Поиск и устранение неисправностей тангенциальная фильтрация потока

Следуйте советам этого специалиста по поддержанию хорошего Фильтрат и внеклеточного ставки возмещения продукта.

Тангенциальной фильтрации (ПТФ) обычно используется, чтобы сосредоточиться и диализировать растворенных веществ размером от сотен до тысяч Далтон размера (например, в обратный осмос, один из нескольких видов ПТФ) для макромолекул размером от десятков до сотен килодальтон размера (например, как и в ультрафильтрации) и биомассы клеток измерения мкм (например, в микрофильтрации). ПТФ как правило, предполагает распространение канала решения по поверхности фильтра - то есть вещества заметен на поверхности фильтра фильтрата толкнул через фильтр под давлением подачи потока (рис. 1). Радикальные действия циркулирующего корма решение предотвращает попадание вещества фильтр матрицы и создание помех или загрязнения потока пути в фильтре матрицы.

В данной статье представлен краткий обзор принципов, регулирующих ПФО, а также предлагает эмпирический подход к оптимизации условий работы для млекопитающих приложений разъяснения cellculture. В случае млекопитающих разъяснения культуре клеток, такая оптимизация осложняется тем, что клетки повреждаются высоким Расходы, приведенные канал.

Фильтры предназначены для использования ПТФ бывают различных конфигураций, предлагая различные пути потока геометрии (в зависимости от формы поперечного сечения канала канала), площадь поверхности и фильтрации типов. Поверхности фильтра представлены корма должно быть однородным и относительно гладко. Таким образом, мембранного типа матриц фильтра используются в модулях ПТФ фильтра. Характер исходного материала и конфигурации фильтра ПТФ являются основными факторами, определяющими потенциал производительности процесса разделения. В данном материале корма и ПТФ системы, максимальной эффективности разделения ПФО в целом зависит от оптимального сочетания скорости и корма давления на поверхности фильтра, которая также называется трансмембранного давления (TMP). TMP, как правило, рассчитывается путем сложения измеряемой линии давления подачи, впадающих в ПФО системы и вне системы ПФО, разделив сумму на 2 и вычесть строку давление фильтрата, вытекающего из системы ПФО:

где P ^ ^ ц к югу и к югу P ^ ^ являются для входа и выхода корма давление, соответственно, и P ^ ^ ро югу является пронизывают (или фильтрат) давление на выходе, все фунтов на квадратный дюйм.

Feed скорость потока не является равномерным в пути потока или корма канала модуля фильтра ПТФ. Корма течет по поверхности фильтра и стены канала канала опыт сопротивления и теряет скорость относительно канала течет в центре канала. Как фильтрат проходит через фильтр, концентрация растворенного вещества увеличивается на поверхности фильтра. Таким образом, во время процесса, ПТФ, растворенных веществ может начать концентрата потока по поверхности фильтра, и, возможно, столкнуться с потоком фильтрата через мембрану. Эта область пониженной скорости подачи и выше концентрации растворенного вещества часто называют пограничного слоя.

В увольнений ПФО с участием растворенных веществ меньше, чем на клетки млекопитающих, концентрации растворенного вещества на поверхности фильтра могут быть решены за счет увеличения расхода кормов, Q ^ ^ к югу корма, к тому, что стабильная, ламинарный поток профиль скорости в канале становится неустойчивым и переходные. Переходные условия создания потока без единой модели скоростей вблизи границ канала канала. Эддис форму и простирается от центра канала потока в пограничном слое, где они разрываются пограничного слоя и улучшению условий фильтрации. Растворенного вещества в корме канала испытывает более поперечной силы из-за более случайных скоростей модель в потоке канала.

Культуры клеток

Оптимальное значение Q югу ^ ^ корма для большинства приложений ПТФ обусловлена максимальное рабочее давление входе фильтра ПТФ или системы и, наоборот, оптимальное значение Q ^ ^ корма югу для культуры клеток, как правило, обусловлено сдвига чувствительности клетках млекопитающих. При условии умеренного уровня сдвига (например, 3000 S ^ SUP -1) из-за высокой Расходы, приведенные корма, клетки млекопитающих могут разрыв и разлив ее содержимого в канал поток. Повреждение клеток может увеличить загрязнение фильтрата шаг (добавив меньше растворенных веществ в канал поток), в результате менее эффективной фильтрации и / или проблем качества продукции. Поэтому, как правило, необходимо действовать ПТФ обработки культуры клеток млекопитающих под ламинарного потока корма условиях, когда скоростях сдвига ниже.

Условия ламинарного течения также обеспечивают преимущества с точки зрения эффективности процесса фильтрации. В этих условиях градиента скорости в поперечном сечении руслового потока является параболической. В центре канала передача высоких скоростей, а также снижение скорости асимптотически при движении от центра канала к стенкам канала. Млекопитающих клетки достаточно велики (например, десятки [му] м диаметром.), Что этот градиент скорости могут оказывать подъемной силы на клетки. Лифт сил создаются тогда, когда газ или жидкость с различными скоростями через противоположные поверхности объекта (например, ячейки). Поток с большей скоростью, создает низкое давление в отношении объекта, который испытывает силу, что привлекает его в более высокой скоростью потока. Скорость потока корма больше, чем ближе она к центру канала канала, поэтому клетки млекопитающих обращается к центру канала канала подъемной силы.

Определяя лучшего разделения

Оптимизация ПТФ обработки культуры клеток млекопитающих требует увязки силу поднимать предоставляемый корма течения, силу TMP, которая производит потоке фильтрата. Из-за сложности процесса разделения производится по характеру подачи решения (например, вязкость и плотность клеток) и динамики жидкостей системы ПТФ (т. е. геометрии канала канал может быть круглой или прямоугольной, меньше, чем 1 мм до 2-3 мм в ширину, а корма канал может быть дюймов до фута), оптимальные условия обработки должны быть определены опытным путем. Один из подходов к определению оптимальных условий обработки является построение процесса карте.

Строительство таких карта включает операционную процесс разделения ПТФ в различных условиях с тем же или аналогичные решения канала: Q ^ ^ к югу корма и TMP независимо разнообразны и Расходы, приведенные в удерживаемым и пронизывают или внеклеточной жидкости, содержащей продукта, являются измеренная после условия стабилизировались на уровне каждой комбинации потока и TMP. Обратите внимание, что TMP можно управлять двумя способами - первый частично закрытия клапана на корма, вытекающих из системы, а во-вторых, ограничивает поток фильтрата из системы, тем самым создавая давление в магистрали фильтрата.

Процесс отображения данных в таблице (см. выше) строится на двух плоскостях графа, Q ^ ^ к югу корма и TMP оккупационные осей х и у (рис. 2). Каждый х, у координат помечены Q ^ ^ к югу фильтрата, созданные с соответствующей Q ^ ^ к югу корма и TMP условиях. Линии рисуются между х, у координат, имеют те же соответствующие Q ^ ^ к югу фильтрата значения для формирования карты. Линий, соединяющих х, у координат с равными Q ^ ^ к югу фильтрата должны составлять круг окруженный концентрическими кольцами или полу-концентрических линий. Круг должен содержать высокий Q ^ ^ югу фильтрата и ценности продукта проход. Q ^ ^ к югу корма и TMP комбинации в этот круг представляют собой оптимальные условия обработки. Эта граница оптимальных условий обработки могут быть использованы для установки предварительного контроля процесса ограничения, или дальнейшей оптимизации в этих условиях может быть проведена путем создания более х, у координаты внутри границ оптимального процесса.

Важно отметить, что границы оптимальной обработки зависят от качества канала решения, такие как плотность культуры клеток и жизнеспособность. Если эти качества значительно отличаться от партии к партии, отображение процесса должны быть выполнены на нескольких подготовки кормов решения, или с использованием "худшем случае" кормить решения, если это можно определить. Кроме того, большинство ПТФ обработки культуры клеток будет включать концентрация культуры, поэтому важно, чтобы выполнить процесс отображения в соответствии с условиями, которые являются репрезентативными и начала процесса и до конца процесса концентрации. Вполне возможно, что оптимальный процесс форматирования будет включать в себя изменение Q ^ ^ к югу корма и / или TMP уставок после концентрации часть процесса завершена.

Всегда желательно, чтобы выполнить оптимизацию процесса в малом масштабе. В случае применения клеточных культур ПТФ ", сократили" версии основных модулей микрофильтрации ПТФ доступны из основных производителей фильтров ПТФ. Используя эти уменьшенные модули, геометрии течения в канале и условий питания потока могут быть воспроизведены в небольшом масштабе, и оптимальные условия обработки, могут быть определены, а затем осуществлять ограниченное отображение в полномасштабной системы.

Это также очень важно для длины канала в канал уменьшенную систему, которая будет представитель от длины канала в канал полномасштабной системы. Фильтрация условия не равномерной по всей длине канала канал, потому что: сопротивление уменьшается скорость подачи потока; объем корма жидкости теряется фильтрационного потока, а также вещества становится более концентрированным, как фильтрат обращается с подачи жидкости. Вот почему ПТФ модулей с меньшей длиной пути, как правило имеют более высокие оптимальные значения Q югу ^ ^ фильтрата. В приложениях, связанных с разъяснения десятков тысяч литров культура клеток, ПТФ модули часто настроены в ряды по сокращению подачи Расходы, приведенные и размер питательного насоса. Из-за длины канала канала в этих больших приложений, как правило, невозможно разработать представитель уменьшенную модель.

Оптимальных условий обработки заявок клеточной культуры ПТФ принципиально отличаются от оптимальных условий обработки для других целей ПТФ, таких, как ультрафильтрации. При использовании подъемной сил, возникающих при ламинарном потоке условий питания, очень эффективный и надежный процессов клеточной культуры ПТФ могут быть разработаны. Здесь шаг за шагом процедуры для определения оптимальных условий ПТФ клеточных культур процесса:

1. Использование культуры клеток представитель корма жидкости, выполнить ПТФ разъяснения в рамках различных комбинаций Q ^ ^ к югу корма и TMP. Запись Q ^ ^ к югу фильтрата в каждой комбинации Q ^ ^ к югу корма и TMP.

2. Участок TMP против Q ^ ^ к югу корма значения х, участок у разбегаются.

3. Введите корреляции Q ^ ^ к югу фильтрата рядом с каждой точки на графике.

4. Нарисуйте линию, соединяющую равной Q ^ ^ к югу фильтрата ценностей; строки должны формировать круг окруженный концентрическими линиями. Круг должен содержать высокий Q ^ ^ к югу фильтрата ценности - TMP и расход условий в этот круг представляют собой оптимальные условия обработки.

5. Выполните дальнейшие отображение процесса путем:

* С использованием жидкости наихудшем случае подачи.

* Работа в оптимальные границы обработки условий, чтобы установить окончательные условия процесса.

* Проведение процесса в натурных условиях потока; выполнять ограниченное отображение и оптимизации по мере необходимости.

KENT IVERSON,

IVERSON CONSULTING,

С Solutia ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ КОНСУЛЬТАНТОВ

KENT IVERSON является независимым консультантом (E-почта: <a href="mailto:ks_iverson@yahoo.com"> ks_iverson@yahoo.com </ A>) сотрудничество с Solutia фармацевтической Advisors (575 Мэривилл центр Драйв; Сент-Луисе, MO 63141, телефон: (800) 547-9281 или (314) 674-1000, факс: (314) 674-1585; Веб-сайт: <A HREF = "http://www.solutia.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW" <> www.solutia.com />; Электронная почта: <a <href="mailto:pharmadvisors@solutia.com"> pharmadvisors@solutia.com />;), глобальной сети более 60 элитных технических специалистов отрасли и деловых кругов. Эксперт в развитие биофармацевтической цепи поставок и объекта проектирования и эксплуатации, Айверсон имеет 18 лет опыта работы в биофармацевтической промышленности с такими компаниями, как Genentech, Immunex и Колтер фармацевтической и работал вице-президентом по процессу развития на Corixa Корпорация имеет Айверсон BS в брожении науки от Univ. Калифорнии в Дэвисе.