Исследования масштабируемости глубинных фильтров Alidep® от Alioth
Введение
В связи с непрерывным развитием биофармацевтической отрасли всё более широкое распространение получает крупномасштабное производство лекарственных препаратов. В рамках производственного процесса глубинная фильтрация, являясь важным этапом downstream части технологической цепочки, играет ключевую роль в обеспечении эффективности последующих стадий очистки и выделения.
Однако линейное масштабирование стадии глубинной фильтрации с этапа разработки процесса до производственного масштаба сопряжено с серьёзными трудностями, поскольку при увеличении масштаба стадии осветления необходимо учитывать множество факторов, таких как рост давления, контроль мутности, коэффициент запаса и другие. В связи с этим исследования масштабируемости приобретают решающее значение для оценки эффективности глубинных фильтров.
Под исследованиями масштабируемости понимаются работы, проводимые с целью определения подходящего формата и площади фильтров для промышленного производства путём сравнения характеристик фильтров различных типоразмеров — таких как удельный поток, грязеёмкость и качество фильтрата. Компания Alioth применяет метод постепенного увеличения площади фильтрации для моделирования технологических показателей глубинных фильтров в реальных условиях производства лекарственных препаратов, что позволяет обеспечить теоретическую базу для выбора глубинных фильтров при масштабировании промышленного выпуска лекарственных препаратов.
Результаты приведённого ниже эксперимента носят ознакомительный характер и не являются гарантией свойств продукта или его техническими характеристиками. В связи с этим данные испытаний для конкретных лекарственных препаратов должны быть подтверждены с использованием репрезентативной технологической жидкости и фактических условий процесса, применяемых конечным пользователем.
Материалы и методы
В данном эксперименте для оценки масштабируемости глубинных фильтров Alioith различных размеров — от масштаба разработки процесса до производственного масштаба — использовали суспензию дрожжей.
Таблица 1. Характеристики глубинных фильтров Alioith и стерилизующих фильтров, использованных для оценки масштабируемости
| Тип фильтра | Артикул | Номер серии | Эффективная площадь фильтрации (м2) |
|---|---|---|---|
| Глубинные фильтры Alidep® | AHA02L23L03 | HC031910 | 0.0023 |
| AHA02M01T11 | HC031909 | 0.11 | |
| AHA02M11T11 | HC032039 | 1.1 | |
| Стерилизующие фильтры Alipore® | CEC5217S5 | SA030933 | 0.6 |
Оценку масштабируемости выполняли в соответствии с методом максимального перепада давления на глубинных фильтрах серии Alidep® HA02 при постоянной объёмной нагрузке (150 л/м²·ч). Для оценки влияния фильтрата глубинных фильтров на финишный стерилизующий фильтр в линию после фильтров HA02 последовательно включали стерилизующий фильтр серии CEC52. Детальные параметры эксперимента приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 2. Параметры фильтров, использованных в экспериментах по масштабированию
| Фильтры Alidep® серия HA02 | Удельный поток (л/м²·ч) | Объемная скорость потока (л/мин) | |
|---|---|---|---|
| Артикул |
Эффективная площадь фильтрации (м2) |
||
| AHA02L23L03 | 0.0023 | 150 | 0.00575 |
| AHA02M01T11 | 0.11 | 150 | 0.275 |
| AHA02M11T11 | 1.1 | 150 | 2.75 |
| AHA02M11T11 | 9.9 | 150 | 24.75 |
Перед проведением фильтрации фильтр предварительно промывали очищенной водой в объёме не менее 100 л/м². Эксперимент проводили при фильтрации дрожжевой суспензии с постоянным удельным потоком 150 л/м2·ч; мутность фильтрата определяли через заданные интервалы времени. Установлено, что мутность образцов дрожжевой суспензии возросла с 3680 NTU до 3820 NTU, что указывает на отсутствие существенных изменений свойств суспензии в процессе эксперимента (таблица 3).
Таблица 3. Характеристики исходной суспензии для экспериментов по оценке масштабируемости
| Фильтруемый образец | Мутность образца до эксперимента (NTU) | Мутность образца после эксперимента (NTU) |
|---|---|---|
| Суспензия дрожжей | 3680 | 3820 |
Результаты
Оценку масштабируемости глубинных фильтров обычно проводят при единственном значении удельного потока, что позволяет уменьшить объём затрачиваемой культуральной жидкости и сократить длительность эксперимента. В настоящей работе исследования выполнены при удельном потоке 150 (л/м²·ч).
В таблице 4 представлены данные по производительности глубинных фильтров Alidep® HA02 и мутности фильтрата, полученные при фильтрации дрожжевой суспензии при различных предельных перепадах давления. Полученные результаты свидетельствуют о хорошей воспроизводимости глубинных фильтров Alioth Alidep® различных масштабов как по фильтрационной ёмкости, так и по степени осветления суспензии.
Таблица 4. Результаты масштабирования глубинных фильтров Alioth Alidep® HA02 на дрожжевой суспензии
|
Фильтруемый образец |
Фильтр | Удельный поток (л/м²·ч) | Пропускная способность, л/м² / 15 psi | Пропускная способность, л/м² / 20 psi | Мутность фильтрата, NTU / 15 psi | Мутность фильтрата, NTU / 20 psi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Дрожжевая суспензия | AHA02L23L03 | 150 | 172.52 | 218.26 | 0.45 | 1.00 |
| AHA02M01T11 | 150 | 165.45 | 220.00 | 0.6 | 1.06 | |
| AHA02M11T11 | 150 | 169.09 | 218.36 | 0.73 | 1.05 | |
| 9 х AHA02M11T11 | 150 | 176.20 | 211.90 | 1.22 | 1.55 |
|
Результаты исследований по масштабированию глубинных фильтров Alidep® серии HA02 (этап 1) |
Результаты исследований по масштабированию глубинных фильтров Alidep® серии HA02 (этап 2) |
|
|
|
|
Рис. 1. — Результаты определения перепада давления (ΔP) и грязеемкости глубинных фильтров Alidep® лабораторного (0,0023 м²) и промышленных (0,11; 1,1 и 9,9 м²) масштабов. |
Рис. 2. - Результаты измерения пропускной способности и мгновенной мутности фильтрата для глубинных фильтров Alidep® лабораторного (0,0023 м²) и промышленных (0,11; 1,1 и 9,9 м²) масштабов.
|
|
Как показано на Рисунке 1, глубинные фильтры Alidep® лабораторного масштаба (0,0023 м²) и промышленных масштабов (0,11; 1,1 и 9,9 м²) демонстрируют сходный характер изменения перепада давления и пропускной способности при постоянном удельном потоке 150 л/м²·ч. |
На Рисунке 2 представлены сопоставимые результаты по мгновенной мутности и пропускной способности для глубинных фильтров Alidep® лабораторного масштаба (0,0023 м²) и производственных масштабов (0,11; 1,1 и 9,9 м²), полученные при различных конечных перепадах давления и одинаковом удельном потоке. |
|
|
|
| Рис. 3. Фотография экспериментальной фильтрационной установки | Рис. 4. Визуальное сравнение суспензии до и после фильтрации на глубинных фильтрах Alidep® | |
Выводы
В данной статье наглядно продемонстрирована высокая масштабируемость фильтров серии Alidep® HA02. Результаты экспериментов подтверждают, что глубинные фильтры Alidep® обеспечивают превосходную воспроизводимость при переходе от лабораторного к промышленному масштабу и позволяют с высокой точностью рассчитать необходимое количество фильтров для процессов осветления. Это даёт возможность заказчикам эффективно планировать производственные потребности и поддерживать строгий контроль качества на всех этапах, значительно снижая технологические риски.
