બાયોફાર્માસ્યુટિકલ ઉત્પાદનમાં અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન સાંદ્રતા પ્રક્રિયાઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે પ્રોટીન સોલ્યુશન્સની સ્નિગ્ધતાને નિયંત્રિત કરવી મહત્વપૂર્ણ છે. પ્રોટીન સોલ્યુશનમાં વધેલી સ્નિગ્ધતા - ખાસ કરીને ઉચ્ચ પ્રોટીન સાંદ્રતા પર - અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પ્રોટીન સાંદ્રતા એપ્લિકેશન્સમાં પટલની કામગીરી, પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતા અને અર્થશાસ્ત્રને સીધી અસર કરે છે. એન્ટિ-બોડી ક્લસ્ટરિંગ અને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને કારણે પ્રોટીન સામગ્રી સાથે દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા વધે છે, જે અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પટલમાં પ્રવાહ અને દબાણ ઘટાડા સામે પ્રતિકાર વધારે છે. આના પરિણામે ઓછા પરમીએટ ફ્લક્સ અને લાંબા કાર્યકારી સમય થાય છે, ખાસ કરીને ટ્રાંસવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન (TFF) પ્રક્રિયાઓમાં.
અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પાછળનું પ્રેરક બળ, ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP) સ્નિગ્ધતા સાથે ગાઢ રીતે જોડાયેલું છે. સામાન્ય ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર રેન્જની બહાર કામ કરવાથી પટલ ફાઉલિંગ ઝડપી બને છે અને સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ વધે છે - પટલની નજીક પ્રોટીનનું નિર્માણ જે સ્થાનિક સ્નિગ્ધતામાં સતત વધારો કરે છે. સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ અને પટલ ફાઉલિંગ બંને અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પટલની કામગીરીમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે અને જો તેને તપાસવામાં ન આવે તો પટલનું આયુષ્ય ટૂંકું કરી શકે છે. પ્રાયોગિક કાર્ય દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશનમાં પટલ ફાઉલિંગ અને સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ ઉચ્ચ TMP મૂલ્યો પર અને વધુ ચીકણું ફીડ્સ સાથે વધુ સ્પષ્ટ થાય છે, જે થ્રુપુટને મહત્તમ કરવા અને સફાઈ આવર્તન ઘટાડવા માટે રીઅલ-ટાઇમ TMP નિયંત્રણને આવશ્યક બનાવે છે.
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે સંકલિત વ્યૂહરચનાઓની જરૂર છે:
- પ્રોટીન દ્રાવણ સ્નિગ્ધતા માપન: નિયમિત સ્નિગ્ધતા મૂલ્યાંકન—ઉપયોગ કરીનેઇન-લાઇન વિસ્કોમીટર— ફિલ્ટરેશન રેટની આગાહી કરવામાં અને પ્રક્રિયામાં આવતી અડચણોનો અંદાજ લગાવવામાં મદદ કરો, ઝડપી પ્રક્રિયા ફેરફારોને સમર્થન આપો.
- ફીડ કન્ડીશનીંગ: pH, આયનીય શક્તિ અને તાપમાનને સમાયોજિત કરવાથી સ્નિગ્ધતા ઓછી થઈ શકે છે અને ફાઉલિંગ ઘટાડી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સોડિયમ આયનો ઉમેરવાથી પ્રોટીન વચ્ચે હાઇડ્રેશન પ્રતિકૂળતા વધે છે, એકત્રીકરણ અને ફાઉલિંગ ઓછું થાય છે, જ્યારે કેલ્શિયમ આયનો પ્રોટીન બ્રિજિંગ અને ફાઉલિંગને પ્રોત્સાહન આપે છે.
- સહાયક પદાર્થોનો ઉપયોગ: અત્યંત કેન્દ્રિત પ્રોટીન દ્રાવણમાં સ્નિગ્ધતા ઘટાડતા એક્સીપિયન્ટ્સનો સમાવેશ કરવાથી પટલની અભેદ્યતામાં સુધારો થાય છે અને અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશનમાં ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણ ઘટે છે, જેનાથી એકંદર કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે.
- અદ્યતન પ્રવાહ શાસન: ક્રોસ-ફ્લો વેલોસિટી વધારવી, વૈકલ્પિક ક્રોસ-ફ્લોનો ઉપયોગ કરવો, અથવા એર જેટ ઇન્જેક્શનનો ઉપયોગ કરવાથી ફાઉલિંગ લેયર્સમાં વિક્ષેપ પડે છે. આ તકનીકો ડિપોઝિટ રચનાને ઘટાડીને પરમીટ ફ્લક્સને ટકાવી રાખવામાં અને પટલ રિપ્લેસમેન્ટ ફ્રીક્વન્સી ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.
- પટલની પસંદગી અને સફાઈ: રાસાયણિક રીતે સ્થિતિસ્થાપક પટલ (દા.ત., SiC અથવા થર્મોસેલિઅન્ટ હાઇબ્રિડ) પસંદ કરવા અને યોગ્ય પ્રોટોકોલ (દા.ત., સોડિયમ હાઇપોક્લોરાઇટ સફાઈ) સાથે પટલ સફાઈ આવર્તનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું એ પટલના આયુષ્યને લંબાવવા અને કાર્યકારી ખર્ચ ઘટાડવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
એકંદરે, અસરકારક સ્નિગ્ધતા નિયંત્રણ અને TMP વ્યવસ્થાપન એ અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કાના સફળ પ્રદર્શનનો પાયો છે, જે ઉત્પાદન ઉપજ, પટલ સફાઈ આવર્તન અને ખર્ચાળ પટલ સંપત્તિના આયુષ્યને સીધી અસર કરે છે.
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનમાં પ્રોટીન સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતાને સમજવી
૧.૧. પ્રોટીન દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા કેટલી છે?
સ્નિગ્ધતા પ્રવાહીના પ્રવાહ પ્રતિકારનું વર્ણન કરે છે; પ્રોટીન દ્રાવણમાં, તે દર્શાવે છે કે પરમાણુ ઘર્ષણ ગતિને કેટલું અવરોધે છે. સ્નિગ્ધતા માટે SI એકમ પાસ્કલ-સેકન્ડ (Pa·s) છે, પરંતુ સેન્ટીપોઇઝ (cP) નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે જૈવિક પ્રવાહી માટે થાય છે. સ્નિગ્ધતા સીધી અસર કરે છે કે ઉત્પાદન દરમિયાન પ્રોટીન દ્રાવણ કેટલી સરળતાથી પમ્પ અથવા ફિલ્ટર કરી શકાય છે અને દવા વિતરણને અસર કરે છે, ખાસ કરીને ઉચ્ચ-સાંદ્રતાવાળા બાયોથેરાપ્યુટિક્સ માટે.
પ્રોટીન સાંદ્રતા એ સ્નિગ્ધતાને પ્રભાવિત કરતું મુખ્ય પરિબળ છે. જેમ જેમ પ્રોટીનનું સ્તર વધે છે, આંતર-પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને ભીડ વધે છે, જેના કારણે સ્નિગ્ધતા વધે છે, ઘણીવાર બિન-રેખીય રીતે. ચોક્કસ થ્રેશોલ્ડથી ઉપર, પ્રોટીન-પ્રોટીન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્રાવણની અંદર પ્રસારને વધુ દબાવી દે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ફાર્માસ્યુટિકલ્સમાં વપરાતા કેન્દ્રિત મોનોક્લોનલ એન્ટિબોડી દ્રાવણ ઘણીવાર સ્નિગ્ધતા સ્તર સુધી પહોંચે છે જે સબક્યુટેનીયસ ઇન્જેક્શનને પડકારે છે અથવા પ્રક્રિયા દરને પ્રતિબંધિત કરે છે.
સંકેન્દ્રિત પ્રોટીન દ્રાવણોમાં સ્નિગ્ધતાની આગાહી કરતા મોડેલો હવે પરમાણુ ભૂમિતિ અને એકત્રીકરણ વૃત્તિઓનો સમાવેશ કરે છે. પ્રોટીન મોર્ફોલોજી - ભલે તે વિસ્તરેલ હોય, ગોળાકાર હોય, અથવા એકત્રીકરણ માટે સંવેદનશીલ હોય - ઉચ્ચ સાંદ્રતા પર સ્નિગ્ધતાને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે. માઇક્રોફ્લુઇડિક મૂલ્યાંકનમાં તાજેતરના વિકાસ ન્યૂનતમ નમૂના વોલ્યુમોમાંથી ચોક્કસ સ્નિગ્ધતા માપનને સક્ષમ કરે છે, જે નવા પ્રોટીન ફોર્મ્યુલેશનની ઝડપી તપાસને સરળ બનાવે છે.
૧.૨. અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન દરમિયાન સ્નિગ્ધતા કેવી રીતે બદલાય છે
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન દરમિયાન, સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ ઝડપથી પટલ-દ્રાવણ ઇન્ટરફેસ પર પ્રોટીન એકઠા કરે છે. આનાથી સ્થાનિક સાંદ્રતા ઢાળ બને છે અને પટલની નજીક સ્નિગ્ધતા વધે છે. આ પ્રદેશમાં વધેલી સ્નિગ્ધતા માસ ટ્રાન્સફરને અવરોધે છે અને પરમીટ ફ્લક્સ ઘટાડે છે.
સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ પટલ ફાઉલિંગથી અલગ છે. ધ્રુવીકરણ ગતિશીલ અને ઉલટાવી શકાય તેવું છે, ગાળણક્રિયા પ્રગતિની થોડી મિનિટોમાં થાય છે. તેની તુલનામાં, સમય જતાં ફાઉલિંગ વિકસે છે અને ઘણીવાર પટલની સપાટી પર બદલી ન શકાય તેવું ડિપોઝિશન અથવા રાસાયણિક પરિવર્તનનો સમાવેશ થાય છે. સચોટ નિદાન સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ સ્તરનું રીઅલ-ટાઇમ ટ્રેકિંગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે ક્રોસ-ફ્લો વેલોસિટી અને ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણ પ્રત્યે તેની સંવેદનશીલતા દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, વેગ વધારવો અથવા ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણ (TMP) ઘટાડવું ચીકણું બાઉન્ડ્રી લેયરને વિક્ષેપિત કરવામાં મદદ કરે છે, પ્રવાહને પુનઃસ્થાપિત કરે છે.
ઓપરેશનલ પરિમાણો સ્નિગ્ધતા વર્તનને સીધી અસર કરે છે:
- ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP): ઉચ્ચ TMP ધ્રુવીકરણને તીવ્ર બનાવે છે, સ્થાનિક સ્નિગ્ધતા વધારે છે અને પ્રવાહ ઘટાડે છે.
- ક્રોસ-ફ્લો વેગ: વધારેલ વેગ સંચયને મર્યાદિત કરે છે, પટલની નજીક સ્નિગ્ધતાને નિયંત્રિત કરે છે.
- પટલ સફાઈ આવર્તન: વારંવાર સફાઈ કરવાથી લાંબા ગાળાના જમાવટમાં ઘટાડો થાય છે અને સ્નિગ્ધતા-આધારિત કામગીરીમાં ઘટાડો ઓછો થાય છે.
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કાઓએ પ્રતિકૂળ સ્નિગ્ધતા અસરોને ઘટાડવા અને થ્રુપુટ ટકાવી રાખવા માટે આ પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા આવશ્યક છે.
૧.૩. સ્નિગ્ધતાને અસર કરતા પ્રોટીન દ્રાવણના ગુણધર્મો
પરમાણુ વજનઅનેરચનામુખ્યત્વે સ્નિગ્ધતા નક્કી કરે છે. મોટા, વધુ જટિલ પ્રોટીન અથવા સમૂહો અવરોધિત ગતિ અને વધુ નોંધપાત્ર આંતરઆણ્વિક બળોને કારણે વધુ સ્નિગ્ધતા ઉત્પન્ન કરે છે. પ્રોટીનનો આકાર પ્રવાહને વધુ નિયંત્રિત કરે છે - વિસ્તૃત અથવા એકત્રીકરણ-સંભવિત સાંકળો કોમ્પેક્ટ ગ્લોબ્યુલર પ્રોટીન કરતાં વધુ પ્રતિકારનું કારણ બને છે.
pHપ્રોટીન ચાર્જ અને દ્રાવ્યતાને ગંભીર રીતે પ્રભાવિત કરે છે. પ્રોટીનના આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુની નજીક દ્રાવણ pH ને સમાયોજિત કરવાથી ચોખ્ખો ચાર્જ ઓછો થાય છે, પ્રોટીન-પ્રોટીન પ્રતિકૂળતા ઓછી થાય છે, અને અસ્થાયી રૂપે સ્નિગ્ધતા ઓછી થાય છે, જે ગાળણક્રિયાને સરળ બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, BSA અથવા IgG ના આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુની નજીક અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશનનું સંચાલન કરવાથી પરમીટ ફ્લક્સ અને સેપરેશન સિલેક્ટિવિટીમાં નોંધપાત્ર વધારો થઈ શકે છે.
આયનીય શક્તિપ્રોટીનની આસપાસના વિદ્યુત ડબલ સ્તરને બદલીને સ્નિગ્ધતાને અસર કરે છે. વધેલી આયનીય શક્તિ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને સ્ક્રીન કરે છે, પટલ દ્વારા પ્રોટીન ટ્રાન્સમિશનને પ્રોત્સાહન આપે છે પરંતુ એકત્રીકરણ અને અનુરૂપ સ્નિગ્ધતા સ્પાઇક્સનું જોખમ પણ વધારે છે. ટ્રાન્સમિશન કાર્યક્ષમતા અને પસંદગી વચ્ચેનો વેપાર ઘણીવાર મીઠાની સાંદ્રતા અને બફર રચનાને ફાઇન-ટ્યુનિંગ પર ટકી રહે છે.
નાના પરમાણુ ઉમેરણો - જેમ કે આર્જીનાઇન હાઇડ્રોક્લોરાઇડ અથવા ગુઆનિડાઇન - નો ઉપયોગ સ્નિગ્ધતા ઘટાડવા માટે થઈ શકે છે. આ એજન્ટો હાઇડ્રોફોબિક અથવા ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણોને વિક્ષેપિત કરે છે, એકત્રીકરણ ઘટાડે છે અને દ્રાવણ પ્રવાહ ગુણધર્મોને સુધારે છે. તાપમાન વધુ નિયંત્રણ ચલ તરીકે કાર્ય કરે છે; નીચું તાપમાન સ્નિગ્ધતા વધારે છે, જ્યારે વધારાની ગરમી ઘણીવાર તેને ઘટાડે છે.
પ્રોટીન સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતા માપન ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ:
- પરમાણુ વજન વિતરણો
- દ્રાવણની રચના (ક્ષાર, સહાયક પદાર્થો, ઉમેરણો)
- pH અને બફર સિસ્ટમ પસંદગી
- આયોનિક તાકાત સેટિંગ
આ પરિબળો અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન મેમ્બ્રેન કામગીરીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા અને સાંદ્રતા તબક્કાઓ અને TFF પ્રક્રિયાઓમાં સુસંગતતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પ્રોટીન સાંદ્રતાના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કાના સિદ્ધાંતો
અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પ્રોટીન સાંદ્રતા અર્ધ-પારગમ્ય પટલ પર ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP) લાગુ કરીને કાર્ય કરે છે, જે પ્રોટીન અને મોટા અણુઓને જાળવી રાખતી વખતે દ્રાવક અને નાના દ્રાવ્યોને ચલાવે છે. આ પ્રક્રિયા પરમાણુ કદના આધારે પસંદગીયુક્ત પ્રવેશનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં પટલનું પરમાણુ વજન કાપ (MWCO) પસાર થતા અણુઓના મહત્તમ કદને વ્યાખ્યાયિત કરે છે. MWCO કરતાં વધુ પ્રોટીન રીટેન્ટેટ બાજુ પર એકઠા થાય છે, જેમ જેમ પરમીટ પાછું ખેંચાય છે તેમ તેમ તેમની સાંદ્રતામાં વધારો થાય છે.
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કો પ્રોટીન દ્રાવણના વોલ્યુમ ઘટાડા અને સંવર્ધનને લક્ષ્ય બનાવે છે. જેમ જેમ ગાળણક્રિયા આગળ વધે છે, પ્રોટીન દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા સામાન્ય રીતે વધે છે, જે પ્રવાહ અને TMP જરૂરિયાતોને અસર કરે છે. જાળવી રાખેલા પ્રોટીન એકબીજા સાથે અને પટલ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે, જે વાસ્તવિક દુનિયાની પ્રક્રિયાને સરળ કદ બાકાત કરતાં વધુ જટિલ બનાવે છે. ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ, પ્રોટીન એકત્રીકરણ અને pH અને આયનીય શક્તિ જેવી દ્રાવણ લાક્ષણિકતાઓ રીટેન્શન અને વિભાજન પરિણામોને અસર કરે છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, એડ્વેક્ટિવ ટ્રાન્સપોર્ટ પ્રસરણ પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે, ખાસ કરીને મોટા છિદ્રોવાળા પટલમાં, જે ફક્ત MWCO પસંદગી પર આધારિત અપેક્ષાઓને જટિલ બનાવે છે [સંશોધન સારાંશ જુઓ].
ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન (TFF) સમજાવ્યું
ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન, જેને ટેન્જેન્શિયલ ફ્લો ફિલ્ટરેશન (TFF) પણ કહેવાય છે, તે પ્રોટીન દ્રાવણને પટલની સપાટી પર સ્પર્શક રીતે રૂટ કરે છે. આ અભિગમ ડેડ-એન્ડ ફિલ્ટરેશનથી વિપરીત છે, જ્યાં પ્રવાહ પટલ પર લંબ હોય છે, કણોને સીધા ફિલ્ટર પર અને અંદર ધકેલે છે.
મુખ્ય તફાવતો અને અસરો:
- ફાઉલિંગ નિયંત્રણ:TFF પટલમાંથી સંભવિત ફાઉલન્ટ્સને સતત સાફ કરીને પ્રોટીન અને કણોના સ્તરોના સંચયને ઘટાડે છે, જેને કેક રચના તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આના પરિણામે વધુ સ્થિર પરમીએટ ફ્લક્સ અને સરળ જાળવણી થાય છે.
- પ્રોટીન રીટેન્શન:TFF સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણના વધુ સારા સંચાલનને સમર્થન આપે છે - પટલની નજીક જાળવી રાખેલા અણુઓનો એક સ્તર - જે, જો અનિયંત્રિત હોય, તો વિભાજન પસંદગી ઘટાડી શકે છે અને ફાઉલિંગને વધારી શકે છે. TFF માં ગતિશીલ પ્રવાહ આ અસરને ઘટાડે છે, ઉચ્ચ પ્રોટીન રીટેન્શન અને વિભાજન કાર્યક્ષમતા જાળવવામાં મદદ કરે છે.
- પ્રવાહ સ્થિરતા:TFF સતત પ્રવાહ પર લાંબા સમય સુધી કાર્યકારી સમયગાળાને સક્ષમ બનાવે છે, ઉચ્ચ-પ્રોટીન અથવા કણ-સમૃદ્ધ ફીડ્સ સાથે પ્રક્રિયાઓમાં કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે. તેનાથી વિપરીત, ડેડ-એન્ડ ફિલ્ટરેશન ઝડપથી ફાઉલિંગ, થ્રુપુટ ઘટાડવા અને વારંવાર સફાઈ દરમિયાનગીરીની જરૂર પડવાથી અવરોધાય છે.
એડવાન્સ્ડ TFF વેરિઅન્ટ્સ, જેમ કે ઓલ્ટરનેટિવ ટેન્જેન્શિયલ ફ્લો (ATF), સમયાંતરે ટેન્જેન્શિયલ વેલોસીટીને રિવર્સ કરીને અથવા બદલાવીને, ફિલ્ટર લાઇફને લંબાવીને અને પ્રોટીન થ્રુપુટમાં સુધારો કરીને ફાઉલિંગ અને કેક રચનાને વધુ વિક્ષેપિત કરે છે [સંશોધન સારાંશ જુઓ]. ક્લાસિક અને એડવાન્સ્ડ TFF સેટઅપ્સ બંનેમાં, ઓપરેશનલ સેટિંગ્સ - જેમ કે TMP, ક્રોસફ્લો વેલોસીટી અને ક્લિનિંગ ફ્રીક્વન્સી - ચોક્કસ પ્રોટીન સિસ્ટમ, મેમ્બ્રેન પ્રકાર અને લક્ષ્ય સાંદ્રતા અનુસાર હોવી જોઈએ જેથી પ્રદર્શનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય અને ફાઉલિંગ ઓછું કરી શકાય.
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનમાં ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP)
૩.૧. ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર શું છે?
ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP) એ ફિલ્ટરેશન મેમ્બ્રેન પર દબાણનો તફાવત છે, જે દ્રાવકને ફીડ બાજુથી પરમીએટ બાજુ તરફ લઈ જાય છે. અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશનમાં અલગ થવાની પ્રક્રિયા પાછળ TMP મુખ્ય બળ છે, જે દ્રાવકને પ્રોટીન અને અન્ય મેક્રોમોલેક્યુલ્સને જાળવી રાખીને પટલમાંથી પસાર થવા દે છે.
TMP ફોર્મ્યુલા:
- સરળ તફાવત: TMP = P_feed − P_permeate
- એન્જિનિયરિંગ પદ્ધતિ: TMP = [(P_feed + P_retentate)/2] − P_permeate
અહીં, P_feed એ ઇનલેટ પ્રેશર છે, P_retentate એ retentate બાજુ પરનું આઉટલેટ પ્રેશર છે, અને P_permeate એ permeate બાજુનું પ્રેશર છે. retentate (અથવા કોન્સન્ટ્રેટ) પ્રેશરનો સમાવેશ કરવાથી પટલની સપાટી પર વધુ સચોટ મૂલ્ય મળે છે, જે પ્રવાહ પ્રતિકાર અને ફાઉલિંગને કારણે થતા દબાણ ગ્રેડિયન્ટ્સ માટે જવાબદાર છે. - ફીડ પ્રેશર અને ફ્લો રેટ
- રીટેનેટ પ્રેશર (લાગુ પડતું હોય ત્યારે)
- પ્રસરણ દબાણ (ઘણીવાર વાતાવરણીય)
- પટલ પ્રતિકાર
TMP પટલના પ્રકાર, સિસ્ટમ ડિઝાઇન અને પ્રક્રિયાની સ્થિતિઓ દ્વારા બદલાય છે.
નિયંત્રણ ચલો:
૩.૨. TMP અને અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન પ્રક્રિયા
TMP પ્રોટીનના અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશનમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે, જે પટલ દ્વારા પ્રોટીન સોલ્યુશનને ચલાવે છે. પટલ અને કોઈપણ સંચિત સામગ્રીના પ્રતિકારને દૂર કરવા માટે દબાણ એટલું ઊંચું હોવું જોઈએ કે તે ફાઉલિંગને વેગ આપે.
દ્રાવણ સ્નિગ્ધતા અને પ્રોટીન સાંદ્રતાનો પ્રભાવ
- પ્રોટીન દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા:ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા પ્રવાહ પ્રતિકાર વધારે છે, જેના કારણે સમાન પારમીટ પ્રવાહ જાળવવા માટે ઉચ્ચ TMP ની જરૂર પડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ફીડમાં ગ્લિસરોલ ઉમેરવાથી અથવા કેન્દ્રિત પ્રોટીન સાથે કામ કરવાથી સ્નિગ્ધતા વધે છે અને આમ જરૂરી કાર્યકારી TMP.
- પ્રોટીન સાંદ્રતા:અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કા દરમિયાન જેમ જેમ સાંદ્રતા વધે છે, તેમ તેમ દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા વધે છે, TMP વધે છે, અને પટલ ફાઉલિંગ અથવા સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણનું જોખમ વધે છે.
- ડાર્સીનો નિયમ:TMP, પરમીએટ ફ્લક્સ (J), અને સ્નિગ્ધતા (μ) TMP = J × μ × R_m (પટલ પ્રતિકાર) દ્વારા સંબંધિત છે. ઉચ્ચ-સ્નિગ્ધતા પ્રોટીન ઉકેલો માટે, કાર્યક્ષમ અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન માટે કાળજીપૂર્વક TMP ગોઠવણ મહત્વપૂર્ણ છે.
ઉદાહરણો:
- વધતી જતી સ્નિગ્ધતાનો સામનો કરવા માટે ગાઢ એન્ટિબોડી સોલ્યુશનના અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન માટે કાળજીપૂર્વક TMP વ્યવસ્થાપનની જરૂર પડે છે.
- PEGylation અથવા અન્ય પ્રોટીન ફેરફારો પટલ સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ફેરફાર કરે છે, જે ઇચ્છિત પ્રવાહ માટે જરૂરી TMP ને અસર કરે છે.
૩.૩. TMP નું નિરીક્ષણ અને ઑપ્ટિમાઇઝેશન
ની અંદર TMP જાળવી રાખવુંસામાન્ય ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણ શ્રેણીસ્થિર અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન મેમ્બ્રેન કામગીરી અને ઉત્પાદન ગુણવત્તા માટે મહત્વપૂર્ણ છે. સમય જતાં, જેમ જેમ અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન આગળ વધે છે, સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ અને ફાઉલિંગ TMP માં વધારો કરી શકે છે, ક્યારેક ઝડપથી.
દેખરેખ પ્રથાઓ:
- રીઅલ-ટાઇમ મોનિટરિંગ:TMP ને ઇનલેટ, રીટેન્ટેટ અને પરમીટ દ્વારા ટ્રેક કરવામાં આવે છે.પ્રેશર ટ્રાન્સમીટર.
- રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી:અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન અને ડાયફિલ્ટ્રેશન દરમિયાન અનુકૂલનશીલ TMP નિયંત્રણને સરળ બનાવવા માટે, પ્રોટીન અને એક્સિપિયન્ટ સાંદ્રતાના બિન-આક્રમક દેખરેખ માટે વપરાય છે.
- અદ્યતન નિયંત્રણ:એક્સટેન્ડેડ કાલમેન ફિલ્ટર્સ (EKF) સેન્સર ડેટા પર પ્રક્રિયા કરી શકે છે, વધુ પડતા ફાઉલિંગને ટાળવા માટે આપમેળે TMP ને સમાયોજિત કરે છે.
- સામાન્ય શ્રેણીમાં પ્રારંભિક TMP સેટ કરો:પ્રવાહ ઘટાડવા માટે ખૂબ નીચું નહીં, ઝડપી ફાઉલિંગ ટાળવા માટે ખૂબ ઊંચું નહીં.
- સ્નિગ્ધતા વધે તેમ TMP ને સમાયોજિત કરો:અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન કોન્સન્ટ્રેશન તબક્કા દરમિયાન, જરૂરિયાત મુજબ જ TMP વધારો.
- ફીડ ફ્લક્સ અને pH નિયંત્રિત કરો:ફીડ ફ્લક્સ વધારવાથી અથવા TMP ઘટાડવાથી સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ અને ફાઉલિંગ ઓછું થાય છે.
- પટલની સફાઈ અને બદલી:ઊંચા TMP વધુ વારંવાર સફાઈ અને ઘટેલા પટલના આયુષ્ય સાથે સંકળાયેલા છે.
ઑપ્ટિમાઇઝિંગ વ્યૂહરચનાઓ:
ઉદાહરણો:
- પ્રોટીન પ્રોસેસિંગ લાઇનમાં કાટ લાગવાથી TMP વધે છે અને પ્રવાહ ઓછો થાય છે, જેના કારણે સામાન્ય કામગીરી પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે પટલની સફાઈ અથવા રિપ્લેસમેન્ટની જરૂર પડે છે.
- ઉચ્ચ-સ્નિગ્ધતા રેપસીડ પ્રોટીન અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન દરમિયાન એન્ઝાઇમેટિક પ્રીટ્રીટમેન્ટ (દા.ત., પેક્ટીનેઝ ઉમેરણ) TMP ઘટાડી શકે છે અને પટલનું આયુષ્ય વધારી શકે છે.
૩.૪. TFF સિસ્ટમ્સમાં TMP
ટેન્જેન્શિયલ (ટ્રાન્સવર્સ) ફ્લો ફિલ્ટરેશન (TFF) ફીડ સોલ્યુશનને સીધા પટલમાંથી પસાર થવાને બદલે સમગ્ર પટલમાં ચેનલ કરીને કાર્ય કરે છે, જે TMP ગતિશીલતાને નોંધપાત્ર રીતે પ્રભાવિત કરે છે.
TMP નું નિયમન અને સંતુલન
- TFF ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TFF TMP):ફીડ ફ્લો રેટ અને પંપ પ્રેશર બંનેને નિયંત્રિત કરીને સંચાલિત થાય છે જેથી વધુ પડતા TMP ટાળી શકાય અને પરમીએટ ફ્લક્સને મહત્તમ બનાવી શકાય.
- ઑપ્ટિમાઇઝિંગ પરિમાણો:ખોરાકનો પ્રવાહ વધવાથી પ્રોટીનનું સ્થાનિક નિક્ષેપણ ઘટે છે, TMP સ્થિર થાય છે અને પટલના ફોલિંગમાં ઘટાડો થાય છે.
- કોમ્પ્યુટેશનલ મોડેલિંગ:CFD મોડેલો મહત્તમ ઉત્પાદન પુનઃપ્રાપ્તિ, શુદ્ધતા અને ઉપજ માટે TFF TMP ની આગાહી કરે છે અને તેને ઑપ્ટિમાઇઝ કરે છે - ખાસ કરીને mRNA અથવા બાહ્યકોષીય વેસિકલ આઇસોલેશન જેવી પ્રક્રિયાઓ માટે મહત્વપૂર્ણ.
ઉદાહરણો:
- બાયોપ્રોસેસિંગમાં, શ્રેષ્ઠ TFF TMP ડિગ્રેડેશન વિના 70% થી વધુ mRNA રિકવરી આપે છે, જે અલ્ટ્રાસેન્ટ્રિફ્યુગેશન પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે.
- ગાણિતિક મોડેલો અને સેન્સર પ્રતિસાદ દ્વારા માહિતગાર અનુકૂલનશીલ TMP નિયંત્રણ, પટલ રિપ્લેસમેન્ટ આવર્તન ઘટાડે છે અને ફાઉલિંગ શમન દ્વારા પટલ આયુષ્યમાં વધારો કરે છે.
મુખ્ય બાબતો:
- પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતા, પ્રવાહ અને પટલ આરોગ્ય જાળવવા માટે TFF માં TMP ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણ સક્રિય રીતે સંચાલિત થવું આવશ્યક છે.
- વ્યવસ્થિત TMP ઑપ્ટિમાઇઝેશન ઓપરેશનલ ખર્ચ ઘટાડે છે, ઉચ્ચ-શુદ્ધતા ઉત્પાદન પુનઃપ્રાપ્તિને ટેકો આપે છે, અને પ્રોટીન અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન અને સંબંધિત પ્રક્રિયાઓમાં પટલના જીવનકાળને લંબાવે છે.
ફાઉલિંગ મિકેનિઝમ્સ અને સ્નિગ્ધતા સાથે તેમનો સંબંધ
પ્રોટીન અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનમાં મુખ્ય ફાઉલિંગ માર્ગો
પ્રોટીન અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન અનેક અલગ અલગ ફાઉલિંગ માર્ગોથી પ્રભાવિત થાય છે:
કાટ લાગવો:જ્યારે કાટ ઉત્પાદનો - સામાન્ય રીતે આયર્ન ઓક્સાઇડ - પટલની સપાટી પર એકઠા થાય છે ત્યારે થાય છે. આ પ્રવાહ ઘટાડે છે અને પ્રમાણભૂત રાસાયણિક સફાઈ એજન્ટો સાથે દૂર કરવા મુશ્કેલ હોય છે. કાટ ફોલિંગ પટલની કામગીરીમાં સતત ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે અને સમય જતાં પટલ રિપ્લેસમેન્ટ આવર્તન વધારે છે. પાણીની સારવાર અને પ્રોટીન એપ્લિકેશનમાં ઉપયોગમાં લેવાતા PVDF અને PES પટલ સાથે તેની અસર ખાસ કરીને ગંભીર છે.
ઓર્ગેનિક ફોલિંગ:મુખ્યત્વે બોવાઇન સીરમ આલ્બ્યુમિન (BSA) જેવા પ્રોટીન દ્વારા પ્રેરિત, અને પોલિસેકરાઇડ્સ (દા.ત., સોડિયમ અલ્જીનેટ) જેવા અન્ય કાર્બનિક પદાર્થોની હાજરીમાં તે તીવ્ર બની શકે છે. મિકેનિઝમ્સમાં પટલ છિદ્રોમાં શોષણ, છિદ્ર પ્લગિંગ અને કેક સ્તરની રચનાનો સમાવેશ થાય છે. સિનર્જિસ્ટિક અસરો ત્યારે થાય છે જ્યારે બહુવિધ કાર્બનિક ઘટકો હાજર હોય છે, જેમાં મિશ્ર-ફાઉલન્ટ સિસ્ટમ્સ સિંગલ-પ્રોટીન ફીડ્સ કરતાં વધુ ગંભીર ફાઉલિંગનો અનુભવ કરે છે.
સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ:જેમ જેમ અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન આગળ વધે છે, તેમ તેમ પટલની સપાટીની નજીક જાળવી રાખેલા પ્રોટીન એકઠા થાય છે, જેનાથી સ્થાનિક સાંદ્રતા અને સ્નિગ્ધતા વધે છે. આ એક ધ્રુવીકરણ સ્તર બનાવે છે જે ફાઉલિંગ વલણને વધારે છે અને પ્રવાહ ઘટાડે છે. અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કો આગળ વધે છે તેમ પ્રક્રિયા ઝડપી બને છે, જે ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણ અને પ્રવાહ ગતિશીલતાથી સીધી પ્રભાવિત થાય છે.
કોલોઇડલ અને મિશ્ર-ફાઉલન્ટ ફાઉલિંગ:કોલોઇડલ પદાર્થ (દા.ત., સિલિકા, અકાર્બનિક ખનિજો) પ્રોટીન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે, જટિલ એકંદર સ્તરો બનાવી શકે છે જે પટલના ફોલિંગને વધારે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કોલોઇડલ સિલિકાની હાજરી પ્રવાહ દરને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે, ખાસ કરીને જ્યારે કાર્બનિક પદાર્થ સાથે અથવા સબઓપ્ટિમલ pH પરિસ્થિતિઓ હેઠળ જોડવામાં આવે છે.
ફાઉલિંગ ડેવલપમેન્ટ પર સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતાનો પ્રભાવ
પ્રોટીન સોલ્યુશનની સ્નિગ્ધતા ફાઉલિંગ ગતિશાસ્ત્ર અને પટલના સંકોચન પર ખૂબ અસર કરે છે:
એક્સિલરેટેડ ફાઉલિંગ:પ્રોટીન સોલ્યુશનની વધુ સ્નિગ્ધતા જાળવી રાખેલા દ્રાવ્યોના બેક-ટ્રાન્સપોર્ટ સામે પ્રતિકાર વધારે છે, જે કેક સ્તરની રચનાને ઝડપી બનાવે છે. આ ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP) ને વધારે છે, મેમ્બ્રેન કોમ્પેક્શન અને ફાઉલિંગને ઝડપી બનાવે છે.
સોલ્યુશન કમ્પોઝિશન ઇફેક્ટ્સ:પ્રોટીન પ્રકાર સ્નિગ્ધતામાં ફેરફાર કરે છે; ગ્લોબ્યુલર પ્રોટીન (દા.ત., BSA) અને વિસ્તૃત પ્રોટીન પ્રવાહ અને ધ્રુવીકરણની દ્રષ્ટિએ અલગ રીતે વર્તે છે. પોલિસેકરાઇડ્સ અથવા ગ્લિસરોલ જેવા સંયોજનો ઉમેરવાથી સ્નિગ્ધતામાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે, જે ફાઉલિંગને પ્રોત્સાહન આપે છે. ઉચ્ચ સાંદ્રતા પર ઉમેરણો અને પ્રોટીન એકત્રીકરણ પટલના ભરાઈ જવાના દરને વધુ તીવ્ર બનાવે છે, જે પ્રવાહ અને પટલના આયુષ્ય બંનેને સીધા ઘટાડે છે.
કાર્યકારી પરિણામો:ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન પ્રક્રિયાઓમાં ગાળણ દર ટકાવી રાખવા માટે ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા માટે TMP માં વધારો જરૂરી છે. ઉચ્ચ TMP ના લાંબા સમય સુધી સંપર્કમાં રહેવાથી બદલી ન શકાય તેવી ફાઉલિંગ વધે છે, જેના કારણે ઘણીવાર વધુ વારંવાર પટલ સફાઈ અથવા વહેલા પટલ બદલવાની જરૂર પડે છે.
ફીડ લાક્ષણિકતાઓની ભૂમિકા
ખોરાકની લાક્ષણિકતાઓ - એટલે કે પ્રોટીન ગુણધર્મો અને પાણીની રસાયણશાસ્ત્ર - ફાઉલિંગની તીવ્રતા નક્કી કરે છે:
પ્રોટીનનું કદ અને વિતરણ:મોટા અથવા સંકલિત પ્રોટીનમાં છિદ્રો અવરોધિત થવા અને કેક જમા થવાનું વલણ વધુ હોય છે, જે અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પ્રોટીન સાંદ્રતા દરમિયાન સ્નિગ્ધતા અને કોમ્પેક્શન વૃત્તિઓમાં વધારો કરે છે.
પીએચ:વધેલા pH થી ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક રિપલ્શન વધે છે, પ્રોટીનને પટલની નજીક એકત્ર થતા અટકાવે છે, આમ ફોલિંગ ઘટાડે છે. તેનાથી વિપરીત, એસિડિક પરિસ્થિતિઓ રિપલ્શન ઘટાડે છે, ખાસ કરીને કોલોઇડલ સિલિકા માટે, જે પટલના ફોલિંગને વધારે છે અને પ્રવાહ દર ઘટાડે છે.
તાપમાન:નીચું પ્રક્રિયા તાપમાન સામાન્ય રીતે ગતિ ઊર્જા ઘટાડે છે, જે ફાઉલિંગ દર ધીમો કરી શકે છે પરંતુ દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા પણ વધારી શકે છે. ઊંચા તાપમાને ફાઉલિંગ ઝડપી બને છે પરંતુ સફાઈ અસરકારકતા પણ વધારી શકે છે.
કોલોઇડલ/અકાર્બનિક દ્રવ્ય:કોલોઇડલ સિલિકા અથવા ધાતુઓની હાજરી ફોલિંગને તીવ્ર બનાવે છે, ખાસ કરીને એસિડિક પરિસ્થિતિઓમાં. સિલિકા કણો કુલ દ્રાવણ સ્નિગ્ધતા વધારે છે અને છિદ્રોને શારીરિક રીતે અવરોધે છે, જેનાથી અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન સાંદ્રતા ઓછી કાર્યક્ષમ બને છે અને એકંદર પટલ આયુષ્ય અને કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે.
આયોનિક રચના:ચોક્કસ આયનીય પ્રજાતિઓ (Na⁺, Zn²⁺, K⁺) ઉમેરવાથી પ્રોટીન અને પટલ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક અને હાઇડ્રેશન બળોમાં ફેરફાર કરીને ફાઉલિંગ ઘટાડી શકાય છે. જો કે, Ca²⁺ જેવા આયનો ઘણીવાર એકત્રીકરણને પ્રોત્સાહન આપે છે અને ફાઉલિંગ ક્ષમતામાં વધારો કરે છે.
ઉદાહરણો:
- ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન દરમિયાન, ઉચ્ચ-આણ્વિક-વજન પ્રોટીન અને ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતાથી સમૃદ્ધ ફીડમાં ઝડપી પ્રવાહ ઘટાડો, સફાઈ અને રિપ્લેસમેન્ટ દિનચર્યાઓમાં વધારો થશે.
- જ્યારે ફીડ પાણીમાં કોલોઇડલ સિલિકા હોય છે અને તે એસિડિફાઇડ થાય છે, ત્યારે સિલિકા એકત્રીકરણ અને નિક્ષેપન તીવ્ર બને છે, જેનાથી ફાઉલિંગ દરમાં ઘણો વધારો થાય છે અને પટલની કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે.
સારાંશમાં, અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતાને શ્રેષ્ઠ બનાવવા, પટલ ફાઉલિંગ ઘટાડવા અને પટલના આયુષ્યને મહત્તમ બનાવવા માટે દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા, ફાઉલિંગના પ્રકારો અને ફીડ લાક્ષણિકતાઓ વચ્ચેની આંતરક્રિયાને સમજવી જરૂરી છે.
એકાગ્રતા ધ્રુવીકરણ અને તેનું સંચાલન
એકાગ્રતા ધ્રુવીકરણ શું છે?
સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ એ અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન દરમિયાન પટલ/દ્રાવણ ઇન્ટરફેસ પર જાળવી રાખેલા દ્રાવ્ય - જેમ કે પ્રોટીન - નું સ્થાનિક સંચય છે. પ્રોટીન દ્રાવણના સંદર્ભમાં, જેમ જેમ પ્રવાહી અર્ધ-પારગમ્ય પટલ સામે વહે છે, તેમ તેમ પટલ દ્વારા નકારવામાં આવતા પ્રોટીન સપાટીને અડીને આવેલા પાતળા સીમા સ્તરમાં એકઠા થવાનું વલણ ધરાવે છે. આ સંચય એક તીવ્ર સાંદ્રતા ઢાળમાં પરિણમે છે: પટલ પર જ ઉચ્ચ પ્રોટીન સાંદ્રતા, બલ્ક દ્રાવણમાં ઘણી ઓછી. આ ઘટના ઉલટાવી શકાય તેવી છે અને હાઇડ્રોડાયનેમિક બળો દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. તે પટલ ફાઉલિંગથી વિપરીત છે, જેમાં પટલની અંદર અથવા તેના પર વધુ કાયમી જમાવટ અથવા શોષણનો સમાવેશ થાય છે.
કેવી રીતે સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ સ્નિગ્ધતા અને ફાઉલિંગને વધારે છે
પટલની સપાટી પર, પ્રોટીનનું સતત સંચય એક સીમા સ્તર બનાવે છે જે સ્થાનિક દ્રાવ્ય સાંદ્રતામાં વધારો કરે છે. આના બે નોંધપાત્ર અસરો છે:
સ્નિગ્ધતામાં સ્થાનિક વધારો:જેમ જેમ પટલની નજીક પ્રોટીનની સાંદ્રતા વધે છે, તેમ તેમ આ સૂક્ષ્મ ક્ષેત્રમાં પ્રોટીન દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા પણ વધે છે. વધેલી સ્નિગ્ધતા પટલથી દૂર દ્રાવ્યના પાછા પરિવહનને અવરોધે છે, સાંદ્રતા ઢાળને વધુ તીવ્ર બનાવે છે અને પ્રવાહના પ્રતિકારમાં વધારો કરવાનો પ્રતિસાદ લૂપ બનાવે છે. આના પરિણામે પરમીટ ફ્લક્સમાં ઘટાડો થાય છે અને સતત ગાળણ માટે ઊર્જાની જરૂરિયાત વધે છે.
મેમ્બ્રેન ફોલિંગની સુવિધા:પટલની નજીક ઉચ્ચ પ્રોટીન સાંદ્રતા પ્રોટીન એકત્રીકરણની સંભાવનાને વધારે છે અને કેટલીક સિસ્ટમોમાં, જેલ સ્તરની રચના કરે છે. આ સ્તર પટલના છિદ્રોને અવરોધે છે અને પ્રવાહના પ્રતિકારને વધુ વધારે છે. આવી પરિસ્થિતિઓ બદલી ન શકાય તેવી ફાઉલિંગની શરૂઆત માટે યોગ્ય છે, જ્યાં પ્રોટીન એકત્રીકરણ અને અશુદ્ધિઓ ભૌતિક અથવા રાસાયણિક રીતે પટલ મેટ્રિક્સ સાથે જોડાય છે.
પ્રાયોગિક ઇમેજિંગ (દા.ત., ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી) પટલ પર નેનોસાઇઝ્ડ પ્રોટીન ક્લસ્ટરોના ઝડપી સંચયની પુષ્ટિ કરે છે, જે જો ઓપરેશનલ સેટિંગ્સ યોગ્ય રીતે સંચાલિત ન કરવામાં આવે તો નોંધપાત્ર થાપણોમાં વિકસી શકે છે.
એકાગ્રતા ધ્રુવીકરણ ઘટાડવા માટેની વ્યૂહરચનાઓ
અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પ્રોટીન કોન્સન્ટ્રેશન અથવા ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશનમાં કોન્સન્ટ્રેશન પોલરાઇઝેશનનું સંચાલન કરવા માટે બેવડા અભિગમની જરૂર છે: હાઇડ્રોડાયનેમિક્સને સમાયોજિત કરવું અને ઓપરેશનલ પરિમાણોને ટ્યુનિંગ કરવું.
ક્રોસ-ફ્લો વેલોસિટી ઑપ્ટિમાઇઝેશન:
ક્રોસ-ફ્લો વેલોસિટી વધારવાથી પટલમાં ટેન્જેન્શિયલ ફ્લો વધે છે, શીયરને પ્રોત્સાહન મળે છે અને કોન્સન્ટ્રેશન સીમા સ્તર પાતળું થાય છે. વધુ જોરદાર શીયર પટલની સપાટી પરથી સંચિત પ્રોટીનને દૂર કરે છે, જેનાથી ધ્રુવીકરણ અને ફાઉલિંગનું જોખમ બંને ઘટે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્ટેટિક મિક્સર્સનો ઉપયોગ અથવા ગેસ સ્પાર્જિંગ દાખલ કરવાથી દ્રાવ્ય સ્તરમાં વિક્ષેપ પડે છે, ખાસ કરીને ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન પ્રક્રિયામાં પરમીટ ફ્લક્સ અને કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થાય છે.
ઓપરેશનલ પરિમાણોમાં ફેરફાર:
ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP):TMP એ પટલમાં દબાણ તફાવત અને અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન માટે પ્રેરક બળ છે. જોકે, ગાળણક્રિયાને વેગ આપવા માટે TMP ને વધુ દબાણ કરવાથી સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણમાં વધારો થઈ શકે છે. સામાન્ય ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણ શ્રેણીનું પાલન - પ્રોટીન અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન માટે નિર્ધારિત મર્યાદા કરતાં વધુ નહીં - વધુ પડતા દ્રાવ્ય સંચય અને સ્થાનિક સ્નિગ્ધતામાં સંબંધિત વધારાને રોકવામાં મદદ કરે છે.
શીયર રેટ:શીયર રેટ, જે ક્રોસ-ફ્લો વેલોસિટી અને ચેનલ ડિઝાઇનનું કાર્ય છે, તે દ્રાવ્ય પરિવહન ગતિશીલતામાં કેન્દ્રિય ભૂમિકા ભજવે છે. ઉચ્ચ શીયર ધ્રુવીકરણ સ્તરને પાતળું અને ગતિશીલ રાખે છે, જેનાથી પટલની નજીકના દ્રાવ્ય-ક્ષીણ થયેલા પ્રદેશનું વારંવાર નવીકરણ થાય છે. શીયર રેટમાં વધારો પ્રોટીનને એકઠા થવા માટેનો સમય ઘટાડે છે અને ઇન્ટરફેસ પર સ્નિગ્ધતામાં વધારો ઘટાડે છે.
ફીડ ગુણધર્મો:આવનારા પ્રોટીન દ્રાવણના ગુણધર્મોને સમાયોજિત કરવાથી - જેમ કે પ્રોટીન દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા ઘટાડવી, એકંદર સામગ્રી ઘટાડવી, અથવા pH અને આયનીય શક્તિને નિયંત્રિત કરવી - સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણની હદ અને અસર ઘટાડવામાં મદદ કરી શકે છે. ફીડ પ્રીટ્રીટમેન્ટ અને ફોર્મ્યુલેશન ફેરફારો અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પટલ કામગીરીમાં વધારો કરી શકે છે અને પટલ સફાઈની આવર્તન ઘટાડીને પટલ આયુષ્ય લંબાવી શકે છે.
એપ્લિકેશન ઉદાહરણ:
મોનોક્લોનલ એન્ટિબોડીઝને કેન્દ્રિત કરવા માટે ટેન્જેન્શિયલ ફ્લો ફિલ્ટરેશન (TFF) નો ઉપયોગ કરતો પ્લાન્ટ કાળજીપૂર્વક ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ ક્રોસ-ફ્લો વેલોસિટી લાગુ કરે છે અને કડક વિન્ડોમાં TMP જાળવી રાખે છે. આમ કરીને, ઓપરેટરો સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ અને પટલ ફાઉલિંગને ઘટાડે છે, પટલ રિપ્લેસમેન્ટ ફ્રીક્વન્સી અને સફાઈ ચક્ર બંને ઘટાડે છે - સીધા ઓપરેશનલ ખર્ચ ઘટાડે છે અને ઉત્પાદન ઉપજમાં સુધારો કરે છે.
આ ચલોનું યોગ્ય ગોઠવણ અને દેખરેખ - રીઅલ-ટાઇમ પ્રોટીન સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતા માપન સહિત - અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન સાંદ્રતા પ્રદર્શનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા અને પ્રોટીન પ્રક્રિયામાં સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ સંબંધિત પ્રતિકૂળ અસરોને ઘટાડવા માટે મૂળભૂત છે.
હાઇ-વીકોસિટી પ્રોટીન સોલ્યુશન્સ માટે અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું
૬.૧. કાર્યકારી શ્રેષ્ઠ પ્રથાઓ
ઉચ્ચ-સ્નિગ્ધતા પ્રોટીન સોલ્યુશન્સ સાથે શ્રેષ્ઠ અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન કામગીરી જાળવવા માટે ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP), પ્રોટીન સાંદ્રતા અને દ્રાવણ સ્નિગ્ધતા વચ્ચે નાજુક સંતુલન જરૂરી છે. TMP - સમગ્ર પટલ પર દબાણમાં તફાવત - અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન પ્રોટીન સાંદ્રતા દર અને પટલ ફાઉલિંગની ડિગ્રીને સીધી અસર કરે છે. મોનોક્લોનલ એન્ટિબોડીઝ અથવા ઉચ્ચ-સાંદ્રતા સીરમ પ્રોટીન જેવા ચીકણા દ્રાવણોની પ્રક્રિયા કરતી વખતે, TMP માં કોઈપણ અતિશય વધારો શરૂઆતમાં પ્રવાહને વેગ આપી શકે છે, પરંતુ તે પટલની સપાટી પર ફાઉલિંગ અને પ્રોટીન સંચયને પણ ઝડપથી વેગ આપે છે. આ એક સમાધાનકારી અને અસ્થિર ગાળણક્રિયા પ્રક્રિયા તરફ દોરી જાય છે, જે ઇમેજિંગ અભ્યાસો દ્વારા પુષ્ટિ મળે છે કે એલિવેટેડ TMP પર ગાઢ પ્રોટીન સ્તરો અને 200 mg/mL થી વધુ પ્રોટીન સાંદ્રતા પર રચના થાય છે.
શ્રેષ્ઠ અભિગમમાં સિસ્ટમને મહત્વપૂર્ણ TMP ની નજીક ચલાવવાનો સમાવેશ થાય છે, પરંતુ તેનાથી વધુ નહીં. આ બિંદુએ, ઉત્પાદકતા મહત્તમ થાય છે પરંતુ બદલી ન શકાય તેવી ફાઉલિંગનું જોખમ ન્યૂનતમ રહે છે. ખૂબ ઊંચી સ્નિગ્ધતા માટે, તાજેતરના તારણો સૂચવે છે કે TMP ઘટાડવું અને એક સાથે ફીડ ફ્લો (ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન) વધારવો જેથી સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ અને પ્રોટીન જમાવટ ઘટાડવામાં મદદ મળે. ઉદાહરણ તરીકે, Fc-ફ્યુઝન પ્રોટીન સાંદ્રતામાં અભ્યાસ દર્શાવે છે કે ઓછી TMP સેટિંગ્સ ઉત્પાદન નુકશાન ઘટાડતી વખતે સ્થિર પ્રવાહ જાળવવામાં મદદ કરે છે.
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન દરમિયાન પ્રોટીન સાંદ્રતામાં ધીમે ધીમે અને પદ્ધતિસર વધારો કરવો ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. અચાનક સાંદ્રતાના પગલાં દ્રાવણને ખૂબ જ ઝડપથી ઉચ્ચ-સ્નિગ્ધતા શાસનમાં દબાણ કરી શકે છે, જેનાથી એકત્રીકરણ જોખમો અને ફાઉલિંગની તીવ્રતા બંનેમાં વધારો થાય છે. તેના બદલે, પ્રોટીન સ્તરમાં વધારો કરવાથી TMP, ક્રોસ-ફ્લો વેલોસિટી અને pH જેવા પ્રક્રિયા પરિમાણોને સમાંતર રીતે ગોઠવવાની મંજૂરી મળે છે, જે સિસ્ટમ સ્થિરતા જાળવવામાં મદદ કરે છે. એન્ઝાઇમ અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન કેસ સ્ટડીઝ પુષ્ટિ કરે છે કે આ તબક્કાઓ દરમિયાન ઓછા કાર્યકારી દબાણ જાળવવાથી સાંદ્રતામાં નિયંત્રિત વધારો થાય છે, પ્રવાહમાં ઘટાડો ઓછો થાય છે અને ઉત્પાદનની અખંડિતતાનું રક્ષણ થાય છે.
૬.૨. પટલ રિપ્લેસમેન્ટ ફ્રીક્વન્સી અને જાળવણી
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનમાં પટલ રિપ્લેસમેન્ટની આવર્તન ફાઉલિંગ અને ઘટતા પ્રવાહના સૂચકો સાથે ગાઢ રીતે જોડાયેલી છે. જીવનના અંતના સૂચક તરીકે ફક્ત સંબંધિત પ્રવાહના ઘટાડા પર આધાર રાખવાને બદલે, ચોક્કસ ફાઉલિંગ પ્રતિકારનું નિરીક્ષણ - સંચિત સામગ્રી દ્વારા લાદવામાં આવતા પ્રતિકારનું પ્રતિનિધિત્વ કરતું એક માત્રાત્મક માપ - વધુ વિશ્વસનીય સાબિત થયું છે, ખાસ કરીને મિશ્ર-પ્રોટીન અથવા પ્રોટીન-પોલિસેકરાઇડ ફીડ્સમાં, જ્યાં ફાઉલિંગ વધુ ઝડપથી અને ગંભીર રીતે થઈ શકે છે.
વધારાના ફાઉલિંગ સૂચકાંકો માટે દેખરેખ રાખવી પણ મહત્વપૂર્ણ છે. સપાટી પરના ડિપોઝિશનના દૃશ્યમાન સંકેતો, અસમાન પરમીટ ફ્લો, અથવા TMP માં સતત વધારો (સફાઈ કરવા છતાં) એ બધા પટલ નિષ્ફળતા પહેલાના અદ્યતન ફાઉલિંગના ચેતવણી સંકેતો છે. સુધારેલા ફાઉલિંગ ઇન્ડેક્સ (MFI-UF) ને ટ્રેક કરવા અને તેને પટલ કામગીરી સાથે સહસંબંધિત કરવા જેવી તકનીકો પ્રતિક્રિયાશીલ ફેરફારોને બદલે રિપ્લેસમેન્ટના આગાહીયુક્ત સમયપત્રકને સક્ષમ કરે છે, આમ ડાઉનટાઇમ ઘટાડે છે અને જાળવણી ખર્ચ નિયંત્રિત કરે છે.
પટલની અખંડિતતા માત્ર કાર્બનિક ફાઉલન્ટના સંચયથી જ નહીં, પણ કાટ દ્વારા પણ જોખમમાં મુકાય છે, ખાસ કરીને અતિશય pH પર અથવા ઉચ્ચ મીઠાની સાંદ્રતા સાથે ચાલતી પ્રક્રિયાઓમાં. કાટ અને ફાઉલન્ટ ડિપોઝિશન બંનેનું સંચાલન કરવા માટે નિયમિત નિરીક્ષણો અને રાસાયણિક સફાઈ દિનચર્યાઓ શરૂ કરવી જોઈએ. જ્યારે કાટ-સંબંધિત ફાઉલિંગ જોવા મળે છે, ત્યારે પટલની સફાઈ આવર્તન અને રિપ્લેસમેન્ટ અંતરાલોને સમાયોજિત કરવા જોઈએ જેથી પટલનું જીવનકાળ અને સુસંગત અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન પટલ કામગીરી સુનિશ્ચિત થાય. આ સમસ્યાઓની અસર ઘટાડવા અને અસરકારક કામગીરીને લંબાવવા માટે સંપૂર્ણ, સુનિશ્ચિત જાળવણી જરૂરી છે.
૬.૩. પ્રક્રિયા નિયંત્રણ અને ઇનલાઇન સ્નિગ્ધતા માપન
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનમાં પ્રક્રિયા નિયંત્રણ માટે પ્રોટીન દ્રાવણની સ્નિગ્ધતાનું સચોટ, વાસ્તવિક સમય માપન જરૂરી છે, ખાસ કરીને જ્યારે સાંદ્રતા અને સ્નિગ્ધતા વધે છે. ઇનલાઇન સ્નિગ્ધતા માપન પ્રણાલીઓ સતત દેખરેખ પૂરી પાડે છે, તાત્કાલિક પ્રતિસાદ આપે છે અને સિસ્ટમ પરિમાણોમાં ગતિશીલ ગોઠવણોને સક્ષમ કરે છે.
ઉભરતી ટેકનોલોજીઓએ પ્રોટીન સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતા માપનના લેન્ડસ્કેપને બદલી નાખ્યું છે:
કાલમન ફિલ્ટરિંગ સાથે રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી: વિસ્તૃત કાલમેન ફિલ્ટર્સ દ્વારા સમર્થિત રીઅલ-ટાઇમ રામન વિશ્લેષણ, પ્રોટીન સાંદ્રતા અને બફર રચનાનું મજબૂત ટ્રેકિંગ સક્ષમ કરે છે. આ અભિગમ સંવેદનશીલતા અને ચોકસાઈ વધારે છે, અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન સાંદ્રતા અને ડાયફિલ્ટ્રેશન માટે પ્રક્રિયા ઓટોમેશનને ટેકો આપે છે.
ઓટોમેટેડ કાઇનેમેટિક કેશિલરી વિસ્કોમેટ્રી: કોમ્પ્યુટર વિઝનનો ઉપયોગ કરીને, આ ટેકનોલોજી આપમેળે સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતાને માપે છે, મેન્યુઅલ ભૂલોને દૂર કરે છે અને બહુવિધ પ્રક્રિયા પ્રવાહોમાં પુનરાવર્તિત, મલ્ટિપ્લેક્સ્ડ મોનિટરિંગ પ્રદાન કરે છે. તે પ્રમાણભૂત અને જટિલ પ્રોટીન ફોર્મ્યુલેશન બંને માટે માન્ય છે અને અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કા દરમિયાન હસ્તક્ષેપ ઘટાડે છે.
માઇક્રોફ્લુઇડિક રિઓલોજી ઉપકરણો: માઇક્રોફ્લુઇડિક સિસ્ટમ્સ વિગતવાર, સતત રિઓલોજિકલ પ્રોફાઇલ્સ પ્રદાન કરે છે, નોન-ન્યુટોનિયન, ઉચ્ચ-સ્નિગ્ધતા પ્રોટીન સોલ્યુશન્સ માટે પણ. આ ખાસ કરીને ફાર્માસ્યુટિકલ ઉત્પાદન, સહાયક પ્રક્રિયા વિશ્લેષણાત્મક ટેકનોલોજી (PAT) વ્યૂહરચનાઓ અને પ્રતિસાદ લૂપ્સ સાથે એકીકરણમાં મૂલ્યવાન છે.
આ સાધનોનો ઉપયોગ કરીને પ્રક્રિયા નિયંત્રણ સ્નિગ્ધતા ફેરફારોના પ્રતિભાવમાં TMP, ફીડ રેટ અથવા ક્રોસફ્લો વેગના રીઅલ-ટાઇમ ગોઠવણ માટે પ્રતિસાદ લૂપ્સના અમલીકરણને સક્ષમ કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો ઇનલાઇન સેન્સિંગ સ્નિગ્ધતામાં અચાનક વધારો (સાંદ્રતામાં વધારો અથવા એકત્રીકરણને કારણે) શોધી કાઢે છે, તો અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશનમાં સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણની શરૂઆતને મર્યાદિત કરવા માટે TMP આપમેળે ઘટાડી શકાય છે અથવા ક્રોસફ્લો વેગ વધારી શકાય છે. આ અભિગમ માત્ર પટલના આયુષ્યને લંબાવે છે જ નહીં પરંતુ પ્રોટીન સોલ્યુશન્સની સ્નિગ્ધતાને અસર કરતા પરિબળોને ગતિશીલ રીતે સંચાલિત કરીને સુસંગત ઉત્પાદન ગુણવત્તાને પણ સમર્થન આપે છે.
સૌથી યોગ્ય સ્નિગ્ધતા મોનિટરિંગ ટેકનોલોજીની પસંદગી અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન એપ્લિકેશનની ચોક્કસ જરૂરિયાતો પર આધાર રાખે છે, જેમાં અપેક્ષિત સ્નિગ્ધતા શ્રેણી, પ્રોટીન ફોર્મ્યુલેશન જટિલતા, એકીકરણ જરૂરિયાતો અને ખર્ચનો સમાવેશ થાય છે. રીઅલ-ટાઇમ મોનિટરિંગ અને ગતિશીલ પ્રક્રિયા નિયંત્રણમાં આ પ્રગતિઓએ ઉચ્ચ-સ્નિગ્ધતા પ્રોટીન સોલ્યુશન્સ માટે અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની ક્ષમતામાં નોંધપાત્ર સુધારો કર્યો છે, જે ઓપરેશનલ સ્થિરતા અને ઉચ્ચ ઉત્પાદન ઉપજ બંનેને સુનિશ્ચિત કરે છે.
પ્રોટીન અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનમાં મુશ્કેલીનિવારણ અને સામાન્ય સમસ્યાઓ
૭.૧. લક્ષણો, કારણો અને ઉપાયો
ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણમાં વધારો
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન દરમિયાન ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP) માં વધારો એ પટલમાં વધતા પ્રતિકારનો સંકેત આપે છે. અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન પર ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશરની સીધી અસર પડે છે: સામાન્ય ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર રેન્જ સામાન્ય રીતે પ્રક્રિયા-આધારિત હોય છે, પરંતુ સતત તપાસના યોગ્યતામાં વધારો કરે છે. બે સામાન્ય કારણો બહાર આવે છે:
- પ્રોટીન દ્રાવણની ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા:જેમ જેમ પ્રોટીન દ્રાવણોની સ્નિગ્ધતા વધે છે - સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન પ્રોટીન સાંદ્રતા પર - પ્રવાહ માટે જરૂરી દબાણ વધે છે. આ અંતિમ સાંદ્રતા અને ડાયફિલ્ટરેશન તબક્કામાં ઉચ્ચારવામાં આવે છે જ્યાં દ્રાવણ સૌથી વધુ ચીકણું હોય છે.
- પટલ ફાઉલિંગ:પ્રોટીન એગ્રીગેટ્સ અથવા પોલિસેકરાઇડ-પ્રોટીન મિશ્રણ જેવા ફાઉલન્ટ્સ પટલના છિદ્રોને વળગી શકે છે અથવા અવરોધિત કરી શકે છે, જેના પરિણામે ઝડપી TMP સ્પાઇક થાય છે.
ઉપાયો:
- TMP ઘટાડો અને ફીડ ફ્લક્સ વધારો: ફીડ વેગ વધારતી વખતે TMP ઘટાડવાથી સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ અને જેલ સ્તરની રચના ઓછી થાય છે, જે સ્થિર પ્રવાહને પ્રોત્સાહન આપે છે.
- નિયમિત પટલ સફાઈ: સંચિત ફાઉલન્ટ્સને દૂર કરવા માટે શ્રેષ્ઠ પટલ સફાઈ આવર્તન સ્થાપિત કરો. સફાઈ પછી પ્રોટીન સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતા માપન દ્વારા અસરકારકતાનું નિરીક્ષણ કરો.
- વૃદ્ધત્વ પટલ બદલો: જો સફાઈ અપૂરતી હોય અથવા પટલનું આયુષ્ય પૂર્ણ થઈ ગયું હોય તો પટલ રિપ્લેસમેન્ટ ફ્રીક્વન્સીમાં વધારો જરૂરી બની શકે છે.
ઘટતો પ્રવાહ દર: ડાયગ્નોસ્ટિક ટ્રી
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કા દરમિયાન પ્રવાહમાં સતત ઘટાડો ઉત્પાદકતાની ચિંતા સૂચવે છે. આ નિદાન અભિગમને અનુસરો:
- TMP અને સ્નિગ્ધતાનું નિરીક્ષણ કરો:જો બંને વધી ગયા હોય, તો ફાઉલિંગ અથવા જેલ લેયરની હાજરી તપાસો.
- ફીડ રચના અને pH તપાસો:અહીં ફેરફાર પ્રોટીન દ્રાવણની સ્નિગ્ધતામાં ફેરફાર કરી શકે છે અને ફોલિંગને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે.
- પટલ કામગીરીનું મૂલ્યાંકન કરો:સફાઈ છતાં પરમીટ ફ્લક્સમાં ઘટાડો એ પટલને નુકસાન અથવા બદલી ન શકાય તેવી ફોલિંગનો સંકેત આપે છે.
ઉકેલો:
- અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનમાં ફોલિંગ અને સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ ઘટાડવા માટે ફીડમાં તાપમાન, pH અને આયનીય શક્તિને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો.
- જેલ સ્તરોને વિક્ષેપિત કરવા અને પ્રવાહ પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે સપાટી-સંશોધિત અથવા ફરતા પટલ મોડ્યુલ્સનો ઉપયોગ કરો.
- પ્રવાહને અસર કરતા ફેરફારોની અપેક્ષા રાખવા માટે નિયમિત પ્રોટીન સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતા માપન કરો.
ઝડપી ફોલિંગ અથવા જેલ સ્તર રચના
પટલની સપાટી પર વધુ પડતી સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણને કારણે ઝડપી જેલ સ્તરનું નિર્માણ થાય છે. ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન (TFF) ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણ ખાસ કરીને ઉચ્ચ-સ્નિગ્ધતા અથવા ઉચ્ચ-પ્રોટીન ફીડ પરિસ્થિતિઓમાં સંવેદનશીલ હોય છે.
શમન વ્યૂહરચનાઓ:
- પ્રોટીન બંધન અને જોડાણ ઘટાડવા માટે હાઇડ્રોફિલિક, નકારાત્મક ચાર્જવાળા પટલ સપાટીઓ (દા.ત., પોલીવિનાઇલિડેન ફ્લોરાઇડ [PVDF] પટલ) લાગુ કરો.
- અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન પહેલાં, ઉચ્ચ-દૂષિત પદાર્થોને દૂર કરવા માટે કોગ્યુલેશન અથવા ઇલેક્ટ્રોકોએગ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને પ્રી-ટ્રીટ ફીડ.
- કેક લેયરની જાડાઈ ઘટાડવા અને જેલ લેયરની રચનામાં વિલંબ કરવા માટે ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન પ્રક્રિયામાં રોટેટિંગ મોડ્યુલ્સ જેવા યાંત્રિક ઉપકરણોને એકીકૃત કરો.
૭.૨. ફીડ વેરિએબિલિટીમાં ગોઠવણ
પ્રોટીન અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સિસ્ટમ્સે ફીડ પ્રોટીન ગુણધર્મો અથવા રચનામાં પરિવર્તનશીલતા સાથે અનુકૂલન કરવું આવશ્યક છે. પ્રોટીન સોલ્યુશન્સની સ્નિગ્ધતાને અસર કરતા પરિબળો - જેમ કે બફર રચના, પ્રોટીન સાંદ્રતા અને એકત્રીકરણ વલણ - સિસ્ટમ વર્તનને બદલી શકે છે.
પ્રતિભાવ વ્યૂહરચનાઓ
- રીઅલ-ટાઇમ સ્નિગ્ધતા અને રચનાનું નિરીક્ષણ:ફીડ ફેરફારોની ઝડપી શોધ માટે ઇન-લાઇન વિશ્લેષણાત્મક સેન્સર (રામન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી + કાલમન ફિલ્ટરિંગ) ગોઠવો, જે લેગસી યુવી અથવા આઈઆર પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે.
- અનુકૂલનશીલ પ્રક્રિયા નિયંત્રણ:પરિમાણ સેટિંગ્સ સમાયોજિત કરો (પ્રવાહ દર, TMP, પટલ પસંદગી) શોધાયેલા ફેરફારોના પ્રતિભાવમાં. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રોટીન સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતામાં વધારો થવા માટે ઓછા TMP અને ઉચ્ચ શીયર રેટની જરૂર પડી શકે છે.
- પટલ પસંદગી:પ્રોટીન રીટેન્શન અને ફ્લક્સને સંતુલિત કરીને, વર્તમાન ફીડ ગુણધર્મો માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરેલ છિદ્ર કદ અને સપાટી રસાયણશાસ્ત્ર સાથે પટલનો ઉપયોગ કરો.
- ફીડ પૂર્વ-સારવાર:જો ખોરાકની પ્રકૃતિમાં અચાનક ફેરફાર ફાઉલિંગને પ્રોત્સાહન આપે છે, તો અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનના ઉપરના પ્રવાહમાં કોગ્યુલેશન અથવા ગાળણક્રિયાના પગલાં દાખલ કરો.
ઉદાહરણો:
- બાયોપ્રોસેસિંગમાં, બફર સ્વિચ અથવા એન્ટિબોડી એગ્રીગેટ્સમાં ફેરફાર નિયંત્રણ સિસ્ટમ દ્વારા TMP અને ફ્લો એડજસ્ટમેન્ટને ટ્રિગર કરવા જોઈએ.
- ક્રોમેટોગ્રાફી-લિંક્ડ અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન માટે, અનુકૂલનશીલ મિશ્રણ-પૂર્ણાંક ઑપ્ટિમાઇઝેશન અલ્ગોરિધમ્સ અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન મેમ્બ્રેન કામગીરી જાળવી રાખીને પરિવર્તનશીલતા ઘટાડી શકે છે અને ઓપરેશનલ ખર્ચ ઘટાડી શકે છે.
પ્રોટીન સોલ્યુશન સ્નિગ્ધતા માપનનું નિયમિત ટ્રેકિંગ અને પ્રક્રિયાની પરિસ્થિતિઓમાં તાત્કાલિક ગોઠવણ અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન સાંદ્રતાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં, થ્રુપુટ જાળવવામાં અને પટલ ફોલિંગ અને સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણને ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.
વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો
૮.૧. પ્રોટીન દ્રાવણના અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશનમાં ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન દબાણ માટે સામાન્ય શ્રેણી કેટલી છે?
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન પ્રોટીન કોન્સન્ટ્રેશન સિસ્ટમ્સમાં સામાન્ય ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રેશર (TMP) રેન્જ મેમ્બ્રેન પ્રકાર, મોડ્યુલ ડિઝાઇન અને ફીડ લાક્ષણિકતાઓ પર આધાર રાખે છે. મોટાભાગની પ્રોટીન અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન પ્રક્રિયાઓ માટે, TMP સામાન્ય રીતે 1 થી 3 બાર (15-45 psi) વચ્ચે જાળવવામાં આવે છે. 0.2 MPa (લગભગ 29 psi) થી ઉપરના TMP મૂલ્યો મેમ્બ્રેનને નુકસાન, ઝડપી ફાઉલિંગ અને મેમ્બ્રેનનું આયુષ્ય ટૂંકું કરવાનું જોખમ લઈ શકે છે. બાયોમેડિકલ અને બાયોપ્રોસેસિંગ એપ્લિકેશન્સમાં, મેમ્બ્રેન ભંગાણ ટાળવા માટે ભલામણ કરેલ TMP સામાન્ય રીતે 0.8 બાર (~12 psi) થી વધુ ન હોવું જોઈએ. ટ્રાન્સવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશન જેવી પ્રક્રિયાઓ માટે, આ TMP રેન્જમાં રહેવાથી ઉપજ અને પ્રોટીન અખંડિતતા બંનેનું રક્ષણ થાય છે.
૮.૨. પ્રોટીન સોલ્યુશનની સ્નિગ્ધતા અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન કામગીરીને કેવી રીતે અસર કરે છે?
પ્રોટીન દ્રાવણની સ્નિગ્ધતા અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતાના પ્રદર્શન પર સીધી અસર કરે છે. ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા પ્રવાહ પ્રતિકાર વધારે છે અને TMP વધારે છે, જેના પરિણામે પરમીટ ફ્લક્સ અને ઝડપી પટલ ફાઉલિંગમાં ઘટાડો થાય છે. આ અસર મોનોક્લોનલ એન્ટિબોડીઝ અથવા Fc-ફ્યુઝન પ્રોટીન સાથે ઉચ્ચ સાંદ્રતા પર ઉચ્ચારવામાં આવે છે, જ્યાં પ્રોટીન-પ્રોટીન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને ચાર્જ અસરોને કારણે સ્નિગ્ધતા વધે છે. એક્સીપિયન્ટ્સ અથવા એન્ઝાઇમેટિક ટ્રીટમેન્ટ્સ સાથે સ્નિગ્ધતાનું સંચાલન અને ઑપ્ટિમાઇઝેશન ફ્લક્સમાં સુધારો કરે છે, ફાઉલિંગ ઘટાડે છે અને અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કા દરમિયાન ઉચ્ચ પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી સાંદ્રતાને મંજૂરી આપે છે. કાર્યક્ષમ પ્રક્રિયા જાળવવા માટે પ્રોટીન દ્રાવણ સ્નિગ્ધતા માપનનું નિરીક્ષણ કરવું મહત્વપૂર્ણ છે.
૮.૩. સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ શું છે અને TFF માં તે શા માટે મહત્વપૂર્ણ છે?
અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનમાં સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણ એ પટલની સપાટી પર પ્રોટીનનું સંચય છે, જે બલ્ક સોલ્યુશન અને પટલ ઇન્ટરફેસ વચ્ચે ગ્રેડિયન્ટનું કારણ બને છે. ટ્રાંસવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશનમાં, આ સ્થાનિક સ્નિગ્ધતામાં વધારો અને સંભવિત રીતે ઉલટાવી શકાય તેવા પ્રવાહમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે. જો તેનું સંચાલન ન કરવામાં આવે તો, તે પટલ ફાઉલિંગને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે અને સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતા ઘટાડી શકે છે. અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશનમાં સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણને સંબોધવામાં પાતળા ધ્રુવીકરણ સ્તરને જાળવવા માટે ક્રોસ-ફ્લો રેટ, TMP અને પટલ પસંદગીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાનો સમાવેશ થાય છે. સચોટ નિયંત્રણ થ્રુપુટને ઉચ્ચ અને ફાઉલિંગનું જોખમ ઓછું રાખે છે.
૮.૪. મારા અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન મેમ્બ્રેનને ક્યારે બદલવું તે હું કેવી રીતે નક્કી કરી શકું?
જ્યારે તમે થ્રુપુટ (ફ્લક્સ) માં નોંધપાત્ર ઘટાડો, TMP માં સતત વધારો જે પ્રમાણભૂત સફાઈ ઉકેલી શકતી નથી, અથવા સફાઈ પછી દેખાતી ફોલિંગ જોશો ત્યારે અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન મેમ્બ્રેન બદલો. વધારાના સૂચકાંકોમાં પસંદગીની ખોટ (અપેક્ષિત મુજબ લક્ષ્ય પ્રોટીનને નકારવામાં નિષ્ફળતા) અને કામગીરી સ્પષ્ટીકરણો સુધી પહોંચવામાં અસમર્થતા શામેલ છે. નિયમિત પ્રવાહ અને પસંદગી પરીક્ષણ સાથે પટલ રિપ્લેસમેન્ટ ફ્રીક્વન્સીનું નિરીક્ષણ એ પ્રોટીન સોલ્યુશન અલ્ટ્રાફિલ્ટ્રેશન સાંદ્રતા પ્રક્રિયાઓમાં પટલ આયુષ્ય મહત્તમ કરવા માટેનો પાયો છે.
૮.૫. TFF માં પ્રોટીન ફાઉલિંગ ઘટાડવા માટે હું કયા ઓપરેશનલ પરિમાણોને સમાયોજિત કરી શકું?
ટ્રાંસવર્સ ફ્લો ફિલ્ટરેશનમાં પ્રોટીન ફાઉલિંગ ઘટાડવા માટેના મુખ્ય ઓપરેશનલ પરિમાણોમાં શામેલ છે:
- સ્થાનિક પ્રોટીન સંચય ઘટાડવા અને સાંદ્રતા ધ્રુવીકરણનું સંચાલન કરવા માટે પર્યાપ્ત ક્રોસ-ફ્લો વેગ જાળવી રાખો.
- ઉત્પાદનના વધુ પડતા લિકેજ અને પટલને નુકસાન અટકાવવા માટે ભલામણ કરેલ TMP રેન્જ, સામાન્ય રીતે 3–5 psi (0.2–0.35 બાર) માં કાર્ય કરો.
- બદલી ન શકાય તેવી ફોલિંગને મર્યાદિત કરવા માટે નિયમિત પટલ સફાઈ પ્રોટોકોલ લાગુ કરો.
- સ્નિગ્ધતાને નિયંત્રિત કરવા માટે ફીડ સોલ્યુશનનું નિરીક્ષણ કરો અને જો જરૂરી હોય તો, તેને પ્રીટ્રીટ કરો (ઉદાહરણ તરીકે, પેક્ટીનેઝ જેવી એન્ઝાઇમેટિક સારવારનો ઉપયોગ કરીને).
- લક્ષ્ય પ્રોટીન કદ અને પ્રક્રિયા લક્ષ્યો માટે યોગ્ય પટલ સામગ્રી અને છિદ્ર કદ (MWCO) પસંદ કરો.
હાઇડ્રોસાયક્લોન પ્રીફિલ્ટરેશન અથવા એન્ઝાઇમેટિક પ્રીટ્રીટમેન્ટને એકીકૃત કરવાથી સિસ્ટમની કામગીરીમાં સુધારો થઈ શકે છે, ખાસ કરીને ઉચ્ચ-સ્નિગ્ધતાવાળા ફીડ્સ માટે. ફીડ રચનાને નજીકથી ટ્રૅક કરો અને પટલ ફાઉલિંગ ઘટાડવા અને અલ્ટ્રાફિલ્ટરેશન સાંદ્રતા તબક્કાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે ગતિશીલ રીતે સેટિંગ્સને સમાયોજિત કરો.
પોસ્ટ સમય: નવેમ્બર-03-2025
