| von Dr. Manfred Mühl , Business Development Manager, Pall Filtersystems

Moderne Tiefenfilter zeichnen sich durch hohe Schmutzaufnahmekapazitäten und lange Filterstandzeiten aus. Sie eignen sich insbesondere zur Aufreinigung komplexer Zellsuspensionen, die ihren Wertstoff extrazellulär ausbilden, und sind in der Lage, das für die Zellabtrennung und Zellextraktklärung charakteristische breite Partikelgrößenspektrum sicher und wirtschaftlich abzutrennen. Darüber hinaus unterstützt die Tiefenfiltration eine signifikante DNA-Abreicherung im frühen Stadium der Wertstoffaufreinigung.

Das Angebot an Filterschichten ist vielfältig und orientiert sich an den unterschiedlichen Aufgabenstellungen, die sich in der Biotechnologie in den letzten Jahren ergeben haben. Das Produktspektrum umfasst sowohl einlagige als auch doppellagige Tiefenfilter. Sie basieren auf Filterschichten aus hochreinem Zellstoff, der mit Kieselgur oder Perliten unter Verwendung von Harzen gezielt angereichert und stabilisiert wurde.
Die Auswahl eines Tiefenfilters erfordert gerade vor dem Hintergrund gestiegener Titerkonzentrationen ein präzises Prozessverständnis. So hat die Abnahme der Vitalität im Laufe des Fermentationsprozesses, die infolge der Zelllyse ein breites Spektrum unterschiedlich großer Partikel im Fermenter freisetzt, erheblichen Einfluss auf die Filtration. Ein Stoffsystem mit hoher Vitalität lässt sich in der Regel mit einlagigen Filterschichten aufarbeiten, während eine verminderte Vitalität den Einsatz doppellagiger Filterschichten nahelegt.
Alle Tiefenfilter, die für den Einsatz im pharmazeutischen Umfeld hergestellt werden, erfüllen die USP-Anforderungen an Klasse-VI-Kunststoffe (121°C). Ihr Endotoxingehalt liegt mit <0,06EU/ml unterhalb der Nachweisgrenze. Der Anteil an extrahierbaren Bestandteilen ist auf ein Minimum reduziert.

Einweglösungen für dieZellabtrennung

Der Fokus in der Entwicklung neuer Tiefenfilter lag in der Vergangenheit vornehmlich auf der Filterschicht, die die späteren Leistungskriterien maßgeblich definiert. Es ging primär darum, den Filter hinsichtlich Kläreffekt, Rückhaltevermögen und Standzeit zu optimieren; dies bedeutete in der Praxis beispielsweise die Entwicklung neuer Rezepturen oder das Optimieren der Oberflächenladung.

Mittlerweile sind die Anforderungen vielfältiger geworden. Die Industrie verlangt nach intuitiver Bedienbarkeit, einfachster Handhabung und höchster Zuverlässigkeit. Die kosten- und zeitintensive Reinigung des Filtrationssystems mithilfe aufwendiger Clean in Place (CIP)-Verfahren sowie deren Validierung stehen zur generellen Disposition. Als wünschenswert gilt darüber hinaus der Verzicht auf aufwendige Hilfsmittel, darunter beispielsweise der Einsatz von Lastkränen zur Beladung und Entnahme der Filtermodule. Klassische Konzepte können dem kaum gerecht werden. Eine Zukunftsperspektive liegt in der Umsetzung benutzerfreundlicher und innovativer Einweglösungen. Ihr Einsatz in der Filtration war lange Zeit auf Laboranwendungen beschränkt, in denen kleine Volumina mit geringer Schmutzfracht aufzuarbeiten waren. In den vergangenen Jahren allerdings haben sich neue Anwendungsfelder auch im Prozessmaßstab gefunden. Die Übertragung des Einweggedankens auf Tiefenfilteranwendungen führte nun zu einer Weiterentwicklung großflächiger Tiefenfiltermodule traditioneller Bauform.

Merkmale des Systemkonzepts

Die Stax-Tiefenfilterplattform, die auf vollständig gekapselten Tiefenfiltermodulen basiert, vereint erstmalig die Vorteile einer optimalen Filtrationsleistung mit den Vorzügen von Einwegtechnologien. Das neue Konzept basiert auf Filterschichten und dem robusten Supradisc-II-Moduldesign im 16“-Format. Es verbindet unterschiedlichste Filterschichten mit verschiedensten Filterflächen und entspricht damit allen Anforderungen in der Zellabtrennung und in der Zellextraktklärung.
Die Stax-Tiefenfilterkapsulen werden in einem stabilen Edelstahlgestell betrieben, das in drei verschiedenen Größen für den Labor-, Pilot- und Prozessmaßstab zur Verfügung steht und optional mit Rollen ausgestattet werden kann. Das System ermöglicht den zur optimalen Entlüftung erforderlichen vertikalen Betrieb der Kapsulen und zeichnet sich durch eine geringe Stellfläche aus. Es kann mit Tiefenfiltern unterschiedlicher Formate bestückt werden und ist somit deutlich flexibler als horizontal betriebene Systeme.

Die Stax-Tiefenfilterplattform verschmilzt eine optimale Filtrationsleistung mit allen Vorteilen moderner Einwegtechnologien und ermöglicht maximale mechanische Robustheit selbst im schwierigen Prozessumfeld. Darüber hinaus ist eine gleichmäßige Verteilung der Produktlösung auf der gesamten Filterfläche gewährleistet, so dass eine wesentliche Voraussetzung für die angestrebte Skalierbarkeit erfüllt wird.
Den Anforderungen aus der betrieblichen Praxis entsprechend entstand ein ergonomisches Design mit intuitiver Bedienbarkeit und geringem Totvolumen. Es erlaubt mit seinen eigenständigen Entlüftungs- und Verteilerplatten große Flexibilität. Die Systeme können wahlweise in der klassischen T-Variante, bei der sich Ein- und Auslass auf gleicher Höhe befinden, oder in der Inline-Variante mit Anströmung von unten nach oben bzw. von oben nach unten betrieben werden. Das Inline-Verfahren bietet Vorteile insbesondere bei großen Filterflächen. Alle produktberührenden Teile sind als Einwegkomponenten ausgelegt, so dass Rüstzeiten und Investitionen auf ein vernünftiges Maß reduziert werden.
In einem Edelstahlgestell können verschiedene Filtermedien in serieller Konfiguration betrieben werden. Auf diese Weise lassen sich eine Vorfiltration und eine Endfiltration in nur einem System auf bequeme Weise effizient miteinander kombinieren.
Die Auswahl an Tiefenfilterkapsulen umfasst drei Formate, die wahlweise mit einlagigen oder doppellagigen Filterschichten zur Verfügung stehen. Die Filterflächen pro Filtereinheit betragen 0,5, 1 und 2m² für einlagige Schichten bzw. 0,25, 0,5 und 1m² für doppellagige Schichten. Die Gesamtfilterfläche pro System ist durch das modulare Design weitgehend frei wählbar, da Kapsulen aller Formate beliebig miteinander kombiniert werden können.
Mit Hilfe eines speziellen Verteilers können bis zu fünf Edelstahlgestelle miteinander verbunden werden, so dass sich die Gesamtfilterfläche im Parallelbetrieb auf maximal 100m² erweitern lässt.

Skalierbarkeit der Einwegplattform

Die Skalierbarkeit vom Labor- in den Pilot- und Prozessmaßstab ist zu einem elementaren Leistungskriterium für bestehende und neue Prozesse geworden. In der Tiefenfiltration war es bislang nicht unüblich, bei der Maßstabsübertragung einen mindestens 30%igen Sicherheitsfaktor für die Filterfläche einzukalkulieren. Ein gewisser Spielraum zum Ausgleich der für biologische Systeme typischen Chargenschwankungen ist zwar generell sinnvoll, doch sollte keine zusätzliche Filterfläche zur Kompensation einer nicht ausreichenden Übertragungsqualität erforderlich sein.

Die Tiefenfilterplattform basiert auf demselben Designkonzept wie die kleineren Supracap-100- und Supracap-60-Kapsulen. Alle Komponenten stimmen hinsichtlich der Filtermedien und Fluidwege überein. Eine mit verschiedenen Tiefenfilterkapsulen unterschiedlicher Größe und einem klassischen Supradisc-II-16“-Tiefenfiltermodul durchgeführte Studie dokumentiert die sehr gute Skalierbarkeit zwischen den Formaten. In der Praxis lassen sich Prozessvolumina zwischen 1 und mehr als 20000l sicher abdecken. Der angesprochene Sicherheitszuschlag für den Prozesstransfer aus der frühen Entwicklung in die Produktion kann daher deutlich geringer ausfallen und zur Kostenoptimierung beitragen.

Die neue Stax Tiefenfilter-Einwegplattform stehen für intuitive Bedienbarkeit, einfache Handhabung und hohe Zuverlässigkeit

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