超滤原理及应用讲座PPT.ppt

刘毅milliporechinabioprocessdivision 超滤原理及应用 whoismillipore 密理博简介 创建于1954年 总部位于美国麻省波士顿 世界最早的膜生产商之一 雇员超过6000人专注于生物 制药及生命科学领域分离纯化设备的领先者拥有超过6500种产品2006年销售额达到15亿美元 讲座主要内容 millipore公司简介超滤技术原理与简单优化膜的结构和功能为分离工艺选择合适的膜超滤系统介绍切向流超滤的操作超滤技术在生物工程领域的应用 whoismillipore 密理博简介 创建于1954年 总部位于美国麻省波士顿 世界最早的膜生产商之一 雇员超过5800人专注于生物 制药及生命科学领域分离纯化设备的领先者拥有超过6500种产品2006年销售额达到15亿美元 millipore全球有7个符合iso9000标准的制造工厂 密理博产品范围 从实验室研发到生物制药的分离纯化 细胞培养及环境监测 bioprocess57 lifescience23 labwater20 小针剂型产品 大输液产品 滴眼剂 生物制药 澄清和预过滤系统最优化的预过滤配置 从实验室到放大生产 millistak 传统的 大饼 型式 millistak 先进的pod形式 labplant 切向流超滤系统超滤系统 盒式膜包 膜 从小试到生产 labplant pellicon2超滤膜实现了完全线性放大 层析系统控制系统 层析柱 层析介质 从小试到生产 vantagel实验室级层析柱 prosep亲和层析填料quickscale层析柱 labplant 除菌过滤产品及除病毒过滤产品过滤芯 disposable囊式过滤器 膜片 从小试到生产 实验室用各种除菌 除病毒过滤器 facility用呼吸器 空气过滤器 料液用囊式过滤器 炮筒式滤芯 第四代完整性测试仪 labplant 全面的微生物监控解决方案 equinox无菌检验系统mairt空气微生物检测仪mairtcompressed压缩空气取样系统milliflex plus液体过滤系统 新的整合 新的技术 celliance 新的整合 新的技术 novaseptic novaseptum取样装置 新的整合 新的技术 mobius 无菌工艺 已经有超过800亿支无菌产品使用我公司的durapore产品 2005 milliporeproductsinmabprocessesmillipore的产品在重组单抗生产中的应用 milliporetffsystemsareusedin9ofthetop10sellingmonoclonals 在目前上市销售的单抗前10位产品中有9个应用了milliporetff系统 millipore的产品在血制品生产中的应用 产物albumin hemoglobin 64kd factorviii factoriximmunoglobins antibodies fibrinogen plasminogen客户bayer kogenate rfviii baxter recombinate ffviii wyeth benefix rfix biopure hemoglobin abbott abbokinase urokinase 迅速发展的疫苗行业 3vaccinesin125years 1800 1925 1990 2002 numberofvaccines 10 20 30 40 16vaccinesin65years 13vaccinesin13years smallpoxrabiestyphoid tuberculosisdiptheria pertussis influenzatetanus yellowfever rubella measles etc hib hepatitisa b meningococcuspneumococcal meningc apertussis hillermansalk pasteurehrlich 我们的部分客户aventis pasteur pfizer bayer solvay wyeth merck gsk等 密理博中国 1987年在中国开始设立办事处2000年在上海设立贸易有限公司在香港 上海 北京 广州 成都 沈阳等地都有办事处目前在中国的雇员超过100名 销售 维修 技术支持 工艺开发 系统工程师 密理博公司的服务领域包括 1 制药及生物工程领域2 生命科学研究领域 millipore的技术人员队伍 技术开发支持pds工艺开发专员 processdevelopmentspecialist 工艺技术解决方案 加速上市 系统设计 制造服务高级系统设计工程师针对特殊工艺要求的设计专业的售后服务售后服务工程师 serviceengineer 验证支持服务验证实验室 海外 应用开发实验室 上海 验证服务专员工艺验证服务 过滤工艺 质量验证服务 微生物控制 产业规模 从实验室研发到大规模生产的顺利放大 实验规模 howtogetfromhere tothere millipore 您的战略合作伙伴 膜分离过程 什么是超滤 超滤的应用范围 a除热原应用 depyrogenation 缓冲液 动物细胞培养基的热原去除生物样品分离纯化终产物除热原中药除热原样品透析 缓冲液转换b生物样品的分离纯化 浓缩应用 bioproductseparation purification concentration 新药研发 小规模制备样品单抗 基因工程表达产物的分离疫苗 活性要求高的生物样品分离除杂质超滤分离 浓缩的应用处理珍贵的生物大分子样品 c生物工艺的终产物的透析缓冲液更换 bioproductdiafiltrationorbufferexchange 生物样品 培养 发酵表达产物 生物提取产物 的透析样品上层析柱前或洗脱后的缓冲液更换 及透析微滤实验 0 1 0 22 0 45 0 65um dmicro filtrationapplication 发酵菌体的浓缩收集 更换缓冲液 洗濯 e coli yeast等 菌体破碎后 澄清过滤细胞培养液的澄清 减菌中药提取液的澄清分离微滤之后 便可直接上层析柱 超滤的应用范围 滤膜孔径分布 0 1kd 2 0kd 反渗透纳滤超滤微滤 0 1 0 65 m 1kd 1000kd0 001 0 10um 过滤方式 普通过滤 nff 滤芯形式或 死过滤 流向是垂直于过滤介质的所有的液体全部透过过滤介质颗粒被截留在过滤膜内部或表面 切向流过滤 tff 交叉流动过滤流向是切向 平行 于过滤膜表面的一小部分液体透过过滤介质截留的颗粒从膜的表面被 扫除 普通过滤 死端过滤 切向流过滤 错流过滤 切向流速 透过流速 溶液浓度cb 膜表面 膜表面浓度cw 料液浓度cb 膜表面 膜表面浓度cw 切向流过滤 tff 膜表面 常规过滤 nff 超滤系统模型 basictffsystemlayout超滤系统示意图 permeateflow透出液 retentateflow回流液 membrane膜 inletpressure进口压 retentatepressure回流压 permeatepressure透过压 mixedtank混合罐 crossflow bulkconcentrationcb溶液浓度 wallconcentrationcw膜表面浓度 feedflow pump flush mixed diafiltrationbufferexchange透析 缓冲溶液置换 retentatevalve回流阀 heatexchanger热交换器 passage 透过率 permeate x100 retention 100 passage截留率 基本超滤术语 retentate回流液permeate透过液 passage透过率 retention截留率 体积 升 面积 平方米 时间 小时 litres squaremetrexhour orlmh升 平方米x小时 flux 通量 基本超滤术语 typicalfluxesmillipore超滤 微滤膜典型通量 start finish volumetricconcentrationfactor体积浓缩因子 基本超滤术语 yield productrecoveredatendofprocess收率minuslosses损失最小化losstopermeate retentate透过液 回流液中的损失adsorptiontomembrane膜吸附unrecoverableproduct holdup 无法回收的产物 死体积 finish 基本超滤术语 transmembranepressure跨膜压pressuredrop压降 p pf pr k q 基本超滤操作参数 optimalcrossflowis3l min increasingcrossflowbeyondthisvaluedoesn timprovefluxsignificantly 超滤参数优化 切向流速 findoptimalcrossflowatcinitial优化的流速 fluxvs tmpandcrossflow q tmp psi flux lmh 超滤参数优化 tmp findoptimaltmpatonecrossflow优化的tmp fluxvs tmp atoneq polarized optimaltmp unpolarized 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 tmp psi 0 10 20 30 40 50 60 flux lmh 膜的结构和功能 regeneratedcellulosecomposite30kdmembraneat2014x 摘要 膜的结构和材质微孔过滤 mf 超滤 uf 反渗透 纳滤 ro nf 膜的关键特性分离工艺膜的选择 膜的材质 微孔过滤膜聚醚砜polyethersulfone再生纤维素regeneratedcellulose聚偏二氟乙烯pvdf polyvinylidenefluoride聚碳酸酯polycarbonate尼龙nylon超滤膜聚醚砜polyethersulfone再生纤维素regeneratedcellulose聚偏二氟乙烯pvdf polyvinylidenefluoride 膜的材质 物理性质可压性弹性韧性化学性质ph溶剂化学兼容性热敏性质温度 membranefunctionality膜的功能 capturemechanisms捕获机理sizeexclusion大小排除surfacecapture entrapment表面捕获 内部捕获adsorption吸附particlesareadsorbedintothemembranestructure颗粒被吸附在膜上porosity开孔率definedby ofmembranemadeupbythepores定义墨上开孔的比率thehighertheporositythehigherthepermeability高开孔率高通透率 membranestructure ufcross sectionalsem s膜结构 voidfreebiomaxpesmembranes无缺陷的聚砜膜biomax conventionalpesmembraneswithfingervoids手指状的传统聚砜膜 pesmembranes聚砜膜 regeneratedcellulose再生纤维素 conventionalregeneratedcellulose传统再生纤维素 compositeregeneratedcelluloseultracel复合再生纤维素ultracel membranestructure ufcross sectionalsems膜结构 降低成本 产物是最重要的因素 characteristicsofufmembran超滤膜的特性 ultrafiltrationmembranes超滤膜参数 operatingpressure操作压力0 100psi 0 6 9bar tighterporestructurerequireshigherpressurestoovercometheresistanceofthemembrane紧密的膜孔结构可在高压下也可获得膜的截留率porerating孔径basedonretentionofglobularproteinmarkersfornominalporesizeratings相对孔径基于球状蛋白截留率的标定singlesolutetestingmostcommon通常是单一溶液测试mixedsolutetestingismorerealisticbutnewer混合溶液测试更现实 但是较新structure结构castmembrane铸造膜thinskin薄皮asymmetric不对称fingervoidsorvoid free手指状或无缺陷non compositeorcomposite非复合或复合integritytesting完整性测试diffusion testingonlydetectsgrossdefects 气体扩散 孔径定义 葡聚糖截留曲线 膜孔径选择与产物损失 截流率导致的产物损失受以下操作参数影响体积浓缩因子透析体积对于在回流液中的产物损失计算 productlosstofiltrate 100 1 e r 1 lnvcf n 3 5倍的余量 孔径选择与产物损失产物在回流液 typicalmembraneretentioncharacteristics典型的膜截留特征 selectingamembraneforaseparation如何为分离工艺选择合适的膜 objectiveoftheseparation分离的目的characteristicsofthefluidandthesolute液体和溶质的性质concentrations initialandfinal浓度 初始和最后stability solubility稳定性 可溶性effectiveporesize有效孔径processingsensitivity过程的敏感性potentialhazards潜在的风险 definingtheseparationobjective明确分离的目的 whatistheproductsolution suspensiontobefiltered 待过滤的产品溶液 悬浮液是什么 name composition properties stability 名字 组成 性质 稳定性whatmustberemovedfromtheproductduringfiltration 过滤中什么必须被除去 solvent othersolutes insolubles andtheircharacteristics溶剂 其他溶液 不溶物和他们的性质whataretheconcentrationsofproduct solvent impurities 产品 溶剂 杂质的浓度是多少 atwhattemperatureshouldfiltrationbeconducted 在多少温度下操作 howmuchfeedvolumetobefiltered 进料液有多少体积被滤过 whatisthedesiredfinalproductconcentration orproductsolutionvolume 最后产品的浓度或产品溶液的体积要求是多少 willtheretentateneedtobediafiltered ifso whatisthequantitativeobjectiveofdiafiltration 截留物质是否需要透析 如果是 透析的数量目标是什么 howmuchtimeisavailableforprocessingasinglebatch 处理一个批次需要多久 definingtheseparationobjective明确分离的目的 understandthesolvent了解溶剂phionicstrength离子强度viscosity粘性processingconditions过程条件prefiltration pretreatment预过滤 预处理temperature温度time frequency时间 频率hardwarerestrictions硬件限制cleaning sanitizingchemicalselection清洗 消毒化学物质的选择personnelrestrictions人员的限制 characteristicsofthefluidandthesolute液体和溶质的性质 somemembraneselectionquestions膜材料选择的问题 截留孔径solutesize characteristics溶质的大小 性质membraneperformance膜的表现溶剂的化学兼容性solventtype concentration溶剂的类型 浓度清洗化学物质相关的问题compatibility exposure validation化学兼容性 暴露 验证膜的粘联 吸附性质initial finalproteinconcentrationisimportant初始 最后蛋白的浓度最重要产物的回收率 截留率rememberufmembranesarenottotallyretentive超滤膜不是全部截留establishacceptablestandardsfirst首先建立可接受的标准 guidelinesforchoosingapolymericmembrane选择膜材料的指导建议 comparetwotypesofufmembranes比较两种类型的超滤膜cellulose lowproteinbinding solventresistant 纤维素 低蛋白吸附 耐有机溶剂 polyethersulfone broadphrange oxidantresistant 聚醚砜 广泛的ph范围 抗氧化 recommendcellulosemembranesfor 纤维素膜推荐用于 solutionscontainingorganicsolvents溶液含有有机溶剂diluteproteinsolutions initialconcentration20g l 浓缩蛋白浓度达20g lprolongedexposuretonaohoroxidantslikechlorine延长naoh或氧化剂如氯的耐受 膜的选择 pellicon平板膜与中空纤维对比 millipore推荐您在生物 制药领域超滤应用时使用pellicon板膜 approximateproteinadsorptionofdifferentmembranematerials不同膜材质对蛋白的吸附 membranematerial proteinadsorption ug cm2 hydrophilizedpvdf durapore viresolve 1 10 regeneratedcellulose plseries 1 35 celluloseacetate 40 50 modified lowproteinbinding polyethersulfones biomax 10 125 unmodifiedpolyethersulfones ptseries 150 200 nylon otherpolyamides 130 200 sources a m pittj paren sci tech may1987pp110 114 c samypharm tech intl nov 1992pp38 48 milliporein housetests membraneselection polymer膜的选择 材料 principle themembraneshouldhaveminimalinteractionwiththesolute原则 膜和溶质间有最小的相互作用selectamembraneknowntohavelowinteraction选择一种有最小相互作用的膜benefitislowadsorption低吸附的益处moreconsistentflux更快的流速moreconsistentrejection passage更高的截留率 通透量greaterpotentialyield更高的回收率easiercleaning易于清洗understand必须了解basicsolutecharacteristics基本的溶质性质manufacturersproductinformation产品生产信息soluteconcentration溶质浓度concentrationfactor浓缩因子 membraneselection retention膜的选择 截留 principle themembraneshouldbechosentoeitherpassorretainthesolute原则 膜被选择因为溶质可通过膜或者被截留clarification theselectedsolutepassesthroughthemembraneandintothefiltrate澄清 该溶质可以透过膜而进入滤出液concentration thesoluteremainsintheretentate浓缩 溶质被截留diafiltration thelowmolecularweightsolutespassthroughthemembranewhilethesoluteofinterestremainsintheretentate透析 小分子物质透过膜 而目标大分子被截留tools information工具 信息solutemolecularweight溶质的分子量大小solutestructure溶质结构 relativefluxfordifferentufdevices各超滤设备的流通量 conclusion总结 tips要点choosethemembranecarefully仔细选择膜selectthemembranebasedontheseparationprocess在分离过程的基础上选择膜ifretentionismaximizedandadsorptionminimizedyougainthegreatestyields 如果截留率最大 吸附最低 那么你将获得最大的回收率 basicoperation超滤的基本操作 flush冲洗integritytest完整性测试buffercondition缓冲液的条件process conc 工艺 浓缩 澄清process diafiltration工艺 透析recoverproduct获得产品cip sip 在线清洗waterflux水通量storage保存 basicoperation超滤的基本操作 flush冲洗integritytest完整性测试buffercondition缓冲液的条件process conc 工艺 浓缩 澄清process diafiltration工艺 透析recoverproduct获得产品cip sip 在线清洗waterflux水通量storage保存 operation flushing操作 冲洗 flushingisdonetoremovestorageorcleaningsolution冲洗是为了去除保存液或清洗剂flushingfluid water canberecirculatedbacktotankordirectedtodrain冲洗液 水 可循环流回罐中或直接排掉tips 技巧usecleanwater使用干净的水flushingdirectlytodrainismoreefficient直接排放的冲洗更有效率flushingwithwarmwatercanhelp温水冲洗效果较好 basicoperation超滤的基本操作 flush冲洗integritytest完整性测试buffercondition缓冲液的条件process conc 工艺 浓缩 澄清process diafiltration工艺 透析recoverproduct获得产品cip sip 在线清洗waterflux水通量storage保存 operation integritytesting操作 完整性测试 whyintegritytest 为什么进行完整性测试 iffilterisnotintegral yourseparationwillnotbeperformedproperlyandproductmaybelost如果膜不是完整的 分离将不会表现良好而且产品可能会丢失mayberequiredtosatisfyregulatoryconcerns需要满足法规的要求principleofintegritytesting完整性测试的原理wetthemembranecompletelywithwater用水完全润湿膜measureairflowthroughthewettedmembraneatlowpressure 5 30psi 在低压下 5 30psi 测量空气通过湿润膜的体积 operation integritytesting操作 完整性测试 procedure步骤cleanifnecessary如果必要的话清洗flushmembranestothoroughlywet冲洗膜达到完全润湿drainmembranes排掉多余水pressurizefeed retentatesidewithair在进口 回流口用空气加压allowairflowtostabilize空气流动稳定measureairflow测量空气的流量captureairininvertedcylindermassflowmeter用倒置的量筒测量空气的体积 basicoperation超滤的基本操作 flush冲洗integritytest完整性测试buffercondition缓冲液的条件process conc 工艺 浓缩 澄清process diafiltration工艺 透析recoverproduct获得产品cip sip 在线清洗waterflux水通量storage保存 operation bufferconditioning操作 缓冲溶液的条件 whatisbufferconditioning 什么是缓冲溶液的条件 wettingthemembranewithabufferthatiscompatiblewiththefeedsolution湿润膜的缓冲溶液和进料的溶剂是兼容的preventsanysolutesfrombeingprecipitatedordenaturedwhentheycontactthemembrane当它们接触膜时 防止任何溶剂沉淀或变性howdoiconditionthemembranes 我们怎样使膜达到要求的情况 circulateanappropriatebufferthroughthemembranesunderpressure 在一定的压力下 选择一种适当的缓冲溶液来循环洗膜 basicoperation超滤的基本操作 flush冲洗integritytest完整性测试buffercondition缓冲液的条件process conc 工艺 浓缩 澄清process diafiltration工艺 透析recoverproduct获得产品cip sip 在线清洗waterflux水通量storage保存 operation processing操作 工艺 typesofprocessing处理的类型concentration浓缩diafiltration透析procedures步骤filltankwithprocessfluid用料液将罐注满startpumpandadjustsystemtorecommendedflows pressures启动泵然后调节系统到建议的流速 压力concentrateanddiafilterpersops在每个sop下浓缩和透析adddiafiltrationfluidwhererequired在要求的地方加入透析液 concentration浓缩 concentration浓缩 concentration浓缩 concentration浓缩 concentration浓缩 concentration浓缩 concentration浓缩 concentration浓缩 basicoperation超滤的基本操作 flush冲洗integritytest完整性测试buffercondition缓冲液的条件process conc 工艺 浓缩 澄清process diafiltration工艺 透析recoverproduct获得产品cip sip 在线清洗waterflux水通量storage保存 operation diafiltration操作 透析 diafiltrationistheadditionofafluid buffer tothefeedtankduringaufoperationwhilepermeateisbeingremovedfromthesystem透析是当透出液被从系统中去除 在料液罐中加入另外一种液体 缓冲溶液 inclarificationapplicationsitisdonetoimproveremovalofpassingspecies在澄清的应用中 它是用来提高透出物的透出效率的inconcentrationapplicationsitisdonetochangethebuffer在浓缩的应用中 它是用来置换缓冲溶液的 diafiltration透析 diafiltration透析 diafiltration透析 diafiltration透析 diafiltration透析 diafiltration透析 diafiltration透析 diafiltration透析 basicoperation超滤的基本操作 flush冲洗integritytest完整性测试buffercondition缓冲液的条件process conc 工艺 浓缩 澄清process diafiltration工艺 透析recoverproduct回收产物cip sip 在线清洗waterflux水通量storage保存 operation productrecovery操作 获得产品 productinpermeate产品在透过液中diafiltrationwashesproductthroughmembrane通过膜透析回收产品productinretentate产品在回流液中gravitydrain自重排放pressure blow down withdrain用压力 吹干 排空plugflowrinse活塞流冲出putbufferintankandpushfluidoutofsystem用缓冲溶液将料液顶出系统recirculatedrinse循环洗出drainandthenaddbuffertotank排干后将缓冲溶液加入罐中recirculatebufferandcollect循环缓冲溶液然后收集回收 basicoperation超滤的基本操作 flush冲洗integritytest完整性测试buffercondition缓冲液的条件process conc 工艺 浓缩 澄清process diafiltration工艺 透析recoverproduct获得产品cip sip 在线清洗 灭菌 waterflux水通量storage保存 operation cleaning cip 操作 清洗 cip whyclean 为什么要清洗 toremoveproductresiduefromthesystem为了去除系统中产品的残余preventscross contaminationofbatches防止批次之间的交叉污染toremovebioburden去除生物负荷killbacteria mold viruses杀死细菌 霉菌 病毒toremoveendotoxin去除内毒素torestoremembranepermeability恢复膜的通透性ensurereproduciblefiltrationfromruntorun保证每次运行后可重复过滤 operation cleaning操作 清洗 cleaningagents清洗剂musteffectivelyremoveprocessmaterialleftinsystem必须有效地去除系统中料液的残留mustbecompatiblewithmaterialsofconstruction membrane module systemhardware必须与膜 膜具 系统硬件兼容shouldbeabletovalidateremovalofcleaningagentfromthesystem从系统中清洗剂去除可以被验证commonlyusedagents通常使用的介质naohat0 1 1 0nnaocl bleach at200 500ppmactivechlorinephosphoricacidat0 1n0 1n磷酸 operation cleaning操作 清洗 cleaningprocedures清洗步骤addcleaning cip solutiontotank将清洗液加入罐中becarefultomixthoroughly注意完全混匀operatesysteminrecyclemode使系统循环运行retentateandpermeatedirectedbacktotank截留液和透出液直接流回罐中cleaningflowsandpressuresusuallysimilartoprocessingflowsandpressures清洗的流速和压力通常和处理过程中相似 operation steaming操作 蒸汽灭菌 whysteam 为什么蒸汽灭菌 toinsuresterilityofsystem为了保证系统无菌systemshouldbecleanpriortosteaming系统在蒸汽灭菌前应先清洗steamtemperature蒸汽温度typically121 131 cprostakspecificationsprostak参数maximumtmpof2psiduringsteaming蒸汽灭菌中最大tmp为2psimaximumtemperature133 c最高温度为133 ratedfor20cyclesat126 c126 可灭菌达20次 basicoperation超滤的基本操作 flush冲洗integritytest完整性测试buffercondition缓冲液的条件process conc 工艺 浓缩 澄清process diafiltration工艺 透析recoverproduct获得产品cip sip 在线清洗waterflux水通量storage保存 operation waterflux操作 水通量 whatiswaterflux nwp 什么是水通量 ameasureoftheab