Protein Solution Viscosity Control in Ultrafiltration

Уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг хянах нь биофармацевтик үйлдвэрлэлд хэт шүүлтүүрийн концентрацийн процессыг оновчтой болгоход чухал үүрэгтэй. Уургийн уусмал дахь өндөр зуурамтгай чанар, ялангуяа уургийн өндөр концентрацид мембраны гүйцэтгэл, процессын үр ашиг, хэт шүүлтүүрийн уургийн концентрацийн хэрэглээний эдийн засагт шууд нөлөөлдөг. Уусмалын зуурамтгай чанар нь уургийн агууламжийн эсрэг биетийн бөөгнөрөл болон электростатик харилцан үйлчлэлийн улмаас уургийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр нэмэгддэг бөгөөд энэ нь хэт шүүлтүүрийн мембраны урсгалд тэсвэртэй байдал болон даралтын уналтыг нэмэгдүүлдэг. Энэ нь нэвчилтийн урсгалыг бууруулж, ашиглалтын хугацааг уртасгадаг, ялангуяа хөндлөн урсгалын шүүлтүүр (TFF) процесст.

Хэт шүүлтүүрийн хөдөлгөгч хүч болох трансмембран даралт (TMP) нь зуурамтгай чанартай нягт холбоотой. Хэвийн трансмембран даралтын хязгаараас гадуур ажиллах нь мембраны бохирдлыг хурдасгаж, концентрацийн туйлшралыг улам хүндрүүлдэг - мембраны ойролцоо уургууд хуримтлагдаж, орон нутгийн зуурамтгай чанарыг тасралтгүй нэмэгдүүлдэг. Концентрацийн туйлшрал болон мембраны бохирдол хоёулаа хэт шүүлтүүрийн мембраны гүйцэтгэлийг бууруулж, хэрэв хяналтгүй бол мембраны ашиглалтын хугацааг богиносгодог. Туршилтын ажил нь хэт шүүлтүүр дэх мембраны бохирдол болон концентрацийн туйлшрал нь TMP-ийн өндөр утга болон илүү наалдамхай тэжээлтэй үед илүү тод илэрдэг тул нэвтрүүлэх чадварыг дээд зэргээр нэмэгдүүлэх, цэвэрлэх давтамжийг багасгахын тулд бодит цагийн TMP хяналтыг зайлшгүй шаардлагатай болгодог.

Хэт шүүлтүүрийн концентрацийг оновчтой болгохын тулд дараах нэгдсэн стратеги шаардлагатай:

Уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг хэмжих: Зуурамтгай чанарын тогтмол үнэлгээ - ашигланшугаман вискозиметрүүд—Шүүлтүүрийн хурдыг урьдчилан таамаглах, процессын саад бэрхшээлийг урьдчилан таамаглахад туслах, процессын хурдан өөрчлөлтийг дэмжих.
Тэжээлийн нөхцөлрН, ионы хүч болон температурыг тохируулах нь зуурамтгай чанарыг бууруулж, бохирдлыг бууруулдаг. Жишээлбэл, натрийн ион нэмэх нь уургуудын хоорондох чийгшлийн түлхэлтийг нэмэгдүүлж, агрегаци болон бохирдлыг бууруулдаг бол кальцийн ионууд нь уургийн гүүр болон бохирдлыг дэмжих хандлагатай байдаг.
Туслах бодисын хэрэглээӨндөр концентрацитай уургийн уусмалд зуурамтгай чанарыг бууруулдаг нэмэлт бодисуудыг оруулах нь мембраны нэвчилтийг сайжруулж, хэт шүүлтүүр дэх трансмембраны даралтыг бууруулж, нийт үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.
Дэвшилтэт урсгалын горимуудХөндлөн урсгалын хурдыг нэмэгдүүлэх, ээлжлэн хөндлөн урсгал ашиглах эсвэл агаарын тийрэлтэт шахалт ашиглах нь бохирдлын давхаргыг тасалдуулдаг. Эдгээр аргууд нь тунадас үүсэхийг багасгах замаар нэвчилтийн урсгалыг хадгалах, мембран солих давтамжийг бууруулахад тусалдаг.
Мембран сонгох ба цэвэрлэхХимийн хувьд уян хатан мембран (жишээ нь, SiC эсвэл термосалиент эрлийз) сонгох, тохиромжтой протоколоор мембран цэвэрлэх давтамжийг оновчтой болгох (жишээ нь, натрийн гипохлорит цэвэрлэх) нь мембраны ашиглалтын хугацааг уртасгах, үйл ажиллагааны зардлыг бууруулахад чухал үүрэгтэй.

Ерөнхийдөө үр дүнтэй зуурамтгай чанарын хяналт болон TMP менежмент нь хэт шүүлтүүрийн концентрацийн фазын амжилттай гүйцэтгэлийн үндэс суурь бөгөөд бүтээгдэхүүний гарц, мембран цэвэрлэх давтамж, үнэтэй мембраны хөрөнгийн урт наслалтад шууд нөлөөлдөг.

Хэт шүүлтүүр дэх уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг ойлгох

1.1. Уургийн уусмалын зуурамтгай чанар гэж юу вэ?

Зуурамтгай чанар нь шингэний урсгалд тэсвэртэй байдлыг тодорхойлдог; уургийн уусмалд энэ нь молекулын үрэлтийн хэмжээ хөдөлгөөнд хэр их саад болж байгааг тэмдэглэдэг. Зуурамтгай чанарыг хэмжих SI нэгж нь Паскал-секунд (Pa·s) боловч биологийн шингэнд центипоаз (cP)-ийг түгээмэл хэрэглэдэг. Зуурамтгай чанар нь уургийн уусмалыг үйлдвэрлэлийн явцад хэр амархан шахаж эсвэл шүүж болоход шууд нөлөөлдөг бөгөөд ялангуяа өндөр концентрацитай био эмчилгээний хувьд эмийн хүргэлтэд нөлөөлдөг.

Уургийн концентраци нь зуурамтгай чанарт нөлөөлдөг гол хүчин зүйл юм. Уургийн түвшин нэмэгдэхийн хэрээр молекул хоорондын харилцан үйлчлэл болон бөөгнөрөл нэмэгдэж, зуурамтгай чанар нь ихэвчлэн шугаман бус байдлаар өсдөг. Тодорхой босгоос дээш байвал уураг-уургийн харилцан үйлчлэл нь уусмал доторх тархалтыг улам бүр дарангуйлдаг. Жишээлбэл, эмийн үйлдвэрт хэрэглэдэг баяжуулсан моноклональ эсрэгбиеийн уусмалууд нь арьсан доорх тарилгыг хүндрүүлдэг эсвэл боловсруулалтын хурдыг хязгаарладаг зуурамтгай чанарын түвшинд хүрдэг.

Баяжуулсан уургийн уусмал дахь зуурамтгай чанарыг урьдчилан таамаглах загварууд нь одоо молекулын геометр болон агрегацийн хандлагыг багтаасан болно. Уургийн морфологи - сунасан, бөмбөрцөг хэлбэртэй эсвэл агрегацид өртөмтгий эсэхээс үл хамааран өндөр концентраци дахь зуурамтгай чанарт мэдэгдэхүйц нөлөөлдөг. Микрофлюидийн үнэлгээний сүүлийн үеийн дэвшил нь хамгийн бага дээжийн эзэлхүүнээс зуурамтгай чанарыг нарийн хэмжих боломжийг олгож, шинэ уургийн найрлагыг хурдан шинжлэхэд тусалдаг.

1.2. Хэт шүүлтүүрийн үед зуурамтгай чанар хэрхэн өөрчлөгддөг вэ

Хэт шүүлтүүрийн үед концентрацийн туйлшрал нь мембран-уусмалын зааг дээр уургуудыг хурдан хуримтлуулдаг. Энэ нь орон нутгийн концентрацийн огцом градиентийг бий болгож, мембраны ойролцоох зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлдэг. Энэ хэсэгт зуурамтгай чанар нэмэгдэх нь массын дамжуулалтыг саатуулж, нэвчилтийн урсгалыг бууруулдаг.

Концентрацийн туйлшрал нь мембраны бохирдлоос ялгаатай. Туйлшрал нь динамик бөгөөд эргэлт буцалтгүй бөгөөд шүүлтүүр явагдах тусам хэдхэн минутын дотор үүсдэг. Үүнтэй харьцуулахад бохирдол нь цаг хугацааны явцад үүсдэг бөгөөд ихэвчлэн мембраны гадаргуу дээр эргэлт буцалтгүй тунадасжилт эсвэл химийн хувирал үүсдэг. Нарийвчлалтай оношлогоо нь концентрацийн туйлшралын давхаргыг бодит цаг хугацаанд хянах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь хөндлөн урсгалын хурд болон трансмембран даралтад мэдрэмтгий байдлыг нь илрүүлдэг. Жишээлбэл, хурдыг нэмэгдүүлэх эсвэл трансмембран даралтыг (TMP) бууруулах нь наалдамхай хил хязгаарын давхаргыг тасалдуулж, урсгалыг сэргээхэд тусалдаг.

Үйл ажиллагааны параметрүүд нь зуурамтгай чанарын зан төлөвт шууд нөлөөлдөг:

Трансмембран даралт (TMP)Өндөр TMP нь туйлшралыг эрчимжүүлж, орон нутгийн зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлж, урсгалыг бууруулдаг.
Хөндлөн урсгалын хурдХурд нэмэгдсэн нь хуримтлалыг хязгаарлаж, мембраны ойролцоох зуурамтгай чанарыг бууруулдаг.
Мембран цэвэрлэх давтамж: Байнга цэвэрлэгээ хийх нь удаан хугацааны хуримтлалыг бууруулж, зуурамтгай чанараас үүдэлтэй гүйцэтгэлийн алдагдлыг бууруулдаг.

Хэт шүүлтүүрийн концентрацийн фазууд нь зуурамтгай чанарын сөрөг нөлөөллийг багасгах, дамжуулах чадварыг хадгалахын тулд эдгээр параметрүүдийг оновчтой болгох ёстой.

1.3. Уургийн уусмалын зуурамтгай чанарт нөлөөлөх шинж чанарууд

Молекулын жинмөнзохиолголчлон зуурамтгай чанарыг тодорхойлдог. Илүү том, илүү нарийн төвөгтэй уургууд эсвэл агрегатууд нь хөдөлгөөнд саад учруулж, илүү их молекул хоорондын хүчний улмаас илүү өндөр зуурамтгай чанарыг өгдөг. Уургийн хэлбэр нь урсгалыг улам бүр зохицуулдаг - сунасан эсвэл агрегацид өртөмтгий гинж нь авсаархан бөмбөрцөг уургуудаас илүү эсэргүүцэл үүсгэдэг.

pHуургийн цэнэг болон уусах чадварт чухал нөлөө үзүүлдэг. Уургийн изоэлектрик цэгийн ойролцоо уусмалын рН-ийг тохируулах нь цэвэр цэнэг багасгаж, уураг-уургийн түлхэлтийг бууруулж, зуурамтгай чанарыг түр зуур бууруулж, шүүлтүүрийг хөнгөвчилдөг. Жишээлбэл, BSA эсвэл IgG-ийн изоэлектрик цэгийн ойролцоо хэт шүүлтүүрийг ажиллуулах нь нэвчилтийн урсгал болон ялгах сонгомол чанарыг мэдэгдэхүйц сайжруулж чадна.

Ионы хүчуургийн эргэн тойрон дахь цахилгаан давхар давхаргыг өөрчлөх замаар зуурамтгай чанарт нөлөөлдөг. Ионы бат бэх нэмэгдэх нь электростатик харилцан үйлчлэлийг хааж, уургийн мембранаар дамжин өнгөрөхийг дэмжихээс гадна агрегаци болон харгалзах зуурамтгай чанар огцом нэмэгдэх эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг. Дамжуулах үр ашиг ба сонгомол чанарын хоорондох тэнцвэр нь ихэвчлэн давсны концентраци болон буферийн найрлагыг нарийн тохируулахаас хамаардаг.

Аргинин гидрохлорид эсвэл гуанидин зэрэг жижиг молекулын нэмэлтүүдийг зуурамтгай чанарыг бууруулахад ашиглаж болно. Эдгээр бодисууд нь гидрофобик эсвэл электростатик таталцлыг алдагдуулж, агрегацийг бууруулж, уусмалын урсгалын шинж чанарыг сайжруулдаг. Температур нь нэмэлт хяналтын хувьсагч болж ажилладаг; бага температур нь зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлдэг бол нэмэлт дулаан нь ихэвчлэн бууруулдаг.

Уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг хэмжихдээ дараахь зүйлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.

Молекул жингийн тархалт
Уусмалын найрлага (давс, нэмэлт бодис, нэмэлт бодис)
рН болон буферийн системийн сонголт
Ионы бат бэхийн тохиргоо

Эдгээр хүчин зүйлс нь хэт шүүлтүүрийн мембраны гүйцэтгэлийг оновчтой болгох, концентрацийн үе шатууд болон TFF процессуудын хоорондын тогтвортой байдлыг хангахад чухал үүрэгтэй.

Хэт шүүлтүүрийн уургийн концентрацийн үндэс

Хэт шүүлтүүрийн концентрацийн үе шатны зарчим

Хэт шүүлтүүрийн уургийн концентраци нь хагас нэвчилттэй мембранаар трансмембран даралт (TMP)-ийг хэрэглэж, уусгагч болон жижиг уусмалуудыг нэвтрүүлж, уураг болон том молекулуудыг хадгалдаг. Энэ процесс нь молекулын хэмжээнээс хамааран сонгомол нэвчилтийг ашигладаг бөгөөд мембраны молекулын жингийн хязгаар (MWCO) нь дамжин өнгөрөх молекулуудын хамгийн их хэмжээг тодорхойлдог. MWCO-оос давсан уургууд нь баригч талд хуримтлагдаж, нэвчилтийг татах үед тэдгээрийн концентрацийг нэмэгдүүлдэг.

Хэт шүүлтүүрийн концентрацийн үе шат нь уургийн уусмалын эзэлхүүнийг бууруулах, баяжуулахад чиглэгддэг. Шүүлтүүр үргэлжлэх тусам уургийн уусмалын зуурамтгай чанар нь ихэвчлэн нэмэгдэж, урсгал болон TMP-ийн шаардлагад нөлөөлдөг. Үлдсэн уургууд нь бие биетэйгээ болон мембрантай харилцан үйлчилж, бодит ертөнцийн үйл явцыг энгийн хэмжээг хасахаас илүү төвөгтэй болгодог. Электростатик харилцан үйлчлэл, уургийн агрегаци, рН ба ионы хүч зэрэг уусмалын шинж чанарууд нь хадгалах, салгах үр дүнд нөлөөлдөг. Зарим тохиолдолд, ялангуяа том нүх сүвтэй мембрануудад адвектив тээвэрлэлт нь диффузаас давамгайлдаг бөгөөд энэ нь зөвхөн MWCO сонголтод үндэслэсэн хүлээлтийг хүндрүүлдэг [судалгааны хураангуйг үзнэ үү].

Хөндлөн урсгалын шүүлтүүр (TFF)-ийн тайлбар

Хөндлөн урсгалын шүүлтүүр буюу тангенциал урсгалын шүүлтүүр (TFF) нь уургийн уусмалыг мембраны гадаргуу дээгүүр тангенциал байдлаар чиглүүлдэг. Энэ арга нь урсгал нь мембрантай перпендикуляр бөгөөд бөөмсийг шүүлтүүр рүү шууд түлхэж оруулдаг үхлийн төгсгөлийн шүүлтүүртэй харьцуулагддаг.

Гол ялгаа ба нөлөөлөл:

Бохирдлын хяналт:TFF нь мембранаас болзошгүй бохирдуулагч бодисыг тасралтгүй шүүрдэн гаргаснаар уураг болон тоосонцорын давхаргын хуримтлалыг бууруулдаг бөгөөд үүнийг бялуу үүсэх гэж нэрлэдэг. Энэ нь нэвчилтийн урсгалыг илүү тогтвортой болгож, засвар үйлчилгээ хийхэд хялбар болгодог.
Уураг хадгалах:TFF нь мембраны ойролцоо хадгалагдсан молекулуудын давхарга болох концентрацийн туйлшралыг илүү сайн удирдахыг дэмждэг бөгөөд хэрэв хяналтгүй бол ялгах сонгомол чанарыг бууруулж, бохирдлыг нэмэгдүүлдэг. TFF дахь динамик урсгал нь энэ нөлөөллийг бууруулж, уургийн өндөр хадгалалт болон ялгах үр ашгийг хадгалахад тусалдаг.
Урсгалын тогтвортой байдал:TFF нь тогтвортой урсгалтай үед ашиглалтын хугацааг уртасгаж, уураг ихтэй эсвэл тоосонцор ихтэй тэжээлтэй процессуудын үр ашгийг нэмэгдүүлдэг. Үүний эсрэгээр, үхсэн шүүлтүүр нь бохирдол, дамжуулах чадварыг бууруулж, байнга цэвэрлэх шаардлагатай болсноор хурдан саатдаг.

Хувьсах тангенциал урсгал (ATF) зэрэг дэвшилтэт TFF хувилбарууд нь тангенциал хурдыг үе үе эргүүлэх эсвэл өөрчлөх замаар бохирдол болон торх үүсэхийг улам бүр алдагдуулж, шүүлтүүрийн ашиглалтын хугацааг уртасгаж, уургийн дамжуулах чадварыг сайжруулдаг [судалгааны хураангуйг үзнэ үү]. Сонгодог болон дэвшилтэт TFF тохиргоонд TMP, хөндлөн урсгалын хурд, цэвэрлэх давтамж зэрэг үйл ажиллагааны тохиргоог гүйцэтгэлийг оновчтой болгож, бохирдлыг багасгахын тулд тодорхой уургийн систем, мембраны төрөл, зорилтот концентрацид тохируулсан байх ёстой.

Хэт шүүлтүүр дэх трансмембран даралт (TMP)

3.1. Трансмембран даралт гэж юу вэ?

Трансмембран даралт (TMP) нь шүүлтүүрийн мембран дээрх даралтын зөрүү бөгөөд уусгагчийг тэжээлийн талаас нэвчилтийн тал руу чиглүүлдэг. TMP нь хэт шүүлтүүр дэх ялгах процессын ард байгаа гол хүч бөгөөд уураг болон бусад макромолекулуудыг хадгалахын зэрэгцээ уусгагчийг мембранаар нэвтрэх боломжийг олгодог.

TMP-ийн томъёо:

Энгийн ялгаа: TMP = P_feed − P_permeate
Инженерийн арга: TMP = [(P_feed + P_retentate)/2] − P_permeate
Энд P_feed нь оролтын даралт, P_retentate нь ретентатын талын гаралтын даралт, P_permeate нь нэвт шингээлтийн талын даралт юм. Ретентат (эсвэл баяжуулсан) даралтыг оруулснаар урсгалын эсэргүүцэл болон бохирдлоос үүдэлтэй даралтын градиентийг харгалзан мембраны гадаргуугийн дагуу илүү нарийвчлалтай утга өгдөг.
Тэжээлийн даралт ба урсгалын хурд
Даралтыг хадгалах (шаардлагатай үед)
Нэвчилттэй даралт (ихэвчлэн атмосфер)
Мембраны эсэргүүцэл
TMP нь мембраны төрөл, системийн дизайн, үйл явцын нөхцлөөс хамааран өөр өөр байдаг.

Хяналтын хувьсагчууд:

3.2. TMP болон хэт шүүлтүүрийн процесс

TMP нь хэт шүүлтүүрийн уургийн концентрацид гол үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд уургийн уусмалыг мембранаар дамжуулдаг. Даралт нь мембран болон хуримтлагдсан аливаа материалын эсэргүүцлийг даван туулахад хангалттай өндөр байх ёстой боловч бохирдлыг хурдасгахаар тийм өндөр биш байх ёстой.

Уусмалын зуурамтгай чанар болон уургийн агууламжийн нөлөө

Уургийн уусмалын зуурамтгай чанар:Өндөр зуурамтгай чанар нь урсгалын эсэргүүцлийг нэмэгдүүлдэг бөгөөд нэвчилтийн урсгалыг ижил байлгахын тулд илүү өндөр TMP шаарддаг. Жишээлбэл, тэжээлд глицерол нэмэх эсвэл баяжуулсан уургуудтай ажиллах нь зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлж, улмаар шаардлагатай TMP-ийг нэмэгдүүлдэг.
Уургийн агууламж:Хэт шүүлтүүрийн концентрацийн үе шатанд концентраци нэмэгдэхийн хэрээр уусмалын зуурамтгай чанар нэмэгдэж, TMP нэмэгдэж, мембраны бохирдол эсвэл концентрацийн туйлшралын эрсдэл нэмэгддэг.
Дарсигийн хууль:TMP, нэвчилтийн урсгал (J), болон зуурамтгай чанар (μ) нь TMP = J × μ × R_m (мембраны эсэргүүцэл)-ээр холбогддог. Өндөр зуурамтгай чанар бүхий уургийн уусмалын хувьд хэт шүүлтүүрийг үр дүнтэй болгохын тулд TMP-г сайтар тохируулах нь чухал юм.

Жишээ нь:

Өтгөн эсрэгбиеийн уусмалыг хэт шүүлтүүрдэх нь зуурамтгай чанар нэмэгдэхээс сэргийлэхийн тулд TMP-ийн болгоомжтой менежментийг шаарддаг.
PEGylization эсвэл уургийн бусад өөрчлөлтүүд нь мембрантай харилцан үйлчлэлцэх чадварыг өөрчилж, хүссэн урсгалд шаардлагатай TMP-д нөлөөлдөг.

3.3. TMP-г хянах, оновчтой болгох

TMP-г дотор нь хадгалаххэвийн трансмембраны даралтын хүрээхэт шүүлтүүрийн мембраны тогтвортой ажиллагаа болон бүтээгдэхүүний чанарт чухал үүрэгтэй. Цаг хугацаа өнгөрөх тусам хэт шүүлтүүрийн явц ахих тусам концентрацийн туйлшрал болон бохирдол нь TMP-ийг заримдаа хурдан өсгөхөд хүргэдэг.

Хяналтын практик:

Бодит цагийн хяналт:TMP-г оролт, ретентат болон перметээр дамжуулан хянадагдаралт дамжуулагч.
Раманы спектроскопи:Уураг болон туслах бодисын концентрацийг инвазив бус хяналтанд ашигладаг бөгөөд хэт шүүлтүүр ба диафрагцийн үед дасан зохицох TMP хяналтыг хөнгөвчилдөг.
Дэвшилтэт хяналт:Өргөтгөсөн Калман шүүлтүүрүүд (EKF) нь мэдрэгчийн өгөгдлийг боловсруулж, хэт их бохирдлоос зайлсхийхийн тулд TMP-г автоматаар тохируулдаг.
Анхны TMP-г хэвийн хүрээнд тохируулна уу:Урсгалыг багасгахын тулд хэт бага биш, хурдан бохирдохоос сэргийлж хэт өндөр биш байх ёстой.
Зуурамтгай чанар нэмэгдэхийн хэрээр TMP-г тохируулна уу:Хэт шүүлтүүрийн концентрацийн үе шатанд зөвхөн шаардлагатай үед TMP-г аажмаар нэмэгдүүлнэ.
Тэжээлийн урсгал болон рН-ийг хянах:Тэжээлийн урсгалыг нэмэгдүүлэх эсвэл TMP-г бууруулах нь концентрацийн туйлшрал болон бохирдлыг бууруулдаг.
Мембран цэвэрлэх болон солих:Өндөр TMP нь илүү олон удаа цэвэрлэгээ хийх, мембраны ашиглалтын хугацааг богиносгохтой холбоотой байдаг.

Оновчтой болгох стратегиуд:

Жишээ нь:

Уургийн боловсруулалтын шугам дахь зэврэлт нь TMP-г нэмэгдүүлж, урсгалыг бууруулдаг бөгөөд хэвийн ажиллагааг сэргээхийн тулд мембраныг цэвэрлэх эсвэл солих шаардлагатай болдог.
Ферментийн урьдчилсан боловсруулалт (жишээ нь пектиназ нэмэх) нь өндөр зуурамтгай чанар бүхий рапсын уургийн хэт шүүлтүүрийн үед TMP-г бууруулж, мембраны ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.

3.4. TFF систем дэх TMP

Тангенциал (хөндлөн) урсгалын шүүлтүүр (TFF) нь тэжээлийн уусмалыг мембранаар шууд биш харин мембранаар дамжуулан дамжуулах замаар ажилладаг бөгөөд энэ нь TMP динамикт мэдэгдэхүйц нөлөөлдөг.

TMP-ийн зохицуулалт ба тэнцвэр

TFF трансмембраны даралт (TFF TMP):Төмөр замын хэт ачааллаас зайлсхийхийн зэрэгцээ нэвчилтийн урсгалыг хамгийн их байлгахын тулд тэжээлийн урсгалын хурд болон шахуургын даралтыг хоёуланг нь хянах замаар удирддаг.
Параметрүүдийг оновчтой болгох:Тэжээлийн урсгал нэмэгдэх нь уургийн орон нутгийн хуримтлалыг бууруулж, TMP-ийг тогтворжуулж, мембраны бохирдлыг бууруулдаг.
Тооцооллын загварчлал:CFD загварууд нь бүтээгдэхүүний нөхөн сэргэлт, цэвэршилт, гарцыг хамгийн их байлгахын тулд TFF TMP-ийг урьдчилан таамаглаж, оновчтой болгодог бөгөөд энэ нь ялангуяа mRNA эсвэл эсийн гаднах цэврүү тусгаарлах зэрэг процессуудад чухал ач холбогдолтой юм.

Жишээ нь:

Био боловсруулалтын үед оновчтой TFF TMP нь задралгүйгээр 70%-иас дээш mRNA нөхөн сэргэлтийг бий болгодог бөгөөд энэ нь хэт авиан центрифугийн аргуудаас илүү үр дүнтэй байдаг.
Математик загвар болон мэдрэгчийн хариу үйлдэлд суурилсан дасан зохицох TMP хяналт нь мембран солих давтамжийг бууруулж, бохирдлыг бууруулах замаар мембраны ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.

Гол дүгнэлтүүд:

Үйл явцын үр ашиг, урсгал болон мембраны эрүүл мэндийг хадгалахын тулд TFF-д TMP трансмембраны даралтыг идэвхтэй удирдах ёстой.
Системчилсэн TMP оновчлол нь үйл ажиллагааны зардлыг бууруулж, өндөр цэвэршилттэй бүтээгдэхүүний нөхөн сэргэлтийг дэмжиж, уургийн хэт шүүлтүүр болон холбогдох процессуудад мембраны ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.

Бохирдлын механизм ба тэдгээрийн зуурамтгай чанартай холбоотой байдал

Уургийн хэт шүүлтүүр дэх бохирдлын гол замууд

Уургийн хэт шүүлтүүр нь хэд хэдэн ялгаатай бохирдлын замд нөлөөлдөг:

Зэврэлтийн бохирдол:Зэврэлтийн бүтээгдэхүүнүүд - ихэвчлэн төмрийн исэлүүд - мембраны гадаргуу дээр хуримтлагдах үед үүсдэг. Эдгээр нь урсгалыг багасгадаг бөгөөд стандарт химийн цэвэрлэгээний бодисоор арилгахад хэцүү байдаг. Зэврэлтийн бохирдол нь мембраны гүйцэтгэлийг байнга алдахад хүргэдэг бөгөөд цаг хугацааны явцад мембраны солих давтамжийг нэмэгдүүлдэг. Үүний нөлөө нь ус цэвэршүүлэх болон уургийн хэрэглээнд ашигладаг PVDF болон PES мембрануудад онцгой хүчтэй байдаг.

Органик бохирдол:Үхрийн сийвэнгийн альбумин (BSA) зэрэг уургууд голчлон өдөөгддөг бөгөөд полисахарид (жишээлбэл, натрийн альгинат) зэрэг бусад органик бодисын дэргэд эрчимжиж болно. Механизмд мембраны нүх сүвэнд адсорбци хийх, нүх сүв бөглөх, бялууны давхарга үүсэх зэрэг орно. Олон органик бүрэлдэхүүн хэсгүүд байгаа үед синергетик нөлөө үзүүлдэг бөгөөд холимог бохирдуулагч систем нь дан уургийн тэжээлээс илүү хүнд бохирдолтой байдаг.

Концентрацийн туйлшрал:Хэт шүүлтүүрийн явц ахих тусам хуримтлагдсан уургууд мембраны гадаргуугийн ойролцоо хуримтлагдаж, орон нутгийн концентраци болон зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлдэг. Энэ нь бохирдлын хандлагыг нэмэгдүүлж, урсгалыг бууруулдаг туйлшралын давхарга үүсгэдэг. Хэт шүүлтүүрийн концентрацийн үе шат урагшлах тусам энэ үйл явц хурдасдаг бөгөөд энэ нь мембраны даралт болон урсгалын динамикаас шууд хамаардаг.

Коллоид ба холимог бохирдол:Коллоид бодис (жишээ нь, цахиурын давхар исэл, органик бус эрдэс бодис) нь уургуудтай харилцан үйлчилж, мембраны бохирдлыг улам хүндрүүлдэг нарийн төвөгтэй дүүргэгч давхаргыг үүсгэж болзошгүй. Жишээлбэл, коллоид цахиурын агууламж нь урсгалын хурдыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг, ялангуяа органик бодистой эсвэл рН-ийн оновчтой бус нөхцөлд.

Бохирдлын хөгжилд уусмалын зуурамтгай чанар хэрхэн нөлөөлдөг вэ?

Уургийн уусмалын зуурамтгай чанар нь бохирдлын кинетик болон мембраны нягтралд хүчтэй нөлөөлдөг:

Хурдасгасан бохирдол:Уургийн уусмалын өндөр зуурамтгай чанар нь хадгалагдсан уусмалын буцах тээвэрлэлтэд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлж, бялуу давхарга үүсэхийг хурдасгадаг. Энэ нь мембраны трансмембран даралтыг (TMP) нэмэгдүүлж, мембраны нягтрал болон бохирдлыг хурдасгадаг.

Уусмалын найрлагын нөлөө:Уургийн төрөл нь зуурамтгай чанарыг өөрчилдөг; бөмбөрцөг уургууд (жишээ нь, BSA) болон өргөтгөсөн уургууд нь урсгал болон туйлшралын хувьд өөр өөрөөр ажилладаг. Полисахарид эсвэл глицерол зэрэг нэгдлүүдийг нэмэх нь зуурамтгай чанарыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлж, бохирдол үүсэхийг дэмждэг. Өндөр концентрацид нэмэлт бодисууд болон уургийн хуримтлал нь мембран бөглөрөх хурдыг улам нэмэгдүүлж, урсгал болон мембраны ашиглалтын хугацааг шууд бууруулдаг.

Үйл ажиллагааны үр дагавар:Өндөр зуурамтгай чанар нь хөндлөн урсгалын шүүлтүүрийн процесст шүүлтүүрийн хурдыг хадгалахын тулд TMP-г нэмэгдүүлэхийг шаарддаг. Өндөр TMP-д удаан хугацаагаар өртөх нь эргэлт буцалтгүй бохирдлыг нэмэгдүүлдэг бөгөөд ихэвчлэн мембраныг илүү ойр ойрхон цэвэрлэх эсвэл мембраныг эрт солих шаардлагатай болдог.

Тэжээлийн шинж чанарын үүрэг

Тэжээлийн шинж чанар, тухайлбал уургийн шинж чанар болон усны химийн найрлага нь бохирдлын ноцтой байдлыг тодорхойлдог:

Уургийн хэмжээ ба тархалт:Том эсвэл нэгтгэсэн уургууд нь нүх сүв бөглөрөх, тортог үүсэх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь хэт шүүлтүүрийн уургийн концентрацийн үед зуурамтгай чанар болон нягтралын хандлагыг нэмэгдүүлдэг.

рН:Өндөр рН нь электростатик түлхэлтийг нэмэгдүүлж, уургууд мембраны ойролцоо хуримтлагдахаас сэргийлж, улмаар бохирдлыг бууруулдаг. Үүний эсрэгээр хүчиллэг орчин нь түлхэлтийг бууруулдаг, ялангуяа коллоид цахиурын хувьд, мембраны бохирдлыг улам хүндрүүлж, урсгалын хурдыг бууруулдаг.

Температур:Бага температурт процессын температур нь ерөнхийдөө кинетик энергийг бууруулдаг бөгөөд энэ нь бохирдлын хурдыг удаашруулахаас гадна уусмалын зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлдэг. Өндөр температур нь бохирдлыг хурдасгах боловч цэвэрлэгээний үр нөлөөг сайжруулж болно.

Коллоид/Органик бус бодис:Коллоид цахиур эсвэл металлын агууламж нь бохирдлыг, ялангуяа хүчиллэг нөхцөлд эрчимжүүлдэг. Цахиурын хэсгүүд нь уусмалын нийт зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлж, нүх сүвийг физик байдлаар бөглөж, хэт шүүлтүүрийн концентрацийг үр ашиггүй болгож, мембраны нийт ашиглалтын хугацаа болон гүйцэтгэлийг бууруулдаг.

Ионы найрлага:Тодорхой ионы төрөл зүйл (Na⁺, Zn²⁺, K⁺) нэмэх нь уураг болон мембраны хоорондох электростатик болон гидратжуулалтын хүчийг өөрчлөх замаар бохирдлыг бууруулж болзошгүй юм. Гэсэн хэдий ч Ca²⁺ зэрэг ионууд нь ихэвчлэн агрегацийг дэмжиж, бохирдуулах боломжийг нэмэгдүүлдэг.

Жишээ нь:

Хөндлөн урсгалын шүүлтүүрийн үед өндөр молекул жинтэй уураг, өндөр зуурамтгай чанараар баялаг тэжээлд урсгалын хурдацтай бууралт, цэвэрлэгээ болон солих үйл явц улам бүр нэмэгдэх болно.
Тэжээлийн ус нь коллоид цахиур агуулсан бөгөөд хүчиллэгжих үед цахиурын хуримтлал болон тунадасжилт эрчимжиж, бохирдлын хэмжээг эрс нэмэгдүүлж, мембраны гүйцэтгэлийг бууруулдаг.

Товчхондоо, уусмалын зуурамтгай чанар, бохирдлын төрөл, тэжээлийн шинж чанаруудын хоорондын харилцан үйлчлэлийг ойлгох нь хэт шүүлтүүрийн концентрацийг оновчтой болгох, мембраны бохирдлыг бууруулах, мембраны ашиглалтын хугацааг дээд зэргээр нэмэгдүүлэхэд чухал ач холбогдолтой.

Концентрацийн туйлшрал ба түүний менежмент

Концентрацийн туйлшрал гэж юу вэ?

Концентрацийн туйлшрал гэдэг нь хэт шүүлтүүрийн үед мембран/уусмалын зааг дээр хадгалагдсан ууссан бодисын - тухайлбал уураг - орон нутгийн хэмжээнд хуримтлагдах явдал юм. Уургийн уусмалын хувьд шингэн хагас нэвчилттэй мембраны эсрэг урсах үед мембранаар гологдсон уургууд гадаргуутай зэргэлдээх нимгэн хилийн давхаргад овоолж хуримтлагдах хандлагатай байдаг. Энэхүү хуримтлал нь огцом концентрацийн градиент үүсгэдэг: мембран дээр уургийн өндөр агууламж, их хэмжээний уусмалд хамаагүй бага байдаг. Энэ үзэгдэл буцаах боломжтой бөгөөд гидродинамик хүчээр зохицуулагддаг. Энэ нь мембраны бохирдолтой харьцуулахад ялгаатай бөгөөд энэ нь мембран дотор эсвэл мембран дээр илүү байнгын тунадасжилт эсвэл адсорбци үүсгэдэг.

Концентрацийн туйлшрал нь зуурамтгай чанар болон бохирдлыг хэрхэн нэмэгдүүлдэг вэ?

Мембраны гадаргуу дээр уургийн тасралтгүй хуримтлал нь орон нутгийн ууссан бодисын концентрацийг нэмэгдүүлдэг хил хязгаарын давхарга үүсгэдэг. Энэ нь хоёр чухал нөлөөтэй:

Орон нутгийн зуурамтгай чанарын өсөлт:Мембраны ойролцоо уургийн концентраци нэмэгдэхийн хэрээр энэ бичил бүс дэх уургийн уусмалын зуурамтгай чанар мөн нэмэгддэг. Зуурамтгай чанар нэмэгдэх нь ууссан бодисын мембранаас буцаж тээвэрлэлтийг саатуулж, концентрацийн градиентийг улам огцом нэмэгдүүлж, урсгалд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлэх эргэх холбооны гогцоо үүсгэдэг. Энэ нь нэвчилтийн урсгалыг бууруулж, шүүлтүүрийг үргэлжлүүлэхэд шаардагдах эрчим хүчний хэрэгцээг нэмэгдүүлдэг.

Мембраны бохирдлыг хөнгөвчлөх:Мембраны ойролцоох уургийн өндөр концентраци нь уургийн хуримтлал үүсэх магадлалыг нэмэгдүүлж, зарим системд гель давхарга үүсэх магадлалыг нэмэгдүүлдэг. Энэ давхарга нь мембраны нүх сүвийг бөглөж, урсгалын эсэргүүцлийг улам нэмэгдүүлдэг. Ийм нөхцөл байдал нь эргэлт буцалтгүй бохирдол үүсэхэд тохиромжтой бөгөөд уургийн хуримтлал болон хольцууд нь мембраны матрицтай физик болон химийн аргаар холбогддог.

Туршилтын дүрслэл (жишээлбэл, электрон микроскоп) нь мембран дээр нано хэмжээтэй уургийн кластерууд хурдан хуримтлагдаж байгааг баталж байгаа бөгөөд хэрэв үйл ажиллагааны тохиргоог зохих ёсоор удирдаагүй бол энэ нь мэдэгдэхүйц хуримтлал болж өсч болно.

Төвлөрлийн туйлшралыг багасгах стратегиуд

Хэт шүүлтүүрийн уургийн концентраци эсвэл хөндлөн урсгалын шүүлтүүрт концентрацийн туйлшралыг удирдах нь гидродинамикийг тохируулах болон үйл ажиллагааны параметрүүдийг тохируулах гэсэн хоёр арга барилыг шаарддаг.

Хөндлөн урсгалын хурдыг оновчлох:
Хөндлөн урсгалын хурдыг нэмэгдүүлэх нь мембраны дагуух тангенциал урсгалыг нэмэгдүүлж, зүсэлтийг дэмжиж, концентрацийн хил хязгаарын давхаргыг нимгэрүүлдэг. Илүү хүчтэй зүсэлт нь хуримтлагдсан уургуудыг мембраны гадаргуугаас шүүрүүлж, туйлшрал болон бохирдох эрсдэлийг бууруулдаг. Жишээлбэл, статик холигч ашиглах эсвэл хийн ялгаруулалтыг нэвтрүүлэх нь ууссан бодисын давхаргыг тасалдуулж, хөндлөн урсгалын шүүлтүүрийн процесст нэвчилтийн урсгал болон үр ашгийг мэдэгдэхүйц сайжруулдаг.

Үйл ажиллагааны параметрүүдийг өөрчлөх:

Трансмембран даралт (TMP):TMP нь мембраны даралтын зөрүү бөгөөд хэт шүүлтүүрийн хөдөлгөгч хүч юм. Гэсэн хэдий ч шүүлтүүрийг хурдасгахын тулд TMP-ийг өндөр түвшинд түлхэх нь концентрацийн туйлшралыг эрчимжүүлснээр эсрэг үр дүнд хүргэж болзошгүй юм. Уургийн хэт шүүлтүүрийн тогтоосон хязгаараас хэтрэхгүй хэвийн трансмембраны даралтын хязгаарыг баримтлах нь уусмалын хэт их хуримтлал болон түүнтэй холбоотой орон нутгийн зуурамтгай чанар нэмэгдэхээс урьдчилан сэргийлэхэд тусалдаг.

Хяргах хурд:Хөндлөн урсгалын хурд болон сувгийн дизайны функц болох хяргах хурд нь уусмалын тээвэрлэлтийн динамикт гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Өндөр хяргах нь туйлшралын давхаргыг нимгэн, хөдөлгөөнтэй байлгаж, мембраны ойролцоох уусмалын дутагдалтай хэсгийг байнга шинэчлэх боломжийг олгодог. Хяргах хурдыг нэмэгдүүлэх нь уургууд хуримтлагдах хугацааг багасгаж, интерфейс дээрх зуурамтгай чанарын өсөлтийг багасгадаг.

Тэжээлийн шинж чанарууд:Уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг бууруулах, дүүргэгчийн агууламжийг бууруулах, эсвэл рН болон ионы хүчийг хянах зэрэг орж ирж буй уургийн уусмалын шинж чанарыг тохируулах нь концентрацийн туйлшралын хэмжээ, нөлөөллийг бууруулахад тусалдаг. Тэжээлийн урьдчилсан боловсруулалт болон найрлагын өөрчлөлт нь хэт шүүлтүүрийн мембраны гүйцэтгэлийг сайжруулж, мембран цэвэрлэх давтамжийг бууруулснаар мембраны ашиглалтын хугацааг уртасгаж болно.

Хэрэглээний жишээ:
Моноклональ эсрэгбиеийг баяжуулахын тулд тангенциал урсгалын шүүлтүүр (TFF) ашигладаг үйлдвэр нь хөндлөн урсгалын хурдыг сайтар оновчтой болгож, TMP-ийг хатуу хязгаарт байлгадаг. Ингэснээр операторууд концентрацийн туйлшрал болон мембраны бохирдлыг багасгаж, мембран солих давтамж болон цэвэрлэх мөчлөгийг хоёуланг нь бууруулж, үйл ажиллагааны зардлыг шууд бууруулж, бүтээгдэхүүний гарцыг сайжруулдаг.

Эдгээр хувьсагчдыг зохих ёсоор тохируулах, хянах нь - үүнд уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг бодит цагийн хэмжилт зэрэг - нь хэт шүүлтүүрийн концентрацийн гүйцэтгэлийг оновчтой болгох, уургийн боловсруулалтад концентрацийн туйлшралтай холбоотой сөрөг нөлөөллийг бууруулахад чухал үүрэгтэй.

Өндөр зуурамтгай уургийн уусмалд зориулсан хэт шүүлтүүрийг оновчтой болгох

6.1. Үйл ажиллагааны шилдэг туршлагууд

Өндөр зуурамтгай чанар бүхий уургийн уусмалаар хэт шүүлтүүрийн оновчтой гүйцэтгэлийг хадгалахын тулд трансмембран даралт (TMP), уургийн концентраци, уусмалын зуурамтгай чанарын хооронд нарийн тэнцвэрийг хадгалах шаардлагатай. TMP буюу мембраны дээгүүрх даралтын зөрүү нь хэт шүүлтүүрийн уургийн концентрацийн хурд болон мембраны бохирдлын зэрэгт шууд нөлөөлдөг. Моноклональ эсрэгбие эсвэл өндөр концентрацитай сийвэнгийн уураг зэрэг зуурамтгай уусмалыг боловсруулах үед TMP-ийн хэт их өсөлт нь эхэндээ урсгалыг нэмэгдүүлж болох боловч мембраны гадаргуу дээр бохирдол, уургийн хуримтлалыг хурдан хурдасгадаг. Энэ нь нягт уургийн давхарга үүсч, 200 мг/мл-ээс дээш уургийн концентраци байгааг харуулсан дүрслэлийн судалгаагаар батлагдсан шүүлтүүрийн үйл явц алдагдаж, тогтворгүй болдог.

Хамгийн оновчтой арга нь системийг чухал TMP-ийн ойролцоо ажиллуулах боловч түүнээс хэтрэхгүй байх явдал юм. Энэ үед бүтээмж хамгийн их байх боловч эргэлт буцалтгүй бохирдол үүсэх эрсдэл хамгийн бага хэвээр байна. Маш өндөр зуурамтгай чанарын хувьд сүүлийн үеийн олдворуудаас харахад TMP-ийг бууруулж, тэжээлийн урсгалыг (хөндлөн урсгалын шүүлтүүр) нэгэн зэрэг нэмэгдүүлэх нь концентрацийн туйлшрал болон уургийн тунадасыг бууруулахад тусалдаг болохыг харуулж байна. Жишээлбэл, Fc-нэгдэл уургийн концентрацийн судалгаагаар TMP-ийн бага тохиргоо нь бүтээгдэхүүний алдагдлыг бууруулахын зэрэгцээ тогтвортой урсгалыг хадгалахад тусалдаг болохыг харуулж байна.

Хэт шүүлтүүрийн үед уургийн концентрацийг аажмаар, аргачлалаар нэмэгдүүлэх нь чухал юм. Гэнэтийн концентрацийн алхамууд нь уусмалыг хэт хурдан өндөр зуурамтгай байдлын горимд оруулж, нэгтгэх эрсдэл болон бохирдлын ноцтой байдлыг нэмэгдүүлдэг. Үүний оронд уургийн түвшинг аажмаар нэмэгдүүлэх нь TMP, хөндлөн урсгалын хурд, рН зэрэг процессын параметрүүдийг зэрэгцээ тохируулах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь системийн тогтвортой байдлыг хадгалахад тусалдаг. Ферментийн хэт шүүлтүүрийн тохиолдлын судалгаагаар эдгээр үе шатуудын үед ажлын даралтыг бага байлгах нь концентрацийн хяналттай өсөлтийг хангаж, урсгалын бууралтыг багасгаж, бүтээгдэхүүний бүрэн бүтэн байдлыг хамгаалдаг болохыг баталж байна.

6.2. Мембран солих давтамж ба засвар үйлчилгээ

Хэт шүүлтүүрт мембран солих давтамж нь бохирдол болон урсгалын бууралтын үзүүлэлтүүдтэй нягт холбоотой байдаг. Зөвхөн ашиглалтын хугацааны төгсгөлийн үзүүлэлт болгон харьцангуй урсгалын бууралтыг найдахын оронд хуримтлагдсан материалын эсэргүүцлийг илэрхийлдэг тоон хэмжүүр болох бохирдлын тодорхой эсэргүүцлийг хянах нь илүү найдвартай болох нь батлагдсан бөгөөд ялангуяа холимог уураг эсвэл уураг-полисахаридтай тэжээлд бохирдол илүү хурдан, ноцтой явагддаг.

Нэмэлт бохирдлын үзүүлэлтүүдийг хянах нь бас чухал юм. Гадаргуугийн тунадасжилт, жигд бус нэвчилттэй урсгал, эсвэл TMP-ийн тогтмол өсөлт (цэвэрлэгээ хийсэн ч гэсэн) зэрэг шинж тэмдгүүд нь мембраны эвдрэлээс өмнөх дэвшилтэт бохирдлын анхааруулах дохио юм. Өөрчлөгдсөн бохирдлын индексийг (MFI-UF) хянах, мембраны гүйцэтгэлтэй харьцуулах зэрэг аргууд нь урвалын өөрчлөлтийн оронд орлуулалтын урьдчилсан хуваарийг гаргах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр зогсолтын хугацааг багасгаж, засвар үйлчилгээний зардлыг хянадаг.

Мембраны бүрэн бүтэн байдал нь зөвхөн органик бохирдлын хуримтлалаас гадна зэврэлтээс болж, ялангуяа хэт рН эсвэл давсны өндөр концентрацитай процессуудад алдагддаг. Зэврэлт болон бохирдлын хуримтлалыг зохицуулахын тулд тогтмол үзлэг, химийн цэвэрлэгээний горимыг хэрэгжүүлэх шаардлагатай. Зэврэлттэй холбоотой бохирдол ажиглагдсан тохиолдолд мембраны ашиглалтын хугацаа болон хэт шүүлтүүрийн мембраны тогтвортой ажиллагааг хангахын тулд мембран цэвэрлэх давтамж болон солих интервалыг тохируулах шаардлагатай. Эдгээр асуудлын нөлөөллийг бууруулах, үр дүнтэй ажиллагааг уртасгахын тулд сайтар, хуваарьт засвар үйлчилгээ хийх нь чухал юм.

6.3. Процессын хяналт ба шугаман зуурамтгай чанарын хэмжилт

Уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг нарийвчлалтай, бодит цагийн хэмжилт нь хэт шүүлтүүрийн процессыг хянах, ялангуяа концентраци ба зуурамтгай чанар нэмэгдэхийн хэрээр чухал ач холбогдолтой. Шугаман зуурамтгай чанарыг хэмжих системүүд нь тасралтгүй хяналтыг хангаж, шууд хариу үйлдэл үзүүлэх, системийн параметрүүдэд динамик тохируулга хийх боломжийг олгодог.

Шинээр гарч ирж буй технологиуд уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг хэмжих хүрээг өөрчилсөн:

Калманы шүүлтүүртэй Раманы спектроскопиӨргөтгөсөн Калман шүүлтүүрээр дэмжигдсэн бодит цагийн Раманы шинжилгээ нь уургийн концентраци болон буферийн найрлагыг найдвартай хянах боломжийг олгодог. Энэхүү арга нь мэдрэг чанар болон нарийвчлалыг нэмэгдүүлж, хэт шүүлтүүрийн концентраци болон диафрагмын процессын автоматжуулалтыг дэмждэг.

Автомат кинематик хялгасан судасны вискозиметрКомпьютерийн харааг ашигласан энэхүү технологи нь уусмалын зуурамтгай чанарыг автоматаар хэмжиж, гарын авлагын алдааг даван туулж, олон процессын урсгалд давтагдах боломжтой, олон талт хяналтыг санал болгодог. Энэ нь стандарт болон нарийн төвөгтэй уургийн найрлагад аль алинд нь баталгаажсан бөгөөд хэт шүүлтүүрийн концентрацийн үе шатанд хөндлөнгийн оролцоог бууруулдаг.

Микрофлюидик реологийн төхөөрөмжүүдМикрофлюидийн системүүд нь Ньютоны бус, өндөр зуурамтгай уургийн уусмалуудад ч гэсэн нарийвчилсан, тасралтгүй реологийн профайлыг өгдөг. Эдгээр нь эмийн үйлдвэрлэлд онцгой ач холбогдолтой бөгөөд процессын аналитик технологийн (PAT) стратеги, санал хүсэлтийн гогцоотой нэгтгэхийг дэмждэг.

Эдгээр хэрэгслийг ашиглан үйл явцыг хянах нь зуурамтгай чанарын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд TMP, тэжээлийн хурд эсвэл хөндлөн урсгалын хурдыг бодит цагийн тохируулга хийх эргэх холбооны гогцоог хэрэгжүүлэх боломжийг олгодог. Жишээлбэл, шугаман мэдрэгч нь зуурамтгай чанарын огцом өсөлтийг (концентрацийн өсөлт эсвэл агрегацийн улмаас) илрүүлбэл, хэт шүүлтүүр дэх концентрацийн туйлшралын эхлэлийг хязгаарлахын тулд TMP-ийг автоматаар бууруулж эсвэл хөндлөн урсгалын хурдыг нэмэгдүүлж болно. Энэ арга нь мембраны ашиглалтын хугацааг уртасгаад зогсохгүй уургийн уусмалын зуурамтгай чанарт нөлөөлдөг хүчин зүйлсийг динамикаар удирдснаар бүтээгдэхүүний тогтвортой чанарыг дэмждэг.

Хамгийн тохиромжтой зуурамтгай чанарыг хянах технологийг сонгох нь хэт шүүлтүүрийн хэрэглээний тодорхой шаардлагаас хамаарна, үүнд хүлээгдэж буй зуурамтгай чанарын хүрээ, уургийн найрлагын нарийн төвөгтэй байдал, интеграцийн хэрэгцээ, өртөг орно. Бодит цагийн хяналт болон динамик процессын хяналтын эдгээр дэвшил нь өндөр зуурамтгай чанар бүхий уургийн уусмалын хэт шүүлтүүрийг оновчтой болгох чадварыг мэдэгдэхүйц сайжруулж, үйл ажиллагааны тогтвортой байдал болон бүтээгдэхүүний өндөр гарцыг баталгаажуулсан.

Уургийн хэт шүүлтүүрийн алдааг олж засварлах болон нийтлэг асуудлууд

7.1. Шинж тэмдэг, шалтгаан ба эмчилгээ

Трансмембраны даралт нэмэгдсэн

Хэт шүүлтүүрийн үед трансмембраны даралт (TMP) нэмэгдэх нь мембраны эсэргүүцэл нэмэгдэж байгааг илтгэнэ. Трансмембраны даралтын хэт шүүлтүүрт үзүүлэх нөлөө шууд байдаг: трансмембраны даралтын хэвийн хүрээ нь ерөнхийдөө процессоос хамаардаг боловч тогтвортой өсөлт нь судалгаа хийх шаардлагатай байдаг. Хоёр нийтлэг шалтгааныг тодруулж байна:

Уургийн уусмалын өндөр зуурамтгай чанар:Уургийн уусмалын зуурамтгай чанар нэмэгдэхийн хэрээр - ихэвчлэн хэт шүүлтүүрийн уургийн өндөр концентрацид - урсгалд шаардлагатай даралт нэмэгддэг. Энэ нь уусмал хамгийн наалдамхай байдаг эцсийн концентраци ба диафрагцийн үе шатуудад илэрдэг.
Мембраны бохирдол:Уургийн агрегатууд эсвэл полисахарид-уургийн холимог зэрэг бохирдуулагчид нь мембраны нүх сүвийг наалдуулах эсвэл бөглөж, улмаар TMP-ийн огцом өсөлтийг бий болгодог.

Эмчилгээ:

TMP-г багасгаж, тэжээлийн урсгалыг нэмэгдүүлнэТэжээлийн хурдыг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ TMP-г багасгах нь концентрацийн туйлшрал болон гель давхаргын үүсэлтийг бууруулж, урсгалын тогтвортой байдлыг дэмждэг.
Мембраныг тогтмол цэвэрлэхХуримтлагдсан бохирдлыг арилгахын тулд мембран цэвэрлэх оновчтой давтамжийг тогтооно. Цэвэрлэгээний дараа уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг хэмжих замаар үр нөлөөг хянана.
Хөгширсөн мембраныг солихХэрэв цэвэрлэгээ хангалтгүй эсвэл мембраны ашиглалтын хугацаа дууссан бол мембран солих давтамжийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай байж болно.

Урсгалын хурд буурах нь: Оношлогооны мод

Хэт шүүлтүүрийн концентрацийн үе шатанд урсгалын тогтмол бууралт нь бүтээмжийн талаарх санаа зовнилыг илтгэнэ. Энэхүү оношлогооны аргыг дагана уу:

TMP болон зуурамтгай чанарыг хянах:Хэрэв хоёулаа нэмэгдсэн бол бохирдол эсвэл гель давхарга байгаа эсэхийг шалгана уу.
Тэжээлийн найрлага болон рН-ийг шалгана уу:Энд гарсан өөрчлөлт нь уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг өөрчилж, бохирдол үүсэхэд хүргэдэг.
Мембраны гүйцэтгэлийг үнэлэх:Цэвэрлэгээний дохиолол байгаа хэдий ч нэвчилтийн урсгал буурч байгаа нь мембраны гэмтэл эсвэл эргэлт буцалтгүй бохирдол үүсгэж болзошгүйг харуулж байна.

Шийдлүүд:

Хэт шүүлтүүр дэх бохирдол болон концентрацийн туйлшралыг бууруулахын тулд тэжээл дэх температур, рН болон ионы хүчийг оновчтой болгоно.
Гель давхаргыг эвдэж, урсгалыг сэргээхийн тулд гадаргууг өөрчилсөн эсвэл эргэлдэгч мембран модулиудыг ашиглана.
Урсгалд нөлөөлөх өөрчлөлтийг урьдчилан таамаглахын тулд уургийн уусмалын зуурамтгай чанарыг тогтмол хэмжиж байх.

Хурдан бохирдолт эсвэл гель давхарга үүсэх

Мембраны гадаргуу дээрх хэт их концентрацийн туйлшралаас болж гель давхарга хурдан үүсдэг. Хөндлөн урсгалын шүүлтүүр (TFF) трансмембраны даралт нь өндөр зуурамтгай чанар эсвэл өндөр уургийн тэжээлийн нөхцөлд онцгой мэдрэмтгий байдаг.

Бууруулах стратегиуд:

Уургийн холболт болон бэхэлгээг багасгахын тулд гидрофиль, сөрөг цэнэгтэй мембраны гадаргууг (жишээ нь, Поливинилиден фторид [PVDF] мембран) түрхэнэ.
Хэт шүүлтүүр хийхээс өмнө тэжээлийг коагуляци эсвэл электрокоагуляци ашиглан бохирдол ихтэй бодисыг зайлуулна.
Бялууны давхаргын зузааныг багасгаж, гель давхарга үүсэхийг удаашруулахын тулд хөндлөн урсгалын шүүлтүүрийн процесст эргэлдэгч модуль зэрэг механик төхөөрөмжийг нэгтгэнэ.

7.2. Тэжээлийн хувьсах чанарт тохируулга хийх

Уургийн хэт шүүлтүүрийн системүүд нь тэжээлийн уургийн шинж чанар эсвэл найрлагын хувьсах чанарт дасан зохицох ёстой. Буферийн найрлага, уургийн концентраци, агрегацийн хандлага зэрэг уургийн уусмалын зуурамтгай чанарт нөлөөлдөг хүчин зүйлүүд нь системийн зан төлөвийг өөрчилж болно.

Хариу үйлдлийн стратегиуд

Бодит цагийн зуурамтгай чанар болон найрлагын хяналт:Тэжээлийн өөрчлөлтийг хурдан илрүүлэхийн тулд шугаман аналитик мэдрэгч (Раман спектроскопи + Калманы шүүлтүүр)-ийг байрлуулж, уламжлалт хэт ягаан туяа эсвэл хэт улаан туяаны аргуудаас илүү үр дүнтэй.
Дасан зохицох үйл явцын хяналт:Параметрийн тохиргоог тохируулах (урсгалын хурд, TMP, мембраны сонголт) илэрсэн өөрчлөлтийн хариуд. Жишээлбэл, уургийн уусмалын зуурамтгай чанар нэмэгдэх нь TMP-г багасгаж, өндөр зүсэлтийн хурд шаардаж болно.
Мембраны сонголт:Уургийн хадгалалт болон урсгалыг тэнцвэржүүлж, одоогийн тэжээлийн шинж чанарт тохируулан нүх сүвний хэмжээ болон гадаргуугийн химийн найрлагатай мембраныг ашиглана.
Тэжээлийн урьдчилсан боловсруулалт:Хэрэв тэжээлийн шинж чанарт гэнэтийн өөрчлөлт гарч бохирдол үүсэхэд нөлөөлж байвал хэт шүүлтүүрийн өмнө коагуляци эсвэл шүүлтүүрийн алхмуудыг хийнэ.

Жишээ нь:

Био боловсруулалтын үед буферийн унтраалга эсвэл эсрэгбиеийн агрегатуудын өөрчлөлт нь хяналтын системээр дамжуулан TMP болон урсгалын тохируулгыг идэвхжүүлэх ёстой.
Хроматографитай холбоотой хэт шүүлтүүрийн хувьд дасан зохицох холих бүхэл тоон оновчлолын алгоритмууд нь хэт шүүлтүүрийн мембраны гүйцэтгэлийг хадгалахын зэрэгцээ хувьсах чанарыг багасгаж, үйл ажиллагааны зардлыг бууруулж чадна.

Уургийн уусмалын зуурамтгай чанарын хэмжилтийг тогтмол хянах, процессын нөхцөлд шууд тохируулах нь хэт шүүлтүүрийн концентрацийг оновчтой болгох, нэвтрүүлэх чадварыг хадгалах, мембраны бохирдол болон концентрацийн туйлшралыг багасгахад тусалдаг.

Байнга асуудаг асуултууд

8.1. Уургийн уусмалын хэт шүүлтүүрийн үед трансмембран даралтын хэвийн хязгаар хэд вэ?

Хэт шүүлтүүрийн уургийн концентрацийн систем дэх трансмембран даралтын (TMP) хэвийн хүрээ нь мембраны төрөл, модулийн загвар, тэжээлийн шинж чанараас хамаарна. Ихэнх уургийн хэт шүүлтүүрийн процессын хувьд TMP-г ихэвчлэн 1-3 бар (15-45 psi) хооронд байлгадаг. 0.2 МПа (ойролцоогоор 29 psi)-ээс дээш TMP утга нь мембраны гэмтэл, хурдан бохирдол, мембраны ашиглалтын хугацааг богиносгох эрсдэлтэй. Биоанагаахын болон био боловсруулалтын хэрэглээнд мембраны урагдал үүсэхээс зайлсхийхийн тулд санал болгож буй TMP нь ерөнхийдөө 0.8 бар (~12 psi)-аас хэтрэхгүй байх ёстой. Хөндлөн урсгалын шүүлтүүр гэх мэт процессуудын хувьд энэхүү TMP хязгаарт байх нь гарц болон уургийн бүрэн бүтэн байдлыг хоёуланг нь хамгаалдаг.

8.2. Уургийн уусмалын зуурамтгай чанар нь хэт шүүлтүүрийн гүйцэтгэлд хэрхэн нөлөөлдөг вэ?

Уургийн уусмалын зуурамтгай чанар нь хэт шүүлтүүрийн концентрацийн гүйцэтгэлд шууд нөлөөлдөг. Өндөр зуурамтгай чанар нь урсгалын эсэргүүцлийг нэмэгдүүлж, TMP-ийг нэмэгдүүлж, нэвчилтийн урсгалыг бууруулж, мембраны хурдан бохирдол үүсгэдэг. Энэ нөлөө нь моноклональ эсрэгбие эсвэл Fc-нэгдэл уургуудыг өндөр концентрацид хэрэглэхэд илэрдэг бөгөөд уураг-уургийн харилцан үйлчлэл болон цэнэгийн нөлөөллөөс болж зуурамтгай чанар нэмэгддэг. Туслах бодис эсвэл ферментийн боловсруулалтаар зуурамтгай чанарыг удирдах, оновчтой болгох нь урсгалыг сайжруулж, бохирдлыг бууруулж, хэт шүүлтүүрийн концентрацийн үе шатанд хүрч болох өндөр концентрацийг бий болгодог. Уургийн уусмалын зуурамтгай чанарын хэмжилтийг хянах нь үр ашигтай боловсруулалтыг хадгалахад чухал үүрэгтэй.

8.3. Төвлөрлийн туйлшрал гэж юу вэ, энэ нь TFF-д яагаад чухал вэ?

Хэт шүүлтүүр дэх концентрацийн туйлшрал гэдэг нь мембраны гадаргуу дээр уургууд хуримтлагдаж, их хэмжээний уусмал болон мембраны интерфейсийн хооронд градиент үүсгэдэг. Хөндлөн урсгалын шүүлтүүрт энэ нь орон нутгийн зуурамтгай чанар нэмэгдэж, урсгалын бууралтад хүргэдэг. Хэрэв хяналтгүй орхивол мембраны бохирдол үүсч, системийн үр ашгийг бууруулж болзошгүй юм. Хэт шүүлтүүр дэх концентрацийн туйлшралыг шийдвэрлэх нь нимгэн туйлшралын давхаргыг хадгалахын тулд хөндлөн урсгалын хурд, TMP болон мембраны сонголтыг оновчтой болгох явдал юм. Нарийвчлалтай хяналт нь нэвтрүүлэх чадварыг өндөр, бохирдлын эрсдэлийг бага байлгадаг.

8.4. Хэт шүүлтүүрийн мембранаа хэзээ солихоо хэрхэн шийдэх вэ?

Хэрэв та дамжуулах чадвар (урсгал) мэдэгдэхүйц буурсан, стандарт цэвэрлэгээгээр арилгаж чадахгүй TMP-ийн хэмжээ байнга нэмэгдэж, эсвэл цэвэрлэсний дараа үлдэгдэл бохирдол ажиглавал хэт шүүлтүүрийн мембраныг солино. Нэмэлт үзүүлэлтүүдэд сонгомол чанар алдагдах (байгуулсан уургийг хүлээгдэж байсанчлан татгалзах) болон гүйцэтгэлийн үзүүлэлтэд хүрэх боломжгүй байх зэрэг орно. Мембран солих давтамжийг тогтмол урсгал болон сонгомол чанарын туршилтаар хянах нь уургийн уусмалын хэт шүүлтүүрийн концентрацийн процесст мембраны ашиглалтын хугацааг дээд зэргээр нэмэгдүүлэх үндэс суурь болдог.

8.5. TFF-д уургийн бохирдлыг багасгахын тулд ямар үйл ажиллагааны параметрүүдийг тохируулж болох вэ?

Хөндлөн урсгалын шүүлтүүрт уургийн бохирдлыг багасгах гол үйл ажиллагааны параметрүүдэд дараахь зүйлс орно.

Орон нутгийн уургийн хуримтлалыг бууруулж, концентрацийн туйлшралыг зохицуулахын тулд хөндлөн урсгалын хангалттай хурдыг хадгалах.
Бүтээгдэхүүний хэт их гоожих, мембраны эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд санал болгож буй TMP хязгаарт, ихэвчлэн 3-5 psi (0.2-0.35 бар) ажиллана.
Эргэлтгүй бохирдлыг хязгаарлахын тулд мембран цэвэрлэх тогтмол журмыг хэрэгжүүлнэ үү.
Тэжээлийн уусмалыг хянаж, шаардлагатай бол зуурамтгай чанарыг нь хянахын тулд урьдчилан боловсруулна (жишээлбэл, пектиназа гэх мэт ферментийн боловсруулалт ашиглан).
Зорилтот уургийн хэмжээ болон процессын зорилгод тохирсон мембраны материал болон нүх сүвний хэмжээг (MWCO) сонгоно уу.

Гидроциклон урьдчилан шүүлт эсвэл ферментийн урьдчилан боловсруулалтыг нэгтгэх нь системийн гүйцэтгэлийг сайжруулж чадна, ялангуяа өндөр зуурамтгай чанартай тэжээлийн хувьд. Мембран бохирдлыг багасгах, хэт шүүлтүүрийн концентрацийн үе шатыг оновчтой болгохын тулд тэжээлийн найрлагыг нарийн хянаж, тохиргоог динамикаар тохируулна уу.