全自动交叉流过滤工艺开发系统

1、ÄKTAcrossflow 全自动交叉流过滤工艺开发系统ÄKTAcrossflowTM是第一款用于交叉流过滤工艺开发的全自动化系统，并适用于小规模生物样品过滤器的筛选及工艺优化。ÄKTAcrossflowTM与UNICORNTM控制软件的组合使您在交叉流工艺过程控制中得到与大规模条件一致的模拟数据并提供结果的全分析数据。使用ÄKTAcrossflow的优点包括： 应用广泛，涵盖超滤及微滤 操作灵活，既可使用中空纤维滤柱又可使用交叉流盒式滤器 有全TMP及流量探索，可得到非常精确和高效率的工艺开发 同一UNICORN界面既可用于层析又可用于膜分离 无需冷却

2、的低剪切力泵，对蛋白质及细胞无损伤 最小工作体积25ml确保使用40 cm2-150 cm2的滤器就可完成全工艺操作 系统设计及说明 ÄKTAcrossflow由独立的装置组成，计算机拥有平面屏幕监测器及UNICORN软件（图1）。紧凑的台式系统适于在实验室安装，减少了实验室开支。卫生设计意味着它在质量上符合当前的药品生产质量保证体系（cGMP）。 图1. 紧凑的，卫生设计的ÄKTAcrossflow。 该系统由ÄKTAdesignTM部件组成，具有可靠性、可放大性以及灵活性。ÄKTAcrossflow具有UV、pH和电导检测器，以及空气，压力和温度传感

3、器等完善配置。阀和配件是专为符合卫生及无泄漏的操作而特别开发。电动隔膜阀减少了滞留体积并防止死体积的产生。 各种各样的交叉流设计包括用于细胞收集/细胞浓缩的GE Healthcare 中空纤维交叉流滤柱，以及用于产物浓缩/洗滤的KvickTM Start 盒式滤器。ÄKTAcrossflow系统操作膜面积最大可达150 cm2并适宜于处理小体积样品。 UNICORN控制软件使系统与用户之间的交流快捷、简单。软件也能满足现代化生产及实验室设备所要求的严格控制和数据处理程序。方法向导程序可便捷地生成方法。优化的方法可从实验室转换到生产规模。流路 图2显示了ÄKTAcrossfl

4、ow的流路，它由输送线路，再循环线路，透过液线路，储液槽加上系统泵（图3）和阀（图4）组成。流路中的组件和传感器为无菌设计，详见下述说明。 图2. 流路图 Transfer line,输送线路； Transfer Valve Block1，送液阀区组1；Air Sensor, 空气传感器Transfer Valve Block2, 送液阀区组2；Transfer Pump (Module A)， 送液泵（A型标准组件）； Transfer Pressure Sensor, 送液压力传感器；Flow Restrictor,限流器；Transfer Purge Valve, 送液清洗阀；waste

5、,废液； Recirculation line, 再循环线路；Feed pump,进样泵； Feed Pressure Sensor ,进样压力传感器；Vent,通气口； Stirrer,搅拌器； Level&Temperature Sensor,水平及温度传感器； Reservoir,储液槽；Retentate Pressure Control Valve, 回流液压力控制阀；Retentate Valve Block, 回流液阀区组；Retentate Pressure Sensor, 回流液压力传感器；Cartridge,柱； Permeate line,透过液线路；Permea

6、te Pressure Sensor, 透过液压力传感器；Permeate Pressure Control Valve, 透过液压力控制阀； Recycle,再循环； Permeate Valve Block, 透过液阀区组；Permeate Pump (Module B), 透过液泵（B型标准组件）。 图3 . 设计的无菌隔膜阀 图4 . 设计的无菌活塞泵输送线路送液阀区组为八个不同的进口，可选择适当的进口管路，例如，样品、缓冲液、CIP（就地清洗）和清洗液。送液泵将液体输送到储液槽中。如同ÄKTAcrossflow系统中所有的泵一样，送液及透过泵是高精度计量泵，可作为流量计向U

7、NICORN控制系统报告精确的流速和体积信息。输液清洗阀可用于送液线路的清洗。为安全起见，压力传感器（PT）测量送液线路的压力。气体传感器可用在样品进口管道使样品量得到有效利用。储液槽储液槽中装有样品以及由膜处理过的回流液。槽底的磁力搅拌器确保体积大的流体，从膜上返回的回流液和经输送线路加进去的液体之间混合均匀。在槽底的一体化的水平（L）和温度传感器（T）不断地报告回流液的体积和进入过滤器液体的温度。水平传感器也可用于防止气体进入，保护滤器。再循环线路进样泵产生流过滤膜的交叉流。在滤柱之前的回流液阀区组的一个阀（R-VB-Out1）使液体以高速流动。进样的压力（PF）在滤柱的进样口处测量。在柱

8、体的回流液侧，压力传感器（PR）测量由滤柱膜排出返回储液槽的液体的压力。图5显示的回流液压力控制阀（R-PCV）用于调节回流液压力，例如，在TMP（过膜压力）下过程控制。回流液阀区组由三个出口组成，一个在滤器前，两个在滤器后，主要用于产物的回收。图5 . 回流液压力控制阀透过液线路在滤柱的透过液一侧，有一系列传感器监测透过液压力（Pp），电导（Cond），UV吸收（UV）和pH（pH）。透过液泵是透过液流路的一个主要部分，因为它用于控制恒定的透过液流速或控制恒定的透过液压力，例如，在TMP控制下，泵的流速调节到保持UNICORN设置的恒定的透过液压力，从而不断地报告透过液流速。压力控制阀（R-

9、PCV）适宜在透过液泵之后，它自动地提高压力到高于透过液压力的水平，由泵的检验阀的适当功能来确保流速的精确性。透过液流路继续到由四个出口组成的透过液阀区组，第四个出口是一个预先配置好的再循环线路，再循环线路用于将透过液返回储液槽，进行在稳定状态下的分析，例如，在优化的过程中用TMP摸索。安全设计为安全起见，压力调节阀置于回流液（R-VB-Out1）和透过液（R-VB-Out3）阀区组。当滤器的出口被堵塞而发生故障时，储液槽的顶盖可释放过高的压力。另外，在UNICORN控制系统中的压力警报也可防止系统和滤柱压力过高。储液槽和管道ÄKTAcrossflow可配置不同尺寸的储液槽和管道以满

10、足不同流速、样品和死体积的各种应用需求。每个储液槽配有磁力搅拌棒确保混合均匀。储液槽的一个漂浮的装置可防止旋涡及泡沫的形成， 使操作在高再循环流速和最小的工作体积下进行。标准的储液槽体积为350ml，1100 ml的储液槽作为配件提供。两套卫生设计的管道组件可供再循环线路应用，以满足定制该ÄKTAcrossflow系统的客户的特殊应用：1.7mm内径 PVDF管道和2.9mm 内径 EFTE管道。管道的接头具有预制的模型管道末端和O-形密封圈，以防止流动路径内外的渗漏。小尺寸管道的设计使整个体系更加紧凑。泵和阀ÄKTAcrossflow系统具有高精度的测量泵。泵头为自身带有

11、清洗系统的卫生设计，以防止污染和泵的损伤。经检验过的低剪切力的设计，保证在操作过程中敏感的细胞物质不受损伤。另外，这样的设计确保从泵头传到处理液体的热量转移可以忽略不计。进样泵配有四个泵头，在和缓及低脉冲循环下处理敏感的液体达到600 ml/min。送液及透过液泵可有200 ml/min的低脉冲流速。泵的精确度高于整个流速/黏度范围使系统操作不需要流速计。ÄKTAcrossflow系统中的流体由四个步进电机驱动的膜片阀区组和三个杠杆驱动的阀装置控制。所有的阀装置为具有高度抗化学腐蚀的EPDM膜的卫生设计。阀区组由多个阀组成，以减少死体积。根据其在流动路径中的位置，它们有不同号码的进口

12、和出口。杠杆驱动的阀装置配有三通阀（送液清洗阀）或压力控制阀（R-PCV或 P-PCV）。在两个配置中， EPDM包封的杠杆由电磁片驱动，开启或关闭流动路径。控制阀的电磁片调节进口密闭力的水平。这些新颖的设计可全面地控制压力及过滤过程。UNICORN快捷及安全的工作方式UNICORN软件控制ÄKTAcrossflow系统。UNICORN具有一个用户熟悉的控制平台以及各种规模过滤或层析操作的用户界面的优点。探索的特征在于自动支持工艺过程的开发和优化。方法向导程序及预编程的清洗方法提供了按比例放大和生产工作的高效率。UNICORN完全符合所有应用法规，包括21CFR Part11（图6）

13、。 Main Menu,主菜单； Validation Support,验证支持； Controlled user access, 受控用户访问； Method Editor,方法编辑器； Method, 方法；System Control,系统控制； Result,结果； Evaluation,求值； Logbook,日志； Report,报告。 图6. UNICORN实行严格的控制及数据处理程序 交叉流工艺控制ÄKTAcrossflow系统和UNICORN控制软件支持通常用于超滤及微滤过程控制的方式方法，例如，TMP控制和流量控制。这些控制方式方法与可选择的进样泵的指令结合，例如

14、，进样流速、进样压力、P、 回流液流速或剪切速度。UNICORN也报告实时的过程参数，例如，回流液体积，浓缩因子，洗滤交换因子，及累计透过液体积。方法向导程序用方法向导程序可以容易地为一典型的运行的所有步骤编程过滤方法。例如，可以清洗新的滤器；CIP用过的滤器及每次运行前检测水通量和检测滤器的质量及状态。在方法向导程序中也提供系统的清洁方法。水通量测试是使用自动系统的好处的典型例子。水通量测试很容易地包含在过滤步骤之前或之后的方法中。从求值向导程序，可对某一滤器收集数据来检测经多次循环后，滤膜通量的恢复情况。对产物步骤可选择多至三个浓度或洗滤/清洗步骤（图7）。也可以根据总的起始处理体积按进样

15、批次或罐批次模式运行。工艺优化方法是一个特殊的选项，在此项中，您可选择某一再循环条件并探索一系TMP值，来找到运行的最佳TMP。该方法程序与求值组件相联在此可以进行结果的分析。 图7. 在方法向导程序中选择产物步骤。求值模块 求值组件由于省去了手工将数据转移到电子数据表格而节省了时间。该组件可以五种不同的求值操作（图8）对优化的结果进行灵活和直接的表述。这些操作包括，过程的优化，水通量的标准化，洗滤时间的优化，效率图及“任意参数对任意参数作图”。 图8. 在求值组件中的可应用的操作工艺过程的优化用于分析过程特征试验，其中测试一系列设置的点（图9）。最普通的试验是测试在不同的回流液流速和不同的蛋

16、白质浓度下TMP的偏移。工艺过程的优化在原始数据曲线上通过用户确定的一些点制作一个新图，例如，流量对TMP（图10）。. 过程的优化也可使用户在屏幕上罗列多个图 (即在不同的回流液流速或不同的蛋白质浓度下, 流量对TMP作图)。这一功能可用于任何过程参数。 图9. 用TMP探索，100 g/l 和20 g/l 的BSA溶液，对BSA的浓缩/洗滤工艺优化的原始数据记录。 图10. 由图9的原始数据用求值组件得到的曲线。下面的三条曲线显示100 g/l的BSA结果，上面的三条曲线显示20 g/l 的BSA的结果。“任意参数对任意参数作图” 求值操作用于对浓度，洗滤和细胞处理的常规运行的结果进行分析

17、。它可以让您将结果文件中的任何过程参数作为X-轴或Y轴制作成曲线。过滤装置该系统是为使用盒式过滤器及中空纤维滤柱过滤而设计。许多交叉流装置包括用于细胞收集和细胞浓缩的GE Healthcare的中空纤维交叉流滤柱及用于产物浓缩/洗滤的Kvick Start盒式过滤器。ÄKTAcrossflow最大可安装高达150 cm2滤膜面积来处理小量样品。卫生设计ÄKTAcrossflow 具有用1M氢氧化钠（NaOH）作为清洁剂进行有效清洁的设计。清洁是利用化学试剂将微生物群减少到可接受的、预定的水平。检测微生物试验可对清洁剂的有效性进行评估。在一个研究中该系统已经经受了高水平的微生

18、物检测试验（1×106 Colony Forming Units CFU/ml）。已经用United State Pharmacopia (USP27)推荐的两个菌株进行抗微生物试验（表1）。结果表明对于清洁所提供的方法是有效的，可见的生物体的数目明显减少。表1. 用于微生物检测试验的生物体-大肠杆菌 ATCC 8739 革兰氏阴性细菌绿脓杆菌 ATCC 9027 革兰氏阴性细菌 -验证文件及服务管理当局期望生产治疗或诊断产品的公司在其设备用于生产或分析之前应取得资格。Fast Trak ValidationTM是GE Healthcare的特殊服务部门，在交付ÄKTAcrossflow后应客户要求提供有效资格文件。生产和分析设备的安装及操作资格（IQ/OQ）是cGMP要求的正式资格的一部分。因此，该文件受到管理当局的检查。 Fast Trak IQ/OQ 组合包含专业开发模板，它将加速设备的资格证明的取得，该模板有帮助文本，并很容易完成，或者如果需要帮助，