利用缓冲液浓缩液和自动稀释系统 实现一体化缓冲液输送和管理

简介

生物制药产业为应对市场压力（包括市场的迅速扩大，持续的不确定性，新的治疗方法和成本压力）而在不断发展演变。相应地，强化工艺和提高整个单元操作中的生产效率已成为重点，近期的关注点是设备生产效率的提高。其中一个提高设备生产效率的机会则是围绕缓冲液制备。

传统的从干粉开始的缓冲液制备需要很多步骤，典型痛点包括：设施占地面积大，劳动力需求量大，繁琐的质量管理体系以及超过了供应产能后导致的失误。

传统的缓冲液制备的替代方案包括即用型缓冲液，缓冲液混合与缓冲液稀释。其中用缓冲液稀释系统可以很好的解决这些痛点。 它通过缓冲浓缩液（高达50倍浓度）、缓冲稀释系统（用于制备高准确度和精密度的即用型溶液）和一次性组件的组合来解决整个产房的缓冲液供给。这种方式可以提高设备的灵活性，减少占地面积、劳动力和资金投入的需求。

为了证明缓冲液稀释系统，能配制出高精度的可以即时使用的缓冲液。

这里我们进行了一系列的实验。

实验

采用MERCK 缓冲液稀释系统(BDS 17) 进行此次分析。

该稀释系统是基于体积流速控制的策略。

为什么是体积流速控制策略？

因为相比pH 或是电导的探测，流量计和泵的精度更精确。

具体原因如下：

基于pH 控制策略的特点

Ÿ 依赖于传感器的精度, ≥ 1%

Ÿ 此外:

o 偏移

o 记忆效应的影响

o 需要经常校正

基于电导的控制策略特点

Ÿ 依赖于传感器精度, ≥ 1%

Ÿ 此外:

o 需要经常校正

所以基于体积流速控制可以带来更好的准确性和精确度

BDS17系统采用 Lewa Ecodos^® Intellidrive^® 专利泵技术

- 体积流速精度偏差 <0.5%

- 可以做到50:1的稀释比

所有的测试均通过系统的稀释顺序自动化执行。

系统评估

为了评估系统性能，测试了最大流速和最小流速，和即时流速。 对流速结果和不同的稀释倍数， 见如表1所示：

System Flow (L/min)	Dilution Ratio
	5X	10X	20X	50X
3.8	✔
6.0	�	✔
12.6	�	�	✔
14.8	�	�	✔	✔
17.0	✔	✔	✔	✔

表1.被评估到的稀释倍数和流速 (✔ ), 系统可以做到的稀释倍数和流速，但该实验未评估(�) ， 不推荐( ).

流速准确度的结果如表2所示。该结果表明，在14.8L/min的流速下，除50倍稀释外的所有条件下误差小于1%。

System Flow (L/min)	5X Dilution		10X Dilution		20X Dilution		50X Dilution
	Diluent Pump (% error)	Conc. Pump (% error)	Diluent Pump (% error)	Conc. Pump (% error)	Diluent Pump (% error)	Conc. Pump (% error)	Diluent Pump (% error)	Conc. Pump (% error)
3.8	0.55	0.30
6.0			0.00	0.50
12.6					0.08	0.16
14.8					0.14	0.14	2.90	2.83
17.0	0.00	0.38	0.13	0.18	0.11	0.19	0.84	1.18

表2. 稀释泵和浓缩泵不同的稀释比和流速

浓缩液评估

为了评估输出流速的准确度，用1M磷酸钠溶液，测试在不同的稀释比例中的表现。每个测试均测试了每个稀释比率下的最大流速和最小流速，50倍稀释仅评估最大流速（表3）。

System Flow (L/min)	Dilution Ratio
	5X	10X	20X	50X
3.8	✔
6.0		✔
12.6			✔
17.0	✔	✔	✔	✔

表 3. 用1M 磷酸钠溶液评估稀释倍数和流速 (✔ )

在表4列出的条件下，通过系统稀释1M磷酸钠溶液来同手动操作配制的溶液进行比较，以证明缓冲液稀释系统的准确度。当比较给定稀释比例内的最小和最大流速的结果时，pH和电导率是一致的，偏差小于0.1pH单位或0.5mS电导率。

System Flow (L/min)	5X Dilution		10X Dilution		20X Dilution		50X Dilution
	pH	Cond (mS)	pH	Cond (mS)	pH	Cond (mS)	pH	Cond (mS)
3.8	7.37	25.9
6.0			7.38	14.75
12.6					7.40	8.40
17.0	7.36	25.9	7.37	14.73	7.36	8.39	7.35	4.03

表 4. 在不同流速和稀释倍数下，稀释 1M 磷酸钠

缓冲液生产

为了评估稀释系统的性能是否能满足即时可用的解决方案，我们从浓缩液中制备6种工艺相关的缓冲液。被评估的缓冲液通常用于清洗、冲洗、洗脱和平衡等步骤，被评估的缓冲液具有范围宽广的电导率（1M至5M）和稀释倍率（3倍至40倍），且其配制的缓冲液在pH、电导率和摩尔浓度上各有不同，因此对系统的性能具有一定挑战。

Target Buffer	Dilution Ratio (X)	System Flow (L/min)	System Dilution		Manual Dilution
			pH	Cond. (mS)	pH	Cond. (mS)
1 M Tris Base, pH 8.4	3	8.2	8.32	19.6	8.22	19.5
		12.6	8.32	19.3	8.26	19.4
		17.0	8.30	19.2	8.27	19.6
0.1 M Sodium Acetate, 0.5 M Sodium Chloride, pH 5.5	8	8.2	5.51	50.9	5.46	51.1
		12.6	5.50	51.2	5.48	50.7
		17	5.52	51.5	5.49	51.1
0.1 M Sodium Citrate, pH 5.4	15	8.2	5.41	19.0	5.41	19.0
		12.6	5.43	19.2	5.42	18.8
		17.0	5.43	19.2	5.42	18.9

表 5.比较用全自动的缓冲液稀释系统和传统手动配制缓冲液

表5概述了用稀释系统和手动操作配置缓冲液的比较。该实验测试了，3倍稀释3M Tris，以配制pH8.4的1M Tris; 8倍稀释 0.8M的醋酸钠，4.0M氯化钠以配制0.1M醋酸钠，0.5M pH5.5的氯化钠溶液；以及用1.5M柠檬酸钠15倍稀释配制0.1M pH5.4柠檬酸钠溶液。

两种制备方法的pH和电导率的对比结果表明，稀释系统运行结果和手动操作方法配制达到的稀释结果是一致的，两者仅有些许的偏离。该实验未控制温度，这可能是导致Tris缓冲液pH值细微偏移的原因。此外，该偏移也可能是制备方法导致。

此外这里评估了额外三种更高浓度的缓冲液，包括30倍稀释1.5M Tris醋酸盐 和1.5M氯化钠配制pH8 50mM的Tris醋酸盐溶液，2M柠檬酸40倍稀释至pH3.2的5mM柠檬酸溶液，和2M Tris 40倍稀释至pH8的50mM Tris溶液。缓冲液稀释系统稀释结果与手动操作稀释的比较如表6所示。同样，在含有Tris的溶液中观察到一些差异，这可能是缺乏温度补偿所致。在本次评估中，我们使用了较少的冲洗体积（5L）和最小运行体积（10L），在系统运行开始时增加冲洗体积和增加运行时间可能会提高系统稀释的准确度和精密度。

Target Buffer	Dilution Ratio (X)	System Flow (L/min)	System Dilution		Manual Dilution
			pH	Cond. (mS)	pH	Cond. (mS)
50 mM Tris Acetate, 50 mM Sodium Chloride pH 8.0	30	17	7.93	7.9	8.00	7.8
50 mM Citric Acid, pH 3.2	40	17	3.28	2.3	3.20	2.3
50 mM Tris, pH 8.0	40	17	7.28	3.6	7.42	3.5

表 6 比较用全自动的缓冲液稀释系统和传统手动配制缓冲液

基于我们工艺中对缓冲液体积要求，需要选择不同的流速的缓冲液稀释系统， 以便提供多种多样的流速和稀释能力，来满足工艺需要，同时最大限度地减少设施占地面积，并降低资本投资费用。

我们提供2种流速的系统：17 L/min 或33 L/min 可以满足大到2000L工艺缓冲液需求。

缓冲液稀释系统

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https://www.merckmillipore.com/CN/zh/20190321_154059?utm_campaign=INT_3691_Internal+Comms_Introducing+the+BioContinuum%C3%A2%C2%84%C2%A2+Buffer+Delivery+Platform_September+_2019&utm_medium=email&utm_source=Eloqua

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