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Nov 22, 2023

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Foto 1: Configurazione da banco del sistema di controllo di processo PendoTECH TFF.pendotech

写真1:PendoTECH TFF プロセス制御システムのベンチトップ構成。

PendoTECH タンジェンシャルフローろ過 (TFF) プロセス制御システムは、ろ過コミュニティで広く採用されています。 このシステムの機能により、タンパク質、ウイルス、オリゴヌクレオチドや抗体薬物複合体 (ADC) などの化合物の限外濾過ダイアフィルトレーション (UF-DF) を含む、複数のユニット操作や生物医薬品処理アプリケーションでの実装が可能になります。 この制御システムを使用して、さまざまな膜形式 (フラットシートカセットや中空糸など) を持つ UF-DF プロセスのプロセスパラメータを開発できます。

TFF の実験室セットアップは、多くの場合、ポンプ、ステンレス鋼の圧力計または送信機、スケール、手動バルブを使用する手動または半自動プロセスです。 データのログ記録には継続的な監視が必要であり、データのエクスポートにはデータ分析ソフトウェアに転送するための骨の折れる作業が必要です。 異なるサプライヤーからの複数のシステムコンポーネントを統合し、手動操作のクランプやバルブを使用して膜間圧 (TMP) を制御する場合、問題が発生する可能性があります。 最適でない流路設定により大量の滞留量が発生する可能性があり、最終濃度値が制限されます。

PendoTECH TFF プロセス制御システムは多用途で拡張性があります。 標準セットアップは、ベンチトップ構成 (写真 1) の 2 台のポンプと 2 台のスケールで構成され、大量の処理が必要な場合はプロセス カートに組み込まれます。 チューブ スロットル バルブに基づくフィードバック制御ループにより、必要に応じて自動 TMP 制御が追加されます。 このシステムは、流量、導電率、pH、温度などのパラメータを測定できます。 2 つの構成可能な入力を追加して、UV と濃度を測定できます。 このシステムには、透過ポンプなどのさまざまなポンプを操作する柔軟性もあります。

制御システムには PendoTECH 使い捨て圧力センサーが含まれており、1/8 インチから 1 インチのホースバーブ接続、ルアーフィッティングおよびサニタリーフランジ (トライクランプ、TC) 形式で利用可能で、影響を最小限に抑えながらすべてのプロセススケールに対応します。ホールドアップボリューム。 このシステムにはプロセス規模の制限がないため、プロセスがベンチトップからパイロット規模のセットアップに進むにつれて、ユーザーは最小限の支出とスペース要件で簡単にスケールアップまたはスケールダウンできます。 このシステムは、さまざまなタイプのポンプ、スケール、流量計と統合されています。 これにより、ユーザーはさまざまなメーカーのフィルターを組み込んだ流路を構築できます。 流量計を使用した濾液流量および流束測定、またはスケール重量の変化率（流量計は不要）のオプションがあります。 システム アラームにより、無人でプロセスを実行できます。

PendoTECH TFF プロセス制御システムは、高レベルの自動化、インラインプロセス監視、プロセスデータの収集と傾向分析を提供します。 このシステムは、6 つのプログラム可能なレシピを内蔵した完全なバッチ制御を提供します。 システムの対話は PC ベースのグラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) で実行され、プロセス データをカンマ区切り値 (CSV) ファイルにリアルタイムで書き込むため、サードパーティ ソフトウェアによる分析用にエクスポートされたデータの整合性が向上します。データは Microsoft Excel ソフトウェアを使用して開くことができます。 このソフトウェアには、データベースへの外部ストレージ用の PI (OSIsoft 製) などの OPC クライアント ソフトウェアとデータを交換するための組み込みサーバーも含まれています。

スケールアップに最適なプロセス条件を可視化このシステムには、ユーザーが 40 のフィルター供給流量と TMP 条件を自動的に実行し、データをグラフ化して最適な条件を視覚化できる「エクスカーション」機能が含まれています。 自動化シーケンスは、4 つの段階 (それぞれ最大 10 段階) の間で保持液容器の体積を減らすことにより、最大 4 つの異なる濃度を処理できます。 図 1 は、流束率を最適化するためにエクスカーション中に生成されるリアルタイム グラフを示しています。

図1：最適なプロセス条件を視覚化するソフトウェアプロセスエクスカーションの図。

高い濃縮係数の達成: フェドバッチモードこのシステムは流加モードで自動的に動作し、フィルターを通過する同じ透過速度で保持液容器に材料を動的に追加することで、高い濃縮係数 (>20 倍) を達成できます。 図 2 にシステム プロセスの概略図を示します。 PV1 および PV2 とラベルが付けられた自動バルブにより、ダイアフィルトレーションフィードポンプが生成物容器または緩衝液容器から液体を引き出すことができます。 非侵襲的な空気検出器は、チューブ内に空気または液体があるかどうかを感知し、流加プロセスステップでの製品供給の終了を検出します。 すべての製品が添加されると、容器内で濃縮が起こります。 所望の濃度点に達すると、ソフトウェアはダイアフィルトレーションステップを自動的に制御します。 その後、自動化された最終濃縮ステップが続きます。 このような機能は、高度に希釈されたウイルスを濃縮する場合や、高いタンパク質濃度を達成しようとする場合に役立ちます。

図2:PendoTECH TFF プロセス制御システムのプロセス図。

ポンプのせん断力と圧力能力一部の TFF システムの制限は、調査対象の生体分子の要件に適合する動的変更を行うために使用できないことです。 そのようなパラメータの 1 つは、生体分子が耐えることができるせん断力です。

プロセス流体は高頻度で連続的に循環するため、TFF プロセスではポンプが重要な役割を果たします。ペリスタルティックポンプ便利で経済的であり、流量を増やすためにより大きなチューブ サイズに対応できるため、ユーザーの間で人気の選択肢です。 しかし、高圧で一貫した流量が必要な場合には最適ではなく、そのようなポンプは流量が増加するにつれて生体分子に高いせん断力を与える可能性があります。 ほとんどの蠕動ポンプには 4 つのローターがあり、ポンプ ヘッドの 1 回転につき 4 回チューブと係合し、液体を必要な流量で押し出します。 ローターがチューブに高周波で係合すると、液体が引き込まれ、急速に放出されるときにピンチポイントと圧力勾配が生じます。 製品が濃縮されると、周波数は急速に増加します。 中程度の圧力では、蠕動ポンプの設計により、ポンプとチューブの規定の制限を超える背圧に抗して物理的に送達することができません。 そのため、背圧が増加すると流量が低下し、チューブが破裂する危険な状況が生じる可能性があります。

高圧の発生が必要なプロセスでは、ダイヤフラムポンプ (容積式ポンプ) は、液体がポンプ チャンバーに引き込まれてから押し出されるため、最良の選択である可能性があります。 このポンプ設計は、濾過プロセス中に発生する高い背圧に対して一貫した流量を維持し続けます。 循環する製品の粘度が増加する一方で体積は減少し続けるため、オペレーターが高濃度係数に到達しようとする場合、これがしばしば必要になります。

渦巻ポンプポンプチャンバーの入口点から出口点まで流体を移送します。 このようなポンプの基本的な機構は、回転して流体を吸い込み、所望の流量で出口から排出するインペラに依存しています。 したがって、背圧が増加すると、一定の流量を維持するためにインペラの速度を上げる必要があります。 流体の粘度が増加すると、ポンプ出口の流量を測定し、流量を制御するためにインペラにフィードバックを与えない限り、圧力が増加して流量が減少します。

せん断に敏感な分子の場合は、ダイヤフラム ポンプまたは遠心ポンプをお勧めします。 それらの設計は本質的に、生体分子に影響を与える可能性のあるせん断を少なくします。 影響の程度は実験によって決定する必要があります。

PendoTECH TFF プロセス制御システムでは、生体分子の特性に応じてポンプを切り替えることで変更を加えることができます。 主な要件は、選択したポンプが 4 ～ 20 mA または 0 ～ 10 V 入力の PendoTECH システムによってリモート制御される必要があることです。

導電性: 脱塩用途 PendoTECH TFF 制御システムには、プロセス監視用のデバイスが組み込まれています。 インライン PendoTECH 使い捨て導電率センサーを組み込んだ標準導電率入力は、0.1 mS/cm の感度で最大 100 mS/cm の導電率を測定できます。

オリゴヌクレオチドの合成や精製などの用途には、より高感度の導電率計が必要です。 オリゴヌクレオチドは短い DNA または RNA 分子であり、遺伝子検査、研究、法医学などの用途に使用されるオリゴマーです。 これらはヌクレオチドとシンセサイザーを使用して化学的に合成され、明確に定義された残基の配列が生成されます。 これらは、特定の配列を持つ一本鎖分子として製造でき、人工遺伝子合成、ポリメラーゼ連鎖反応 (PCR)、DNA 配列決定、分子クローニング、および分子プローブとして不可欠です。

通常、オリゴヌクレオチドは固相化学合成によって製造されます。 高レベルの純度および低塩レベルを達成するための 1 つのステップは、逆相クロマトグラフィー (RPC) などの固体担体を使用して精製することです。 標的オリゴマーの合成規模が増加するにつれて、望ましくないフラグメント長を除去するための RPC 固体支持体の使用に関連するコストも増加します。 脱塩も全体の製造コストを増加させる可能性があります。

写真2:PendoTECH 小規模プロセス フローセル、重要なプロセス測定用の 12 mm プローブ用。

研究中の 1 つのオプションは、TFF で使用されるフィルターをオリゴヌクレオチドの脱塩に適用することです。 そのためには、μS/cm 範囲の塩を検出するのに十分な高レベルの感度を備えた導電率計が必要です。 その範囲での低い導電率の測定を支援するには、内蔵センサーよりも広い感度範囲を持つセンサーが必要です。 高感度モニターは、利用可能な汎用入力の 1 つに接続できます。 PendoTECH は、ユーザーがインライン測定用に直径 12 mm のプローブを実装できるように、特別に設計されたアクリル製の低ホールドアップ フローセルを提供しています (写真 2)。

メトラー・トレド M300 トランスミッタは、高感度プローブを読み取ることができ、PendoTECH TFF 制御システムへの汎用構成可能な入力の 1 つと統合できます (図 2)。 適切なプローブを選択すると、システムを使用してプロセス液体をμS/cm 単位で測定できます。 インラインで高感度にモニタリングすることで脱塩効率を向上させることができ、プロセス全体のコストの削減に役立ちます。

ADC の安全な取り扱い ADC は、腫瘍細胞の標的療法用に設計されたバイオ医薬品の一種です。 ADC の TFF 操作は通常、抗体に関連する有毒成分への人間の曝露を減らすために、生物学的安全キャビネット (フード) 内で行われます。 安全性の観点から、PendoTECH 制御システム構成のモジュール性により、ユーザーはエンクロージャや層流フード内にプロセス コンポーネントをセットアップすることができ、コンピュータを遠隔制御エリア外に保ち、プロセス介入を最小限に抑えることができます。 GUI の自動レシピにより、ユーザーはリスクを最小限に抑えてプロセスを安全に操作できます。 「マニュアルレシピ」モードでは、コンピュータを使用してセットアップ内のポンプとバルブを広範囲に制御できます。

このシステムにより、ユーザーは同じ TFF プロセス制御システムに接続されているコンピュータ上で 2 番目の GUI ソフトウェア パッケージを開くこともできます。 PendoTECH VF-DF ソフトウェアは、通常のフロー濾過プロセスを制御および自動化でき、濾過操作を最適化およびスケールアップする機能を提供します。

マヘシュ・コート博士号は、PendoTECH の制御システム営業マネージャーです。 [email protected]。

カテゴリ: ろ過、2022 年 11 月から 12 月、プロセスの監視と制御、スポンサー コンテンツ