Oppskalering av bioprosess fra benk til produksjon
Å overføre en prosess fra én skala til en annen er ikke å gange opp et volum: det endrer hvordan kulturen får oksygen, hvordan den blandes og hvilke skjærkrefter den utsettes for. Denne siden samler kriteriene en overføring måles mot og det firetrinns løpet, fra 250 mL til over 1 000 L WV, som Vinci-plattformen følger.
Fra forskning til produksjon, én plattform
De samme parametrene og Bioflex™-oppskriftene tar deg fra benk til industriell skala og reduserer overføringsrisikoen mellom trinnene.
In-situ steriliserbare bioreaktorer og fermentorer for FoU
BioSIP-serien.
Se systemet →
In-situ steriliserbare bioreaktorer og fermentorer for pilot og produksjon
BioFerm-serien.
Se systemet →
In-situ steriliserbare bioreaktorer og fermentorer i stor skala
Bioreaktorer etter mål.
Se systemet →Hva en skalaoverføring måles mot
De kan ikke bevares alle samtidig: skalering ved konstant spesifikk effekt gir en annen periferihastighet. Oppskalering er å velge hvilket kriterium som gjelder, og dokumentere hva som får variere.
kLa
Den volumetriske oksygenoverføringskoeffisienten er det mest brukte kriteriet for aerobe prosesser: den holdes konstant mellom skalaene fordi den bestemmer hvor mye oksygen som faktisk når biomassen. Den endres med omrøringshastighet og gassmengde, slik at samme verdi nås i hver skala med en annen kombinasjon av de to.
Spesifikk effekttilførsel (P/V)
Effekten som dissiperes per volumenhet knytter blanding til skjærkrefter. Å holde den konstant bevarer blanderegimet, men når volumet vokser tvinger den fram lavere omrøringshastigheter — derfor overføres ikke en prosess ved å kopiere omdreiningstallet.
Periferihastighet på omrøreren
Den bestemmer skjærkreftene cellene utsettes for. For følsomme kulturer — pattedyrceller, myselbiomasse — er det ofte begrensningen som går foran de andre, og den avgjør omrørergeometrien før hastigheten.
Spesifikk gassmengde (vvm)
Gassvolum per væskevolum per minutt overføres ikke lineært: i større skala betyr samme vvm langt mer gass, med mer skum og mer CO₂-stripping. Vanligvis skaleres gassens overflatehastighet i stedet for vvm.
Geometrisk likhet
Forholdet mellom høyde og diameter, omrørerdiameter mot tankdiameter, antall og plassering av strømbrytere: å beholde proporsjonene mellom skalaene er det som gjør prosessdata sammenlignbare. Der full likhet ikke er mulig, velger man hvilket forhold som skal bevares.
Blandetid
Tiden tanken trenger for å bli homogen igjen etter en tilsetning øker med volumet. I produksjonsskala er det den som avgjør om en base- eller næringstilsetning skaper en lokal pH- eller substratgradient før den fordeler seg.
Hva som forblir likt når skalaen vokser
De samme oppskriftene
Bioflex™ følger samme prosess fra benk til industriell skala: oppskrifter, sekvenser og matingsprofiler overføres mellom trinnene i stedet for å skrives på nytt.
Den samme toppplaten
Toppplaten på benksystemene er den samme fra glassbeholderen til den i rustfritt stål: prober, porter og prøvetakingsoppsettet forblir de prosessen ble utviklet på.
De samme målte parameterne
pH, oppløst oksygen, temperatur, trykk og biomasse måles med samme målekjede i hver skala, slik at benk- og pilotdata kan sammenlignes uten avstemming.
Konsekvent sterilisering
Fra autoklavering på benken til sterilisering in situ på pilot- og industrianlegg er SIP- og CIP-syklusene automatiserte og loggførte: skalaspranget endrer ikke hvordan prosessen valideres.
Vanlige spørsmål om oppskalering
Overgangen fra ristekolbe til bioreaktor endrer hvordan kulturen får oksygen: i kolben skjer utvekslingen over overflaten, i bioreaktoren gjennom bobler. Man starter derfor med å fastsette kriteriet som skal bevares — for en aerob prosess nesten alltid kLa — og utleder i hver skala kombinasjonen av omrøring og gassmengde som oppnår det, og kontrollerer at periferihastigheten holder seg under det cellelinjen tåler. På Vinci-løpet gjøres denne utviklingen på benksystemer fra 250 mL til 30 L WV og overføres til de neste trinnene med uendrede oppskrifter og målekjede.
Seks kriterier brukes i praksis: kLa, spesifikk effekttilførsel P/V, periferihastighet på omrøreren, spesifikk gassmengde, geometrisk likhet og blandetid. De kan ikke bevares alle samtidig: skalering ved konstant P/V gir for eksempel en annen periferihastighet. Oppskalering er å velge hvilket kriterium som gjelder for prosessen og dokumentere hva man godtar at varierer.
Løpet dekker fire trinn: 250 mL – 30 L WV på benken med Biobook-serien, 20 – 100 L WV for in situ-steriliserbar FoU med BioSIP-serien, 250 – 800 L WV for pilot og produksjon med BioFerm-serien, og over 1 000 L WV med skreddersydde bioreaktorer. Trinnene deler styringsplattformen, så overføringen gjelder prosessparametrene og ikke omskriving av automatiseringen.
Fordi dissipert effekt vokser med tredje potens av hastigheten og femte potens av omrørerdiameteren. Samme omdreiningstall ved større volum betyr derfor en helt annen spesifikk effekt og skjærkraft. Det som overføres er kriteriet — kLa, P/V eller periferihastighet — og omdreiningstallet beregnes på nytt ut fra det i hver skala.
La oss snakke om
din oppskalering
Fortell oss hvilken skala du er på i dag og hvor du skal: teamet vårt svarer innen 24 timer.
