生化行业应用及其解决方案

1、Internal usage only0制药工业*API = Active Pharmaceutical Ingredient 生产成药生产成药 销售机构销售机构 研究研究 开发开发 生物技术化学合成生物萃取直接从生物中抽提如植物，血浆等化学合成领域化学合成领域API* 生产生产生物领域生物领域API* 生产生产生产活性医药中间体 (API)Internal usage only1通过在线检测可以帮助您 提高产出率优化生长环境节约生产成本加快新药上市速度获得认证梅特勒-托利多与制药工业Internal usage only2 应用应用 培养基和缓冲液制备 水制备 / CIP 系统 种子罐 发酵

2、罐 过滤, 离心 色层分离 环境和过程要求环境和过程要求 pH, DO, CO2, 电导率, 浊度 高温消毒&卫生型设计 FDA, USP 要求 发酵周期较长 类型类型 根据来源分类细菌/动物细胞/酵母/真菌转基因动物/昆虫细胞/血液生物制药简介Internal usage only3细菌动物细胞酵母真菌转基因动物血液制品发酵领域Internal usage only4来源来源典型最终产物典型最终产物大肠杆菌 重组激素 干扰素 胰导素 抗肿瘤或坏疽因子典型上游工程典型上游工程 反应釜发酵 半连续或全连续发酵模式典型下游工程典型下游工程 特殊蛋白分离 离心 / 过滤 超滤 色层分离 离子交换主要

3、生产厂家主要生产厂家 Sanofi-Aventis Roche Novartis Schering-Plough Lilly微生物发酵技术Internal usage only5来源来源典型最终产物典型最终产物CHO 细胞动物细胞 (CHO, BHK) 单克隆抗体 重组激素 生长因子典型上游工程典型上游工程 菌种制备及小试 种子罐培养及中试 大罐发酵生产 数周典型下游工程典型下游工程 离心 / 过滤 超率 色层分离主要生产厂家主要生产厂家 Boehringer Ingelheim Wyeth Serono Genentech Amgen动物细胞培养Internal usage only6来源来

4、源典型最终产物典型最终产物S. cerevisiae酵母药用蛋白重组生产 胰岛素 (Novolog) 疫苗 (rHBsAg) 水蛭素典型上游工程典型上游工程 反应釜发酵典型下游工程典型下游工程 离心 过滤 色层分离主要生产厂家主要生产厂家 Novo Nordisk Merck GSK Sanofi-Aventis酵母发酵Internal usage only7来源来源典型最终产物典型最终产物Aspergillus nigerAspergillus terreus 降胆固醇类药典型上游工程典型上游工程 反应釜发酵 最长周期10天典型下游工程典型下游工程 离心 过滤 色层分离主要生产厂家主要生产厂

5、家 Merck Schering-Plough真菌培养Internal usage only8来源来源典型最终产物典型最终产物转基因动物 (绵羊，山羊)转基因植物 羊胎素 (山羊) 生长激素 (兔子)典型上游工程典型上游工程 兽奶采集 活体采集典型的下游工程典型的下游工程 酸化 防水交感色层分离 免疫亲和色层分离主要生产厂家主要生产厂家 GTC Biotherapeutics PPL Therapeutics Centocor转基因动物或植物Internal usage only9来源来源典型最终产物典型最终产物蚕蚕病毒/细胞Autographa california 病毒粘虫病毒细胞 兽用疫

6、苗典型上游工程典型上游工程 昆虫培养 活体细胞培养典型下游工程典型下游工程 酸抽提 中和 净化 色层分离 凝胶过滤主要生产厂家主要生产厂家 Bayer Virbac Intervet昆虫细胞培养Internal usage only10来源来源典型最终产物典型最终产物动物或人类血液(捐赠) 免疫球蛋白 血清蛋白典型上游工程典型上游工程 血浆/血清分离典型下游工程典型下游工程 在低温条件下利用酒精分离主要生产厂家主要生产厂家 Bayer Baxter CSL Octapharma血液制品Internal usage only11Example: traditional mammalian cel

7、l GMP process测量参数水制备CIP系统培养基制备.发酵罐种子罐种子罐色层分离y过虑超滤过虑过虑离心离心结晶缓冲罐制备水制备CIP系统培养基制备种子罐生产发酵罐缓冲液制备过虑色层分离上游工程下游工程制备过程浊度浊度pHpHpH电导率电导率电导率浊度浊度电导率电导率pH浊度浊度浊度浊度DODODOpH浊度浊度CO2pHInternal usage only12 过程步骤过程步骤 发酵补料制备 高温灭菌等因素会让发酵液的成份变得复杂 为什么要测量为什么要测量 pH?pH? pH 直接影响到微生物的生长良好的pH控制可以减少培养基酸碱中和所需补料的投入量发酵罐内加入酸/碱的量培养基制备过程

8、中的pH控制aux up downInternal usage only13 pH pH 电极电极 护套护套 变送器变送器InPro3253InFit761-25BTpH2100EM700梅特勒-托利多解决方案aux up downInternal usage only14 应用应用 发酵过程中的pH控制 发酵过程中的溶氧控制 典型条件典型条件 & & 要求要求 小到中型发酵罐 高温消毒 FDA 认证 罐批过程 INGOLD INGOLD 解决方案解决方案 可高温消毒的pH和溶氧电极 卫生型设计的电极和护套 顶插或斜插 一台变送器可同时测量pH和溶氧种子放大罐Internal usage on

9、ly15 过程步骤过程步骤 在培养基内接种，进行放大培养 为什么要测量为什么要测量pH? 正确的pH可以为细胞生长提供最优化的环境 不正确的pH值可影响细胞的新陈代谢 为什么要测量溶氧为什么要测量溶氧? 好氧微生物的新陈代谢需要氧气正确的pH和溶氧控制可提高微生物生长密度和产率长颈瓶内放大小罐种子放大罐中的pH和溶氧控制aux up downInternal usage only16 pH 电极 护套 变送器InPro3253InFit761-25BTpH2100eM700 溶氧电极InPro6800DO4100e或或INGOLD 解决方案aux up downInternal usage o

10、nly17应用 发酵过程中的pH控制 发酵过程中的溶氧控制 发酵过程中的CO2控制 发酵过程中的浊度控制 典型条件 & 要求 大中型发酵罐 原位消毒 不同种的发酵方式 FDA 要求 有些种类的发酵周期长 INGOLD 解决方案 可高温消毒的传感器 固定或伸缩型护套 卫生型设计 带 21CFR Part 11 协议的变送器发酵生产中的应用aux up downInternal usage only18批次模式的典型过程批次模式的典型过程 密闭系统 培养基组分，生物量，代谢物的浓度不断发生变化 在发酵期间，除了通氧，消泡剂，及加入酸和碱调整pH外，不加如任何物质 生长速率可以用浊度来监控 通过 C

11、O2 的检测可控制毒素的水平批次发酵酸碱pHDOTRBCO2空气aux up downInternal usage only19批次添加模式典型过程批次添加模式典型过程 在发酵过程中添加营养物质 在发酵初期只加入少量的营养物质 此类发酵模式与批次模式比较可获得较高的细胞密度和产率酸碱pHDOTRBCO2空气营养物半连续模式 批次添加模式aux up downInternal usage only20恒化器的典型过程恒化器的典型过程 敞开系统 连续加入经灭菌后的营养物质，同时移去相应量的产物 在平衡状态下，通过调节培养基的浓度来控制细胞的生长酸碱pHDOTRBCO2空气灭菌后的培养基连续产物恒化

12、器 连续模式aux up downInternal usage only21 浊度控制法的典型过程浊度控制法的典型过程 敞开系统 连续加入经灭菌后的营养物质，同时移去相应量的产物 在平衡状态下，通过浊度测量菌体浓度使细胞生长处于稳定状态 通过浊度信号来调节加入的营养物的量酸碱pHDOTRBCO2空气灭菌后的培养基连续产物连续模式 浊度控制法aux up downInternal usage only22过程步骤 微生物生长过程中产生有价值的产物为什么要控制pH? pH 影响酶的活性 pH 影响微生物的特性和新陈代谢其它过程参数 酸的形成控制功能 加入酸或碱 加入营养物 (恒化器模式)最佳生长状

13、态 高的产率 - 减少酸/碱加入量pH最大生长速率5 6 7 8细菌动物细胞典型 pH 值:细菌pH 7.0 7.2酵母 pH 5.0动物细胞 pH 7.2 7.4发酵生产过程中的pH控制aux up downInternal usage only23不同种类的不同种类的pH电极电极凝胶电解质电极液体电解质电极传统型低维护型 最高的精度 传统型，并可添加不同种类的电解液 很长的寿命 广泛的应用 预加压凝胶电解质保持测量时隔膜的畅通 维护量低，使用寿命长 可高温消毒及灭菌预加压液体电解质电极低维护，高性能型 预加压KCL电解液电极 卫生型设计证书 维护量低，使用寿命长 可高温消毒或灭菌 生物适应

14、性证书 专利的液接部位设计适用于发酵工业的pH电极Internal usage only24可正对不同的使用等级来设置菜单组结构，每个等级可独立进行编程设置电子识别标志对每个使用者进行身份确认将校正和调整的操作记录在不可更改的日志文件中采用了求和校验的数据记录方式，避免人为干预支持 FDA CFR 21 Part 11的变送器Internal usage only25 过程步骤 微生物生长过程中产生有价值的产物最优化的生长环境 减少空气压缩机的能耗 提高产率 为什么要进行溶氧控制 ? ? 为微生物呼吸提供足够的氧气 其它过程参数 氧传送速率 控制功能 改变空气流量 改变搅拌速度 改变气体组份

15、改变压力大肠杆菌生长与溶氧关系DO 控制aux up downInternal usage only26 DO 传感器护套 变送器InFit761-25BTM700InTrac797eInPro 6800DO 4100e梅特勒-托利多应用于发酵的溶氧系统aux up downInternal usage only27快速简单的膜及内电极体更换，节省了时间和成本InPro6800 溶氧电极Internal usage only28过程步骤 发酵过程 微生物生长过程中产生有价值的产物通过浊度的控制使细胞的生长环境达到最优化从而提高产率为什么要进行浊度控制? 获得细胞浓度的连续信息 无需通过取样其他

16、过程参数 细胞密度, 生物量, 光密度控制功能 在浊度控制发酵模式中调整加入的营养物的量 指示发酵终点 指示异常情况于光密度测量比较有很好的相关性浊度控制aux up downInternal usage only29通过优化每罐批的生产提高产量实时的菌体浓度检测可以降低罐次风险通过优化和精确营养物的加入降低成本减少取样分析的成本大罐发酵生产浊度测量的益处AuxUpstreamDownstream在线浊度的检测可以帮助我们。降低成本 提高质量增加产出Internal usage only30Trb 8300 与与 InPro 8100 或或 InPro 8200传感器传感器 CaliCap 校

17、准工具校准工具浊度加长光缆浊度加长光缆 (如必要如必要)变送器 Trb 8300CaliCapInPro 8100(最大至 250 g/l)InPro 8200/S/Kalrez-FDA(最大至 30 g/l)应用于生物量检测的浊度系统Internal usage only31过程步骤 发酵过程 微生物生长过程中产生有价值的产物为什么要进行 CO2 的控制? 检测 CO2的浓度 提供正确的新陈代谢环境其它过程参数 呼吸熵控制功能 气体组份 搅拌速度动物细胞培养基InPro5000 与血气分析仪比较CO2 的控制aux up down在最优化的环境内细胞的产能最大Internal usage o

18、nly32CO2完整的传感器膜套膜CO2 内电极体梅特勒-托利多CO2 测量系统Internal usage only33CO2CO2测量介质电解液 HCO3-CO2 + H20 HCO3- + H+pH 变送器变送器pCO2 = f(pH)膜膜电解液中的CO2 浓度改变 pH值电极测量原理Internal usage only34研发了解新城代谢过程优化生长条件生物量数据采集中试生物量数据进一步采集反应终止的数据缩短开发周期，加快上市速度生产在长时间的发酵中优化生产 提高30 % 产率及时发现 CO2 的反常状态 (如细胞死亡率增大.)在中试的基础上改进CO2策略细胞发酵中在线测量 CO2

19、的益处Internal usage only35益处: 高产率, 有30 % 的增长降低细胞死亡率动物细胞过程不仅仅.满足菌体细胞正常生长所需的氧量 而且发酵液中二氧化碳的含量不低于临界值CO2 测量是为了测量是为了. 优化生长环境更好的了解动物细胞寻找适宜的反应终点改进 CO2 控制策略及时反应l CO2 浓度异常，防止生长受阻减少由于 CO2 浓度过高会抑制菌体细胞生长甚至变异生长的机会从小试到大生产的过程，缩短新品上市时间In-Line CO2 小结Internal usage only36产物的分离及纯化TRBTRBpHpHpHTRBTRBTRBTRB下游工程例如: tPA的纯化过程

20、(棉血浆酶原催化剂) 通过重组大肠杆菌发酵生产aux up downInternal usage only37应用应用离心过滤中浊度的控制缓冲液制备中pH和电导的调整结晶典型条件典型条件无菌环境, CIP + SIP洁净车间Ingold 解决方案解决方案符合卫生型设计的电极满足不同安装方式的护套下游工程应用AuxUpstreamDownstreamInternal usage only38过程步骤检测给料、中间和浓缩过程的离心分离为什么要测量浊度?给料: 根据负荷控制流量和转速中间: 监测分离状态并启动排污周期浓缩: 控制质量和产率.浊度在下游工程中的应用AuxUpstreamDownstre

21、am提高分离效率，防止产品流失提高分离效率，防止产品流失Internal usage only39InPro 8400 Trb 8300/FW用于离心分离的浊度控制AuxUpstreamDownstream浊度电极浊度电极变送器变送器Internal usage only40前散色光测量技术Trb 8300 F / InPro 8400前散色光测量技术浊度比率测量技术可以补偿不同色度的麦汁所产生的色差，以及灯源的老化和视窗污垢引起的偏差。Internal usage only41 过程步骤 用于套色分离的缓冲液的制备 为什么要测量 pH ? 在套色分离过程中，蛋白质和缩氨酸的纯化pH 非常关键

22、 离子交换 正确的控制缓冲液的pH可以获得好的重复性并精确的进行蛋白质的分离缓冲液制备中的pH 调节aux up downInternal usage only42 pH 电极护套 变送器InPro3253InFit761-25BTpH2100EM700缓冲液制备中的pH测量系统aux up downInternal usage only43过程步骤 通过超滤来分离蛋白质和缩氨酸为什么要进行浊度的测量? 通过检测样品入口的颗粒物含量及浓度来调节加入的样品量监控整个超滤过程，提高产率密里博的超滤系统超滤过程中的浊度测量aux up downInternal usage only44变送器8300

23、/FW传感器 InPro8400传感器InPro 8400变送器 Trb 8300/FW用于超滤的浊度系统Internal usage only45过程步骤过程步骤 晶体的纯化为什么进行浊度控制为什么进行浊度控制 ? 控制浊度获得均匀的晶体形状 缩短过滤和洗涤周期在结晶过程中进行浊度的控制，可以提高生产效率和产率过滤性差的晶体通过控制后获得的均匀的晶体结晶过程中的浊度控制aux up downInternal usage only46Trb 8300 和 InPro 8100 或 InPro 8200 CaliCap 校准工具 光缆加长线(如有必要)变送器 Trb 8300CaliCapInP

24、ro 8100(最大至 250 g/l)InPro 8200/S/Kalrez-FDA(最大至 30 g/l)应用于结晶过程的浊度系统Internal usage only47制药工业*API = Active Pharmaceutical Ingredient生产活性医药中间体 (API) 生产成药生产成药 销售机构销售机构 研究研究 开发开发 生物技术化学合成直接从生物中抽提如植物，血浆等化学合成领域化学合成领域API* 生产生产生物领域生物领域API* 生产生产Internal usage only48应用在冷却容器中用酒精分离蛋白质过程的pH控制典型条件 & 要求低温高蛋白质含量高酒精

25、含量卫生环境要求 CIP/SIPINGOLD INGOLD 解决方案解决方案适用于低温检测的pH电极在含蛋白质介质中无隔膜堵塞适用酒精测量符合卫生要求的护套血浆分离AuxUpstreamDownstreamInternal usage only49InPro 3251LOT 玻璃电极温度: -25 to +80CInFit 761-25BTpH 2100eM700用于血浆分离的解决方案AuxUpstreamDownstreampH 电极护套变送器Internal usage only50分馏是通过物理和化学过程将蛋白质从血浆中分离出来，温度、酒精浓度和pH的变化直接影响蛋白质的溶解性。endo

26、toxin removalsee sep. slide血浆分离 - Cohn Process组分 V白蛋白pH 7.3 8% EtOH-3CpH 6.8 25% EtOH-5CpH 5.9 40% EtOH-5CpH 4.8 40% EtOH-5CpH 5.1pH 7.325% EtOH-6.5C血浆组分 I纤维原蛋白组分 IV组分 III组分 II球蛋白球蛋白 AuxUpstreamDownstream8% EtOH-5CInternal usage only51fraction V paste8-10% 白蛋白10% EtOHWFI醋酸纳醋酸pH 5.2Cond. 1.40 mS盐析法凝胶

27、过滤离子交换法色层分离1.7%白蛋白典型的下游过程pHCOND从白蛋白中除去内毒素和乙醇AuxUpstreamDownstream使用离子交换法提取，蛋白质必须在pH 5.2，电导 1.40 mS 的条件下可以更有效的去除内毒素。Internal usage only52放大放大从研发到规模生产研发研发小试(mg)上哟下游临床试验临床试验中试(g)大生产(100 g kg)批量生产批量生产贯穿于整个过程的一致性测量技术，有效的支持及快速的市场化进程上哟下游上哟下游谢谢！Internal usage only54通过在线检测可以帮助您 提高产出率优化生长环境节约生产成本加快新药上市速度获得认证梅特勒-托利多与制药工业Internal usage only55来源来源典型最终产物典型最终产物CHO 细胞动物细胞 (CHO, BHK) 单克隆抗体 重组激素 生长因子典型上游工程典型上游工程 菌种制备及小试 种子罐培养及中试 大罐发酵生产 数周典型下游工程典型下游工程 离心 / 过滤 超率 色层分离主要生产厂家主要生产厂家 Boehringer Ingelheim Wyeth S