Downstream Processing –
Verfahrensentwicklung
Skalierung
Die Entwicklung neuer Membranverfahren verspricht enorme Erfolge in der biotechnologischen und pharmazeutischen Produktion – insbesondere im Downstream Processing. Doch der Weg vom Konzept in den industriellen Massstab ist steinig und scheitert oft an der Komplexität. Häufig bleibt das volle Potenzial neuer Membrantechnologien ungenutzt, weil die Übertragbarkeit vom Labor in den Industriemassstab nicht richtig angegangen wird.
Es ist schwierig, Membranprozesse vom Labormassstab in die Grosstechnik zu übertragen. Im Labor sind die Ergebnisse oft vielversprechend. In der Produktion läuft dann alles bedeutend schlechter. Damit das Verfahren sicher übertragen werden kann, muss man auf Engineering zurückgreifen.
Analytik
Batch vs. Kontinuierlich
Kontinuierliche Systeme sind einfacher zu regeln als Batchprozesse, erfordern aber eine aufwändigere Anlagenplanung und erfordern immer mehr Equipment als Batch-Anlagen.
Chargenschwankungen
Beim der Chargenverarbeitung im Labormassstab werden Unterschiede in der Rohstoffqualität meistens nicht erfasst. Spätere Produktionsprobleme sind oft auf solche, im Labormassstab nicht wahrnehmbare Unterschiede zurückzuführen. Bei Fermenterbrühen oder Lebensmitteln spielt die Lagerzeit eine wichtige Rolle. Während der Lagerung treten Veränderungen auf. Daher sollten Testchargen unter möglichst variierenden Bedingungen gefahren werden. Ein strukturierter upscaling-Ansatz hilft, Schwankungen in den Chargen zu erkennen u
Diafiltration
Konzentration und Diafiltration in einem Schritt, resp. mehreren nacheinander geschalteten Schritten → geringere Gesamtprozesszeit (Konti-Prozess) → keine Produktverluste durch Transfers → kontinuierliche Kontrolle der Produktkonzentration → spart Tanks, Reinigungszyklen und Bedienaufwand
Bei der Diafiltration wird durch kontinuierliche Zugabe von Wasser / Puffer eine verbesserte Abtrennung von Verunreinigungen erzielt. Allerdings kann dadurch auch ein Teil des Zielmoleküls im Permeat verloren gehen (besonders bei nicht 100 %iger Rückhaltung). Je nach Anzahl der Diavolumina steigt die Membranfläche und das Permeatvolumen erhöht sich.
Energie
Flux
Fouling
Produktverlust
Reinigung (CIP)
Rückführung
- Permeat- oder Retentat-Rückführung
- Teilstromführung / Split-Feed-Verfahren
- Behandlung empfindlicher oder hochkonzentrierter Fraktionen separat → bessere Steuerbarkeit, geringerer Produktstress
Rückhalt
Scherkräfte
- Einsatz scherarmer Pumpentechnologien
- Optimierung der Strömungsführung und Schonung sensibler Komponenten
- Modellierung und Kontrolle von Scherkräften in der Prozessentwicklung
Intakte Zellmembranen haben andere elektrische Eigenschaften als lysierte Zellen (→ Messmethoden)
In-situ Fluoreszenz-/Spektroskopie (z. B. NIR, Raman) → Erfassung spezifischer Zellkomponenten (z. B. Proteine, DNA, NADH). Ändert sich z. B. das Spektrum → Hinweis auf Zellzerfall oder Stoffwechselveränderung. Messung von Freisetzungsmarkern. DNA, LDH (Lactatdehydrogenase), Proteasen: werden bei Zelllyse freigesetzt → Erfassung über ELISA, UV-Spektroskopie oder enzymatische Sensoren
Trübungsmessungen geben indirekt Auskunft
Viskosität oder Rheologie: Zellaufschlüsse verändern das Fliessverhalten → Hinweis auf Zellschädigung.
Viele Sensoren sind heute prozessanalytisch (PAT) integrierbar – oft in-line oder at-line, zunehmend auch mit modellgestützter Auswertung (Soft Sensoren).
Sensoren
Neben Messung von Druck, Fluss, Leitfähigkeit, Trübung auch Messung von UV/Vis, Raman etc. → Echtzeitüberwachung von Prozessverhalten und Membranzustand durch atline Sensoren.
