Tangencial

Foto 1:Configuración de mesa del sistema de control de procesos PendoTECH TFF.

Los sistemas de control de procesos de filtración de flujo tangencial (TFF) PendoTECH han sido ampliamente adoptados en la comunidad de filtración. Las características del sistema permiten su implementación en operaciones unitarias múltiples y aplicaciones de procesamiento biofarmacéutico, incluida la ultrafiltración-diafiltración (UF-DF) de proteínas, virus y compuestos como oligonucleótidos y conjugados anticuerpo-fármaco (ADC). El sistema de control se puede utilizar para desarrollar parámetros de proceso para procesos UF-DF que tienen diferentes formatos de membrana (p. ej., casete de hoja plana y fibra hueca).

Las configuraciones de laboratorio TFF a menudo son procesos manuales o semiautomatizados que utilizan bombas, manómetros o transmisores de acero inoxidable, básculas y válvulas manuales. El registro de datos requiere un monitoreo continuo y la exportación de datos requiere esfuerzos laboriosos para transferirlos al software de análisis de datos. La integración de múltiples componentes del sistema de diferentes proveedores y el uso de abrazaderas y válvulas operadas manualmente para controlar la presión transmembrana (TMP) puede resultar problemático. Pueden ocurrir grandes volúmenes de retención causados ​​por una configuración no óptima de la ruta de flujo, lo que limita los valores de concentración final.

El sistema de control de procesos PendoTECH TFF es versátil y escalable. Una configuración estándar comprende dos bombas y dos básculas en una configuración de mesa (Foto 1) o en un carro de proceso cuando se deben procesar grandes volúmenes. Un circuito de control de retroalimentación basado en una válvula reguladora de tubería agrega control TMP automatizado cuando es necesario. El sistema puede medir parámetros como caudal, conductividad, pH y temperatura. Se pueden agregar dos entradas configurables para medir los rayos UV y la concentración. El sistema también tiene la flexibilidad de operar diferentes bombas, incluida una bomba de permeado.

El sistema de control incluye sensores de presión de un solo uso PendoTECH, que están disponibles con conexiones de manguera de 1/8 de pulgada a una pulgada y en un formato de conexión luer y brida sanitaria (triclamp, TC) para manejar todas las escalas de proceso mientras influyen mínimamente. volumen de retención. El sistema no tiene limitaciones en la escala del proceso, lo que permite a los usuarios ampliar o reducir fácilmente con un desembolso y requisitos de espacio mínimos a medida que el proceso avanza desde una configuración de mesa hasta una configuración a escala piloto. El sistema se integra con diferentes tipos de bombas, básculas y caudalímetros. Permite a los usuarios crear rutas de flujo que incorporan filtros de diferentes fabricantes. Tiene opciones para mediciones de flujo y flujo de filtrado con un medidor de flujo o tasa de cambio en el peso de la báscula (sin necesidad de un medidor de flujo). Las alarmas del sistema permiten que los procesos se ejecuten sin supervisión.

El sistema de control de procesos PendoTECH TFF proporciona un alto nivel de automatización, monitoreo de procesos en línea y recopilación y tendencias de datos de procesos. El sistema proporciona un control completo de lotes con seis recetas programables integradas. La interacción del sistema se lleva a cabo con una interfaz gráfica de usuario (GUI) basada en PC, que escribe los datos del proceso en tiempo real en un archivo de valores separados por comas (CSV), lo que permite mejorar la integridad de los datos exportados para su análisis mediante software de terceros, o los datos se pueden abrir utilizando el software Microsoft Excel. El software también incluye un servidor incorporado para intercambiar datos con software cliente OPC como PI (de OSIsoft) para almacenamiento externo en una base de datos.

Visualización de las condiciones óptimas del proceso para la ampliación El sistema incluye una función de "excursión" que permite a los usuarios ejecutar 40 condiciones de flujo de alimentación de filtro y TMP automáticamente y graficar datos para visualizar las condiciones óptimas. La secuencia de automatización puede manejar hasta cuatro concentraciones diferentes reduciendo el volumen del recipiente de retenido entre cuatro etapas (hasta 10 pasos cada una). La Figura 1 muestra los gráficos en tiempo real que se generan durante una excursión para optimizar la tasa de flujo.

Figura 1:Ilustración de excursión del proceso de software para visualizar las condiciones óptimas del proceso.

Logre factores de alta concentración: modo por lotes alimentados El sistema puede funcionar automáticamente en modo discontinuo para lograr factores de concentración altos (>20×) añadiendo dinámicamente materiales al recipiente de retenido a la misma velocidad de permeado a través del filtro. La Figura 2 muestra el esquema del proceso del sistema. Las válvulas automatizadas etiquetadas como PV1 y PV2 permiten que la bomba de alimentación de diafiltración extraiga líquido del recipiente de producto o del recipiente de amortiguación. El detector de aire no invasivo detecta si hay aire o líquido en el tubo y detecta el final de la alimentación del producto en un paso del proceso por lotes. Una vez que se ha agregado todo el producto, se produce la concentración dentro del recipiente. Cuando se alcance el punto de concentración deseado, el software controlará el paso de diafiltración automáticamente. A esto le sigue un paso de concentración final automatizado. Estas características pueden resultar valiosas cuando se concentran virus muy diluidos y cuando se intenta alcanzar altas concentraciones de proteínas.

Figura 2:Esquema del proceso del sistema de control de procesos PendoTECH TFF.

Fuerzas de corte de la bomba y capacidad de presión Una limitación de algunos sistemas TFF es que no se pueden utilizar para realizar cambios dinámicos que se ajusten a los requisitos de una biomolécula que se está investigando. Uno de esos parámetros es la fuerza de corte que puede soportar una biomolécula.

El fluido del proceso circula continuamente a alta frecuencia, por lo que las bombas tienen un papel importante en los procesos TFF.Bombas peristálticas son la opción favorita entre los usuarios porque son convenientes y económicos, y admiten tamaños de tubería más grandes para mayores caudales. Pero no son las mejores cuando es necesario tener un caudal constante a altas presiones, y dichas bombas pueden someter a las biomoléculas a altas fuerzas de corte a medida que aumenta el caudal. La mayoría de las bombas peristálticas tienen cuatro rotores que se acoplan a un tubo cuatro veces por rotación del cabezal de la bomba, impulsando así el líquido hacia adelante a un caudal requerido. El acoplamiento de alta frecuencia de un rotor a un tubo crea puntos de pellizco y gradientes de presión a medida que el líquido entra y se libera rápidamente. A medida que el producto se concentra, la frecuencia aumenta rápidamente. A presiones moderadas, el diseño de una bomba peristáltica la hace incapaz de liberar físicamente una contrapresión más allá de los límites prescritos de la bomba y el tubo. Entonces, a medida que aumenta la contrapresión, el caudal puede disminuir y crear una situación insegura en la que la tubería se rompe.

Para procesos que requieren la generación de altas presiones, unbomba de diafragma (una bomba de desplazamiento positivo) podría ser la mejor opción porque el líquido ingresa a la cámara de la bomba y luego se expulsa. Este diseño de bomba continúa manteniendo un caudal constante contra la alta contrapresión generada durante un proceso de filtración. Esto a menudo es necesario cuando los operadores intentan alcanzar factores de alta concentración porque un producto en circulación continúa reduciendo su volumen mientras aumenta su viscosidad.

Bombas centrífugas transferir fluidos desde los puntos de entrada a los de salida de una cámara de bomba. El mecanismo básico de una bomba de este tipo se basa en un impulsor que gira, aspira fluido y lo expulsa a través de una salida al caudal deseado. Por lo tanto, el impulsor debe aumentar su velocidad para mantener un caudal constante a medida que aumenta la contrapresión. A medida que aumenta la viscosidad del fluido, el aumento resultante de la presión hace que el caudal disminuya, a menos que se mida el caudal de salida de la bomba y se proporcione retroalimentación al impulsor para controlar el caudal.

Para moléculas sensibles al corte, se recomiendan bombas de diafragma o centrífugas. Sus diseños crean inherentemente menos cizallamiento, lo que puede influir en una biomolécula. El grado de impacto debe determinarse mediante experimentación.

El sistema de control de procesos PendoTECH TFF permite realizar cambios cambiando una bomba según lo dictan las propiedades biomoleculares. El principal requisito es que la bomba elegida debe ser controlada remotamente por el sistema PendoTECH con una entrada de 4-20 mA o 0-10V.

Conductividad: Aplicación Desaladora El sistema de control PendoTECH TFF tiene dispositivos integrados para el monitoreo de procesos. La entrada de conductividad estándar que incorpora el sensor de conductividad de un solo uso PendoTECH en línea puede medir conductividad hasta 100 mS/cm con una sensibilidad de 0,1 mS/cm.

Se requieren medidores de conductividad más sensibles para aplicaciones como la síntesis y purificación de oligonucleótidos. Los oligonucleótidos son moléculas cortas de ADN o ARN, oligómeros que se utilizan en aplicaciones como pruebas genéticas, investigación y medicina forense. Se sintetizan químicamente utilizando nucleótidos y un sintetizador para generar secuencias de residuos bien definidas. Pueden fabricarse como moléculas monocatenarias con una secuencia específica y son vitales para la síntesis de genes artificiales, la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), la secuenciación de ADN, la clonación molecular y como sondas moleculares.

Normalmente, los oligonucleótidos se elaboran mediante síntesis química en fase sólida. Un paso para lograr un alto nivel de pureza y bajos niveles de sal es purificar utilizando un soporte sólido como la cromatografía de fase reversa (RPC). A medida que aumenta la escala de síntesis del oligómero objetivo, también aumentan los costos asociados con el uso de soportes sólidos RPC para eliminar longitudes de fragmentos no deseadas. La desalinización también puede aumentar los costos generales de fabricación.

Foto 2:Celda de flujo de proceso de pequeña escala PendoTECH para sondas de 12 mm para mediciones de procesos críticos.

Una opción que se está investigando es la aplicación de filtros utilizados en TFF para desalar oligonucleótidos. Esto requiere un medidor de conductividad que tenga un nivel de sensibilidad suficientemente alto para detectar sales en el rango μS/cm. Para ayudar a medir la baja conductividad en ese rango, se requiere un sensor con un rango de sensibilidad más amplio que el de un sensor incorporado. Se puede conectar un monitor de alta sensibilidad a una de las entradas genéricas disponibles. PendoTECH ofrece celdas de flujo acrílicas de baja retención especialmente diseñadas para que los usuarios puedan implementar una sonda de 12 mm de diámetro para una medición en línea (Foto 2).

El transmisor Mettler Toledo M300 puede leer sondas de alta sensibilidad y integrarse con una de las entradas configurables genéricas del sistema de control PendoTECH TFF (Figura 2). Con la sonda adecuada seleccionada, el sistema se puede utilizar para medir el líquido del proceso en μS/cm. Esto puede aumentar la eficiencia de la desalinización mediante el monitoreo en línea con una alta sensibilidad, lo que ayuda a reducir los costos generales del proceso.

Manejo seguro de ADC Los ADC son una clase de productos biofarmacéuticos diseñados para terapias dirigidas a células tumorales. Las operaciones de TFF para los ADC generalmente se realizan en un gabinete de seguridad biológica (capucha) para reducir la exposición humana a componentes tóxicos vinculados al anticuerpo. Desde una perspectiva de seguridad, la modularidad de la configuración del sistema de control PendoTECH permite a los usuarios configurar los componentes del proceso en un recinto y/o campana de flujo laminar, manteniendo la computadora fuera del área de control remoto para minimizar las intervenciones del proceso. Las recetas automatizadas en la GUI permiten a los usuarios operar de forma segura un proceso con una exposición mínima. El modo “receta manual” permite un amplio control de las bombas y válvulas de la instalación mediante el ordenador.

El sistema también permite a los usuarios abrir un segundo paquete de software GUI en la computadora que está conectada al mismo sistema de control de procesos TFF. El software PendoTECH VF-DF puede controlar y automatizar un proceso de filtración de flujo normal y ofrece la capacidad de optimizar y ampliar una operación de filtración.

Mahesh Khot , PhD, es gerente de ventas de sistemas de control en PendoTECH; [email protected].

Categorías: Filtración, Noviembre-Diciembre 2022, Monitoreo y Controles de Procesos, Contenido Patrocinado