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Apr 10, 2023

Tangencial

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

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

Los sistemas de control de procesos de filtración de flujo tangencial (TFF) de PendoTECH han sido ampliamente adoptados en la comunidad de filtración. Las características del sistema permiten su implementación en operaciones de unidades múltiples y aplicaciones de procesamiento biofarmacéutico, incluida la ultrafiltración-diafiltración (UF-DF) de proteínas, virus y compuestos como oligonucleótidos y conjugados de anticuerpos y fármacos (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 lámina plana y fibra hueca).

Las configuraciones de laboratorio TFF a menudo son procesos manuales o semiautomáticos que utilizan bombas, manómetros o transmisores de presión 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 ser problemático. Pueden ocurrir grandes volúmenes de retención causados ​​por una configuración de ruta de flujo no óptima, lo que limita los valores de concentración finales.

El sistema de control de procesos PendoTECH TFF es versátil y escalable. Una configuración estándar consta de dos bombas y dos básculas en una configuración de sobremesa (Foto 1) o en un carro de proceso cuando se deben procesar grandes volúmenes. Un lazo de control de retroalimentación basado en una válvula reguladora de tubería agrega control de TMP automatizado cuando es necesario. El sistema puede medir parámetros como el caudal, la conductividad, el pH y la temperatura. Se pueden agregar dos entradas configurables para medir UV y 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 lengüeta de manguera de 1/8 de pulgada a una pulgada y en un formato de brida sanitaria y accesorio luer (triclamp, TC) para manejar todas las escalas de proceso mientras influye mínimamente volumen de retención. El sistema no tiene limitaciones de escala de proceso, lo que permite a los usuarios escalar hacia arriba o hacia abajo fácilmente con un desembolso mínimo y requisitos de espacio a medida que un proceso avanza desde una configuración de sobremesa a escala piloto. El sistema se integra con diferentes tipos de bombas, básculas y caudalímetros. Permite a los usuarios construir rutas de flujo que incorporan filtros de diferentes fabricantes. Tiene opciones para medir el flujo y el flujo de filtrado con un medidor de flujo o tasa de cambio en el peso de la escala (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 tendencia 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 por software de terceros, o los datos se pueden abrir con el software Microsoft Excel. El software también incluye un servidor integrado para intercambiar datos con software de 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 condiciones óptimas. La secuencia de automatización puede manejar hasta cuatro concentraciones diferentes al reducir 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 la excursión del proceso de software para visualizar las condiciones óptimas del proceso.

Logre factores de alta concentración: modo alimentado por lotes El sistema puede funcionar automáticamente en modo de alimentación por lotes para lograr factores de concentración altos (>20x) mediante la adición dinámica de materiales al recipiente de retenido a la misma tasa 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 del producto o del recipiente de compensación. 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 de alimentación por lotes. Una vez que se ha agregado todo el producto, se produce la concentración dentro del recipiente. Cuando se alcanza el punto de concentración deseado, el software controlará el paso de diafiltración automáticamente. A esto le sigue un paso de concentración final automatizado. Tales características pueden ser valiosas cuando se concentran virus altamente diluidos y cuando se intenta lograr altas concentraciones de proteínas.

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

Fuerzas de corte y capacidad de presión de la bomba 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 investiga. 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 una opción favorita entre los usuarios porque son convenientes y económicos, y se adaptan a tamaños de tubería más grandes para mayores tasas de flujo. Pero no son las mejores cuando existe la necesidad de tener un caudal constante a altas presiones, y tales bombas pueden someter a las biomoléculas a grandes fuerzas de cizallamiento 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, lo que empuja el líquido hacia adelante a la velocidad de flujo requerida. El acoplamiento de alta frecuencia de un rotor a un tubo crea puntos de pellizco y gradientes de presión a medida que se aspira líquido y se libera rápidamente. A medida que se concentra el producto, la frecuencia aumenta rápidamente. A presiones moderadas, el diseño de una bomba peristáltica hace que no pueda entregar físicamente contra una contrapresión más allá de los límites prescritos de la bomba y la tubería. Entonces, a medida que aumenta la contrapresión, el caudal puede disminuir y crear una situación insegura en la que se rompe la tubería.

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 sigue manteniendo un caudal constante frente a la alta contrapresión generada durante un proceso de filtración. Esto suele ser necesario cuando los operadores intentan alcanzar factores de alta concentración porque el volumen de un producto que circula continúa reduciéndose mientras su viscosidad aumenta.

Bombas centrífugas transferir fluidos desde la entrada hasta los puntos de salida de una cámara de bomba. El mecanismo básico de una bomba de este tipo se basa en un impulsor que gira, aspirando fluido y expulsándolo a través de una salida a un 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 disminuya el caudal, 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 cizallamiento, se recomiendan bombas centrífugas o de diafragma. 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 dicten las propiedades biomoleculares. El requisito principal 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 de desalinización El sistema de control PendoTECH TFF tiene dispositivos incorporados 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 la 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 utilizados en aplicaciones tales como pruebas genéticas, investigación y medicina forense. Se sintetizan químicamente utilizando nucleótidos y un sintetizador para generar secuencias bien definidas de residuos. Se pueden fabricar 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.

Por lo general, los oligonucleótidos se fabrican 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 inversa (RPC). A medida que aumenta la escala de síntesis del oligómero objetivo, también lo hacen los costos asociados con el uso de soportes sólidos de 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 a 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. Eso requiere un medidor de conductividad que tenga un nivel suficientemente alto de sensibilidad para detectar sales en el rango de 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 retención baja 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 e 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. Eso puede aumentar la eficiencia de la desalinización al monitorear 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 ADC generalmente se realizan en un gabinete de seguridad biológica (campana) 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 un proceso de forma segura con una exposición mínima. El modo de "receta manual" permite un amplio control de las bombas y válvulas en la configuración por medio de la computadora.

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 Control de Procesos, Contenido Patrocinado