Aus zwei mach eins

In der Prozess-Chro­matogra­phie für die Bio­phar­main­dus­trie gel­ten strenge Regeln – die Anforderun­gen an Präzi­sion, Sorgfalt und Repro­duzier­barkeit hin­sichtlich dieser Prozesse sind hoch. Um die für das jew­eilige Ver­fahren notwendi­ge Konzen­tra­tion des ver­wen­de­ten Flu­ids zu erhal­ten, wird die Pufferin­line-Verdün­nung immer üblich­er. Lewa hat zu diesem Zweck ein Konzept entwick­elt, das viele ver­schiedene Funk­tio­nen in ein­er einzi­gen Anlage kom­biniert. Zusät­zlich zur Möglichkeit der Pufferin­line-Verdün­nung bietet diese auch eine isokratis­che oder lin­eare Gra­di­en­tene­lu­tion. Dem Anwen­der bietet diese inno­v­a­tive Funk­tion­al­ität flex­i­blere Prozesse, höhere Qual­ität und einen gerin­geren Platzbe­darf. Durch den von Lewa entwick­el­ten mecha­tro­n­is­chen Antrieb Intel­lidrive, der für einen großen und gle­ichzeit­ig präzisen Stell­bere­ich der Pumpen sorgt, bietet das Eco­Prime-Sys­tem mit nur ein­er Anlage einen Fluss­bere­ich und eine Genauigkeit, die in der Branche führend sind.

In vie­len kri­tis­chen Pro­duk­tion­san­la­gen – etwa im Bio­pharmabere­ich – spielt das Dosieren und Mis­chen von Flüs­sigkeit­en eine zen­trale Rolle. So auch ins­beson­dere in der Chro­matogra­phie. „Um konzen­tri­erte Puffer für Chro­matogra­phie-Prozesse zuver­läs­sig und mit der erforder­lichen Präzi­sion ein­set­zen zu kön­nen, wird ein entsprechend konzip­iertes Sys­tem benötigt“, erk­lärt Joachim Regel, Sales Man­ag­er Bio­process Sys­tems Europe von Lewa. „Die Puffer­verdün­nung muss vor der Chro­matogra­phie stat­tfind­en, damit die für diesen Prozesss­chritt erforder­liche Konzen­tra­tion des Flu­ids erre­icht wer­den kann.“ Das firmeneigene 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 herkömm­lichen 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“, so Regel. „Man muss die Lös­lichkeit eines jeden Puffers genau bes­tim­men, ehe er im Sys­tem zur Anwen­dung gelangt. „Auch müssen die Auswirkun­gen der jew­eili­gen Puffer­konzen­tra­tio­nen auf die Werk­stoffe genau berück­sichtigt wer­den. Das gesamte Sys­tem ist mit medi­en­berühren­den Werk­stof­fen konzip­iert, die streng­ste reg­u­la­torische Anforderun­gen erfüllen. Durch die inte­gri­erte Pufferin­line-Verdün­nung kön­nen auch kleinere Flüs­sigkeitsvol­u­men ver­ar­beit­et wer­den. Die Puffer­konzen­trate kön­nen somit auch in Ein­mal­beu­tel – eine weit­ere, kostens­parende Inno­va­tion in der Bio­phar­main­dus­trie – 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 Lewa bewährte Rezep­turen für fein abgestufte Para­me­ter zur Ver­fü­gung stellen.

Zusätzliche Differenzierung

Eco­Prime inte­gri­ert zwei Funk­tio­nen in einem einzi­gen Sys­tem. Auch mögliche Män­gel der Son­den (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 Messergeb­nisse oder eine ständi­ge Nachkalib­rierung durch speziell geschulte Anla­gen­führer (mit entsprechen­den Aus­fal­lzeit­en) nach sich ziehen kann. Son­den kön­nen zudem nur indi­rekt über die Qual­ität ein­er Mis­chung Auskun­ft geben, da sie die chemis­che Zusam­menset­zung der gemis­cht­en Kom­po­nen­ten nicht direkt ermit­teln. Durch den Abstand zwis­chen den Pumpen und den Son­den kann sich die Rück­mel­dung an die Pumpen­s­teuerung verzögern. Je nach­dem, wo die als Inline-Regelin­stru­mente einge­set­zten Mess­son­den hin­ter den Pumpen platziert wer­den, sind Verzögerun­gen bei der Anzeige möglich, die zu Puffer­ver­lus­ten (oder nicht kon­for­men Puffern) führen können.

Durch Eco­dos-Dosier­pumpen, kom­biniert mit dig­i­tal­en Antrieben, kön­nen Anwen­der höchst zuver­läs­sige vol­umetrische Mis­chun­gen erzie­len. Ver­glichen mit Inline-Son­den liefert die Eco­dos-Pumpe nach­weis­lich exak­tere und repro­duzier­barere Ergeb­nisse. Die Dosier­ge­nauigkeit lässt sich durch den Ein­satz von Dig­i­ta­lantrieben (Ser­voantrieben) zusät­zlich erhöhen. Das Unternehmen hat eine solche Kom­bi­na­tion von Ser­voantrieb und Dosier­pumpe in Chro­matogra­phie-Sys­te­men paten­tieren lassen. Mit vol­umetrisch ges­teuerten Sys­te­men zur Pufferin­line-Verdün­nung (etwa mit dem Eco­Prime-Sys­tem) erzielt der Anwen­der schlussendlich eine sorgfältigere, präzis­ere und repro­duzier­barere Dosierung der Puffer­kom­po­nen­ten – ohne Nachkalib­rierung und/oder verzögerte Rückmeldungen.

Innovative Software zur Konfiguration der Pufferinline-Verdünnung

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 Lewa unter­schiedliche Meth­o­d­en entwick­elt: Eine spezielle Soft­ware ermöglicht beispiel­sweise die Fes­tle­gung eines fix­en Prozentsatzes hin­sichtlich der Gesamt­för­der­menge ein­er­seits und die Ermit­tlung des Puffer­konzen­tra­tions­fak­tors 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 Gesamt­för­der­menge 5,0 l/min beträgt“, erläutert Regel. „90 Prozent 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 0,5l/min.“ Ein ähn­lich­es Ver­fahren wird bei der Gra­di­en­tene­lu­tion durchge­führt: Bei der Pufferin­line-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.