वैक्सीन डाउनस्ट्रीम शुद्धिकरण में स्पर्शरेखा प्रवाह निस्पंदन (टीएफएफ) का अनुप्रयोग

पारंपरिक निस्पंदन विधियां, जैसे अवसादन और सेंट्रीफ्यूजेशन, किण्वन शोरबा से अशुद्धियों के एक हिस्से को हटाने में सक्षम हैं। हालाँकि, ये तकनीकें अक्सर सीमित प्रसंस्करण दक्षता, उच्च संदूषण जोखिम और कम स्केलेबिलिटी से ग्रस्त होती हैं। अपनी बेहतर पृथक्करण दक्षता और कम झिल्ली फाउलिंग विशेषताओं के साथ, टैंगेंशियल फ्लो फिल्ट्रेशन (टीएफएफ) बायोफार्मास्युटिकल उद्योग में एक तेजी से महत्वपूर्ण तकनीक बन गई है।

मृत अंत निस्पंदन के विपरीत, टीएफएफ प्रक्रिया द्रव को झिल्ली की सतह के समानांतर प्रवाहित करने की अनुमति देता है, एक स्थिर निस्पंदन प्रवाह को बनाए रखते हुए झिल्ली छिद्र की रुकावट को प्रभावी ढंग से कम करता है। वैक्सीन निर्माण में, टीएफएफ संस्कृति शोरबा से सेल मलबे, अघुलनशील अशुद्धियों और अवशिष्ट किण्वन सामग्री को कुशलतापूर्वक हटा देता है, जिससे उत्पाद की शुद्धता और प्रक्रिया उपज में काफी सुधार होता है।

यह अध्ययन वैक्सीन डाउनस्ट्रीम शुद्धिकरण के दौरान स्पर्शरेखा प्रवाह निस्पंदन के अनुप्रयोग की जांच करता है, जिसमें निस्पंदन प्रदर्शन, झिल्ली फाउलिंग और अंतिम उत्पाद शुद्धता पर विभिन्न झिल्ली सामग्री और छिद्र आकार के प्रभावों पर विशेष जोर दिया जाता है। प्रायोगिक परिणाम दर्शाते हैं कि टीएफएफ निस्पंदन दक्षता को बढ़ाकर, झिल्ली की गंदगी को कम करके और उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार करके वैक्सीन शुद्धिकरण में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है। इसके अलावा, दीर्घकालिक परिचालन प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए झिल्ली छिद्र आकार और सफाई रणनीतियों का अनुकूलन महत्वपूर्ण है।

प्रयोगात्मक परिरूप

0.1 μm, 0.2 μm और 0.5 μm के छिद्र आकार के साथ पॉलीसल्फ़ोन (PSF) और पॉलीइथर्सल्फ़ोन (PES) झिल्ली का उपयोग करके निस्पंदन प्रयोग किए गए। मानक एस्चेरिचिया कोली किण्वन शोरबा को मॉडल फ़ीड समाधान के रूप में चुना गया था।

परिचालन की स्थितियाँ निम्नानुसार बनाए रखी गईं:

फ़ीड प्रवाह दर: 500 एमएल/मिनट

ट्रांसमेम्ब्रेन दबाव (टीएमपी): 0.2 एमपीए

निस्पंदन समय: 3 घंटे

निस्पंदन के दौरान, नियमित अंतराल पर पारगमन दर, प्रवाह दर और झिल्ली दूषण की निगरानी की गई। निर्धारित सफाई प्रक्रियाओं के माध्यम से झिल्ली का प्रदर्शन बहाल किया गया।

पारगमन दक्षता निर्धारित करने के लिए हर 30 मिनट में पारगम्य नमूने एकत्र किए गए, जबकि झिल्ली की सफाई से पहले और बाद में पारगमन प्रदर्शन की तुलना करके झिल्ली दूषण का मूल्यांकन किया गया। पारगम्यता में उल्लेखनीय कमी गंभीर झिल्ली संदूषण का संकेत देती है।

हर 2 घंटे में, झिल्ली को हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान का उपयोग करके साफ किया गया और उसके बाद विआयनीकृत पानी से धोया गया। सफाई के बाद झिल्ली पारगम्यता की बहाली सफाई प्रभावशीलता के प्राथमिक संकेतक के रूप में कार्य करती है।

प्रायोगिक परिणाम

झिल्ली सामग्री और छिद्र आकार का प्रभाव

प्रयोगात्मक परिणामों से पता चला कि झिल्ली छिद्र का आकार 0.1 माइक्रोन से 0.5 माइक्रोन तक बढ़ने से पारगमन प्रदर्शन में काफी सुधार हुआ है।

पीएसएफ झिल्ली के लिए, निस्पंदन प्रवाह दर में वृद्धि के साथ, पारगमन दर 90.5% से बढ़कर 95.0% हो गई। हालाँकि, झिल्ली का दूषण भी अधिक स्पष्ट हो गया, जो 0.1 μm पर 3.2% से बढ़कर 0.5 μm पर 7.8% हो गया।

पीईएस झिल्ली के लिए एक समान प्रवृत्ति देखी गई, जब छिद्र का आकार 0.5 माइक्रोन था, तो झिल्ली का दूषण 8.5% तक पहुंच गया।

इन निष्कर्षों से संकेत मिलता है कि हालांकि बड़े झिल्ली छिद्र पारगम्य प्रवाह और समग्र निस्पंदन दक्षता में सुधार करते हैं, वे झिल्ली के दूषण को भी तेज करते हैं। इसलिए, व्यावहारिक टीएफएफ संचालन के लिए निस्पंदन प्रदर्शन और फाउलिंग नियंत्रण के बीच उचित संतुलन की आवश्यकता होती है।

 

निस्पंदन प्रदर्शन पर झिल्ली छिद्र आकार का प्रभाव

प्रायोगिक परिणामों से पता चला कि झिल्ली छिद्र का आकार पारगमन दक्षता और झिल्ली दूषण दोनों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है।

यद्यपि छोटे छिद्र आकार वाली झिल्लियाँ (0.1 μm) अपेक्षाकृत कम दूषण स्तर बनाए रखा, उनका पारगम्य प्रदर्शन तुलनात्मक रूप से सीमित था। इसके विपरीत, बड़े छिद्र आकार वाली झिल्लियाँ (0.5 μm) ने काफी हद तक उच्च पारगम्य दर हासिल की लेकिन काफी अधिक झिल्ली प्रदूषण का प्रदर्शन किया।

जैसे-जैसे छिद्र का आकार बढ़ता गया0.1 माइक्रोमीटर से 0.5 माइक्रोमीटर, की पारगम्य दरपीएसएफ झिल्लीसे बढ़ गया90.5% से 95.0%, जबकि कीपीईएस झिल्लीसे गुलाब87.3% से 94.1%.

हालाँकि, झिल्ली का दूषण एक साथ बढ़ गया। पीएसएफ झिल्ली के लिए, दूषण अनुपात में वृद्धि हुई3.2% से 7.8%, जबकि पीईएस झिल्ली में वृद्धि देखी गई5.0% से 8.5%.

झिल्ली सामग्री	छिद्र आकार/μm	निस्पंदन थ्रूपुट/%	पारगम्य फ्लक्स/(एल/मिनट)	झिल्ली दूषण/%
पीएसएफ	0.1	90.5	5.1	3.2
	0.2	93.2	5.6	5.4
	0.5	95	6.2	7.8
पीईएस	0.1	87.3	4.8	5
	0.2	91.4	5.2	6.2
	0.5	94.1	6	8.5

इन निष्कर्षों से पता चलता है कि झिल्ली छिद्र का आकार बढ़ने से प्रभावी रूप से निस्पंदन थ्रूपुट और पारगम्य प्रवाह में वृद्धि होती है, लेकिन झिल्ली के दूषित होने की गति भी तेज हो जाती है। इसलिए, उपयुक्त झिल्ली छिद्र आकार का चयन करने के लिए दीर्घकालिक झिल्ली प्रदर्शन और सफाई आवश्यकताओं के विरुद्ध निस्पंदन दक्षता को संतुलित करने की आवश्यकता होती है।

 

 

झिल्ली सफाई प्रदर्शन

झिल्ली सफाई प्रक्रिया के बाद, दोनों झिल्ली सामग्रियों का प्रदर्शन काफी हद तक ठीक हो गया।

छिद्र आकार/μm	पीएसएफ निस्पंदन थ्रूपुट/%	पीएसएफ मेम्ब्रेन फाउलिंग/%	पीईएस निस्पंदन थ्रूपुट/%	पीईएस मेम्ब्रेन फाउलिंग/%
0.1	90.5	3.2	87.3	5
0.2	93.2	5.4	91.4	6.2
0.5	95	7.8	94.1	8.5

के लिएपीएसएफ झिल्ली, पारगम्य दर से पुनर्प्राप्त88.2%सफाई करने से पहले92.5%सफाई के बाद, जबकि झिल्ली में गंदगी का स्तर कम हो गया8.0%को3.2%.

इसी प्रकार,पीईएस झिल्लीसे पारगमन में वृद्धि प्रदर्शित की गई84.1%को87.3%, झिल्ली का दूषण कम होने के साथ9.5%को5.0%.

छिद्र आकार/μm	सफाई से पहले थ्रूपुट/%	सफाई के बाद थ्रूपुट/%	सफाई से पहले मेम्ब्रेन फाउलिंग/%	सफाई के बाद झिल्ली का दूषण/%
पीएसएफ	88.2	92.5	8	3.2
पीईएस	84.1	87.3	9.5	5

ये परिणाम दर्शाते हैं कि समय-समय पर झिल्ली की सफाई प्रभावी ढंग से झिल्ली पारगम्यता को बहाल कर सकती है जबकि गंदगी को काफी हद तक कम कर सकती है। सफाई के बाद, झिल्ली निस्पंदन प्रदर्शन लगभग अपने प्रारंभिक परिचालन स्तर पर लौट आया।

अध्ययन टीएफएफ झिल्ली की उत्कृष्ट पुन: प्रयोज्यता की भी पुष्टि करता है, जिससे निर्माताओं को झिल्ली प्रतिस्थापन आवृत्ति को कम करने, परिचालन लागत कम करने और समग्र प्रक्रिया अर्थशास्त्र में सुधार करने की अनुमति मिलती है।

 

 

बहस

स्पर्शरेखीय प्रवाह निस्पंदन फ़ीड समाधान को झिल्ली सतह के समानांतर चलने की अनुमति देकर एक उच्च -कतरनी प्रवाह क्षेत्र उत्पन्न करता है। यह क्रॉसफ़्लो तंत्र कण जमाव और झिल्ली छिद्र की रुकावट को प्रभावी ढंग से कम करता है, जो आमतौर पर पारंपरिक मृत अंत निस्पंदन में देखी जाने वाली तीव्र प्रवाह गिरावट पर काबू पाता है।

परिणामस्वरूप, टीएफएफ झिल्ली सेवा जीवन को बढ़ाते हुए विस्तारित परिचालन अवधि में स्थिर निस्पंदन प्रदर्शन बनाए रखता है। यह तकनीक विशेष रूप से उच्च {{1}सेल-घनत्व वाले सस्पेंशन और जैविक किण्वन शोरबे के प्रसंस्करण के लिए फायदेमंद है।

झिल्ली सामग्री का चयन समग्र सिस्टम प्रदर्शन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

आमतौर पर उपयोग की जाने वाली झिल्ली सामग्री में शामिल हैं:

• पॉलीसल्फोन (पीएसएफ)- उत्कृष्ट यांत्रिक शक्ति और रासायनिक स्थिरता प्रदान करता है, जो इसे जटिल किण्वन प्रक्रियाओं के लिए अत्यधिक उपयुक्त बनाता है।
• पॉलीइथर्सल्फोन (पीईएस)- उच्च पारगम्यता प्रदान करता है लेकिन झिल्ली के दूषित होने के प्रति अपेक्षाकृत अधिक संवेदनशील होता है।
• पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन (पीटीएफई)- प्रसंस्करण वातावरण की मांग के लिए उत्कृष्ट रासायनिक और संक्षारण प्रतिरोध प्रदर्शित करता है।

विशिष्ट झिल्ली छिद्र का आकार भिन्न-भिन्न होता है0.1 माइक्रोमीटर से 0.5 माइक्रोमीटर. ट्रांसमेम्ब्रेन दबाव (टीएमपी) और क्रॉसफ़्लो वेग दोनों को अनुकूलित करके, टीएफएफ सिस्टम उच्च निस्पंदन दक्षता बनाए रखते हुए एक साथ लक्ष्य उत्पाद पुनर्प्राप्ति को अधिकतम कर सकते हैं।

प्रायोगिक परिणामों ने आगे प्रदर्शित किया कि रासायनिक सफाई के साथ नियमित बैकफ्लशिंग से अधिक सुधार हुआ90%मूल झिल्ली प्रवाह का, कुशल पृथक्करण, कम दूषण और झिल्ली पुन: प्रयोज्यता के संदर्भ में टीएफएफ के महत्वपूर्ण लाभों पर प्रकाश डाला गया। ये विशेषताएँ TFF को वैक्सीन किण्वन शोरबा शुद्धिकरण के लिए एक अत्यधिक विश्वसनीय तकनीक बनाती हैं।

 

निष्कर्ष

प्रयोगात्मक परिणाम दर्शाते हैं कि झिल्ली छिद्र आकार का स्पर्शरेखा प्रवाह निस्पंदन के दौरान पारगम्य प्रदर्शन और झिल्ली दूषण पर सीधा प्रभाव पड़ता है।

छोटे छिद्र आकार (0.1 माइक्रोमीटर) वाली झिल्लियों ने झिल्ली की गंदगी को प्रभावी ढंग से कम किया और स्थिर निस्पंदन प्रदर्शन बनाए रखा, हालांकि उनकी पारगम्य दर अपेक्षाकृत कम थी। इसके विपरीत, बड़े छिद्र आकार की झिल्लियों (0.5 माइक्रोमीटर) ने पारगमन दक्षता में काफी सुधार किया, लेकिन इसके परिणामस्वरूप झिल्ली की गंदगी भी बढ़ गई, जिससे निस्पंदन थ्रूपुट और झिल्ली जीवनकाल के बीच व्यापार बंद हो गया।

निरंतर निस्पंदन के दौरान, पारगमन दर धीरे-धीरे 90.5% से घटकर 88.7% हो गई। झिल्ली की सफाई के बाद, पारगम्यता 92.4% तक पहुंच गई, जो दर्शाता है कि बैकफ्लशिंग और रासायनिक सफाई का संयोजन जमा हुए दूषित पदार्थों को प्रभावी ढंग से हटा देता है, झिल्ली के प्रदर्शन को बहाल करता है, और झिल्ली सेवा जीवन को बढ़ाता है।

आगे के विश्लेषण से पता चलता है कि झिल्ली सफाई अंतराल और परिचालन दबाव को अनुकूलित करने से उत्पाद की गुणवत्ता बनाए रखते हुए निस्पंदन प्रवाह में काफी सुधार हो सकता है। उपयुक्त परिचालन स्थितियाँ न केवल पृथक्करण दक्षता को बढ़ाती हैं बल्कि ऊर्जा की खपत और झिल्ली की खराबी को भी कम करती हैं।

कुल मिलाकर, बायोप्रोसेस अनुप्रयोगों में स्पर्शरेखा प्रवाह निस्पंदन का प्रदर्शन संयुक्त रूप से झिल्ली विशेषताओं और सफाई रणनीतियों से प्रभावित होता है। सिस्टम की विश्वसनीयता में सुधार, प्रक्रिया दक्षता को अधिकतम करने और विनिर्माण लागत को कम करने के लिए इन दो कारकों का समन्वित अनुकूलन आवश्यक है।

ये निष्कर्ष वैक्सीन निर्माण और अन्य बायोफार्मास्युटिकल उत्पादन प्रक्रियाओं के लिए एक कुशल और स्केलेबल डाउनस्ट्रीम शुद्धिकरण तकनीक के रूप में टीएफएफ के अनुप्रयोग का समर्थन करते हैं।