জৈব-ফার্মাসিউটিক্যাল উৎপাদনে আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্ব প্রক্রিয়াগুলিকে সর্বোত্তম করার জন্য প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা নিয়ন্ত্রণ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। প্রোটিন দ্রবণে বর্ধিত সান্দ্রতা - বিশেষ করে উচ্চ প্রোটিন ঘনত্বে - আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রোটিন ঘনত্ব প্রয়োগে ঝিল্লির কর্মক্ষমতা, প্রক্রিয়া দক্ষতা এবং অর্থনীতিকে সরাসরি প্রভাবিত করে। অ্যান্টি-বডি ক্লাস্টারিং এবং ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক মিথস্ক্রিয়ার কারণে প্রোটিনের পরিমাণের সাথে দ্রবণের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়, যা আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঝিল্লি জুড়ে প্রবাহ এবং চাপ হ্রাসের প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে। এর ফলে পারমিয়েট ফ্লাক্স কম হয় এবং দীর্ঘ সময় ধরে কাজ করে, বিশেষ করে ট্রান্সভার্স ফ্লো ফিল্টারেশন (TFF) প্রক্রিয়াগুলিতে।
আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের চালিকা শক্তি ট্রান্সমেমব্রেন প্রেসার (TMP) সান্দ্রতার সাথে নিবিড়ভাবে জড়িত। স্বাভাবিক ট্রান্সমেমব্রেন প্রেসার রেঞ্জের বাইরে কাজ করলে ঝিল্লির ফাউলিং ত্বরান্বিত হয় এবং ঘনত্বের পোলারাইজেশন বৃদ্ধি পায় - ঝিল্লির কাছে প্রোটিনের জমা হওয়া যা ক্রমাগত স্থানীয় সান্দ্রতা বৃদ্ধি করে। ঘনত্বের পোলারাইজেশন এবং ঝিল্লির ফাউলিং উভয়ের ফলে আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঝিল্লির কর্মক্ষমতা হ্রাস পায় এবং যদি তা নিয়ন্ত্রণ না করা হয় তবে ঝিল্লির আয়ুষ্কাল কমিয়ে দিতে পারে। পরীক্ষামূলক কাজ দেখায় যে উচ্চতর TMP মান এবং আরও সান্দ্র ফিডের সাথে আল্ট্রাফিল্ট্রেশনে ঝিল্লির ফাউলিং এবং ঘনত্বের পোলারাইজেশন আরও স্পষ্ট হয়, যা থ্রুপুট সর্বাধিক করতে এবং পরিষ্কারের ফ্রিকোয়েন্সি কমাতে রিয়েল-টাইম TMP নিয়ন্ত্রণকে অপরিহার্য করে তোলে।
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্ব অপ্টিমাইজ করার জন্য সমন্বিত কৌশল প্রয়োজন:
- প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা পরিমাপ: নিয়মিত সান্দ্রতা মূল্যায়ন—ব্যবহার করেইন-লাইন ভিসকোমিটার—পরিস্রাবণের হার পূর্বাভাস দিতে এবং প্রক্রিয়াগত বাধাগুলি পূর্বাভাস দিতে সাহায্য করে, দ্রুত প্রক্রিয়া পরিবর্তনগুলিকে সমর্থন করে।
- ফিড কন্ডিশনিং: pH, আয়নিক শক্তি এবং তাপমাত্রা সামঞ্জস্য করলে সান্দ্রতা কমতে পারে এবং দূষণ কমতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, সোডিয়াম আয়ন যোগ করলে প্রোটিনের মধ্যে হাইড্রেশন বিকর্ষণ বৃদ্ধি পায়, সমষ্টি এবং দূষণ কম হয়, যেখানে ক্যালসিয়াম আয়ন প্রোটিনের ব্রিজিং এবং দূষণকে উৎসাহিত করে।
- সহায়ক পদার্থের ব্যবহার: অত্যন্ত ঘনীভূত প্রোটিন দ্রবণে সান্দ্রতা-হ্রাসকারী এক্সিপিয়েন্ট অন্তর্ভুক্ত করলে ঝিল্লির ব্যাপ্তিযোগ্যতা উন্নত হয় এবং অতিপরিস্রাবণে ট্রান্সমেমব্রেন চাপ হ্রাস পায়, সামগ্রিক দক্ষতা বৃদ্ধি পায়।
- উন্নত প্রবাহ ব্যবস্থা: ক্রস-ফ্লো বেগ বৃদ্ধি, পর্যায়ক্রমে ক্রস-ফ্লো ব্যবহার, অথবা এয়ার জেট ইনজেকশন ব্যবহার করে ফাউলিং স্তরগুলিকে ব্যাহত করা হয়। এই কৌশলগুলি পারমিয়েট ফ্লাক্স বজায় রাখতে সাহায্য করে এবং জমা গঠন কমিয়ে ঝিল্লি প্রতিস্থাপন ফ্রিকোয়েন্সি হ্রাস করে।
- ঝিল্লি নির্বাচন এবং পরিষ্কারকরণ: রাসায়নিকভাবে স্থিতিস্থাপক ঝিল্লি (যেমন, SiC বা থার্মোসালিয়েন্ট হাইব্রিড) নির্বাচন করা এবং উপযুক্ত প্রোটোকল (যেমন, সোডিয়াম হাইপোক্লোরাইট পরিষ্কার) ব্যবহার করে ঝিল্লি পরিষ্কারের ফ্রিকোয়েন্সি অপ্টিমাইজ করা ঝিল্লির আয়ুষ্কাল দীর্ঘায়িত করার এবং পরিচালনা খরচ কমানোর জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
সামগ্রিকভাবে, কার্যকর সান্দ্রতা নিয়ন্ত্রণ এবং টিএমপি ব্যবস্থাপনা হল সফল আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্ব পর্যায়ের কর্মক্ষমতার ভিত্তি, যা সরাসরি পণ্যের ফলন, ঝিল্লি পরিষ্কারের ফ্রিকোয়েন্সি এবং ব্যয়বহুল ঝিল্লি সম্পদের স্থায়িত্বকে প্রভাবিত করে।
আল্ট্রাফিল্ট্রেশনে প্রোটিন দ্রবণ সান্দ্রতা বোঝা
১.১. প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা কত?
সান্দ্রতা বলতে তরল পদার্থের প্রবাহ প্রতিরোধকে বোঝায়; প্রোটিন দ্রবণে, এটি নির্দেশ করে যে আণবিক ঘর্ষণ চলাচলে কতটা বাধা সৃষ্টি করে। সান্দ্রতার জন্য SI একক হল প্যাসকেল-সেকেন্ড (Pa·s), তবে জৈবিক তরল পদার্থের জন্য সেন্টিপয়েস (cP) সাধারণত ব্যবহৃত হয়। সান্দ্রতা সরাসরি উৎপাদনের সময় প্রোটিন দ্রবণ কত সহজে পাম্প বা ফিল্টার করা যায় তার উপর প্রভাব ফেলে এবং ওষুধ সরবরাহকে প্রভাবিত করে, বিশেষ করে উচ্চ-ঘনত্বের জৈব থেরাপিউটিকসের জন্য।
প্রোটিনের ঘনত্ব সান্দ্রতাকে প্রভাবিত করার প্রধান কারণ। প্রোটিনের মাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়া এবং ভিড় বৃদ্ধি পায়, যার ফলে সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়, প্রায়শই অরৈখিকভাবে। একটি নির্দিষ্ট সীমার উপরে, প্রোটিন-প্রোটিন মিথস্ক্রিয়া দ্রবণের মধ্যে বিস্তারকে আরও দমন করে। উদাহরণস্বরূপ, ওষুধ তৈরিতে ব্যবহৃত ঘনীভূত মনোক্লোনাল অ্যান্টিবডি দ্রবণগুলি প্রায়শই সান্দ্রতা স্তরে পৌঁছায় যা ত্বকের নিচের ইনজেকশনকে চ্যালেঞ্জ করে বা প্রক্রিয়াকরণের হারকে সীমাবদ্ধ করে।
ঘনীভূত প্রোটিন দ্রবণে সান্দ্রতা পূর্বাভাস দেওয়ার মডেলগুলি এখন আণবিক জ্যামিতি এবং একত্রিতকরণ প্রবণতাকে অন্তর্ভুক্ত করে। প্রোটিনের রূপবিদ্যা - তা দীর্ঘায়িত, গোলাকার, অথবা একত্রিতকরণের প্রবণতা যাই হোক না কেন - উচ্চ ঘনত্বে সান্দ্রতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে। মাইক্রোফ্লুইডিক মূল্যায়নের সাম্প্রতিক অগ্রগতি ন্যূনতম নমুনা আয়তন থেকে সুনির্দিষ্ট সান্দ্রতা পরিমাপ সক্ষম করে, নতুন প্রোটিন ফর্মুলেশনের দ্রুত স্ক্রিনিংকে সহজতর করে।
১.২. অতিপরিস্রাবণের সময় সান্দ্রতা কীভাবে পরিবর্তিত হয়
অতিপরিস্রাবণের সময়, ঘনত্বের মেরুকরণ দ্রুত ঝিল্লি-দ্রবণ ইন্টারফেসে প্রোটিন জমা করে। এটি খাড়া স্থানীয় ঘনত্বের গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে এবং ঝিল্লির কাছে সান্দ্রতা বৃদ্ধি করে। এই অঞ্চলে উচ্চ সান্দ্রতা ভর স্থানান্তরকে বাধাগ্রস্ত করে এবং পারমিয়েট প্রবাহ হ্রাস করে।
ঘনত্বের মেরুকরণ ঝিল্লির ফাউলিং থেকে আলাদা। পোলারাইজেশন গতিশীল এবং বিপরীতমুখী, পরিস্রাবণ অগ্রগতির কয়েক মিনিটের মধ্যেই ঘটে। তুলনামূলকভাবে, সময়ের সাথে সাথে ফাউলিং বিকশিত হয় এবং প্রায়শই ঝিল্লির পৃষ্ঠে অপরিবর্তনীয় জমা বা রাসায়নিক রূপান্তর জড়িত থাকে। সঠিক রোগ নির্ণয় ঘনত্বের মেরুকরণ স্তরের রিয়েল-টাইম ট্র্যাকিংকে অনুমতি দেয়, ক্রস-ফ্লো বেগ এবং ট্রান্সমেমব্রেন চাপের প্রতি এর সংবেদনশীলতা প্রকাশ করে। উদাহরণস্বরূপ, বেগ বৃদ্ধি বা ট্রান্সমেমব্রেন চাপ (TMP) হ্রাস সান্দ্র সীমানা স্তরকে ব্যাহত করতে সাহায্য করে, প্রবাহ পুনরুদ্ধার করে।
অপারেশনাল প্যারামিটারগুলি সরাসরি সান্দ্রতা আচরণকে প্রভাবিত করে:
- ট্রান্সমেমব্রেন চাপ (TMP): উচ্চতর TMP মেরুকরণকে তীব্র করে, স্থানীয় সান্দ্রতা বৃদ্ধি করে এবং প্রবাহ হ্রাস করে।
- ক্রস-ফ্লো বেগ: বর্ধিত বেগ জমা সীমিত করে, ঝিল্লির কাছে সান্দ্রতা নিয়ন্ত্রণ করে।
- ঝিল্লি পরিষ্কারের ফ্রিকোয়েন্সি: ঘন ঘন পরিষ্কার করা দীর্ঘমেয়াদী জমাট বাঁধা কমায় এবং সান্দ্রতা-চালিত কর্মক্ষমতা হ্রাস কমায়।
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্বের পর্যায়গুলিকে প্রতিকূল সান্দ্রতা প্রভাব কমাতে এবং থ্রুপুট বজায় রাখতে এই পরামিতিগুলিকে অপ্টিমাইজ করতে হবে।
১.৩. সান্দ্রতাকে প্রভাবিত করে এমন প্রোটিন দ্রবণের বৈশিষ্ট্য
আণবিক ওজনএবংরচনাপ্রধানত সান্দ্রতা নির্ধারণ করে। বৃহত্তর, আরও জটিল প্রোটিন বা সমষ্টিগুলি বাধাপ্রাপ্ত চলাচল এবং আরও উল্লেখযোগ্য আন্তঃআণবিক বলের কারণে উচ্চ সান্দ্রতা তৈরি করে। প্রোটিনের আকৃতি প্রবাহকে আরও নিয়ন্ত্রণ করে - দীর্ঘায়িত বা সমষ্টি-প্রবণ শৃঙ্খলগুলি কম্প্যাক্ট গ্লোবুলার প্রোটিনের তুলনায় বেশি প্রতিরোধের সৃষ্টি করে।
pHপ্রোটিন চার্জ এবং দ্রাব্যতাকে গুরুতরভাবে প্রভাবিত করে। প্রোটিনের আইসোইলেকট্রিক পয়েন্টের কাছে দ্রবণের pH সামঞ্জস্য করলে নেট চার্জ কম হয়, প্রোটিন-প্রোটিন বিকর্ষণ কম হয় এবং সাময়িকভাবে সান্দ্রতা কম হয়, যা পরিস্রাবণকে সহজ করে তোলে। উদাহরণস্বরূপ, BSA বা IgG এর আইসোইলেকট্রিক পয়েন্টের কাছাকাছি আল্ট্রাফিল্ট্রেশন পরিচালনা করলে পারমিয়েট ফ্লাক্স এবং সেপারেশন সিলেক্টিভিটি উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেতে পারে।
আয়নিক শক্তিপ্রোটিনের চারপাশে বৈদ্যুতিক দ্বিস্তর পরিবর্তন করে সান্দ্রতাকে প্রভাবিত করে। বর্ধিত আয়নিক শক্তি ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক মিথস্ক্রিয়াকে পর্দা করে, ঝিল্লির মাধ্যমে প্রোটিন সংক্রমণকে উৎসাহিত করে কিন্তু একত্রিতকরণ এবং সংশ্লিষ্ট সান্দ্রতা বৃদ্ধির ঝুঁকিও বাড়ায়। সংক্রমণ দক্ষতা এবং নির্বাচনীতার মধ্যে লেনদেন প্রায়শই লবণের ঘনত্ব এবং বাফার রচনার সূক্ষ্ম-টিউনিংয়ের উপর নির্ভর করে।
ছোট আণবিক সংযোজন - যেমন আর্জিনাইন হাইড্রোক্লোরাইড বা গুয়ানিডিন - সান্দ্রতা হ্রাস করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এই এজেন্টগুলি হাইড্রোফোবিক বা ইলেকট্রস্ট্যাটিক আকর্ষণকে ব্যাহত করে, একত্রিতকরণ হ্রাস করে এবং দ্রবণ প্রবাহের বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করে। তাপমাত্রা আরও নিয়ন্ত্রণ পরিবর্তনশীল হিসাবে কাজ করে; কম তাপমাত্রা সান্দ্রতা বৃদ্ধি করে, যখন অতিরিক্ত তাপ প্রায়শই এটি হ্রাস করে।
প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা পরিমাপ বিবেচনা করা উচিত:
- আণবিক ওজন বিতরণ
- দ্রবণের গঠন (লবণ, সহায়ক পদার্থ, সংযোজন)
- pH এবং বাফার সিস্টেম নির্বাচন
- আয়নিক শক্তি নির্ধারণ
এই বিষয়গুলি আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেন কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করার জন্য এবং ঘনত্বের পর্যায় এবং TFF প্রক্রিয়াগুলিতে ধারাবাহিকতা নিশ্চিত করার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রোটিন ঘনত্বের মৌলিক বিষয়গুলি
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্ব পর্যায়ের নীতিমালা
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রোটিন ঘনত্ব একটি আধা-ভেদ্য ঝিল্লি জুড়ে একটি ট্রান্সমেমব্রেন চাপ (TMP) প্রয়োগ করে পরিচালিত হয়, যা দ্রাবক এবং ছোট দ্রাবকগুলিকে প্রোটিন এবং বৃহত্তর অণু ধরে রাখার সময় এর মধ্য দিয়ে পরিচালিত করে। এই প্রক্রিয়াটি আণবিক আকারের উপর ভিত্তি করে নির্বাচনী প্রবেশকে কাজে লাগায়, ঝিল্লির আণবিক ওজন কাট-অফ (MWCO) সর্বাধিক অণুগুলির আকার নির্ধারণ করে যা অতিক্রম করে। MWCO অতিক্রমকারী প্রোটিনগুলি রিটেনটেট দিকে জমা হয়, পারমিট প্রত্যাহারের সাথে সাথে তাদের ঘনত্ব বৃদ্ধি করে।
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্বের পর্যায়টি প্রোটিন দ্রবণের আয়তন হ্রাস এবং সমৃদ্ধকরণকে লক্ষ্য করে। পরিস্রাবণ অগ্রগতির সাথে সাথে, প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা সাধারণত বৃদ্ধি পায়, যা প্রবাহ এবং TMP প্রয়োজনীয়তাগুলিকে প্রভাবিত করে। ধরে রাখা প্রোটিনগুলি একে অপরের সাথে এবং ঝিল্লির সাথে মিথস্ক্রিয়া করতে পারে, যা বাস্তব-বিশ্বের প্রক্রিয়াটিকে সাধারণ আকার বর্জনের চেয়ে জটিল করে তোলে। ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক মিথস্ক্রিয়া, প্রোটিন একত্রিতকরণ এবং pH এবং আয়নিক শক্তির মতো দ্রবণ বৈশিষ্ট্যগুলি ধরে রাখা এবং পৃথকীকরণের ফলাফলকে প্রভাবিত করে। কিছু ক্ষেত্রে, অ্যাডভেটিভ পরিবহন বিস্তারের উপর প্রাধান্য পায়, বিশেষ করে বৃহত্তর ছিদ্রযুক্ত ঝিল্লিতে, যা কেবলমাত্র MWCO নির্বাচনের উপর ভিত্তি করে প্রত্যাশাগুলিকে জটিল করে তোলে [গবেষণার সারাংশ দেখুন]।
ট্রান্সভার্স ফ্লো ফিল্টারেশন (TFF) ব্যাখ্যা করা হয়েছে
ট্রান্সভার্স ফ্লো ফিল্টারেশন, যাকে ট্যানজেন্টিয়াল ফ্লো ফিল্টারেশন (TFF)ও বলা হয়, প্রোটিন দ্রবণকে ঝিল্লির পৃষ্ঠ জুড়ে স্পর্শকভাবে প্রবাহিত করে। এই পদ্ধতিটি ডেড-এন্ড পরিস্রাবণের সাথে বৈপরীত্য, যেখানে প্রবাহ ঝিল্লির সাথে লম্বভাবে থাকে, কণাগুলিকে সরাসরি ফিল্টারের উপর এবং ভিতরে ঠেলে দেয়।
মূল পার্থক্য এবং প্রভাব:
- দূষণ নিয়ন্ত্রণ:টিএফএফ ক্রমাগত ঝিল্লি থেকে সম্ভাব্য ফাউল্যান্ট পরিষ্কার করে প্রোটিন এবং কণা স্তরের জমাট বাঁধা কমায়, যা কেক গঠন নামে পরিচিত। এর ফলে আরও স্থিতিশীল পারমিয়েট ফ্লাক্স তৈরি হয় এবং রক্ষণাবেক্ষণ সহজ হয়।
- প্রোটিন ধারণ:TFF ঘনত্বের মেরুকরণের আরও ভালো ব্যবস্থাপনাকে সমর্থন করে - ঝিল্লির কাছে ধরে রাখা অণুর একটি স্তর - যা অনিয়ন্ত্রিত হলে, বিচ্ছেদ নির্বাচনীতা হ্রাস করতে পারে এবং ফাউলিং বৃদ্ধি করতে পারে। TFF-এর গতিশীল প্রবাহ এই প্রভাবকে প্রশমিত করে, উচ্চ প্রোটিন ধারণ এবং বিচ্ছেদ দক্ষতা বজায় রাখতে সহায়তা করে।
- ফ্লাক্স স্থিতিশীলতা:TFF ধারাবাহিক প্রবাহে দীর্ঘ সময় ধরে কাজ করতে সক্ষম করে, উচ্চ-প্রোটিন বা কণা-সমৃদ্ধ ফিডের প্রক্রিয়াগুলিতে দক্ষতা বৃদ্ধি করে। বিপরীতে, ডেড-এন্ড পরিস্রাবণ দ্রুত দূষণ, থ্রুপুট হ্রাস এবং ঘন ঘন পরিষ্কারের হস্তক্ষেপের প্রয়োজনের কারণে ব্যাহত হয়।
উন্নত TFF রূপগুলি, যেমন বিকল্প ট্যানজেন্টিয়াল ফ্লো (ATF), পর্যায়ক্রমে ট্যানজেন্টিয়াল বেগকে বিপরীত বা পরিবর্তন করে, ফিল্টারের আয়ুষ্কাল দীর্ঘায়িত করে এবং প্রোটিন থ্রুপুট উন্নত করে ফাউলিং এবং কেক গঠনকে আরও ব্যাহত করে [গবেষণার সারাংশ দেখুন]। ক্লাসিক এবং উন্নত উভয় TFF সেটআপেই, কর্মক্ষমতা অনুকূল করতে এবং ফাউলিং কমাতে নির্দিষ্ট প্রোটিন সিস্টেম, মেমব্রেনের ধরণ এবং লক্ষ্য ঘনত্বের সাথে মানানসই করতে হবে।
আল্ট্রাফিল্ট্রেশনে ট্রান্সমেমব্রেন প্রেসার (TMP)
৩.১. ট্রান্সমেমব্রেন চাপ কী?
ট্রান্সমেমব্রেন চাপ (TMP) হল একটি পরিস্রাবণ ঝিল্লি জুড়ে চাপের পার্থক্য, যা দ্রাবককে ফিড পাশ থেকে পারমিয়েট পাশের দিকে চালিত করে। TMP হল আল্ট্রাফিল্ট্রেশনে পৃথকীকরণ প্রক্রিয়ার পিছনে প্রধান বল, যা দ্রাবককে প্রোটিন এবং অন্যান্য ম্যাক্রোমোলিকিউল ধরে রেখে ঝিল্লির মধ্য দিয়ে যেতে দেয়।
টিএমপি সূত্র:
- সহজ পার্থক্য: TMP = P_feed − P_permeate
- প্রকৌশল পদ্ধতি: TMP = [(P_feed + P_retentate)/2] − P_permeate
এখানে, P_feed হল ইনলেট চাপ, P_retentate হল retentate পাশের আউটলেট চাপ, এবং P_permeate হল permeate পাশের চাপ। retentate (বা ঘনীভূত) চাপ অন্তর্ভুক্ত করলে ঝিল্লির পৃষ্ঠ বরাবর আরও সঠিক মান পাওয়া যায়, যা প্রবাহ প্রতিরোধ এবং ফাউলিংয়ের কারণে সৃষ্ট চাপের গ্রেডিয়েন্টের জন্য হিসাব করে। - ফিড চাপ এবং প্রবাহ হার
- রিটেনটেট চাপ (যখন প্রযোজ্য)
- পারমিয়েট চাপ (প্রায়শই বায়ুমণ্ডলীয়)
- ঝিল্লি প্রতিরোধ ক্ষমতা
টিএমপি মেমব্রেনের ধরণ, সিস্টেম ডিজাইন এবং প্রক্রিয়ার অবস্থার উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়।
নিয়ন্ত্রণকারী ভেরিয়েবল:
৩.২. টিএমপি এবং আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রক্রিয়া
টিএমপি আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রোটিন ঘনত্বে কেন্দ্রীয় ভূমিকা পালন করে, যা ঝিল্লির মধ্য দিয়ে প্রোটিন দ্রবণগুলিকে চালিত করে। চাপটি ঝিল্লি এবং যেকোনো জমে থাকা উপাদানের প্রতিরোধকে অতিক্রম করার জন্য যথেষ্ট উচ্চ হতে হবে, তবে এত বেশি নয় যে এটি দূষণকে ত্বরান্বিত করে।
দ্রবণ সান্দ্রতা এবং প্রোটিন ঘনত্বের প্রভাব
- প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা:উচ্চ সান্দ্রতা প্রবাহ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে, একই পারমিয়েট ফ্লাক্স বজায় রাখার জন্য উচ্চতর TMP প্রয়োজন। উদাহরণস্বরূপ, ফিডে গ্লিসারল যোগ করলে বা ঘনীভূত প্রোটিন দিয়ে কাজ করলে সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায় এবং এর ফলে প্রয়োজনীয় কার্যকরী TMP বৃদ্ধি পায়।
- প্রোটিনের ঘনত্ব:আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্ব পর্যায়ে ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে দ্রবণের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়, টিএমপি বৃদ্ধি পায় এবং ঝিল্লি দূষণ বা ঘনত্বের মেরুকরণের ঝুঁকি বৃদ্ধি পায়।
- ডার্সির সূত্র:TMP, পারমিয়েট ফ্লাক্স (J), এবং সান্দ্রতা (μ) TMP = J × μ × R_m (ঝিল্লি প্রতিরোধ) এর মাধ্যমে সম্পর্কিত। উচ্চ-সান্দ্রতা প্রোটিন দ্রবণের জন্য, দক্ষ আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের জন্য সাবধানে TMP সমন্বয় অত্যাবশ্যক।
উদাহরণ:
- ঘন অ্যান্টিবডি দ্রবণের আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের জন্য ক্রমবর্ধমান সান্দ্রতা প্রতিরোধের জন্য সতর্ক TMP ব্যবস্থাপনা প্রয়োজন।
- PEGylation বা অন্যান্য প্রোটিন পরিবর্তন ঝিল্লির সাথে মিথস্ক্রিয়া পরিবর্তন করে, যা কাঙ্ক্ষিত প্রবাহের জন্য প্রয়োজনীয় TMP-কে প্রভাবিত করে।
৩.৩. টিএমপি পর্যবেক্ষণ এবং অপ্টিমাইজেশন
এর মধ্যে TMP বজায় রাখাস্বাভাবিক ট্রান্সমেমব্রেন চাপ পরিসীমাস্থিতিশীল আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেন কর্মক্ষমতা এবং পণ্যের মানের জন্য এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। সময়ের সাথে সাথে, আল্ট্রাফিল্ট্রেশন যত এগিয়ে যায়, ঘনত্বের মেরুকরণ এবং ফাউলিং TMP বৃদ্ধির কারণ হতে পারে, কখনও কখনও দ্রুত।
পর্যবেক্ষণ পদ্ধতি:
- রিয়েল-টাইম পর্যবেক্ষণ:টিএমপি ইনলেট, রিটেন্টেট এবং পারমিয়েটের মাধ্যমে ট্র্যাক করা হয়চাপ ট্রান্সমিটার.
- রমন স্পেকট্রোস্কোপি:প্রোটিন এবং এক্সিপিয়েন্ট ঘনত্বের অ-আক্রমণাত্মক পর্যবেক্ষণের জন্য ব্যবহৃত হয়, যা আল্ট্রাফিল্ট্রেশন এবং ডায়াফিল্ট্রেশনের সময় অভিযোজিত TMP নিয়ন্ত্রণকে সহজতর করে।
- উন্নত নিয়ন্ত্রণ:এক্সটেন্ডেড কালম্যান ফিল্টার (EKF) সেন্সর ডেটা প্রক্রিয়া করতে পারে, অতিরিক্ত ফাউলিং এড়াতে স্বয়ংক্রিয়ভাবে TMP সামঞ্জস্য করে।
- স্বাভাবিক পরিসরের মধ্যে প্রাথমিক TMP সেট করুন:ফ্লাক্স কমানোর জন্য খুব কম নয়, দ্রুত ফাউলিং এড়াতে খুব বেশি নয়।
- সান্দ্রতা বৃদ্ধির সাথে সাথে TMP সামঞ্জস্য করুন:আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্বের পর্যায়ে, প্রয়োজন অনুসারে ক্রমবর্ধমানভাবে TMP বাড়ান।
- ফিড ফ্লাক্স এবং পিএইচ নিয়ন্ত্রণ করুন:ফিড ফ্লাক্স বৃদ্ধি বা টিএমপি কমানো ঘনত্বের মেরুকরণ এবং ফাউলিং হ্রাস করে।
- ঝিল্লি পরিষ্কার এবং প্রতিস্থাপন:উচ্চতর টিএমপি ঘন ঘন পরিষ্কার এবং ঝিল্লির আয়ুষ্কাল হ্রাসের সাথে সম্পর্কিত।
অপ্টিমাইজেশন কৌশল:
উদাহরণ:
- প্রোটিন প্রক্রিয়াকরণ লাইনে ক্ষয়জনিত দূষণের ফলে TMP বৃদ্ধি পায় এবং প্রবাহ কমে যায়, যার ফলে স্বাভাবিক কার্যকারিতা পুনরুদ্ধারের জন্য ঝিল্লি পরিষ্কার বা প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন হয়।
- উচ্চ-সান্দ্রতাযুক্ত রেপসিড প্রোটিন আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের সময় এনজাইমেটিক প্রিট্রিটমেন্ট (যেমন, পেকটিনেজ সংযোজন) টিএমপি কমাতে পারে এবং ঝিল্লির আয়ুষ্কাল বাড়িয়ে দিতে পারে।
৩.৪। টিএফএফ সিস্টেমে টিএমপি
স্পর্শক (ট্রান্সভার্স) প্রবাহ পরিস্রাবণ (TFF) সরাসরি ঝিল্লির মধ্য দিয়ে না গিয়ে ফিড দ্রবণকে ঝিল্লির মধ্য দিয়ে প্রবাহিত করে কাজ করে, যা TMP গতিবিদ্যাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে।
টিএমপির নিয়ন্ত্রণ এবং ভারসাম্য
- TFF ট্রান্সমেমব্রেন চাপ (TFF TMP):অতিরিক্ত TMP এড়াতে এবং পারমিয়েট ফ্লাক্স সর্বাধিক করার জন্য ফিড প্রবাহ হার এবং পাম্প চাপ উভয়ই নিয়ন্ত্রণ করে পরিচালিত হয়।
- পরামিতি অপ্টিমাইজ করা:খাদ্য প্রবাহ বৃদ্ধির ফলে প্রোটিনের স্থানীয় জমা হ্রাস পায়, TMP স্থিতিশীল হয় এবং ঝিল্লির দূষণ হ্রাস পায়।
- কম্পিউটেশনাল মডেলিং:সিএফডি মডেলগুলি সর্বাধিক পণ্য পুনরুদ্ধার, বিশুদ্ধতা এবং ফলনের জন্য টিএফএফ টিএমপি পূর্বাভাস দেয় এবং অপ্টিমাইজ করে - বিশেষ করে এমআরএনএ বা বহির্কোষীয় ভেসিকল বিচ্ছিন্নতার মতো প্রক্রিয়াগুলির জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
উদাহরণ:
- জৈবপ্রক্রিয়াকরণে, সর্বোত্তম TFF TMP 70% এরও বেশি mRNA পুনরুদ্ধার করে, অবক্ষয় ছাড়াই, যা অতিকেন্দ্রিক পদ্ধতিগুলিকে ছাড়িয়ে যায়।
- গাণিতিক মডেল এবং সেন্সর প্রতিক্রিয়া দ্বারা অবহিত অভিযোজিত TMP নিয়ন্ত্রণ, ঝিল্লি প্রতিস্থাপন ফ্রিকোয়েন্সি হ্রাস করে এবং দূষণ প্রশমনের মাধ্যমে ঝিল্লির আয়ুষ্কাল বৃদ্ধি করে।
মূল বিষয়গুলি:
- প্রক্রিয়া দক্ষতা, প্রবাহ এবং ঝিল্লির স্বাস্থ্য বজায় রাখার জন্য TFF-তে TMP ট্রান্সমেমব্রেন চাপ সক্রিয়ভাবে পরিচালনা করতে হবে।
- পদ্ধতিগত TMP অপ্টিমাইজেশন অপারেশনাল খরচ কমায়, উচ্চ-বিশুদ্ধতা পণ্য পুনরুদ্ধারকে সমর্থন করে এবং প্রোটিন আল্ট্রাফিল্ট্রেশন এবং সম্পর্কিত প্রক্রিয়াগুলিতে ঝিল্লির আয়ুষ্কাল বাড়ায়।
দূষণ প্রক্রিয়া এবং সান্দ্রতার সাথে তাদের সম্পর্ক
প্রোটিন আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের প্রধান দূষণকারী পথ
প্রোটিন আল্ট্রাফিল্ট্রেশন বিভিন্ন স্বতন্ত্র দূষণ পথ দ্বারা প্রভাবিত হয়:
ক্ষয়জনিত দূষণ:ক্ষয়কারী পণ্যগুলি - সাধারণত আয়রন অক্সাইড - ঝিল্লির পৃষ্ঠে জমা হলে এটি ঘটে। এগুলি প্রবাহ হ্রাস করে এবং স্ট্যান্ডার্ড রাসায়নিক পরিষ্কারক এজেন্ট দিয়ে অপসারণ করা কঠিন। ক্ষয়জনিত দূষণ ঝিল্লির কর্মক্ষমতা ক্রমাগত হ্রাস করে এবং সময়ের সাথে সাথে ঝিল্লি প্রতিস্থাপনের ফ্রিকোয়েন্সি বৃদ্ধি করে। জল শোধন এবং প্রোটিন প্রয়োগে ব্যবহৃত PVDF এবং PES ঝিল্লির ক্ষেত্রে এর প্রভাব বিশেষভাবে তীব্র।
জৈব দূষণ:প্রধানত বোভাইন সিরাম অ্যালবুমিন (BSA) এর মতো প্রোটিন দ্বারা প্ররোচিত হয় এবং পলিস্যাকারাইডের মতো অন্যান্য জৈব পদার্থের (যেমন, সোডিয়াম অ্যালজিনেট) উপস্থিতিতে এটি তীব্রতর হতে পারে। প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে রয়েছে ঝিল্লির ছিদ্রগুলিতে শোষণ, ছিদ্র প্লাগিং এবং একটি কেক স্তর গঠন। একাধিক জৈব উপাদান উপস্থিত থাকলে সিনারজিস্টিক প্রভাব দেখা দেয়, যেখানে মিশ্র-ফাউল্যান্ট সিস্টেমগুলি একক-প্রোটিন ফিডের তুলনায় আরও গুরুতর ফাউলিংয়ের সম্মুখীন হয়।
ঘনত্ব মেরুকরণ:অতিপরিস্রাবণ অগ্রগতির সাথে সাথে, ধরে রাখা প্রোটিনগুলি ঝিল্লির পৃষ্ঠের কাছে জমা হয়, যার ফলে স্থানীয় ঘনত্ব এবং সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়। এটি একটি মেরুকরণ স্তর তৈরি করে যা দূষণ প্রবণতা বৃদ্ধি করে এবং প্রবাহ হ্রাস করে। অতিপরিস্রাবণ ঘনত্ব পর্যায় এগিয়ে যাওয়ার সাথে সাথে প্রক্রিয়াটি ত্বরান্বিত হয়, যা সরাসরি ট্রান্সমেমব্রেন চাপ এবং প্রবাহ গতিশীলতার দ্বারা প্রভাবিত হয়।
কলয়েডাল এবং মিশ্র-ফাউল্যান্ট দূষণ:কলয়েডাল পদার্থ (যেমন, সিলিকা, অজৈব খনিজ পদার্থ) প্রোটিনের সাথে মিথস্ক্রিয়া করতে পারে, জটিল সমষ্টিগত স্তর তৈরি করে যা ঝিল্লির দূষণকে বাড়িয়ে তোলে। উদাহরণস্বরূপ, কলয়েডাল সিলিকার উপস্থিতি প্রবাহের হারকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে, বিশেষ করে যখন জৈব পদার্থের সাথে মিলিত হয় বা নিম্নমানের pH অবস্থায় থাকে।
ফাউলিং ডেভেলপমেন্টের উপর দ্রবণ সান্দ্রতার প্রভাব
প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা দূষণকারী গতিবিদ্যা এবং ঝিল্লির সংকোচনের উপর জোরালো প্রভাব ফেলে:
ত্বরিত ফাউলিং:উচ্চ প্রোটিন দ্রবণ সান্দ্রতা ধরে রাখা দ্রবণের ব্যাক-ট্রান্সপোর্টের প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে, যা দ্রুত কেক স্তর গঠনের সুবিধা প্রদান করে। এটি ট্রান্সমেমব্রেন চাপ (TMP) বৃদ্ধি করে, মেমব্রেন কম্প্যাকশন এবং ফাউলিং ত্বরান্বিত করে।
সমাধানের রচনা প্রভাব:প্রোটিনের ধরণ সান্দ্রতা পরিবর্তন করে; গ্লোবুলার প্রোটিন (যেমন, BSA) এবং বর্ধিত প্রোটিন প্রবাহ এবং মেরুকরণের ক্ষেত্রে ভিন্নভাবে আচরণ করে। পলিস্যাকারাইড বা গ্লিসারলের মতো যৌগ যোগ করলে সান্দ্রতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়, যা দূষণকে উৎসাহিত করে। উচ্চ ঘনত্বে সংযোজন এবং প্রোটিন একত্রিতকরণ ঝিল্লি আটকে যাওয়ার হারকে আরও তীব্র করে তোলে, যা সরাসরি প্রবাহ এবং ঝিল্লির আয়ুষ্কাল উভয়কেই হ্রাস করে।
পরিচালনাগত ফলাফল:ট্রান্সভার্স ফ্লো পরিস্রাবণ প্রক্রিয়ায় পরিস্রাবণের হার বজায় রাখার জন্য উচ্চ সান্দ্রতার জন্য বর্ধিত TMP প্রয়োজন। উচ্চ TMP-এর দীর্ঘস্থায়ী সংস্পর্শে অপরিবর্তনীয় দূষণ বৃদ্ধি করে, প্রায়শই আরও ঘন ঘন ঝিল্লি পরিষ্কার বা আগে ঝিল্লি প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন হয়।
ফিডের বৈশিষ্ট্যের ভূমিকা
খাদ্যের বৈশিষ্ট্য—যেমন প্রোটিন বৈশিষ্ট্য এবং জলের রসায়ন—দূষণের তীব্রতা নির্ধারণ করে:
প্রোটিনের আকার এবং বিতরণ:বৃহত্তর বা সমষ্টিগত প্রোটিনের ছিদ্র ব্লকিং এবং কেক তৈরির প্রবণতা বেশি থাকে, যা অতিপরিস্রাবণ প্রোটিন ঘনত্বের সময় সান্দ্রতা এবং সংকোচনের প্রবণতা বাড়ায়।
পিএইচ:উচ্চ pH ইলেকট্রস্ট্যাটিক বিকর্ষণ বৃদ্ধি করে, প্রোটিনকে ঝিল্লির কাছে জমাট বাঁধতে বাধা দেয়, ফলে দূষণ হ্রাস করে। বিপরীতে, অ্যাসিডিক অবস্থা বিকর্ষণ হ্রাস করে, বিশেষ করে কলয়েডাল সিলিকার ক্ষেত্রে, যা ঝিল্লির দূষণকে বাড়িয়ে তোলে এবং প্রবাহের হার হ্রাস করে।
তাপমাত্রা:কম প্রক্রিয়া তাপমাত্রা সাধারণত গতিশক্তি হ্রাস করে, যা দূষণের হার কমাতে পারে কিন্তু দ্রবণের সান্দ্রতাও বাড়াতে পারে। উচ্চ তাপমাত্রা দূষণকে ত্বরান্বিত করে কিন্তু পরিষ্কারের কার্যকারিতাও বাড়াতে পারে।
আঠাল/অজৈব পদার্থ:কলয়েডাল সিলিকা বা ধাতুর উপস্থিতি দূষণকে তীব্র করে তোলে, বিশেষ করে অ্যাসিডিক পরিস্থিতিতে। সিলিকা কণাগুলি মোট দ্রবণের সান্দ্রতা বৃদ্ধি করে এবং ছিদ্রগুলিকে শারীরিকভাবে বাধা দেয়, যার ফলে অতিপরিস্রাবণের ঘনত্ব কম দক্ষ হয় এবং সামগ্রিক ঝিল্লির আয়ুষ্কাল এবং কর্মক্ষমতা হ্রাস পায়।
আয়নিক গঠন:কিছু নির্দিষ্ট আয়নিক প্রজাতি (Na⁺, Zn²⁺, K⁺) যোগ করলে প্রোটিন এবং ঝিল্লির মধ্যে তড়িৎ এবং জলবিদ্যুৎ বল পরিবর্তন করে দূষণ কমানো সম্ভব। তবে, Ca²⁺ এর মতো আয়নগুলি প্রায়শই একত্রিতকরণকে উৎসাহিত করে এবং দূষণের সম্ভাবনা বৃদ্ধি করে।
উদাহরণ:
- ট্রান্সভার্স ফ্লো ফিল্টারেশনের সময়, উচ্চ-আণবিক-ওজন প্রোটিন এবং উচ্চ সান্দ্রতা সমৃদ্ধ একটি ফিডে দ্রুত প্রবাহ হ্রাস পাবে, পরিষ্কার এবং প্রতিস্থাপনের রুটিন বৃদ্ধি পাবে।
- যখন খাদ্য জলে কলয়েডাল সিলিকা থাকে এবং অ্যাসিডিফাই করা হয়, তখন সিলিকা একত্রিতকরণ এবং জমা হওয়া তীব্র হয়, যা দূষণের হারকে ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করে এবং ঝিল্লির কর্মক্ষমতা হ্রাস করে।
সংক্ষেপে, আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্বকে সর্বোত্তম করার জন্য, ঝিল্লির দূষণ কমাতে এবং ঝিল্লির আয়ুষ্কাল সর্বাধিক করার জন্য দ্রবণের সান্দ্রতা, দূষণের ধরণ এবং ফিডের বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক বোঝা অপরিহার্য।
ঘনত্ব মেরুকরণ এবং এর ব্যবস্থাপনা
ঘনত্ব মেরুকরণ কী?
ঘনত্বের মেরুকরণ হল অতিপরিস্রাবণের সময় ঝিল্লি/দ্রবণ ইন্টারফেসে ধরে রাখা দ্রাবক - যেমন প্রোটিন - এর স্থানীয়ভাবে জমা হওয়া। প্রোটিন দ্রবণের প্রেক্ষাপটে, যখন তরল আধা-ভেদ্য ঝিল্লির বিরুদ্ধে প্রবাহিত হয়, তখন ঝিল্লি দ্বারা প্রত্যাখ্যাত প্রোটিনগুলি পৃষ্ঠের সংলগ্ন একটি পাতলা সীমানা স্তরে জমা হতে থাকে। এই জমা হওয়ার ফলে একটি খাড়া ঘনত্বের গ্রেডিয়েন্ট তৈরি হয়: ঝিল্লিতে প্রোটিনের ঘনত্ব বেশি, বাল্ক দ্রবণে অনেক কম। এই ঘটনাটি বিপরীতমুখী এবং হাইড্রোডাইনামিক বল দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। এটি ঝিল্লি ফাউলিংয়ের বিপরীতে দাঁড়িয়েছে, যার মধ্যে ঝিল্লির ভিতরে বা তার উপরে আরও স্থায়ী জমা বা শোষণ জড়িত।
ঘনত্বের মেরুকরণ কীভাবে সান্দ্রতা এবং দূষণকে বাড়িয়ে তোলে
ঝিল্লির পৃষ্ঠে, প্রোটিনের ক্রমাগত জমাটবদ্ধতা একটি সীমানা স্তর তৈরি করে যা স্থানীয় দ্রবণীয় ঘনত্ব বৃদ্ধি করে। এর দুটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব রয়েছে:
সান্দ্রতা স্থানীয়ভাবে বৃদ্ধি:ঝিল্লির কাছে প্রোটিনের ঘনত্ব বাড়ার সাথে সাথে এই মাইক্রোরিজিওনে প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতাও বৃদ্ধি পায়। বর্ধিত সান্দ্রতা ঝিল্লি থেকে দ্রাবকের পিছনের পরিবহনকে বাধাগ্রস্ত করে, ঘনত্বের গ্রেডিয়েন্টকে আরও খাড়া করে এবং প্রবাহের প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধির একটি প্রতিক্রিয়া লুপ তৈরি করে। এর ফলে পারমিয়েট ফ্লাক্স হ্রাস পায় এবং ক্রমাগত পরিস্রাবণের জন্য উচ্চ শক্তির প্রয়োজন হয়।
ঝিল্লি দূষণের সুবিধা:ঝিল্লির কাছে উচ্চ প্রোটিন ঘনত্ব প্রোটিন একত্রিত হওয়ার সম্ভাবনা বৃদ্ধি করে এবং কিছু সিস্টেমে জেল স্তর তৈরি করে। এই স্তরটি ঝিল্লির ছিদ্রগুলিকে বাধা দেয় এবং প্রবাহের প্রতিরোধকে আরও বাড়িয়ে তোলে। এই ধরনের পরিস্থিতি অপরিবর্তনীয় দূষণের সূত্রপাতের জন্য উপযুক্ত, যেখানে প্রোটিন একত্রিত এবং অমেধ্য শারীরিক বা রাসায়নিকভাবে ঝিল্লি ম্যাট্রিক্সের সাথে আবদ্ধ হয়।
পরীক্ষামূলক ইমেজিং (যেমন, ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি) ঝিল্লিতে ন্যানোসাইজড প্রোটিন ক্লাস্টারগুলির দ্রুত জমাট বাঁধার বিষয়টি নিশ্চিত করে, যা কার্যকরী সেটিংস যথাযথভাবে পরিচালিত না হলে উল্লেখযোগ্য পরিমাণে জমা হতে পারে।
ঘনত্ব মেরুকরণ কমানোর কৌশল
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রোটিন ঘনত্ব বা ট্রান্সভার্স ফ্লো পরিস্রাবণে ঘনত্বের মেরুকরণ পরিচালনার জন্য দ্বৈত পদ্ধতির প্রয়োজন: হাইড্রোডায়নামিক্স সামঞ্জস্য করা এবং অপারেশনাল প্যারামিটারগুলি সামঞ্জস্য করা।
ক্রস-ফ্লো বেগ অপ্টিমাইজেশন:
ক্রস-ফ্লো বেগ বৃদ্ধি করলে ঝিল্লি জুড়ে স্পর্শক প্রবাহ বৃদ্ধি পায়, শিয়ার বৃদ্ধি পায় এবং ঘনত্বের সীমানা স্তর পাতলা হয়। আরও জোরালো শিয়ার ঝিল্লি পৃষ্ঠ থেকে জমে থাকা প্রোটিনগুলিকে সরিয়ে দেয়, মেরুকরণ এবং দূষণের ঝুঁকি উভয়ই হ্রাস করে। উদাহরণস্বরূপ, স্ট্যাটিক মিক্সার ব্যবহার করা বা গ্যাস স্পার্জিং প্রবর্তন করলে দ্রবণীয় স্তর ব্যাহত হয়, উল্লেখযোগ্যভাবে ট্রান্সভার্স ফ্লো পরিস্রাবণ প্রক্রিয়ায় পারমিয়েট ফ্লাক্স এবং দক্ষতা উন্নত হয়।
অপারেশনাল প্যারামিটার পরিবর্তন করা:
ট্রান্সমেমব্রেন প্রেসার (TMP):টিএমপি হলো ঝিল্লি জুড়ে চাপের পার্থক্য এবং অতিপরিস্রাবণের চালিকা শক্তি। তবে, পরিস্রাবণ ত্বরান্বিত করার জন্য টিএমপিকে উচ্চতর চাপ দিলে ঘনত্বের মেরুকরণ তীব্রতর হয়ে বিপরীত প্রভাব পড়তে পারে। স্বাভাবিক ট্রান্সমেমব্রেন চাপ পরিসর মেনে চলা - প্রোটিন অতিপরিস্রাবণের জন্য নির্ধারিত সীমা অতিক্রম না করা - অতিরিক্ত দ্রবণীয় জমা এবং স্থানীয় সান্দ্রতা বৃদ্ধি রোধ করতে সাহায্য করে।
শিয়ার রেট:শিয়ার রেট, যা ক্রস-ফ্লো বেগ এবং চ্যানেল ডিজাইনের একটি ফাংশন, দ্রবণীয় পরিবহন গতিবিদ্যায় একটি কেন্দ্রীয় ভূমিকা পালন করে। উচ্চ শিয়ার মেরুকরণ স্তরকে পাতলা এবং চলমান রাখে, যা ঝিল্লির কাছাকাছি দ্রবণীয়-ক্ষয়প্রাপ্ত অঞ্চলের ঘন ঘন পুনর্নবীকরণের অনুমতি দেয়। শিয়ার রেট বৃদ্ধি প্রোটিন জমা হতে সময় হ্রাস করে এবং ইন্টারফেসে সান্দ্রতা বৃদ্ধি হ্রাস করে।
ফিডের বৈশিষ্ট্য:আগত প্রোটিন দ্রবণের বৈশিষ্ট্যগুলি সামঞ্জস্য করা - যেমন প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা হ্রাস করা, সমষ্টিগত উপাদান হ্রাস করা, অথবা pH এবং আয়নিক শক্তি নিয়ন্ত্রণ করা - ঘনত্বের মেরুকরণের পরিমাণ এবং প্রভাব হ্রাস করতে সাহায্য করতে পারে। ফিড প্রিট্রিটমেন্ট এবং ফর্মুলেশন পরিবর্তনগুলি আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঝিল্লির কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি করতে পারে এবং ঝিল্লি পরিষ্কারের ফ্রিকোয়েন্সি হ্রাস করে ঝিল্লির আয়ুষ্কাল বাড়াতে পারে।
আবেদনের উদাহরণ:
মনোক্লোনাল অ্যান্টিবডি ঘনীভূত করার জন্য ট্যানজেন্টিয়াল ফ্লো ফিল্টারেশন (TFF) ব্যবহার করে এমন একটি প্ল্যান্ট সাবধানতার সাথে অপ্টিমাইজ করা ক্রস-ফ্লো বেগ প্রয়োগ করে এবং একটি কঠোর উইন্ডোর মধ্যে TMP বজায় রাখে। এটি করার মাধ্যমে, অপারেটররা ঘনত্বের মেরুকরণ এবং ঝিল্লির দূষণ কমিয়ে আনে, ঝিল্লি প্রতিস্থাপনের ফ্রিকোয়েন্সি এবং পরিষ্কারের চক্র উভয়ই হ্রাস করে - সরাসরি পরিচালনা খরচ কমায় এবং পণ্যের ফলন উন্নত করে।
প্রোটিন প্রক্রিয়াকরণে আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্বের কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করার এবং ঘনত্বের মেরুকরণের সাথে সম্পর্কিত প্রতিকূল প্রভাব হ্রাস করার জন্য - রিয়েল-টাইম প্রোটিন দ্রবণ সান্দ্রতা পরিমাপ সহ - এই ভেরিয়েবলগুলির যথাযথ সমন্বয় এবং পর্যবেক্ষণ মৌলিক।
উচ্চ-সান্দ্রতা প্রোটিন সমাধানের জন্য আল্ট্রাফিল্ট্রেশন অপ্টিমাইজ করা
৬.১. কার্যকরী সর্বোত্তম অনুশীলন
উচ্চ-সান্দ্রতা প্রোটিন দ্রবণ ব্যবহার করে সর্বোত্তম আল্ট্রাফিল্ট্রেশন কর্মক্ষমতা বজায় রাখার জন্য ট্রান্সমেমব্রেন চাপ (TMP), প্রোটিন ঘনত্ব এবং দ্রবণ সান্দ্রতার মধ্যে একটি সূক্ষ্ম ভারসাম্য প্রয়োজন। TMP - ঝিল্লি জুড়ে চাপের পার্থক্য - সরাসরি আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রোটিন ঘনত্বের হার এবং ঝিল্লি ফাউলিংয়ের মাত্রাকে প্রভাবিত করে। মনোক্লোনাল অ্যান্টিবডি বা উচ্চ-সান্দ্রতা সিরাম প্রোটিনের মতো সান্দ্র দ্রবণ প্রক্রিয়াকরণের সময়, TMP-তে যেকোনো অতিরিক্ত বৃদ্ধি প্রাথমিকভাবে প্রবাহকে বাড়িয়ে তুলতে পারে, তবে এটি ঝিল্লির পৃষ্ঠে ফাউলিং এবং প্রোটিন জমাকে দ্রুত ত্বরান্বিত করে। এটি একটি আপসহীন এবং অস্থির পরিস্রাবণ প্রক্রিয়ার দিকে পরিচালিত করে, যা ইমেজিং গবেষণায় নিশ্চিত করা হয়েছে যে উচ্চ TMP এবং 200 mg/mL-এর উপরে প্রোটিন ঘনত্বে ঘন প্রোটিন স্তর তৈরি হয়।
সর্বোত্তম পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে সিস্টেমটিকে গুরুত্বপূর্ণ TMP-এর কাছাকাছি চালানো, কিন্তু অতিক্রম না করে। এই সময়ে, উৎপাদনশীলতা সর্বাধিক করা হয় কিন্তু অপরিবর্তনীয় ফাউলিংয়ের ঝুঁকি ন্যূনতম থাকে। খুব উচ্চ সান্দ্রতার জন্য, সাম্প্রতিক অনুসন্ধানগুলি পরামর্শ দেয় যে TMP হ্রাস করা এবং একই সাথে ফিড প্রবাহ (ট্রান্সভার্স ফ্লো পরিস্রাবণ) বৃদ্ধি করা যাতে ঘনত্বের মেরুকরণ এবং প্রোটিন জমা কমানো যায়। উদাহরণস্বরূপ, Fc-ফিউশন প্রোটিন ঘনত্বের গবেষণায় দেখা গেছে যে কম TMP সেটিংস স্থিতিশীল প্রবাহ বজায় রাখতে সাহায্য করে এবং পণ্যের ক্ষতি কমায়।
আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের সময় প্রোটিনের ঘনত্ব ধীরে ধীরে এবং পদ্ধতিগতভাবে বৃদ্ধি করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। আকস্মিক ঘনত্বের পদক্ষেপগুলি দ্রবণটিকে খুব দ্রুত উচ্চ-সান্দ্রতা ব্যবস্থায় নিয়ে যেতে বাধ্য করতে পারে, যা একত্রিতকরণের ঝুঁকি এবং ফাউলিংয়ের তীব্রতা উভয়ই বৃদ্ধি করে। পরিবর্তে, প্রোটিনের মাত্রা ক্রমবর্ধমানভাবে বৃদ্ধি করলে TMP, ক্রস-ফ্লো বেগ এবং pH এর মতো প্রক্রিয়া পরামিতিগুলিকে সমান্তরালভাবে সামঞ্জস্য করা সম্ভব হয়, যা সিস্টেমের স্থিতিশীলতা বজায় রাখতে সাহায্য করে। এনজাইম আল্ট্রাফিল্ট্রেশন কেস স্টাডি নিশ্চিত করে যে এই পর্যায়গুলিতে কম অপারেটিং চাপ বজায় রাখা ঘনত্বের নিয়ন্ত্রিত বৃদ্ধি নিশ্চিত করে, পণ্যের অখণ্ডতা রক্ষা করার সাথে সাথে প্রবাহ হ্রাসকে হ্রাস করে।
৬.২. ঝিল্লি প্রতিস্থাপনের ফ্রিকোয়েন্সি এবং রক্ষণাবেক্ষণ
আল্ট্রাফিল্ট্রেশনে ঝিল্লি প্রতিস্থাপনের ফ্রিকোয়েন্সি দূষণ এবং হ্রাসপ্রাপ্ত প্রবাহের সূচকগুলির সাথে দৃঢ়ভাবে জড়িত। জীবনের শেষের দিকের সূচক হিসাবে কেবল আপেক্ষিক প্রবাহ হ্রাসের উপর নির্ভর করার পরিবর্তে, নির্দিষ্ট দূষণ প্রতিরোধের পর্যবেক্ষণ - যা জমে থাকা উপাদান দ্বারা আরোপিত প্রতিরোধের প্রতিনিধিত্ব করে একটি পরিমাণগত পরিমাপ - আরও নির্ভরযোগ্য প্রমাণিত হয়েছে, বিশেষ করে মিশ্র-প্রোটিন বা প্রোটিন-পলিস্যাকারাইড ফিডগুলিতে, যেখানে দূষণ আরও দ্রুত এবং তীব্রভাবে ঘটতে পারে।
অতিরিক্ত ফাউলিং সূচকগুলির জন্য পর্যবেক্ষণও অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। পৃষ্ঠতল জমার দৃশ্যমান লক্ষণ, অসম পারমিয়েট প্রবাহ, অথবা (পরিষ্কার করা সত্ত্বেও) টিএমপিতে ক্রমাগত বৃদ্ধি - এই সমস্তই ঝিল্লির ব্যর্থতার আগে উন্নত ফাউলিংয়ের সতর্কতা সংকেত। পরিবর্তিত ফাউলিং সূচক (MFI-UF) ট্র্যাক করা এবং ঝিল্লির কর্মক্ষমতার সাথে এটির সম্পর্ক স্থাপনের মতো কৌশলগুলি প্রতিক্রিয়াশীল পরিবর্তনের পরিবর্তে প্রতিস্থাপনের ভবিষ্যদ্বাণীমূলক সময়সূচী সক্ষম করে, এইভাবে ডাউনটাইম কমিয়ে আনা এবং রক্ষণাবেক্ষণ খরচ নিয়ন্ত্রণ করা।
ঝিল্লির অখণ্ডতা কেবল জৈব দূষণের কারণেই নয়, ক্ষয়ের কারণেও ক্ষতিগ্রস্ত হয়, বিশেষ করে উচ্চ pH বা উচ্চ লবণের ঘনত্বের প্রক্রিয়াগুলিতে। ক্ষয় এবং দূষণ উভয়ই পরিচালনা করার জন্য নিয়মিত পরিদর্শন এবং রাসায়নিক পরিষ্কারের রুটিন চালু করা উচিত। যখন ক্ষয়-সম্পর্কিত দূষণ পরিলক্ষিত হয়, তখন ঝিল্লির টেকসই জীবনকাল এবং ধারাবাহিক আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঝিল্লির কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করার জন্য ঝিল্লি পরিষ্কারের ফ্রিকোয়েন্সি এবং প্রতিস্থাপনের ব্যবধানগুলি সামঞ্জস্য করতে হবে। এই সমস্যাগুলির প্রভাব কমাতে এবং কার্যকর কার্যকারিতা দীর্ঘায়িত করার জন্য পুঙ্খানুপুঙ্খ, নির্ধারিত রক্ষণাবেক্ষণ অপরিহার্য।
৬.৩. প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ এবং ইনলাইন সান্দ্রতা পরিমাপ
প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতার সঠিক, রিয়েল-টাইম পরিমাপ অতিপরিস্রাবণ প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের জন্য অপরিহার্য, বিশেষ করে যখন ঘনত্ব এবং সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়। ইনলাইন সান্দ্রতা পরিমাপ ব্যবস্থা ক্রমাগত পর্যবেক্ষণ প্রদান করে, তাৎক্ষণিক প্রতিক্রিয়া প্রদান করে এবং সিস্টেমের পরামিতিগুলিতে গতিশীল সমন্বয় সক্ষম করে।
উদীয়মান প্রযুক্তিগুলি প্রোটিন দ্রবণ সান্দ্রতা পরিমাপের দৃশ্যপটকে রূপান্তরিত করেছে:
কালম্যান ফিল্টারিং সহ রমন স্পেকট্রোস্কোপি: বর্ধিত কালম্যান ফিল্টার দ্বারা সমর্থিত রিয়েল-টাইম রমন বিশ্লেষণ, প্রোটিন ঘনত্ব এবং বাফার রচনার শক্তিশালী ট্র্যাকিং সক্ষম করে। এই পদ্ধতিটি সংবেদনশীলতা এবং নির্ভুলতা বৃদ্ধি করে, আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্ব এবং ডায়াফিল্ট্রেশনের জন্য প্রক্রিয়া অটোমেশনকে সমর্থন করে।
স্বয়ংক্রিয় কাইনেম্যাটিক কৈশিক ভিসকোমেট্রি: কম্পিউটার ভিশন ব্যবহার করে, এই প্রযুক্তি স্বয়ংক্রিয়ভাবে সমাধানের সান্দ্রতা পরিমাপ করে, ম্যানুয়াল ত্রুটিগুলি কাটিয়ে ওঠে এবং একাধিক প্রক্রিয়া স্ট্রিম জুড়ে পুনরাবৃত্তিযোগ্য, মাল্টিপ্লেক্সড পর্যবেক্ষণ প্রদান করে। এটি স্ট্যান্ডার্ড এবং জটিল উভয় প্রোটিন ফর্মুলেশনের জন্য বৈধ এবং আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্ব পর্যায়ে হস্তক্ষেপ হ্রাস করে।
মাইক্রোফ্লুইডিক রিওলজি ডিভাইস: মাইক্রোফ্লুইডিক সিস্টেমগুলি বিস্তারিত, অবিচ্ছিন্ন রিওলজিক্যাল প্রোফাইল সরবরাহ করে, এমনকি নন-নিউটোনিয়ান, উচ্চ-সান্দ্রতা প্রোটিন সমাধানের জন্যও। এগুলি বিশেষ করে ওষুধ উৎপাদন, সহায়ক প্রক্রিয়া বিশ্লেষণাত্মক প্রযুক্তি (PAT) কৌশল এবং প্রতিক্রিয়া লুপের সাথে একীকরণের ক্ষেত্রে মূল্যবান।
এই সরঞ্জামগুলি ব্যবহার করে প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ সান্দ্রতা পরিবর্তনের প্রতিক্রিয়ায় TMP, ফিড রেট, অথবা ক্রসফ্লো বেগের রিয়েল-টাইম সমন্বয়ের জন্য প্রতিক্রিয়া লুপ বাস্তবায়ন সক্ষম করে। উদাহরণস্বরূপ, যদি ইনলাইন সেন্সিং সান্দ্রতা হঠাৎ বৃদ্ধি (ঘনত্ব বৃদ্ধি বা একত্রিতকরণের কারণে) সনাক্ত করে, তাহলে আল্ট্রাফিল্ট্রেশনে ঘনত্ব মেরুকরণের সূত্রপাত সীমিত করার জন্য TMP স্বয়ংক্রিয়ভাবে হ্রাস করা যেতে পারে বা ক্রসফ্লো বেগ বৃদ্ধি করা যেতে পারে। এই পদ্ধতিটি কেবল ঝিল্লির আয়ুষ্কাল বাড়ায় না বরং প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতাকে প্রভাবিত করে এমন কারণগুলি গতিশীলভাবে পরিচালনা করে ধারাবাহিক পণ্যের গুণমানকেও সমর্থন করে।
সবচেয়ে উপযুক্ত সান্দ্রতা পর্যবেক্ষণ প্রযুক্তির নির্বাচন আল্ট্রাফিল্ট্রেশন অ্যাপ্লিকেশনের নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তার উপর নির্ভর করে, যার মধ্যে প্রত্যাশিত সান্দ্রতা পরিসীমা, প্রোটিন গঠনের জটিলতা, ইন্টিগ্রেশনের চাহিদা এবং খরচ অন্তর্ভুক্ত। রিয়েল-টাইম পর্যবেক্ষণ এবং গতিশীল প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের এই অগ্রগতিগুলি উচ্চ-সান্দ্রতা প্রোটিন সমাধানের জন্য আল্ট্রাফিল্ট্রেশনকে অপ্টিমাইজ করার ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করেছে, যা কার্যকরী স্থিতিশীলতা এবং উচ্চ পণ্য ফলন উভয়ই নিশ্চিত করে।
প্রোটিন আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের সমস্যা সমাধান এবং সাধারণ সমস্যা
৭.১. লক্ষণ, কারণ এবং প্রতিকার
ট্রান্সমেমব্রেন চাপ বৃদ্ধি
আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের সময় ট্রান্সমেমব্রেন চাপ (TMP) বৃদ্ধি পর্দা জুড়ে ক্রমবর্ধমান প্রতিরোধের ইঙ্গিত দেয়। আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের উপর ট্রান্সমেমব্রেন চাপের প্রভাব সরাসরি: স্বাভাবিক ট্রান্সমেমব্রেন চাপ পরিসর সাধারণত প্রক্রিয়া-নির্ভর, তবে টেকসইভাবে তদন্তের যোগ্যতা বৃদ্ধি করে। দুটি সাধারণ কারণ স্পষ্ট:
- প্রোটিন দ্রবণের উচ্চ সান্দ্রতা:প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা বৃদ্ধির সাথে সাথে—সাধারণত উচ্চ আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রোটিন ঘনত্বে—প্রবাহের জন্য প্রয়োজনীয় চাপ বৃদ্ধি পায়। চূড়ান্ত ঘনত্ব এবং ডায়াফিল্ট্রেশন ধাপে যেখানে দ্রবণগুলি সবচেয়ে সান্দ্র থাকে, এটি স্পষ্টভাবে প্রকাশ পায়।
- ঝিল্লি দূষণ:প্রোটিন সমষ্টি বা পলিস্যাকারাইড-প্রোটিন মিশ্রণের মতো ফাউল্যান্টগুলি ঝিল্লির ছিদ্রগুলিকে আটকে রাখতে বা ব্লক করতে পারে, যার ফলে দ্রুত TMP স্পাইক তৈরি হয়।
প্রতিকার:
- টিএমপি কম করুন এবং ফিড ফ্লাক্স বাড়ান: ফিড বেগ বৃদ্ধির সাথে সাথে TMP কমানো ঘনত্বের মেরুকরণ এবং জেল স্তর গঠন হ্রাস করে, স্থিতিশীল প্রবাহকে উৎসাহিত করে।
- নিয়মিত ঝিল্লি পরিষ্কার করা: জমে থাকা দূষণ অপসারণের জন্য ঝিল্লি পরিষ্কারের সর্বোত্তম ফ্রিকোয়েন্সি স্থাপন করুন। পরিষ্কারের পরে প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা পরিমাপের মাধ্যমে কার্যকারিতা পর্যবেক্ষণ করুন।
- বার্ধক্যজনিত ঝিল্লি প্রতিস্থাপন করুন: পরিষ্কার অপর্যাপ্ত হলে বা ঝিল্লির আয়ুষ্কাল পৌঁছে গেলে ঝিল্লি প্রতিস্থাপনের ফ্রিকোয়েন্সি বৃদ্ধি করা প্রয়োজন হতে পারে।
ক্রমহ্রাসমান প্রবাহ হার: ডায়াগনস্টিক ট্রি
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্বের পর্যায়ে প্রবাহের ধারাবাহিক হ্রাস উৎপাদনশীলতার উদ্বেগের ইঙ্গিত দেয়। এই রোগ নির্ণয় পদ্ধতি অনুসরণ করুন:
- টিএমপি এবং সান্দ্রতা পর্যবেক্ষণ করুন:যদি দুটোই বেড়ে যায়, তাহলে ফাউলিং বা জেল স্তরের উপস্থিতি পরীক্ষা করুন।
- ফিডের গঠন এবং pH পরীক্ষা করুন:এখানে পরিবর্তন প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা পরিবর্তন করতে পারে এবং দূষণ বৃদ্ধি করতে পারে।
- ঝিল্লির কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন করুন:পরিষ্কার করা সত্ত্বেও পারমিয়েট ফ্লাক্স হ্রাস সম্ভাব্য ঝিল্লির ক্ষতি বা অপরিবর্তনীয় দূষণের ইঙ্গিত দেয়।
সমাধান:
- আল্ট্রাফিল্ট্রেশনে দূষণ এবং ঘনত্বের মেরুকরণ কমাতে ফিডে তাপমাত্রা, pH এবং আয়নিক শক্তি অপ্টিমাইজ করুন।
- জেল স্তরগুলিকে ব্যাহত করতে এবং প্রবাহ পুনরুদ্ধার করতে পৃষ্ঠ-পরিবর্তিত বা ঘূর্ণায়মান ঝিল্লি মডিউল ব্যবহার করুন।
- প্রবাহকে প্রভাবিত করে এমন পরিবর্তনগুলি অনুমান করার জন্য নিয়মিত প্রোটিন দ্রবণ সান্দ্রতা পরিমাপ পরিচালনা করুন।
দ্রুত ফাউলিং বা জেল স্তর গঠন
ঝিল্লির পৃষ্ঠে অত্যধিক ঘনত্বের মেরুকরণের ফলে দ্রুত জেল স্তর গঠন হয়। উচ্চ-সান্দ্রতা বা উচ্চ-প্রোটিন ফিড পরিস্থিতিতে ট্রান্সভার্স ফ্লো ফিল্টারেশন (TFF) ট্রান্সমেমব্রেন চাপ বিশেষভাবে সংবেদনশীল।
প্রশমন কৌশল:
- প্রোটিনের বন্ধন এবং সংযুক্তি কমাতে হাইড্রোফিলিক, ঋণাত্মক চার্জযুক্ত ঝিল্লির পৃষ্ঠ (যেমন, পলিভিনাইলিডিন ফ্লোরাইড [PVDF] ঝিল্লি) প্রয়োগ করুন।
- আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের আগে উচ্চ-দূষণকারী পদার্থ অপসারণের জন্য জমাট বাঁধা বা ইলেক্ট্রোকোয়াগুলেশন ব্যবহার করে প্রাক-চিকিত্সা করা খাবার।
- কেক স্তরের পুরুত্ব কমাতে এবং জেল স্তর গঠন বিলম্বিত করতে ট্রান্সভার্স ফ্লো পরিস্রাবণ প্রক্রিয়ায় ঘূর্ণায়মান মডিউলের মতো যান্ত্রিক ডিভাইসগুলিকে একীভূত করুন।
৭.২. ফিডের পরিবর্তনশীলতার সাথে সামঞ্জস্য করা
প্রোটিন আল্ট্রাফিল্ট্রেশন সিস্টেমগুলিকে ফিড প্রোটিনের বৈশিষ্ট্য বা গঠনের পরিবর্তনশীলতার সাথে খাপ খাইয়ে নিতে হবে। প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতাকে প্রভাবিতকারী কারণগুলি - যেমন বাফার গঠন, প্রোটিন ঘনত্ব এবং একত্রিতকরণ প্রবণতা - সিস্টেমের আচরণ পরিবর্তন করতে পারে।
প্রতিক্রিয়া কৌশল
- রিয়েল-টাইম সান্দ্রতা এবং রচনা পর্যবেক্ষণ:লিগ্যাসি ইউভি বা আইআর পদ্ধতির চেয়ে ভালো পারফর্মেন্সের জন্য ফিড পরিবর্তন দ্রুত সনাক্তকরণের জন্য ইন-লাইন অ্যানালিটিকাল সেন্সর (রমন স্পেকট্রোস্কোপি + কালম্যান ফিল্টারিং) স্থাপন করুন।
- অভিযোজিত প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ:প্যারামিটার সেটিংস সামঞ্জস্য করুন (প্রবাহ হার, TMP, ঝিল্লি নির্বাচন) সনাক্ত করা পরিবর্তনের প্রতিক্রিয়ায়। উদাহরণস্বরূপ, প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা বৃদ্ধির জন্য কম TMP এবং উচ্চ শিয়ার রেট প্রয়োজন হতে পারে।
- ঝিল্লি নির্বাচন:প্রোটিন ধারণ এবং প্রবাহের ভারসাম্য বজায় রেখে, বর্তমান ফিড বৈশিষ্ট্যের জন্য অপ্টিমাইজ করা ছিদ্র আকার এবং পৃষ্ঠের রসায়ন সহ ঝিল্লি ব্যবহার করুন।
- খাদ্য প্রাক-চিকিৎসা:যদি খাদ্যের প্রকৃতির হঠাৎ পরিবর্তনের ফলে দূষণ হয়, তাহলে অতিপরিস্রাবণের প্রবাহে জমাট বাঁধা বা পরিস্রাবণ পদক্ষেপ প্রবর্তন করুন।
উদাহরণ:
- বায়োপ্রসেসিংয়ে, বাফার সুইচ বা অ্যান্টিবডি সমষ্টির পরিবর্তন নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার মাধ্যমে TMP এবং প্রবাহ সমন্বয়কে ট্রিগার করবে।
- ক্রোমাটোগ্রাফি-লিঙ্কড আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের জন্য, অভিযোজিত মিক্সিং-ইন্টিজার অপ্টিমাইজেশন অ্যালগরিদমগুলি আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেনের কর্মক্ষমতা বজায় রেখে পরিবর্তনশীলতা কমাতে এবং পরিচালনা খরচ কমাতে পারে।
প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা পরিমাপের নিয়মিত ট্র্যাকিং এবং প্রক্রিয়া অবস্থার সাথে তাৎক্ষণিক সমন্বয় আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্বকে সর্বোত্তম করতে, থ্রুপুট বজায় রাখতে এবং ঝিল্লির দূষণ এবং ঘনত্বের মেরুকরণ কমাতে সহায়তা করে।
সচরাচর জিজ্ঞাস্য
৮.১. প্রোটিন দ্রবণের অতিপরিস্রাবণে ট্রান্সমেমব্রেন চাপের স্বাভাবিক পরিসর কত?
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রোটিন ঘনত্ব সিস্টেমে স্বাভাবিক ট্রান্সমেমব্রেন চাপ (TMP) পরিসর ঝিল্লির ধরণ, মডিউল নকশা এবং ফিড বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। বেশিরভাগ প্রোটিন আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রক্রিয়ার জন্য, TMP সাধারণত 1 থেকে 3 বার (15-45 psi) এর মধ্যে বজায় রাখা হয়। 0.2 MPa (প্রায় 29 psi) এর উপরে TMP মান ঝিল্লির ক্ষতি, দ্রুত দূষণ এবং ঝিল্লির আয়ুষ্কাল হ্রাসের ঝুঁকি তৈরি করতে পারে। জৈব চিকিৎসা এবং জৈবপ্রক্রিয়াকরণ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, ঝিল্লির ভাঙ্গন এড়াতে প্রস্তাবিত TMP সাধারণত 0.8 বার (~12 psi) এর বেশি হওয়া উচিত নয়। ট্রান্সভার্স ফ্লো পরিস্রাবণের মতো প্রক্রিয়াগুলির জন্য, এই TMP পরিসরের মধ্যে থাকা ফলন এবং প্রোটিনের অখণ্ডতা উভয়কেই সুরক্ষিত করে।
৮.২. প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা আল্ট্রাফিল্ট্রেশন কর্মক্ষমতাকে কীভাবে প্রভাবিত করে?
প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা সরাসরি আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্বের কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। উচ্চ সান্দ্রতা প্রবাহ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে এবং TMP বৃদ্ধি করে, যার ফলে পারমিয়েট ফ্লাক্স হ্রাস পায় এবং দ্রুত ঝিল্লি ফাউলিং হয়। এই প্রভাবটি উচ্চ ঘনত্বে মনোক্লোনাল অ্যান্টিবডি বা Fc-ফিউশন প্রোটিনের সাথে স্পষ্ট হয়, যেখানে প্রোটিন-প্রোটিন মিথস্ক্রিয়া এবং চার্জ প্রভাবের কারণে সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়। এক্সিপিয়েন্ট বা এনজাইমেটিক চিকিত্সার সাথে সান্দ্রতা পরিচালনা এবং অপ্টিমাইজ করা প্রবাহকে উন্নত করে, ফাউলিং হ্রাস করে এবং আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্বের পর্যায়ে উচ্চতর অর্জনযোগ্য ঘনত্বের সুযোগ দেয়। দক্ষ প্রক্রিয়াকরণ বজায় রাখার জন্য প্রোটিন দ্রবণের সান্দ্রতা পরিমাপ পর্যবেক্ষণ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
৮.৩. ঘনত্ব মেরুকরণ কী এবং TFF-তে এটি কেন গুরুত্বপূর্ণ?
আল্ট্রাফিল্ট্রেশনে ঘনত্ব মেরুকরণ হল ঝিল্লির পৃষ্ঠে প্রোটিন জমা হওয়া, যার ফলে বাল্ক দ্রবণ এবং ঝিল্লি ইন্টারফেসের মধ্যে একটি গ্রেডিয়েন্ট তৈরি হয়। ট্রান্সভার্স ফ্লো পরিস্রাবণে, এটি স্থানীয় সান্দ্রতা বৃদ্ধি করে এবং সম্ভাব্য বিপরীতমুখী প্রবাহ হ্রাসের দিকে পরিচালিত করে। যদি নিয়ন্ত্রণ না করা হয়, তবে এটি ঝিল্লি দূষণকে উৎসাহিত করতে পারে এবং সিস্টেমের দক্ষতা হ্রাস করতে পারে। আল্ট্রাফিল্ট্রেশনে ঘনত্ব মেরুকরণ মোকাবেলায় একটি পাতলা মেরুকরণ স্তর বজায় রাখার জন্য ক্রস-ফ্লো হার, TMP এবং ঝিল্লি নির্বাচন অপ্টিমাইজ করা জড়িত। সঠিক নিয়ন্ত্রণ থ্রুপুট উচ্চ এবং দূষণের ঝুঁকি কম রাখে।
৮.৪. আমার আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেন কখন প্রতিস্থাপন করব তা আমি কীভাবে সিদ্ধান্ত নেব?
যখন আপনি থ্রুপুট (ফ্লাক্স) এর উল্লেখযোগ্য হ্রাস, স্ট্যান্ডার্ড ক্লিনিং সমাধান করতে পারে না এমন TMP-তে ক্রমাগত বৃদ্ধি, অথবা পরিষ্কারের পরে দৃশ্যমান দূষণ লক্ষ্য করেন তখন আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেন প্রতিস্থাপন করুন। অতিরিক্ত সূচকগুলির মধ্যে রয়েছে নির্বাচনীতার ক্ষতি (প্রত্যাশিতভাবে লক্ষ্য প্রোটিন প্রত্যাখ্যান করতে ব্যর্থতা) এবং কর্মক্ষমতা নির্দিষ্টকরণে পৌঁছাতে অক্ষমতা। নিয়মিত ফ্লাক্স এবং নির্বাচনীতা পরীক্ষার মাধ্যমে ঝিল্লি প্রতিস্থাপন ফ্রিকোয়েন্সি পর্যবেক্ষণ করা প্রোটিন দ্রবণ আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ঘনত্ব প্রক্রিয়ায় ঝিল্লির আয়ু সর্বাধিক করার ভিত্তি।
৮.৫. TFF-তে প্রোটিন ফাউলিং কমাতে আমি কোন কোন কার্যকরী পরামিতিগুলি সমন্বয় করতে পারি?
ট্রান্সভার্স ফ্লো পরিস্রাবণে প্রোটিন ফাউলিং কমানোর জন্য মূল কর্মক্ষম পরামিতিগুলির মধ্যে রয়েছে:
- স্থানীয় প্রোটিন জমা কমাতে এবং ঘনত্বের মেরুকরণ পরিচালনা করতে পর্যাপ্ত ক্রস-ফ্লো বেগ বজায় রাখুন।
- অতিরিক্ত পণ্য ফুটো এবং ঝিল্লির ক্ষতি রোধ করতে, প্রস্তাবিত TMP পরিসরের মধ্যে কাজ করুন, সাধারণত 3–5 psi (0.2–0.35 বার)।
- অপরিবর্তনীয় দূষণ সীমিত করতে নিয়মিত ঝিল্লি পরিষ্কারের প্রোটোকল প্রয়োগ করুন।
- পর্যবেক্ষণ করুন এবং প্রয়োজনে, সান্দ্রতা নিয়ন্ত্রণের জন্য ফিড দ্রবণটি প্রিট্রিট করুন (উদাহরণস্বরূপ, পেকটিনেজের মতো এনজাইমেটিক চিকিৎসা ব্যবহার করে)।
- লক্ষ্য প্রোটিন আকার এবং প্রক্রিয়া লক্ষ্যের জন্য উপযুক্ত ঝিল্লি উপকরণ এবং ছিদ্র আকার (MWCO) নির্বাচন করুন।
হাইড্রোসাইক্লোন প্রিফিল্ট্রেশন বা এনজাইমেটিক প্রিট্রিটমেন্ট একীভূত করলে সিস্টেমের কর্মক্ষমতা উন্নত হতে পারে, বিশেষ করে উচ্চ-সান্দ্রতাযুক্ত ফিডের ক্ষেত্রে। ঝিল্লির দূষণ কমাতে এবং অতিপরিস্রাবণ ঘনত্বের পর্যায়টি অপ্টিমাইজ করতে ফিডের রচনাটি নিবিড়ভাবে ট্র্যাক করুন এবং গতিশীলভাবে সেটিংস সামঞ্জস্য করুন।
পোস্টের সময়: নভেম্বর-০৩-২০২৫
