Brechungsindexmessung für Proteinkonzentrationssteuerung in Echtzeit bei der Blutplasmaultrafiltration
Zuverlässige Messung zur Optimierung der Proteinrückgewinnung bei der Plasmaultrafiltration
Einführung
Blutplasma enthält Hunderte von Proteinen, die wichtige physiologische Funktionen erfüllen. Die am häufigsten vorkommenden Proteine, Albumin und Immunglobulin G (IgG), machen etwa 80 % der Plasmaproteine aus.
Plasma wird als Rohstoff für die Herstellung pharmazeutischer fraktionierter Produkte wie Humanserumalbumin (HSA), Immunglobulin G (IgG), Thrombin-Subklassenproteine und Proteaseinhibitoren verwendet. Diese Produkte sind entscheidend zur Behandlung lebensbedrohlicher Erkrankungen, darunter Blutungs- und Gerinnungsstörungen, immunologische und infektiöse Erkrankungen sowie Gewebedegeneration.
Blutplasma wird durch Zentrifugation aus dem Vollblut fraktioniert oder durch Apherese gewonnen. Während der Gewinnung, Verarbeitung und Lagerung ist eine strenge Kontrolle der Umgebungs- und Prozessbedingungen – insbesondere Temperatur – unerlässlich, um die Plasmaqualität aufrechtzuerhalten.
Der Plasmafraktionierungsprozess beginnt mit der Konditionierung und der Zusammenführung des gefrorenen Plasmas, gefolgt von der Kryopräzipitation und nachfolgenden Fraktionierungsschritten wie kalter Ethanolfällung, Filtration, und Chromatografie. Jede Zwischenfraktion wird vor der Verpackung und Freigabe weiter gereinigt.
Anwendung
Messmedium
- Blutplasmazwischenprodukt
Typische Endprodukte
- Albumin
- Immunglobulin G
Die Trennung von Albumin oder IgG aus menschlichen Plasmazwischenprodukten erfolgt typischerweise in einem kleinen Batchprozess mittels zentrifugaler Ultrafiltration, während tierisches Plasma oft in größeren kontinuierlichen Ultrafiltrationssystemen verarbeitet wird.
In beiden Fällen wird die Plasmafraktionslösung aus früheren Verarbeitungsstufen unter Druck durch Membranen gepumpt. Kleinere Moleküle gelangen durch die Membran, während größere Proteine als konzentriertes Retentat zurückbleiben. In kontinuierlichen Systemen wird Puffer (z. B. 0,9 % NaCl) hinzugefügt, um ein konstantes Volumen aufrechtzuerhalten, während kleinere Moleküle entfernt werden.
Die Steuerung der Retentatkonzentration ist wesentlich. Sie beeinflusst die Membrandurchlässigkeit, den Gesamtertrag und die Qualität des Endprodukts. Eine präzise Messung gewährleistet die Einhaltung der gekennzeichneten Spezifikationen und optimiert die Betriebseffizienz.
Messtechnik und Montage
Das Vaisala Polaris™ Kompakt-Hygieneprozessrefraktometer PR53AC ermöglicht die Inline-Konzentrationsmessung in Echtzeit von Plasmaproteinen während der Ultrafiltration. Die kontinuierliche Überwachung von Brechungsindex ermöglicht es Prozesstechnikfachleuten, die Zielwerte der Konzentration genau einzuhalten und so Konsistenz und Durchsatz zu verbessern. Durch die Messung von Brechungsindex sowohl in Zufuhr- als auch Retentatströmen können Schwankungen in der Pufferzusammensetzung ausgeglichen werden, wodurch eine einfache und genaue Proteinkonzentrationssteuerung gewährleistet wird.
Das Refraktometer ist ein Werkzeug für die Prozessanalysentechnik (PAT), das die langsamen probenbasierten Kjeldahl- oder Dumas-Methoden zur Stickstoffbestimmung ersetzt. Im Gegensatz zu spektrofotometrischen A280-Messungen, die durch den Absorptionsbereich begrenzt sind, kann das Vaisala Polaris™ PR53AC hochkonzentrierte Proteinlösungen – bis zu 220 g/l und darüber hinaus – mit ausgezeichneter Wiederholbarkeit messen. Dies ermöglicht eine direkte kontinuierliche Messung ohne die Notwendigkeit einer manuellen Probenahme oder Offline-Analyse. So lassen sich Arbeitsabläufe optimieren und das Fehlerrisiko reduzieren.
Typische Installationen
- Direkte Winkelmontage am Außenradius eines Rohrbogens
- Integration über ein Durchflusszelle
- Direkteinbau in den Zufuhrtank
Das Instrument gibt 4 … 20 mA- und Ethernet-Signale für den Anschluss an Datenerfassungs- oder Datensteuerungssysteme aus und unterstützt die Prozessüberwachung und -dokumentation in Echtzeit.
Aufgrund des optischen Polaris™ Messprinzips liefern das PR53AC oder das PR53AP stabile Messwerte, selbst bei Vorhandensein von Blasen oder Schwebstoffen. Sie erfordern keine Neukalibrierung und können problemlos mit Standard-Brechungsindexflüssigkeiten überprüft werden. Die Bauweise unterstützt die CIP-Reinigung und minimiert den Wartungsbedarf. Eine Option mit längerer Sonde bietet das Vaisala Polaris™ Hygiene-Sondenprozessrefraktometer PR53AP.
Messtechnikbeschreibung
- Messbereich: Brechungsindex (nD) 1,3200 … 1,5300 (0 … 100 Brix)
- Sanitär-Bauweise: Erfüllt die Anforderungen von 3-A und EHEDG; elektropolierte benetzte Teile (Ra 0,38 µm/15 µin)
- Optionen für die Nutzungsoberfläche: Mehrkanal-MI-, kompakte CI- oder webbasierte WI-Oberflächen für Messung und Diagnosezugriff
- Verifizierung: werkseitig kalibriert; einfache Verifizierung dank Standard-Brechungsindexflüssigkeiten
Schlussfolgerung
Das Vaisala Polaris™ Inline-Refraktometer bietet eine genaue Echtzeitüberwachung der Proteinkonzentration während der Blutplasmaultrafiltration. Seine robuste optische Konstruktion und seine Hygienekonformität machen es ideal für pharmazeutische und biotechnologische Umgebungen. Es ermöglicht eine zuverlässige Steuerung der Produktkonzentration, eine verbesserte Prozesseffizienz und die Einhaltung der GMP- und PAT-Richtlinien.
Vaisala Polaris™ Kompakt-Hygieneprozessrefraktometer PR53AC
Das Vaisala Polaris™ PR53AC bietet eine genaue Echtzeitmessung des Brechungsindex (BI) Messung zur Steuerung der Proteinkonzentration bei der Blutplasmaultrafiltration. Seine 3-A Sanitär- und EHEDG-zertifizierte Bauweise gewährleistet die vollständige Einhaltung der in pharmazeutischen und biotechnologischen Prozessen angewendeten hygienischen Herstellungsstandards.
Das PR53AC liefert abweichungsfreie Inline-Messwerte, die nicht durch Blasen, Farbe oder Schwebeteilchen beeinflusst werden. Es ermöglicht so eine stabile Prozesssteuerung und gleichbleibende Qualität des Endprodukts. Es wurde für CIP-/SIP-Kompatibilität und eine einfache Montage auf Hygienearmaturen oder Durchflusszellen entwickelt, erfordert nur minimale Wartung und funktioniert zuverlässig über einen weiten Konzentrations- und Temperaturbereich.
Dieses kompakte, langlebige Refraktometer unterstützt mA-, HART- und Modbus RTU-Konnektivität. Es lässt sich nahtlos in automatisierte GMP-Umgebungen integrieren, um eine effiziente, kontinuierliche Überwachung der Plasmafraktionierung sicherzustellen.