摘要：随着生物制药工艺的迅速发展, 作为生物制药工艺中的关键质量控制点之一, 深层过滤产品和技术在发酵液和细胞培养液澄清、生物制品灭菌、除热原以及多肽、蛋白质、酶、细胞、病毒等大分子的富积等工艺上, 得到了广泛的应用。本文主要介绍了表面过滤技术与深层过滤技术的不同, 着重探讨深层过滤技术在生物制药工艺中的实践。
关键词：深层过滤技术; 生物制药工艺; 实践;
引言
生物技术药品在国际药品市场已经占据了很大份额, 欧美等发达经济体生物制药技术始终保持着领先地位;我国生物制药起步较晚, 但随着国内近年生物仿制药的迅猛发展, 生物制药技术也得到了很大的提升, 先进的制药工艺和装备也得到了广泛的应用, 深层过滤技术及其装备就是其中之一。
1. 表面过滤技术和深层过滤技术的特点
过滤技术在生物制药行业广泛使用, 按照其作用机理, 可以分为表面过滤和深层过滤。表面过滤是依靠滤材表面捕捉颗粒实现过滤功能的过滤技术, 因此滤材有上下分布均匀的孔径。在生物制药领域, 常用的表面滤材是滤网和薄膜。表面过滤技术的作用机理是, 过滤介质依靠孔径的大小对液体中的固体颗粒杂质实施拦截, 料液中的悬浮杂质颗粒被孔径拦截而停滞、堆积在作为滤材的滤网或薄膜表面[1]。制作的滤材孔径也可以稍大于被拦截杂质的粒径大小。在实施表面过滤的过程中, 可能会出现少量的小颗粒杂质混到滤液中, 并在网孔处堆积成颗粒, 进而形成架桥现象, 而真正有效的过滤介质就是在网孔处逐渐堆积出的滤饼。
深层过滤技术使用的滤材多是纤维, 在近几年也开始应用高性能的过滤膜。深层过滤技术的作用机理是, 过滤作用在介质的全部孔隙体内, 被过滤的杂质颗粒从过滤介质孔隙形成的细长曲折通道穿过, 由于杂质颗粒比介质内部的孔隙小很多, 就会在穿过时被捕捉在滤材的纵向深度中。在通道内, 料液的细小杂质颗粒在流体的动力作用和热运动下向通道的壁面流去, 并因为静电和表面张力被留在通道的壁面上。
2. 表面过滤技术和深层过滤技术的不同
表面过滤技术和深层过滤技术在过滤性能和使用特点上有很多不同: (1) 表面过滤介质可以清洗后多次使用, 深层过滤膜包是一次性的, 用完就废弃; (2) 表面过滤是绝对过滤, 深层过滤是公称过滤; (3) 表面过滤的容污能力低, 深层过滤的容污能力高; (4) 表面过滤的使用寿命短, 深层过滤的使用寿命长; (5) 表面过滤适用的料液是澄清或已经经过预过滤过的, 深层过滤使用的料液不需经过预过滤 (有些操作在深层过滤前设有离心操作) ; (6) 表面过滤的初始压降升高较快, 深层过滤的初始压降低且稳定; (7) 表面过滤的适用点是在下游终端过滤器, 而深层过滤的适用点在上游预过滤器。
3. 深层过滤技术在生物制药工艺中的实践
生物制药的工艺料液很多都带有负电荷, 比如内毒素、病毒、细胞和细胞碎片等等。深层过滤有两种工作原理:静电吸附和机械过滤, 小于孔径的颗粒利用在低PH下带负电的特性用正电荷吸附, 大于孔径的颗粒则直接通过机械过滤清除。
3.1 澄清发酵液的工艺
在发酵完成后, 料液在粗分离后依然有很多带有负电荷的杂物混合在上清液中, 比如胶体物质、少量细胞、部分细胞碎片等等。侯克强博士发明的ZETAPLUS系列滤材, 具有多精度不同孔径, 能够逐级精制有效成分, 结合静电吸附和机械拦截两种方式, 简化操作工艺, 使过滤效率得到有效提高, 同时也对下游的精纯化设备有一定的保护作用[2]。
3.2 除热原工艺
热原是从革兰阴性细菌外壁产生, 也就是细胞碎片, 又被称为内毒素。热原本质上是产生于不同细菌种类的一种脂多糖物质, 其分子量不一, 有的是几万, 多的能达到几百万。除热原是制药工艺的一个主要问题, 因为热原会对机体造成严重的损害, 必须做好其对制剂药品的污染质量控制。传统工艺里, 一般是使用活性炭反复吸附来除去制剂中的热原, 但是这种方法操作不方便, 人力耗费大, 而且去除热源的效果也不是很理想。深层过滤技术是结合静电吸附和机械拦截的方式来去除, 而且这种方法小于热原的分子量, 能够快速去除热原, 操作者劳动强度小, 获得的产品质量好。
3.3 精制小分子
在传统的生产过程中, 精制抗生素类的小分子物质需要经过冗长的过程, 包括过滤、萃取、浓缩和结晶等, 不仅能耗大、收率不高, 而且还会残留微量的大分子杂质, 比如核酸、蛋白质等, 对药品的质量造成影响。而深层过滤技术不仅简化操作工艺, 也可以有效除去大分子的杂质;深层过滤技术还能够有效除去中药工艺料液中的无效成分, 比如相对分子质量高的蛋白质、多糖、树脂等都能够采用静电吸附去除。深层过滤技术相比于传统的化学分离具有操作简便、成本低、效率高、经济效益好等诸多优势, 在生物制药行业得到越来越广泛的应用。
4. 结语
表面过滤技术和深层过滤技术是现今制药行业在制药过程中使用广泛的工艺, 深层过滤技术在ZETAPLUS系列产品应用后, 更是以其简便的操作、高效率、高质量在很多制药工艺中应用, 包括澄清发酵液、去除热原、小分子精制、大分子精制、血液制品和其他生物制品的分离纯化等, 都得到非常好的应用。
参考文献
[1]汪功伟, 李浔.深层过滤技术在生物制药工艺中的运用[J].中国化工贸易, 2015 (15) .