Skalowanie bioprocesu od stołu laboratoryjnego do produkcji
Przeniesienie procesu z jednej skali do drugiej nie polega na pomnożeniu objętości: zmienia sposób, w jaki hodowla otrzymuje tlen, jak jest mieszana i jakiemu naprężeniu ścinającemu podlega. Ta strona zbiera kryteria oceny przeniesienia oraz czteroetapową ścieżkę, od 250 mL do ponad 1000 L WV, którą prowadzi platforma Vinci.
Od badań do produkcji, jedna platforma
Te same parametry i receptury Bioflex™ prowadzą Cię od stołu laboratoryjnego do skali przemysłowej, zmniejszając ryzyko transferu między etapami.
Bioreaktory i fermentory sterylizowalne in situ do B+R
Seria BioSIP.
Zobacz system →
Bioreaktory i fermentory sterylizowalne in situ do skali pilotowej i produkcji
Seria BioFerm.
Zobacz system →
Bioreaktory i fermentory sterylizowalne in situ w dużej skali
Bioreaktory na zamówienie.
Zobacz system →Według czego ocenia się przeniesienie skali
Nie da się zachować wszystkich naraz: skalowanie przy stałej mocy jednostkowej daje inną prędkość obwodową. Skalowanie polega na wyborze kryterium nadrzędnego i udokumentowaniu, co może się zmieniać.
kLa
Objętościowy współczynnik transferu tlenu jest najczęściej stosowanym kryterium w procesach tlenowych: utrzymuje się go stały między skalami, ponieważ decyduje o tym, ile tlenu faktycznie dociera do biomasy. Zmienia się wraz z prędkością mieszania i przepływem gazu, więc tę samą wartość osiąga się w każdej skali inną kombinacją obu.
Moc jednostkowa (P/V)
Moc rozpraszana na jednostkę objętości wiąże mieszanie z naprężeniem ścinającym. Utrzymanie jej na stałym poziomie zachowuje reżim mieszania, ale wraz ze wzrostem objętości wymusza niższe prędkości mieszadła — dlatego procesu nie przenosi się, kopiując obroty.
Prędkość obwodowa mieszadła
To ona decyduje o naprężeniu ścinającym działającym na komórki. W hodowlach wrażliwych — komórki ssaków, biomasa grzybniowa — jest to często ograniczenie nadrzędne wobec pozostałych i przesądza o geometrii mieszadła przed jego prędkością.
Jednostkowy przepływ gazu (vvm)
Objętości gazu na objętość cieczy na minutę nie przenoszą się liniowo: w większej skali to samo vvm oznacza znacznie więcej gazu, więcej piany i silniejsze wypłukiwanie CO₂. Zwykle skaluje się prędkość powierzchniową gazu zamiast vvm.
Podobieństwo geometryczne
Stosunek wysokości do średnicy, średnica mieszadła do średnicy zbiornika, liczba i położenie przegród: zachowanie proporcji między skalami sprawia, że dane procesowe są porównywalne. Gdy pełne podobieństwo nie jest możliwe, wybiera się, który stosunek zachować.
Czas mieszania
Czas potrzebny zbiornikowi na powrót do jednorodności po dozowaniu rośnie wraz z objętością. W skali produkcyjnej to on decyduje, czy dodanie zasady lub pożywki tworzy lokalny gradient pH albo substratu, zanim się rozprowadzi.
Co pozostaje bez zmian wraz ze wzrostem skali
Te same receptury
Bioflex™ prowadzi ten sam proces od stołu laboratoryjnego po skalę przemysłową: receptury, sekwencje i profile zasilania przenoszą się między etapami, zamiast być pisane od nowa.
Ta sama pokrywa
Pokrywa systemów stołowych jest ta sama dla zbiornika szklanego i ze stali nierdzewnej: sondy, przyłącza i układ pobierania próbek pozostają te, na których opracowano proces.
Te same mierzone parametry
pH, tlen rozpuszczony, temperatura, ciśnienie i biomasa są mierzone tym samym torem pomiarowym w każdej skali, dzięki czemu dane laboratoryjne i pilotażowe porównuje się bez uzgadniania.
Spójna sterylizacja
Od autoklawowania na stole po sterylizację in situ systemów pilotażowych i przemysłowych cykle SIP i CIP są zautomatyzowane i rejestrowane: zmiana skali nie zmienia sposobu walidacji procesu.
Najczęstsze pytania o skalowanie
Przejście z kolby wytrząsanej do bioreaktora zmienia sposób, w jaki hodowla otrzymuje tlen: w kolbie wymiana zachodzi przez powierzchnię, w bioreaktorze przez pęcherzyki. Zaczyna się więc od ustalenia kryterium do zachowania — w procesie tlenowym niemal zawsze kLa — i wyznacza w każdej skali kombinację mieszania i przepływu gazu, która je osiąga, sprawdzając, czy prędkość obwodowa mieszadła pozostaje poniżej granicy tolerowanej przez linię komórkową. Na ścieżce Vinci opracowanie prowadzi się na systemach stołowych od 250 mL do 30 L WV i przenosi na kolejne etapy bez zmiany receptur i toru pomiarowego.
W praktyce stosuje się sześć kryteriów: kLa, moc jednostkową P/V, prędkość obwodową mieszadła, jednostkowy przepływ gazu, podobieństwo geometryczne i czas mieszania. Nie da się zachować wszystkich naraz: skalowanie przy stałym P/V daje na przykład inną prędkość obwodową. Skalowanie polega na wyborze kryterium nadrzędnego dla danego procesu i udokumentowaniu, co może się zmieniać.
Ścieżka obejmuje cztery etapy: 250 mL – 30 L WV na stole z serią Biobook, 20 – 100 L WV dla prac B+R ze sterylizacją in situ z serią BioSIP, 250 – 800 L WV dla pilotażu i produkcji z serią BioFerm oraz powyżej 1000 L WV z bioreaktorami na zamówienie. Etapy współdzielą platformę sterowania, więc przeniesienie dotyczy parametrów procesu, a nie pisania automatyki od nowa.
Ponieważ moc rozpraszana rośnie z sześcianem prędkości i piątą potęgą średnicy mieszadła. Utrzymanie tych samych obrotów przy większej objętości oznacza więc zupełnie inną moc jednostkową i naprężenie ścinające. Przenosi się kryterium — kLa, P/V lub prędkość obwodową — i z niego przelicza się obroty w każdej skali.
Porozmawiajmy o
Twoim skalowaniu
Powiedz nam, w jakiej skali jesteś dziś i dokąd musisz dojść: nasz zespół odpowiada w ciągu 24 godzin.
