바이오의약품 분야의 한외여과막 카세트 공정 특성화에 관한 연구(1부)

프로세스 특성화(PC)는 주로 프로세스 입력이 프로세스 출력에 미치는 영향에 대해 연구되며, 프로세스 매개변수의 제어 범위는 연구를 통해 결정될 수 있으며, 이를 통해 프로세스 안정성을 향상시키고 배치 차이를 줄이며 실패 위험을 줄일 수 있습니다. 프로세스 성능 검증 배치(PPQ)와 상업 생산 배치가 품질 표준을 충족하는 제품을 일관되게 생산하는지 확인합니다.

 

구체적인 목표

제품 품질 및 수율에 영향을 미치는 프로세스 매개변수 식별: 프로세스 특성화를 통해 어떤 프로세스 매개변수가 제품의 핵심 품질 속성(CQA)에 중요한 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다.

‌운영 매개변수 및 허용 가능한 표준의 범위를 결정합니다. 여기에는 생산된 제품이 미리 정해진 품질 표준을 충족하는지 확인하기 위해 공정 매개변수의 제어 범위를 결정하는 것이 포함됩니다.

‌프로세스 매개변수와 핵심 품질 매개변수 간의 관계 파악: 프로세스 매개변수와 핵심 품질 매개변수 간의 관계를 분석하여 프로세스 흐름을 최적화하고 제품 품질을 향상시킬 수 있습니다.

점점 더 많은 바이오의약품이 중요한 임상/등록 임상 연구 단계에 진입함에 따라 공정 특성화, 공정 검증(PV) 작업이 점차 의제에 포함됩니다. QbD 개념을 기반으로 한 공정 특성화 및 공정 검증은 시판 전 의약품 연구에서 가장 중요한 작업 중 하나입니다.

 

한외여과 공정은 바이오 의약품 생산 공정에서 없어서는 안 될 공정 단계가 되었으며, 이에 따라 평막 카세트는 바이오 의약품 생산의 핵심 소모품이 되었습니다. 바이오의약품 응용 분야에서 한외여과막 카세트의 공정 특성화에 대한 연구는 의심할 여지 없이 중요하며, 이는 제품의 핵심 관심 사항 및 장기적인 개발과 관련이 있습니다. 한외여과막 카세트 공정 특성화 연구의 목적은 주요 공정 매개변수와 해당 설정점 및 허용 범위를 결정하기 위해 한외여과 공정 작동 매개변수가 공정 성능/제품 품질에 미치는 영향을 연구하는 것입니다. 멤브레인 카세트는 접선 흐름 한외여과 시스템의 중요한 멤브레인 구성 요소입니다. 접선 흐름 한외여과의 생산 공정은 다양한 매개변수에 의해 결정되며, 그 중 핵심 공정 매개변수는 막 재료 선택, 막 공극 크기 선택, 접선 흐름 제어, 효과적인 TMP 제어, 부하 검증, 막 면적 선택, 시스템 세척, 막 수명입니다. 검증, 투석 최적화 등. 이러한 매개변수는 서로 영향을 미칠 뿐만 아니라 서로를 제한하기도 합니다. 공정 안정성과 생산 효율성을 동시에 향상시키려는 목적을 달성하려면 먼저 이러한 매개변수를 최적화해야 합니다. 아래에서는 몇 가지 주요 프로세스 매개변수의 최적화 아이디어를 간략하게 소개합니다.

 

멤브레인 재료 선택

한외여과막 카세트의 재질은 폴리에테르술폰(PES), 재생셀룰로오스(RC), 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등입니다.

폴리에테르술폰(PES)

PES는 현재 가장 널리 사용되는 한외여과막입니다. PES는 소수성이나 친유성이 강해 물유속이 낮고 오염방지 능력도 떨어진다. 따라서 시중에 나와 있는 대부분의 PES 멤브레인은 변형된 친수성 폴리에테르설폰(PESU)입니다. PESU 멤브레인은 높은 플럭스, 산 및 알칼리 저항성, 내압성, 내열성 및 내산화성을 특징으로 합니다. 주로 고농도 단백질 용액(단클론 항체, HSA, IgG, 재조합 단백질 등), 세포 수확, 백신, 항생제, 조영제, 한약, 합성 약물 등에 사용됩니다.

 

재생셀룰로오스(RC)

다른 소재에 비해 RC의 가장 큰 장점은 단백질 흡착이 매우 낮다는 점입니다. 또한 셀룰로오스는 폴리에테르술폰에 비해 유기용제와의 상용성이 우수하지만 고농도의 NaOH에서는 세척 및 보존이 불가능합니다. RC 멤브레인은 주로 저농도 단백질 용액에 사용되며 단백질 수율에 대한 요구 사항이 높고 용액에 유기 용매가 포함되어 있지만 모든 유기 용매가 셀룰로오스 멤브레인으로 한외여과될 수 있는 것은 아니므로 멤브레인의 호환성에 대해 선택해야 합니다.

폴리불화비닐리덴(PVDF)

PVDF는 화학적 안정성, 열적 안정성, 내후성이 우수하고 기계적 강도와 압축 저항성이 우수한 특수 고분자 소재입니다. 이 막은 투과성이 높고 차단 능력이 낮으며 작은 분자와 물을 효과적으로 전달하는 동시에 큰 분자와 고체 입자를 차단할 수 있습니다. 생물의학 분야에서 PVDF 막은 정제된 단백질의 제조, 세포 배양, 혈액 분리 등에 사용될 수 있습니다. PVDF 한외여과막은 성능이 좋지만 정밀여과 공정에 자주 사용됩니다.

 

멤브레인 조리개 선택

한외여과 기공 크기는 한외여과막의 중요한 성능 지표 중 하나이며, 이는 막의 분리 효율과 유량에 직접적인 영향을 미칩니다. 조리개가 너무 크면 여과 효과가 떨어지고 불순물을 효과적으로 제거할 수 없습니다. 조리개가 너무 작으면 여과 속도가 느려지고 막힐 수도 있어 한외여과막의 수명에 영향을 줍니다. ‌

막 기공 크기의 선택은 일반적으로 목적 물질 분자량의 3-6배, 바람직하게는 5배이며, 높은 회수율을 보장하면서 높은 유속을 달성합니다. 다음 표는 일부 응용 시나리오에서 일반적으로 사용되는 멤브레인 카세트 구멍을 보여줍니다.

 

접선 흐름 제어

접선 흐름‌은 막 표면을 통과하고 평행하게 통과하는 유체의 속도로, 일반적으로 분당 리터(L/min) 또는 시간당 평방 미터당 리터(L/㎡/h)로 표시됩니다. 접선 흐름은 접선 흐름 한외여과에서 중요한 역할을 하며, 이는 막 표면의 유체 흐름 모드를 결정하여 여과 효율과 막의 사용 수명에 영향을 미칩니다. 접선류는 필터막 표면을 '클리닝'하는 효과가 있으며, 접선유량을 적절히 증가시키면 농도 분극을 완화하고 Flux를 높이는 데 도움이 됩니다. 그러나 접선 흐름이 너무 높으면 제품에 가해지는 전단력도 증가하여 제품 활동이 감소할 수 있습니다. 따라서 적절한 접선 유량을 선택하려면 시료의 허용 오차와 여과 공정 요구 사항을 고려해야 합니다.

접선 유속은 선택된 멤브레인 카세트 구조와 스크린 유형에 따라 크게 달라집니다. 다양한 공급업체는 자체 멤브레인 카세트의 특성에 따라 다양한 접선 유량을 권장합니다. Guidling 한외여과막에서 권장하는 접선 유속은 4-6L/m²/min이지만 일부 민감한 샘플의 경우 실제 상황에 따라 권장 범위보다 적절하게 낮을 수 있습니다.

 

효과적인 막횡단압(TMP) 제어

TMP는 접선유동 한외여과 공정의 핵심 매개변수입니다. 유효 막횡단 압력(TMP, 단위: bar 또는 psi)은 막 양면 사이의 평균 압력 차이를 나타냅니다. 플럭스(L/m²/h, L/m²/h, LMH)는 단위 막 면적당 단위 시간당 막을 통과하는 유체의 양입니다. 접선유동 한외여과 공정에서 TMP는 Flux와 밀접한 관련이 있습니다.

정유량 접선유동 한외여과 공정에서 Flux와 TMP의 관계는 두 단계로 나눌 수 있습니다.

TMP=(핀+Pout) /2-Pp(핀= 공급 압력, Pout= 리턴 압력, Pp= 전달 압력).

압력 관련 영역: 초기에 Flux는 필터막의 저항에만 영향을 받으므로 TMP가 증가하면 Flux가 선형적으로 증가합니다.

 

압력 독립 영역 또는 겔층 제어 영역: TMP의 지속적인 증가에 따라 필터막은 농도에 따라 점차 분극화되고 증가된 TMP의 일부는 농도 분극층의 저항에 의해 상쇄되므로 Flux의 증가가 점차 느려집니다. . 최종적으로 필터막은 농도에 따라 완전히 분극되며, 증가된 TMP는 농도 분극층의 저항에 의해 완전히 상쇄됩니다. 이때 Flux는 더 이상 증가하지 않습니다.

접선유동 TMP의 최적화 과정에서는 Flux Flux와 TMP를 Plot하여 TMP의 변곡점(TMP가 증가해도 Flux는 변하지 않음)과 변곡값의 70-80%를 구한다. 일반적으로 TMP의 지점이 가장 좋은 TMP 지점으로 간주됩니다. 이때 필터막은 농도에 따라 완전히 분극되지 않았으며 유속 값이 상대적으로 높습니다.

 

부하 확인

용량(L/m² 또는 g/m²)은 막 면적의 평방미터당 여과액의 부피 또는 질량을 나타냅니다. 이는 여과 성능을 측정하는 가장 중요한 지표 중 하나입니다. 동일한 액체(예: 백신)를 사용하더라도 다양한 제조업체의 공정이 다르므로 필터 선택 및 부하 및 기타 성능 지표가 동일하지 않기 때문에 다양한 액체의 부하는 크게 다릅니다.

 

다음은 다양한 멤브레인 영역에 대한 Guidling 한외여과 멤브레인 카세트의 권장 용량입니다.

공정이 결정되기 전에 연구개발 실험이 이루어져야 하며, 연구개발 단계에서는 일반적으로 {{0}}.11m² 또는 0.5m² 멤브레인 카세트가 사용됩니다. 10kd 0.11㎡ 멤브레인 카세트의 부하를 결정하기 위해 2L 액체를 처리하기 위해 1{{10}}kd 0.11m² 멤브레인 카세트를 45분 동안 사용하여 초기 테스트를 수행하면, 먼저 공정 시간을 결정하고 지정된 공정 시간에 도달할 때까지 TMP < 1.0bar의 테스트 압력으로 4L, 5L, 6L의 처리 시간을 각각 기록했습니다. 이때 해당 처리 용량은 예상 처리 시간 동안 최대 부하 10kd 0.11m²멤브레인 카세트입니다. 실제 생산에서는 비례 증폭이 가능합니다.

Guidling 한외여과막 카세트의 부하에 대해 더 자세히 알고 싶으시면 당사에 연락하여 더 자세한 논의를 하실 수 있습니다.

 

가이들링 소개

Guidling Technology는 바이오 의약품, 세포 배양, 바이오 의약품의 정제 및 농축, 진단 및 산업용 유체에 중점을 둔 국가 첨단 기술 기업입니다. 우리는 원심분리 필터 장치, 한외여과 및 정밀여과 카세트, 바이러스 필터, TFF 시스템, 심층 필터, 중공 섬유 등을 성공적으로 개발했습니다. 이는 바이오 의약품, 세포 배양 등의 응용 시나리오를 완벽하게 충족합니다. 당사의 멤브레인 및 멤브레인 필터는 사전 여과, 미세 여과, 한외 여과 및 나노 여과의 농축, 추출 및 분리에 널리 사용됩니다. 소규모 일회용 실험실 여과부터 생산 여과 시스템, 무균 테스트, 발효, 세포 배양 등에 이르기까지 당사의 다양한 제품 라인은 테스트 및 생산 요구 사항을 충족합니다. Guidling Technology는 귀하와의 협력을 기대하고 있습니다!