้มข้นสูงได้ เมมเบรน RC ส่วนใหญ่ใช้ในสารละลายโปรตีนความเข้มข้นต่ำ ปริมาณโปรตีนมีความต้องการสูงและสารละลายประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ แต่ตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิดไม่สามารถกรองด้วยเยื่อเซลลูโลสแบบพิเศษได้ จำเป็นต้องเลือกเทียบกับความเข้ากันได้ของเมมเบรน
โพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF)
PVDF เป็นวัสดุโพลีเมอร์ชนิดพิเศษที่มีเสถียรภาพทางเคมี เสถียรภาพทางความร้อน และทนต่อสภาพอากาศที่ดีเยี่ยม และมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีและทนต่อแรงอัด เมมเบรนนี้มีความสามารถในการซึมผ่านสูงและความสามารถในการปิดกั้นต่ำ สามารถถ่ายโอนโมเลกุลและน้ำขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ปิดกั้นโมเลกุลขนาดใหญ่และอนุภาคของแข็ง ในด้านชีวเวชศาสตร์ เมมเบรน PVDF สามารถใช้ในการเตรียมโปรตีนบริสุทธิ์ การเพาะเลี้ยงเซลล์ การแยกเลือด ฯลฯ แม้ว่าเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชัน PVDF จะมีประสิทธิภาพที่ดี แต่มักใช้ในกระบวนการกรองแบบไมโครฟิลเตรชัน
การเลือกรูรับแสงของเมมเบรน
ขนาดรูพรุนของอัลตราฟิลเตรชันเป็นหนึ่งในดัชนีประสิทธิภาพที่สำคัญของเมมเบรนกรองอัลตราฟิลเตรชัน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการแยกและฟลักซ์ของเมมเบรน รูรับแสงที่กว้างเกินไปส่งผลให้ผลการกรองไม่ดีและไม่สามารถขจัดสิ่งสกปรกได้อย่างมีประสิทธิภาพ รูรับแสงที่เล็กเกินไปจะทำให้ความเร็วการกรองลดลง และทำให้เกิดการอุดตัน ส่งผลต่ออายุการใช้งานของเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชัน
โดยทั่วไป การเลือกขนาดรูพรุนของเมมเบรนจะเป็น 3-6 เท่าของน้ำหนักโมเลกุลของสารเป้าหมาย โดยควรเป็น 5 เท่า และมีอัตราการไหลสูงในขณะเดียวกันก็รับประกันการฟื้นตัวในระดับสูง ตารางต่อไปนี้แสดงรูรับแสงที่ใช้กันทั่วไปของตลับเมมเบรนในบางสถานการณ์การใช้งาน
การควบคุมการไหลแบบสัมผัส
การไหลในแนวสัมผัส คือความเร็วของของไหลที่ไหลผ่านและขนานกับพื้นผิวของเมมเบรน โดยทั่วไปจะแสดงเป็นลิตรต่อนาที (L/min) หรือลิตรต่อตารางเมตรต่อชั่วโมง (L/ตารางเมตร/ชั่วโมง) การไหลในแนวสัมผัสมีบทบาทสำคัญในการกรองอัลตราฟิลเตรชันของการไหลในแนวสัมผัส ซึ่งกำหนดโหมดการไหลของของไหลบนพื้นผิวเมมเบรน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการกรองและอายุการใช้งานของเมมเบรน การไหลในแนวเส้นสัมผัสมีผล "การทำความสะอาด" บนพื้นผิวของเมมเบรนตัวกรอง และการเพิ่มอัตราการไหลของเส้นสัมผัสอย่างเหมาะสมจะช่วยบรรเทาโพลาไรเซชันของความเข้มข้นและเพิ่มฟลักซ์ อย่างไรก็ตาม การไหลในแนวสัมผัสที่สูงเกินไปจะเพิ่มแรงเฉือนที่กระทบต่อผลิตภัณฑ์ ซึ่งอาจส่งผลให้กิจกรรมของผลิตภัณฑ์ลดลง ดังนั้น การเลือกอัตราการไหลในแนวสัมผัสที่เหมาะสมจะต้องพิจารณาความทนทานของตัวอย่างและข้อกำหนดของกระบวนการกรอง
อัตราการไหลในแนวสัมผัสขึ้นอยู่กับโครงสร้างตลับเมมเบรนและประเภทตัวกรองที่เลือกเป็นส่วนใหญ่ ซัพพลายเออร์แต่ละรายจะแนะนำอัตราการไหลของเส้นสัมผัสที่แตกต่างกันตามลักษณะของตลับเมมเบรนของตนเอง อัตราการไหลในแนวสัมผัสที่แนะนำโดยเมมเบรนกรองละเอียด Guidling คือ 4-6ลิตร/ตร.ม./นาที แต่สำหรับตัวอย่างที่ละเอียดอ่อนบางตัว อาจต่ำกว่าช่วงที่แนะนำอย่างเหมาะสมตามสถานการณ์จริง
การควบคุมแรงดันเมมเบรน (TMP) ที่มีประสิทธิภาพ
TMP เป็นพารามิเตอร์สำคัญในกระบวนการอัลตราฟิลเตรชันแบบไหลสัมผัส แรงดันเมมเบรนที่มีประสิทธิภาพ (TMP หน่วย: บาร์หรือ psi) หมายถึงความแตกต่างโดยเฉลี่ยของแรงดันระหว่างทั้งสองด้านของเมมเบรน ฟลักซ์ (L/m²/h, L/m²/h, LMH) คือปริมาณของของไหลที่ไหลผ่านเมมเบรนต่อหน่วยเวลาต่อพื้นที่ของเมมเบรนหน่วย ในกระบวนการอัลตราฟิลเตรชันแบบไหลสัมผัส TMP มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับ Flux
ในกระบวนการกรองอัลตราฟิลเตรชันการไหลแบบสัมผัสคงที่ ความสัมพันธ์ระหว่างฟลักซ์และ TMP สามารถแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน
TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (ความดันป้อน Pin=, ความดันส่งกลับ Pout=, ความดันส่ง Pp=)
บริเวณที่เกี่ยวข้องกับแรงดัน: ในตอนแรก Flux จะได้รับผลกระทบจากความต้านทานของเมมเบรนตัวกรองเท่านั้น ดังนั้น Flux จะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเมื่อ TMP เพิ่มขึ้น
พื้นที่อิสระความดันหรือพื้นที่ควบคุมชั้นเจล: ด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของ TMP เมมเบรนตัวกรองจะค่อยๆ โพลาไรซ์ตามความเข้มข้น และส่วนหนึ่งของ TMP ที่เพิ่มขึ้นจะถูกชดเชยด้วยความต้านทานของชั้นโพลาไรเซชันความเข้มข้น ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์จะค่อยๆ ช้าลง . จนกระทั่งในที่สุด เมมเบรนกรองจะถูกโพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์ตามความเข้มข้น และ TMP ที่เพิ่มขึ้นจะถูกชดเชยโดยสิ้นเชิงด้วยความต้านทานของชั้นโพลาไรซ์ที่มีความเข้มข้น ในเวลานี้ Flux จะไม่เพิ่มขึ้นอีกต่อไป
ในกระบวนการปรับให้เหมาะสมของการไหลในแนวสัมผัส TMP นั้น Flux Flux และ TMP จะถูกพล็อตเพื่อค้นหาจุดเปลี่ยนเว้าของ TMP (ฟลักซ์ไม่เปลี่ยนแปลงตามการเพิ่มขึ้นของ TMP) และ 70-80% ของค่าของการเว้า โดยทั่วไปจุด TMP จะถือเป็นจุด TMP ที่ดีที่สุด ในเวลานี้ เมมเบรนกรองยังไม่ถูกโพลาไรซ์โดยความเข้มข้นอย่างสมบูรณ์ และค่าฟลักซ์ค่อนข้างสูง
โหลดการตรวจสอบ
ความจุ (ลิตร/ตรม. หรือ กรัม/ตรม.) หมายถึงปริมาตรหรือมวลของของเหลวกรองต่อตารางเมตรของพื้นที่เมมเบรน นี่เป็นหนึ่งในตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการวัดประสิทธิภาพการกรอง ปริมาณของเหลวที่แตกต่างกันจะแตกต่างกันอย่างมาก แม้ว่าจะใช้ของเหลวชนิดเดียวกัน (เช่น วัคซีน) เนื่องจากกระบวนการที่แตกต่างกันของผู้ผลิตหลายราย การเลือกตัวกรอง ปริมาณโหลด และตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพอื่นๆ จะไม่เหมือนกัน
ต่อไปนี้คือความจุที่แนะนำของตลับกรองเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันของ Guidling สำหรับพื้นที่เมมเบรนต่างๆ
ก่อนที่จะกำหนดกระบวนการนี้ จำเป็นต้องดำเนินการทดลองการวิจัยและพัฒนา และโดยทั่วไปจะใช้ตลับเมมเบรนขนาด {{0}}.11m² หรือ 0.5m² ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนา ทำการทดสอบครั้งแรกโดยใช้ตลับเมมเบรนขนาด 1{{10}}kd 0.11m² เป็นเวลา 45 นาทีเพื่อประมวลผลของเหลว 2 ลิตรเป็นตัวอย่าง เพื่อหาโหลดของตลับเมมเบรนขนาด 10kd 0.11 ตารางเมตร กำหนดเวลาในกระบวนการเป็นครั้งแรก และเวลาการประมวลผลของ 4L, 5L และ 6L จะถูกบันทึกตามลำดับด้วยแรงดันทดสอบของ TMP <1.0bar จนกระทั่งถึงที่ระบุ ถึงเวลาดำเนินการแล้ว ในขณะนี้ ความสามารถในการประมวลผลที่สอดคล้องกันคือโหลดสูงสุดของตลับเมมเบรนขนาด 10kd 0.11m² ในเวลาดำเนินการโดยประมาณ ในการผลิตจริง การขยายตามสัดส่วนสามารถทำได้
หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับปริมาณของตลับเมมเบรนกรองอัลตราฟิลเตรชัน Guidling คุณสามารถติดต่อเราเพื่อขอหารือในเชิงลึกเพิ่มเติมได้
เกี่ยวกับ กิดลิ่ง
Guidling Technology เป็นองค์กรเทคโนโลยีขั้นสูงระดับประเทศที่มุ่งเน้นด้านเภสัชภัณฑ์ชีวภาพ การเพาะเลี้ยงเซลล์ การทำให้บริสุทธิ์และความเข้มข้นของชีวเวชศาสตร์ การวินิจฉัยโรค และของเหลวทางอุตสาหกรรม เราประสบความสำเร็จในการพัฒนาอุปกรณ์กรองแบบแรงเหวี่ยง ตลับกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันและไมโครฟิลเตรชัน ตัวกรองไวรัส ระบบ TFF ตัวกรองเชิงลึก เส้นใยกลวง ฯลฯ ซึ่งตอบสนองสถานการณ์การใช้งานของชีวเภสัชภัณฑ์ การเพาะเลี้ยงเซลล์ และอื่นๆ ได้อย่างสมบูรณ์ เมมเบรนและตัวกรองเมมเบรนของเรามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านความเข้มข้น การสกัด และการแยกการกรองเบื้องต้น การกรองระดับไมโคร การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน และนาโนฟิลเตรชัน กลุ่มผลิตภัณฑ์มากมายของเรา ตั้งแต่การกรองในห้องปฏิบัติการขนาดเล็กแบบใช้ครั้งเดียวไปจนถึงระบบการกรองการผลิต การทดสอบความเป็นหมัน การหมัก การเพาะเลี้ยงเซลล์ และอื่นๆ อีกมากมาย ตอบสนองความต้องการของการทดสอบและการผลิต Guidling Technology รอคอยที่จะร่วมมือกับคุณ!