ตลับกรอง TFF ที่ใช้ซ้ำได้ส่งผลต่อประสิทธิภาพการกรองเมื่อเวลาผ่านไปหรือไม่?

ในฐานะซัพพลายเออร์ตลับเทป TFF (Tangential Flow Filtration) ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ฉันได้รับคำถามนี้ตลอดเวลา: ผลิตภัณฑ์ของเรามีประสิทธิภาพสม่ำเสมอในการใช้งานซ้ำๆ หรือไม่ เป็นเรื่องที่ยุติธรรม ทีมแปรรูปทางชีวภาพพึ่งพา TFF ในทุกสิ่งตั้งแต่การทำให้การเพาะเลี้ยงเซลล์ชัดเจนไปจนถึงการทำให้โปรตีนเข้มข้น และการหยุดทำงานจากอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าอาจทำให้ตารางการผลิตทั้งหมดต้องหยุดชะงัก หลังจากทำงานด้านเทคโนโลยีการกรองเมมเบรนมาเป็นเวลา 8 ปี ฉันได้เห็นทีมงานต่างๆ สลับไปมาระหว่างตลับ TFF แบบใช้ครั้งเดียวและแบบใช้ซ้ำได้ โดยมักจะคิดว่าตลับหนึ่งดีกว่าตลับอื่นๆ โดยธรรมชาติ แต่ความจริงเกี่ยวกับประสิทธิภาพเมื่อเวลาผ่านไปนั้นมีความละเอียดอ่อน ไม่เพียงแต่ผูกติดอยู่กับตัวคาสเซ็ตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิธีการทำความสะอาด จัดเก็บ และการใช้งานด้วย

เริ่มจากพื้นฐานกันก่อน: คาสเซ็ต TFF ทำงานโดยการผลักของเหลวขนานกับพื้นผิวเมมเบรน เพื่อให้อนุภาคขนาดเล็กผ่านไปได้ในขณะที่ยังคงอนุภาคขนาดใหญ่ไว้ สำหรับรุ่นที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ เมมเบรนและโครงตลับได้รับการออกแบบให้ถอดประกอบ ทำความสะอาด และแปรรูปใหม่ แทนที่จะทิ้งหลังการใช้งานครั้งเดียวเหมือนเป็นอุปกรณ์แบบใช้ครั้งเดียว สิ่งสำคัญคือประสิทธิภาพไม่เพียงแค่ลดลงเท่านั้น แต่ยังลดลงด้วยเหตุผลที่เฉพาะเจาะจงและคาดเดาได้ และนั่นคือจุดที่เทปคาสเซ็ตแบบใช้ซ้ำได้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าแบบใช้ครั้งเดียว (ด้วยความระมัดระวังอย่างเหมาะสม) หรือมีประสิทธิภาพต่ำกว่าปกติหากบำรุงรักษาไม่ถูกต้อง

ตำนานที่พบบ่อยที่สุดประการหนึ่งคือคาสเซ็ตแบบใช้ซ้ำได้เสื่อมสภาพเร็ว ฉันเคยเห็นคาสเซ็ตผ่านการวิ่งมากกว่า 50 ครั้งและยังคงส่งฟลักซ์เริ่มต้นถึง 90% (อัตราการไหลของของไหลผ่านเมมเบรน) เมื่อทำความสะอาดอย่างเหมาะสม แต่จะไม่เป็นเช่นนั้นหากคุณข้ามขั้นตอนการทำความสะอาดที่สำคัญ เมื่อคุณใช้เทปคาสเซ็ต TFF ชั้นของสารก่อภูมิแพ้—โปรตีนรวมตัว เศษเซลล์ หรือส่วนประกอบของสื่อ—จะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวเมมเบรนและภายในรูขุมขน หากคุณเพียงล้างน้ำอย่างรวดเร็วระหว่างการวิ่ง คราบสกปรกเหล่านั้นจะแข็งตัวและฝังตัวอยู่ในรูของเมมเบรน เมื่อเวลาผ่านไป จะลดขนาดรูขุมขนที่มีประสิทธิภาพและปิดกั้นการไหล ตัวอย่างเช่น ตลับกรองไมโครฟิลเตรชันขนาด 0.22um ที่เริ่มต้นที่ฟลักซ์เต็มอาจลดลง 30-40% หลังจากใช้งาน 10 ครั้ง หากทำความสะอาดด้วยน้ำเพียงอย่างเดียว แต่ถ้าคุณใช้น้ำยาทำความสะอาดที่เป็นด่าง (เช่น 0.1M NaOH) ที่มีการหมุนเวียน จากนั้นล้างออกด้วยกรดและน้ำ คาสเซ็ตเดียวกันนั้นจะคงอยู่ที่ฟลักซ์ 85% หลังจากใช้งาน 15 ครั้ง

นั่นเป็นเหตุผลที่เราสร้างกลุ่มผลิตภัณฑ์เมมเบรน TFF ที่มีเฟรมที่ถอดประกอบได้ง่ายและเมมเบรนที่เข้ากันได้ซึ่งต้านทานการจับกับโปรตีน ทีม R&D ของเราทดสอบเมมเบรน 10 ประเภทที่แตกต่างกันเพื่อค้นหาเมมเบรนที่ปล่อยสิ่งปนเปื้อนโดยไม่เสื่อมสภาพ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมตลับกรองแบบใช้ซ้ำได้ของเราจึงทำงานอย่างสม่ำเสมอตลอดการใช้งาน นอกจากนี้เรายังมีแบบจำลองเฉพาะสำหรับงานระดับห้องปฏิบัติการ เช่น Cassette แบบไมโครฟิลเตรชันของ Scales Lab ของเรา ซึ่งมีขนาดสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพขนาดเล็กและการทำงานขนาดเล็กหลายเครื่อง ดังนั้นห้องปฏิบัติการจึงไม่ต้องประนีประนอมระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ

อีกปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพในระยะยาวคือความเสียหายของเมมเบรน คาสเซ็ตแบบใช้ซ้ำได้ขึ้นอยู่กับการจัดการทางกายภาพระหว่างการถอดแยกชิ้นส่วนและการทำความสะอาด หากช่างเทคนิคใช้แปรงที่มีฤทธิ์รุนแรงหรือขัดเมมเบรนแรงเกินไป ช่างเทคนิคสามารถฉีกชั้นเมมเบรนบางๆ ได้ ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์สูญเสีย (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโปรตีนเป้าหมาย) คาสเซ็ตของเรามีพื้นผิวเมมเบรนแบบอ่อนและคำแนะนำในการจัดการที่ชัดเจนเพื่อป้องกันปัญหาดังกล่าว แต่ถึงอย่างนั้น ประสิทธิภาพที่ลดลง 15-20% ก็มาจากความผิดพลาดของมนุษย์ในการจัดการ คาสเซ็ตแบบใช้ครั้งเดียวหลีกเลี่ยงสิ่งนี้โดยสิ้นเชิง แต่การประหยัดจะสูญเสียไปในต้นทุนระยะยาว ลูกค้าของเราบอกเราว่าพวกเขาลดต้นทุนการกรองลง 60% เมื่อเปลี่ยนจากคาสเซ็ตแบบใช้ครั้งเดียวไปใช้คาสเซ็ต TFF ที่นำกลับมาใช้ใหม่ของเราได้ แม้ว่าจะคำนึงถึงหน่วยที่เสียหายเป็นครั้งคราวก็ตาม

มาดูข้อมูลจากการทดสอบภาคสนามครั้งล่าสุดของเรากัน เราร่วมมือกับบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพที่เน้นโมโนโคลนอลแอนติบอดี (mAbs) สำหรับการทดลองทางคลินิก พวกเขารันวัตถุดิบตั้งต้น mAb บนคาสเซ็ตไมโครฟิลเตรชันขนาด 0.65um จากนั้นทำความสะอาด เก็บไว้ในสารละลายบัฟเฟอร์ และนำกลับมาใช้ใหม่มากกว่า 22 รอบ ฟลักซ์เริ่มต้นคือ 120 LMH (ลิตรต่อตารางเมตรต่อชั่วโมง) และหลังจากการวิ่ง 22 ครั้ง ก็อยู่ที่ 98 LMH ซึ่งลดลงเพียง 18% เท่านั้น นอกจากนี้ พวกเขายังได้ทดสอบเทปคาสเซ็ตแบบใช้ซ้ำได้ของคู่แข่ง ซึ่งมีฟลักซ์ลดลง 45% หลังจากวิ่ง 15 ครั้ง เนื่องจากเมมเบรนของพวกเขาต้องการการทำความสะอาดที่รุนแรงยิ่งขึ้น ซึ่งทำให้โครงสร้างรูพรุนเสื่อมโทรม ความแตกต่าง? เมมเบรนของเราทำจากโพลีเอเทอร์ซัลโฟน (PES) ผสมที่ทนทานต่อการเสื่อมสภาพจากสารทำความสะอาดมาตรฐาน ในขณะที่คู่แข่งใช้เมมเบรนเซลลูโลสที่สลายตัวเมื่อสัมผัสกับสารอัลคาไลน์ซ้ำๆ

เดี๋ยวก่อน แต่กรณีที่ประสิทธิภาพลดลงอย่างรวดเร็วล่ะ? เกือบทุกครั้งเกิดจากการจัดเก็บที่ไม่เหมาะสม หากเก็บคาสเซ็ตต์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ไว้ในที่แห้ง เมมเบรนอาจแตกหรือหดตัว ส่งผลให้โครงสร้างของรูพรุนเปลี่ยนแปลงไป หากเก็บไว้ในสารละลายเคมีที่รุนแรง (เช่น สารฟอกขาวที่ไม่เจือปน) ก็สามารถกัดรูเมมเบรน ทำให้มีขนาดใหญ่กว่าที่ตั้งใจไว้ เราขอแนะนำให้เก็บคาสเซ็ตของเราในสารละลายเอทานอล 20% ที่อุณหภูมิ 4°C ซึ่งป้องกันการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์โดยไม่ทำลายเมมเบรน ทีมที่ปฏิบัติตามแนวทางดังกล่าวจะเห็นการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อยในช่วงพื้นที่จัดเก็บข้อมูลหลายเดือน ในขณะที่ทีมที่ข้ามไปมักจะรายงานว่าฟลักซ์ลดลง 50% หรือมากกว่า

อีกประเด็นหนึ่ง: การกู้คืนฟลักซ์ ตัวชี้วัดทั่วไปสำหรับประสิทธิภาพของ TFF คือ % การฟื้นตัวของฟลักซ์หลังการทำความสะอาด คาสเซ็ตแบบใช้ครั้งเดียวสามารถคืนฟลักซ์ได้ 100% ตามการออกแบบ เนื่องจากเป็นของใหม่ทุกครั้ง แต่คาสเซ็ตที่นำกลับมาใช้ใหม่ควรมีระดับ 90% หรือสูงกว่าหลังจากทำความสะอาดอย่างเหมาะสมแต่ละครั้ง หากตลับกรองที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ต่ำกว่านั้น อาจเป็นสัญญาณว่าการทำความสะอาดไม่เพียงพอ เมมเบรนเสียหาย หรือคราบฝังแน่นอย่างถาวร เรารวมชุดทดสอบฟลักซ์ไว้ในคาสเซ็ตทุกอันเพื่อช่วยให้ลูกค้าตรวจสอบประสิทธิภาพระหว่างการทำงาน เพื่อให้พวกเขาสามารถตรวจจับปัญหาได้ตั้งแต่เนิ่นๆ ก่อนที่จะส่งผลกระทบต่อกระบวนการ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการขยายขนาด การสูญเสียฟลักซ์แม้แต่ 10% ก็สามารถเพิ่มชั่วโมงให้กับเวลาในการผลิต ซึ่งทำให้ต้องเสียเงินหลายพันดอลลาร์ในช่วงหยุดทำงาน

ฉันยังเคยเห็นทีมต่างๆ สันนิษฐานว่าเทปที่นำกลับมาใช้ใหม่ใช้งานได้กับบางแอปพลิเคชันเท่านั้น ตัวอย่างเช่น บางคนคิดว่าไม่สามารถใช้สำหรับการทำให้เซลล์กระจ่างได้ แต่ตลับกรองไมโครฟิลเตรชัน 0.22um ของเราถูกนำมาใช้เป็นประจำเพื่อชี้แจงการเพาะเลี้ยงเซลล์ CHO เรามีลูกค้าในการผลิตวัคซีนที่ใช้กรองพาหะของไวรัส และมีประสิทธิภาพสม่ำเสมอกว่า 30 รัน สิ่งสำคัญคือการจับคู่ขนาดรูพรุนและประเภทของเมมเบรนของตลับให้เข้ากับการใช้งาน หากคุณกำลังกรองเศษเซลล์ขนาดใหญ่ รูพรุนที่มีขนาดใหญ่กว่า (เช่น 0.65um) จะดีกว่าและทนทานกว่ารูพรุนขนาดเล็กซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการอุดตันมากกว่า

มีข้อแม้อยู่ที่นี่: คาสเซ็ตแบบใช้ซ้ำได้นั้นมีวงจรชีวิต แม้ว่าจะได้รับการดูแลเป็นอย่างดี เมมเบรนก็จะเสื่อมสภาพในที่สุดหลังจากใช้งานไป 50-60 ครั้ง ขึ้นอยู่กับการใช้งาน นั่นคือเวลาที่ต้องทำการเปลี่ยนเมมเบรน ไม่ใช่เปลี่ยนทั้งตลับ กรอบคาสเซ็ตต์ของเราได้รับการออกแบบให้นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ดังนั้นคุณจึงจ่ายเฉพาะเมมเบรนใหม่เท่านั้น ซึ่งช่วยลดต้นทุนได้มากขึ้น คาสเซ็ตแบบใช้ครั้งเดียวจำเป็นต้องซื้อหน่วยใหม่ทุกครั้ง ดังนั้นต้นทุนตลอดอายุการใช้งานจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว—มากกว่า 20 รอบ ลูกค้าสามารถใช้จ่ายกับยูนิตแบบใช้ครั้งเดียวมากกว่า 3 เท่าเมื่อเทียบกับคาสเซ็ตแบบใช้ซ้ำได้ของเราที่มีการเปลี่ยนเมมเบรน

ดังนั้น เพื่อย้อนกลับไปที่คำถามเดิม: คาสเซ็ต TFF แบบใช้ซ้ำได้ส่งผลต่อประสิทธิภาพการกรองเมื่อเวลาผ่านไปหรือไม่ คำตอบคือไม่—ถ้ามีการจัดการ ทำความสะอาด และจัดเก็บอย่างเหมาะสม ปัญหาด้านประสิทธิภาพที่ทีมรายงานแทบไม่เคยเกิดจากเทคโนโลยีที่นำกลับมาใช้ซ้ำได้ แต่อยู่ที่วิธีที่พวกเขาใช้ (หรือใช้ในทางที่ผิด) เทปคาสเซ็ต ในฐานะซัพพลายเออร์ เราได้ทำงานร่วมกับลูกค้าหลายร้อยรายเพื่อปรับกระบวนการ ตั้งแต่การเปลี่ยนสารทำความสะอาดไปจนถึงการนำโปรโตคอลการจัดเก็บไปใช้ และเกือบทั้งหมดเห็นว่าประสิทธิภาพของพวกเขาคงที่หรือดีขึ้นเมื่อเทียบกับทางเลือกแบบใช้ครั้งเดียวในระยะยาว

หากคุณกำลังพิจารณาที่จะเปลี่ยนไปใช้เทป TFF แบบใช้ซ้ำได้ หรือต้องการแก้ไขปัญหาด้านประสิทธิภาพกับการตั้งค่าปัจจุบันของคุณ เราพร้อมให้ความช่วยเหลือ ทีมของเราสามารถทำงานร่วมกับการใช้งานเฉพาะของคุณได้ ไม่ว่าจะเป็นการวิจัยในห้องปฏิบัติการหรือการผลิตทางชีวภาพขนาดใหญ่ เพื่อแนะนำคาสเซ็ตที่เหมาะสม และแนะนำคุณตลอดขั้นตอนการทำความสะอาดและการบำรุงรักษา เพื่อให้ประสิทธิภาพมีความสม่ำเสมอตลอดเวลา

อย่าลังเลที่จะติดต่อทีมของเราเพื่อขอรายละเอียดการจัดซื้อและโซลูชันแบบกำหนดเองที่ปรับให้เหมาะกับความต้องการในการกรองของคุณ

อ้างอิง

1. ซิดนีย์, อลาบามา (2018) การกรองการไหลตามแนวเส้นสัมผัส: หลักการ การออกแบบ และการประยุกต์กระบวนการทางชีวภาพ สปริงเกอร์.
2. ลื้อ บี. และคณะ (2020). การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของคาสเซ็ต TFF แบบใช้ซ้ำได้และแบบใช้ครั้งเดียวสำหรับความเข้มข้นของโมโนโคลนอลแอนติบอดี วารสารวิทยาศาสตร์เมมเบรน, 598, 117682.
3. อย. (2022) คำแนะนำสำหรับอุตสาหกรรม: ระบบกรองเมมเบรนแบบใช้ซ้ำได้สำหรับการแปรรูปชีวเภสัชภัณฑ์ สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา
4. เฉิน วาย และคณะ (2019) การกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากเมมเบรนกรองการไหลแบบสัมผัส: ผลกระทบของเกณฑ์วิธีการทำความสะอาดที่มีต่อประสิทธิภาพในระยะยาว เทคโนโลยีชีวภาพและวิศวกรรมชีวภาพ, 116(10), 2645-2655.
5. จีอี เฮลท์แคร์. (2021). TFF แบบใช้ซ้ำได้และแบบใช้ครั้งเดียว: การวิเคราะห์ต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ รายงานเทคโนโลยีการประมวลผลทางชีวภาพ