国产三级在线观看午夜,日本人喷液过程视频在线,女性自慰网站免费看WW

生物過程中溶液中濃度測量技術(shù)比較

上海奧法美嘉生物科技有限公司 2023-03-10 | 閱讀：578

1引言

生物制藥制造涉及復(fù)雜的工藝步驟，嚴(yán)格的生產(chǎn)條件能最大限度地提高生物產(chǎn)品的產(chǎn)量、純度和質(zhì)量,。近年來,，過程分析技術(shù)(PAT)越來越多地被用于實時監(jiān)控關(guān)鍵的過程和性能參數(shù)。PAT技術(shù)能更好地控制生產(chǎn)條件,，工藝流體中的溶液濃度是許多生物處理步驟中實現(xiàn)成品質(zhì)量一致性所需的重要參數(shù)。

2濃度測量的關(guān)鍵需求

許多生物制藥制造工藝步驟需要測量溶液中溶質(zhì)的濃度。對于上游過程,，進(jìn)料和生物反應(yīng)器中成分的濃度對于細(xì)胞代謝和生長非常重要，同時要確保可重復(fù)操作,；在下游過程中,，需要大量的溶液(包括緩沖液)來進(jìn)行層析和超濾/透析(UF/DF)步驟。制備不當(dāng)?shù)娜芤嚎赡軙ο掠芜^程產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響(例如,，產(chǎn)品無法與色譜柱結(jié)合或不正確地配制原料藥),。

因此，溶質(zhì)濃度的測量是溶液制備過程中的一個關(guān)鍵步驟,，確保溶液在引入過程之前已經(jīng)被正確地配制,。此外，在色譜運行期間,，通過對溶液進(jìn)行在線監(jiān)測,，可以提供用于生成鹽梯度的輸入控制參數(shù)，進(jìn)行在線稀釋緩沖液,，并監(jiān)測在色譜運行的每個步驟(例如平衡,、洗滌和洗脫)中是否使用了正確的溶液。

工藝過程中流體濃度的測量在清潔操作中十分重要,，對清潔液進(jìn)行濃度測量以確定清潔溶液中酸,、堿或清潔劑濃度是否處于適當(dāng)水平。未進(jìn)行該測量可能會導(dǎo)致清潔不充分,、系統(tǒng)組件損壞以及系統(tǒng)停機時間延長,。濃度測量還用于監(jiān)測清潔過程所需要沖洗系統(tǒng)的水中的溶質(zhì)濃度，可以檢測清洗過程中清潔劑是否完全去除,。

3濃度測量技術(shù)概覽

要讓生物制藥制造商完全相信上游和下游生產(chǎn)過程中使用和產(chǎn)生的工藝流體是符合規(guī)定的濃度,，擁有易于使用、有效且高效的濃度測量方法非常重要,。理想的技術(shù)必須是可靠的,，并且提供高精度和可重復(fù)性以及快速響應(yīng)時間。

電導(dǎo)率

電導(dǎo)率是衡量溶液傳導(dǎo)電流能力的指標(biāo)(1),。它可以通過在電極之間施加電壓,，測量產(chǎn)生的電流，并確定溶液的電阻率(由此計算電導(dǎo)率)來測量,。溶質(zhì)在溶液中導(dǎo)電的程度取決于其離子特性和濃度,。因此，測量電導(dǎo)率是確定離子溶液濃度的好方法,。

但是這種方法在測量含有非離子和弱離子物質(zhì)的溶液濃度的能力方面受到一定限制,，包括許多生物處理溶液中的成分。使用電導(dǎo)率來精確測定許多生物制藥溶液中成分的濃度相對困難,。

溶液的pH值是衡量溶液酸度或堿度的指標(biāo),。具體來說，pH值測量水合氫離子的濃度(2)。因此,，它是解離時產(chǎn)生水合氫離子的物質(zhì)的水溶液濃度的有效指標(biāo),。

但對于不產(chǎn)生水合氫離子的工藝流體，它的用途有限,。

滲透壓

滲透壓是一種基于由于給定溶質(zhì)(3)的存在而導(dǎo)致的溶液凝固點變化(或凝固點降低)的濃度測量方法,。溶質(zhì)使溶液的凝固點降低到比純?nèi)軇┑哪厅c低的值。

一般情況下,，溶質(zhì)濃度越大，凝固點降低越大;因此,，濃度的大小與抑制程度相關(guān),。與電導(dǎo)率和pH值通常用作在線技術(shù)不同，滲透壓是一種離線測量技術(shù),，不能提供實時信息,。

折射率

折射率:當(dāng)光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，由于光在每種介質(zhì)中傳播速度的變化,，光線會彎曲成一定角度,。一種介質(zhì)的折射率(IoR)是真空中的光速與該介質(zhì)中的光速之間的比率(4)。不同濃度的溶質(zhì)溶液具有不同的折射率,。因此,，確定溶液的IoR可以直接測量溶液的濃度。

在傳統(tǒng)的折射計中,，光源照射在樣品上,，然后光線穿過溶液。這樣,，分析人員就可以確定光的傳輸,。然而，使用這種方法的結(jié)果可能會受到溶液中的濁度以及光的衍射和吸收的影響(1),。

一種較新的使用發(fā)光二極管(LED)反射IoR技術(shù),。來自LED的光線照射到光學(xué)窗口上，該光學(xué)窗口與待分析的工藝流體或產(chǎn)品溶液接觸,。光在臨界角(θc)反射出光學(xué)窗口,，在那里它被折射到流體。這個角度可以通過使用光電二極管陣列探測器分析反射光來確定,。臨界點取決于溶液濃度,。因此，分析人員可以迅速檢測到濃度的變化,。使用這種方法測試的結(jié)果不受溶液濁度或衍射和光吸收的影響,。

與電導(dǎo)率和pH值不同，溶液的折射率與它的電荷情況或酸性無關(guān)。由于該技術(shù)可以非?？焖俚卮_定溶液的IoR,，所以適用于實時數(shù)據(jù)的在線分析，可以對工藝變化立即做出響應(yīng),。此外,，IoR監(jiān)測很容易從實驗室擴(kuò)展到商業(yè)生產(chǎn)，而不會對精度有所損傷,。這使得該技術(shù)適用于需要濃度監(jiān)測的生物制藥應(yīng)用,。

4研究目的、材料和方法

這項研究的主要目的是比較電導(dǎo)率,、IoR和滲透壓的性能,，以測量生物制藥生產(chǎn)中經(jīng)常使用的不同類型溶液的濃度。北卡羅來納州立大學(xué)的生物制造培訓(xùn)與教育中心(BTEC)進(jìn)行了這項分析技術(shù)評估,。

為了評估,，我們準(zhǔn)備了幾種生物制藥加工中常用的不同水溶液(表1)。我們測量了每種溶液的電導(dǎo)率,、IoR和滲透壓,。我們選擇的溶液包括一系列不同濃度的含有不同溶質(zhì)的液體。這些溶質(zhì)可分為離子型,、非離子型和有機緩沖液,。我們在生物制藥過程中可能使用的pH值條件下制備有機緩沖溶液，不需要調(diào)整pH值,。

對于每種溶液,，我們分別使用220型電導(dǎo)率儀(Denver Instruments)、BT128型IoR濃度監(jiān)測儀(Entegris)和3320型微滲透儀(Advanced Instruments)測量電導(dǎo)率,、折射率和滲透壓,。我們繪制了每種測試方法(電導(dǎo)率，IoR和滲透壓)對每種溶液濃度的響應(yīng),。線性響應(yīng)是一個重要的方法屬性,，因為它允許簡單地量化溶液濃度。因此,，我們使用響應(yīng)的線性度來評估方法的有效性,。

5結(jié)果與討論

我們將在下面討論實驗結(jié)果。

離子濃度

圖1：NaCl：電導(dǎo)率和折射率性能

圖2：NaCl：滲透壓和折射率性能

表1：進(jìn)行濃度分析的溶液

圖1和圖2顯示了NaCl溶液在0.1M到2 M濃度范圍內(nèi)的結(jié)果,，每種方法都給出了合理的線性響應(yīng),。但是，由于樣品的凝固點過低(超出了本研究所用的滲透計的測量范圍),，高濃度NaCl(2M)溶液的滲透壓無法測定,。

我們對氫氧化鈉溶液進(jìn)行了類似的測量(數(shù)據(jù)未顯示),。然而，與NaCl的結(jié)果一樣,，NaOH(2 M)的最高濃度的滲透壓超出了滲透計的范圍,。此外，2M NaOH的電導(dǎo)率也超出了量程(300 mS/cm)的范圍,。因此,，無論是電導(dǎo)率還是滲透性都無法提供所研究的濃度范圍內(nèi)的讀數(shù)。相比之下,，IoR在整個濃度范圍內(nèi)呈線性響應(yīng),。

非離子溶液

圖3：乙醇：電導(dǎo)率和折射率性能

圖4：乙醇：滲透壓和折射率性能

圖3和圖4顯示了乙醇溶液的電導(dǎo)率、IoR和滲透壓測量,。沒有一種檢測方法在研究的濃度范圍內(nèi)(10-75v/v)提供完全線性響應(yīng),。然而，IoR方法提供了三種測試方法中最好的結(jié)果,。正如預(yù)期的那樣，乙醇溶液的電導(dǎo)率值相當(dāng)?shù)?，與濃度不是線性相關(guān),。當(dāng)酒精濃度≥0.25 v/v時，溶液不結(jié)冰,。所以我們無法確定它們的滲透壓,。與離子溶液一樣，IoR在整個濃度范圍內(nèi)具有最佳的線性響應(yīng),。

對聚山梨酯80溶液的測量結(jié)果與乙醇溶液相似,。在0.5-5v/v濃度范圍內(nèi)，聚山梨酸酯80溶液的IoR和滲透壓測量值呈線性(數(shù)據(jù)未顯示),。與乙醇的結(jié)果不同,，聚山梨酸酯80的電導(dǎo)率和濃度的圖根據(jù)線性最小二乘擬合的決定值系數(shù)顯示出一定的線性。由于聚山梨酯80是非離子型的,，這個結(jié)果是出乎意料的,。然而，測量的電導(dǎo)率值較低(均為5μS/cm以下),，在這個低范圍內(nèi)的測量精度相當(dāng)?shù)汀?/p>

有機緩沖液

圖5：Tris 無 pH調(diào)節(jié)：電導(dǎo)率和折射率性能

圖6：Tris 無 pH調(diào)節(jié)：滲透壓和折射率性能

圖7：Tris pH值8：電導(dǎo)率和折射率性能

圖8：Tris pH值8：滲透壓和折射率性能

在不同的pH值下,，3種有機緩沖液(2-(N-嗎啉基)乙磺酸(MES)、2-氨基-2-羥甲基丙烷-1,，3-二醇(Tris)和2-[4-(2-羥乙基)哌嗪-1-基]乙磺酸(HEPES))的測定結(jié)果相似,。圖5-8顯示了未調(diào)整和調(diào)整到pH 8的Tris溶液的數(shù)據(jù)。在10-500 mM的濃度范圍內(nèi),，pH為8的Tris溶液對所有測量方法都呈線性響應(yīng),。值得注意的是,，在沒有調(diào)整pH的情況下，電導(dǎo)率和濃度之間的關(guān)系不是線性的,。這些有機緩沖液只是弱離子的,，在低電導(dǎo)值時，準(zhǔn)確度和精密度會受到影響,。用酸調(diào)節(jié)pH到8,，此時的Tris溶液的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)與濃度呈線性關(guān)系，這是由于調(diào)節(jié)pH用的酸的關(guān)系（HCl）

表2：本研究中獲得的折射率,、電導(dǎo)率和滲透壓數(shù)據(jù)的決定系數(shù)

表2總結(jié)了所使用的每種分析方法的決定系數(shù)(R2),。R2是數(shù)據(jù)與擬合線性回歸線的接近程度的統(tǒng)計度量(5)。該表清楚地表明,，電導(dǎo)率是確定離子溶液和有機緩沖液濃度的合適方法,。然而，這不是一種適合于測定非離子溶液濃度的方法,。

表2中的結(jié)果還表明,，雖然滲透壓適用于本研究評估的大多數(shù)溶液，但由于缺乏凍結(jié),，較高的溶質(zhì)濃度可能導(dǎo)致滲透壓值不確定,。還應(yīng)該注意的是，滲透壓是一種離線方法,，不能用于在線分析,。值得注意的是，表2表明,，在所有濃度下,，只有IoR對所有溶液都有線性響應(yīng)。

我們觀察到所有方法都有良好的精度,，盡管導(dǎo)電性能測試的重復(fù)性略低于IoR和滲透性測試,，特別是在低導(dǎo)電性能值時。具體來說,，電導(dǎo)率測量需要頻繁校準(zhǔn),，讀數(shù)穩(wěn)定需要時間。

6有效的濃度測量與IoR法

生物制藥生產(chǎn)中的質(zhì)量控制是生產(chǎn)安全有效的生物藥物的關(guān)鍵,。生物制藥生產(chǎn)中使用的工藝流體的準(zhǔn)確濃度測量對于確保一致的加工,，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量至關(guān)重要。在線PAT方法的開發(fā)提高了公司實時監(jiān)測和控制生物過程的能力,。

對于濃度測量,，本研究表明IoR技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)的濃度測量方法，如電導(dǎo)率和滲透壓,。IoR方法對所有測試溶液的濃度都產(chǎn)生了優(yōu)秀的線性相關(guān)性,。由于IoR能夠?qū)ι镏扑幧a(chǎn)中常用的許多不同類型的試劑在更寬的濃度范圍內(nèi)進(jìn)行有效的實時濃度測量,，具有很高的準(zhǔn)確度和精度，因此,，它在實時在線測量工藝流體濃度方面具有很大的潛力,。

參考資料