1 Durch das EcoPrime-Chromatographiesystem lassen sich Prozesse mit hoher Präzision reproduzieren

Durch das Ecoprime-Chromatographiesystem lassen sich Prozesse mit hoher Präzision reproduzieren. Die Bauweise der Anlage entspricht allen üblichen industriellen Anforderungen und sorgt dafür, dass das System auf spezifizierten Reinraumflächen Platz findet.

  • Anlagen zur Puffer-Inline-Verdünnung werden meist über elektrochemische Sensoren geregelt. Die Messungen sind häufig träge und müssen, um genau zu bleiben, regelmäßig kalibriert werden.
  • Im Ecoprime-Chromatografiesystem werden deshalb Dosierpumpen mit digitalen Antrieben kombiniert. Die exakte und zuverlässige volumetrische Mischung ermöglicht es, auf Inline-pH- oder Leitfähigkeitssonden zu verzichten.
  • Das LPLC-System kombiniert die Chromatographie mit der Pufferverdünnung in einem System.

Um möglichst viele verschiedene Funktionen in einer einzigen Anlage zu kombinieren, wurde ein System entwickelt, das einerseits einen großen Flussbereich abdeckt und andererseits eine hohe Genauigkeit erreicht.

In vielen kritischen Produktionsanlagen – etwa im Biopharmabereich – spielt das Dosieren und Mischen von Flüssigkeiten eine zentrale Rolle. Ganz besonders auch in der Chromatographie. Die Pufferverdünnung muss vor der Chromatographie stattfinden, damit die für diesen Prozessschritt erforderliche Konzentration des Fluids erreicht werden kann. Das Ecoprime-LPLC-System von Lewa kombiniert die Chromatographie mit der Pufferverdünnung in einem System. Während des Prozesses werden dem System konzentrierte Puffer in der exakt auf die einzelnen Chromatographie-Prozessschritte abgestimmten Verdünnung zugeführt. Der Konzentrationswert dieser Puffer kann mitunter das Fünf- oder Zehnfache oder mehr des erforderlichen Werts betragen. Konzentrierte Puffer bieten dem Anwender neben geringeren Lager- und Transportkosten auch den Vorteil eines einfacheren Handlings auf den wertvollen Reinraumflächen in der Produktion. Während zwei Pumpen Puffer einspeisen, fördert die dritte Pumpe eine Verdünnungslösung – speziell aufbereitetes Wasser oder WFI – die dem System zugeführt wird, bis die erwünschte Fluidkonzentration erreicht ist. Anschließend können die Puffer für den Chromatographie-Prozess eingesetzt werden. Der gesamte Vorgang lässt sich innerhalb einer einzigen Anlage durchführen. Die bei anderen Systemen notwendigen Lagerflächen für niedrig konzentrierte Puffer in Großtanks werden somit überflüssig.

„Beim Einsatz von Puffern für die Chromatographie ist darauf zu achten, dass die Konzentrate nicht ausfallen, ehe sie verdünnt werden“, erklärt Joachim Regel, Sales Manager Bioprocess Systems Europe von Lewa. „Man muss die Löslichkeit eines jeden Puffers genau bestimmen, ehe er im System zur Anwendung gelangt.“ Außerdem müssen die Auswirkungen der jeweiligen Pufferkonzentrationen auf die Werkstoffe genau berücksichtigt werden.

Das System verwendet deshalb medienberührende Werkstoffe, die strenge regulatorische Anforderungen erfüllen. Durch die integrierte Puffer-Inline-Verdünnung können auch kleinere Flüssigkeitsvolumina verarbeitet werden. Die Pufferkonzentrate können somit auch in Einmalbeutel abgefüllt werden. Werden Einmalbeutel verwendet, müssen die Schläuche zwischen Pufferbeutel und Ecoprime-System jedoch ausreichend dimensioniert sein. Bei sehr geringem oder sehr hohem Volumenstrom können zu kleine Schläuche an Beuteln die Pumpleistung – beispielsweise durch Pumpenkavitation – verringern. Damit der Anwender während des gesamten Lebenszyklus der Anlage eine optimale Leistung erzielt, kann der Systemanbieter Rezepturen für fein abgestufte Parameter zur Verfügung stellen.

2 Grundlegendes Fließbild für die Pufferinline-Verdünnung

Grundlegendes Fließbild für die Pufferinline-Verdünnung.

Dosierpumpe mit Servoantrieb ist Messgerät

Das LPLC-System integriert zwei Funktionen in einer Anlage. Auch mögliche Mängel der Sensoren (etwa für die Leitfähigkeit und/oder den pH-Wert), die das endgültige Mischungsverhältnis der Puffer steuern, werden berücksichtigt. Beispielsweise neigen pH-Sonden nach einiger Zeit zu Abweichungen, was schlechtere Mess-ergebnisse nach sich ziehen kann, oder häufige Nach-kalibrierungen durch speziell geschulte Anlagenführer (mit entsprechenden Ausfallzeiten) notwendig machen kann. Die Sensoren geben zudem nur indirekt Auskunft über die Qualität einer Mischung, da sie die chemische Zusammensetzung der gemischten Komponenten nicht direkt ermitteln. Je nachdem, wo die als Inline-Instrumente eingesetzten Sensoren hinter den Pumpen platziert werden, sind Verzögerungen bei der Anzeige möglich, die zu Verlusten (oder nicht konformen Puffern) führen können.

Durch Ecodos-Dosierpumpen, kombiniert mit digitalen Antrieben, können Anwender zuverlässige volumetrische Mischungen erzielen. Verglichen mit Inline-Sensoren liefert die Pumpe nachweislich exaktere und reproduzierbarere Ergebnisse. Die Dosiergenauigkeit lässt sich durch den Einsatz von Digitalantrieben (Servoantrieben) zusätzlich erhöhen. Mit volumetrisch gesteuerten Systemen zur Puffer-Inline-Verdünnung werden Pufferkomponenten präzise und reproduzierbar dosiert – ohne Nachkalibrierung oder verzögerte Rückmeldungen.

3 Verdünnungsfaktoren (10x, 25x, 50x, 100x und 150x) und die damit verbundene Fehlerquote % (Konzentration) des Ecoprime-LPLC-Systems mit integrierter Pufferinline-Verdünnung

Verdünnungsfaktoren (10 x, 25 x, 50 x, 100 x und 150 x) und die damit verbundene Fehlerquote (Konzentration) des Ecoprime-LPLC-Systems mit integrierter Puffer-inline-Verdünnung.(Bilder: Lewa)

Puffer-Inline-Verdünnung in der Software vorkonfiguriert

Der Prozessschritt der Pufferinline-Verdünnung ist bereits in der Ecoprime-LPLC-Software konfiguriert. Damit Anwender die für ihre Produktion am besten geeigneten Verfahren auswählen können, hat der Systemanbieter unterschiedliche Methoden ent-wickelt: Eine spezielle Software ermöglicht beispielsweise die Festlegung eines fixen Prozentsatzes hinsichtlich der Gesamtfördermenge einerseits und die Ermittlung des Pufferkonzentrations-faktors für die Regelung der Zuführ- und Zielkonzentrationsfaktoren der gewünschten endgültigen Fluidkonzentration andererseits. So kann dasselbe Konzentrat in verschiedenen Prozessschritten mit verschiedenen Konzentrationen verwendet werden – je nach Softwarekonfiguration.

„Bei der isokratischen Elution beispielsweise werden zwei Puffer für die Verdünnung (1:10) eingesetzt, wobei die Gesamtförderleistung 5,0 l/min beträgt“, erläutert Regel. „90 % dieser Gesamtfördermenge werden von der Pumpe zur Verdünnung der beiden Puffer gefördert – die Konfiguration der Prozentsätze der Konzentratpuffer muss dem Rest der Gesamtfördermenge entsprechen, also zehn Prozent, beziehungsweise 0,5 l/min.“ Ein ähnliches Verfahren wird bei der Gradientenelution durchgeführt: Bei der Puffer-Inline-Verdünnung werden zwei Puffer (etwa eine Verdünnung 1:10) für eine dreistufige Gradientenelution verdünnt. Dabei handelt es sich um ein lineares Segment mit zwei nachfolgenden isokratischen Stufen. Die Gesamtfördermenge beträgt auch hier 5,0 l/min.
Fazit: Verglichen mit anderen Anlagen erreicht die Ecoprime-Anlage eine wesentlich höhere Genauigkeit. Die Kombination „Variation der Drehzahl“ und „Teilhubmodus“ bietet einen Stellbereich von 1:150 oder mehr. Während herkömmliche Technik dazu Frequenz-umrichter und eine elektrische Hubverstellung benötigt, die über separate Leistungs- sowie Datenanschlüsse gespeist werden, genügt beim Intellidrive-Antrieb nur ein Anschluss und ist so kostengünstiger. Das Ecoprime-System ist reinraumtauglich und wurde für den Einsatz in GMP-Prozessumgebungen entwickelt.

Achema Halle 8.0 – C62

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