Xəbərlər - Bio Farmasevtik Fermentasiya Prosesində pH Səviyyələrinin Monitorinqi

PH elektrodu fermentasiya prosesində mühüm rol oynayır, ilk növbədə fermentasiya bulyonunun turşuluğunu və qələviliyini izləmək və tənzimləmək üçün xidmət edir. Davamlı olaraq pH dəyərini ölçməklə, elektrod fermentasiya mühitinə dəqiq nəzarət etməyə imkan verir. Tipik bir pH elektrodu, kimyəvi enerjinin elektrik siqnallarına çevrilməsini tənzimləyən Nernst tənliyi prinsipi əsasında işləyən sensor elektroddan və istinad elektrodundan ibarətdir. Elektrod potensialı məhluldakı hidrogen ionlarının aktivliyi ilə birbaşa bağlıdır. PH dəyəri ölçülmüş gərginlik fərqini standart tampon məhlulu ilə müqayisə etməklə müəyyən edilir ki, bu da dəqiq və etibarlı kalibrləmə imkanı verir. Bu ölçmə yanaşması fermentasiya prosesi boyunca sabit pH tənzimlənməsini təmin edir və bununla da optimal mikrob və ya hüceyrə fəaliyyətini dəstəkləyir və məhsulun keyfiyyətini təmin edir.

PH elektrodlarının düzgün istifadəsi bir neçə hazırlıq mərhələsini, o cümlədən elektrodun aktivləşdirilməsini tələb edir (adətən elektrodu distillə edilmiş suya və ya pH 4 tampon məhluluna batırmaqla əldə edilir) optimal reaksiya və ölçmə dəqiqliyini təmin etmək üçün. Biofarmasötik fermentasiya sənayesinin ciddi tələblərinə cavab vermək üçün pH elektrodları yüksək temperaturda buxar sterilizasiyası (SIP) kimi ciddi sterilizasiya şəraitində sürətli cavab müddəti, yüksək dəqiqlik və möhkəmlik nümayiş etdirməlidir. Bu xüsusiyyətlər steril mühitlərdə etibarlı performansa imkan verir. Məsələn, qlutamik turşu istehsalında temperatur, həll olunmuş oksigen, qarışdırma sürəti və pH-ın özü kimi əsas parametrlərə nəzarət etmək üçün dəqiq pH monitorinqi vacibdir. Bu dəyişənlərin dəqiq tənzimlənməsi son məhsulun həm məhsuldarlığına, həm də keyfiyyətinə birbaşa təsir göstərir. Yüksək temperatura davamlı şüşə membranları və əvvəlcədən təzyiqli polimer gel istinad sistemlərini özündə əks etdirən bəzi təkmil pH elektrodları ekstremal temperatur və təzyiq şəraitində müstəsna sabitlik nümayiş etdirir və onları bioloji və qida fermentasiya proseslərində SIP tətbiqləri üçün xüsusilə uyğun edir. Bundan əlavə, onların güclü çirklənmə əleyhinə qabiliyyətləri müxtəlif fermentasiya bulyonlar arasında ardıcıl performansa imkan verir. Shanghai Boqu Instrument Co., Ltd. istifadəçi rahatlığını və sistem inteqrasiyası çevikliyini artıran müxtəlif elektrod birləşdirici variantları təklif edir.

Biofarmasevtiklərin fermentasiya prosesi zamanı pH monitorinqi niyə lazımdır?

Biofarmasötik fermentasiyada, müvəffəqiyyətli istehsal və antibiotiklər, peyvəndlər, monoklonal antikorlar və fermentlər kimi hədəf məhsulların məhsuldarlığını və keyfiyyətini artırmaq üçün real vaxt rejimində pH monitorinqi və nəzarəti vacibdir. Əslində, pH nəzarəti mikrob və ya məməlilərin hüceyrələri üçün - "canlı fabriklər" kimi fəaliyyət göstərən - terapevtik birləşmələri yetişdirmək və sintez etmək üçün optimal fizioloji mühit yaradır.

1. Optimal hüceyrə fəaliyyətini qoruyun
Fermentasiya mürəkkəb biomolekullar yaratmaq üçün canlı hüceyrələrə (məsələn, CHO hüceyrələri) əsaslanır. Hüceyrə metabolizması ətraf mühitin pH-ına çox həssasdır. Bütün hüceyrədaxili biokimyəvi reaksiyaları kataliz edən fermentlər dar pH optimasına malikdir; bu diapazondan kənarlaşmalar fermentativ fəaliyyəti əhəmiyyətli dərəcədə azalda və ya denatürasiyaya səbəb olaraq metabolik funksiyanı poza bilər. Bundan əlavə, qlükoza, amin turşuları və qeyri-üzvi duzlar kimi hüceyrə membranı vasitəsilə qida maddələrinin qəbulu pH-dan asılıdır. Suboptimal pH səviyyələri qida maddələrinin udulmasına mane ola bilər, suboptimal böyüməyə və ya metabolik balanssızlığa səbəb ola bilər. Bundan əlavə, həddindən artıq pH dəyərləri membranın bütövlüyünü poza bilər, nəticədə sitoplazmik sızma və ya hüceyrə lizisi baş verir.

2. Yan məhsulun əmələ gəlməsini və substrat tullantılarını minimuma endirmək
Fermentasiya zamanı hüceyrə metabolizması asidik və ya əsas metabolitlər yaradır. Məsələn, bir çox mikroorqanizmlər qlükoza katabolizmi zamanı üzvi turşular (məsələn, laktik turşu, sirkə turşusu) istehsal edərək pH-ın azalmasına səbəb olur. Düzəliş edilmədikdə, aşağı pH hüceyrələrin böyüməsini maneə törədir və metabolik axını qeyri-məhsuldar yollara keçirərək əlavə məhsulun yığılmasını artırır. Bu əlavə məhsullar qiymətli karbon və enerji resurslarını istehlak edir, əks halda hədəf məhsul sintezini dəstəkləyəcək və bununla da ümumi məhsuldarlığı azaldır. Effektiv pH nəzarəti istənilən metabolik marşrutları saxlamağa kömək edir və prosesin səmərəliliyini artırır.

3. Məhsulun sabitliyini təmin edin və deqradasiyanın qarşısını alın
Bir çox biofarmasötik məhsullar, xüsusən monoklonal antikorlar və peptid hormonları kimi zülallar pH-induksiya etdiyi struktur dəyişikliklərinə həssasdır. Sabit pH diapazonundan kənarda bu molekullar potensial olaraq zərərli çöküntülər əmələ gətirərək denaturasiya, aqreqasiya və ya inaktivasiyaya məruz qala bilər. Bundan əlavə, müəyyən məhsullar turşu və ya qələvi şəraitdə kimyəvi hidrolizə və ya enzimatik parçalanmaya meyllidir. Müvafiq pH-nin saxlanması istehsal zamanı məhsulun deqradasiyasını minimuma endirir, potensialı və təhlükəsizliyini qoruyur.

4. Prosesin səmərəliliyini optimallaşdırın və partiyadan partiyaya ardıcıllığı təmin edin
Sənaye nöqteyi-nəzərindən pH nəzarəti məhsuldarlığa və iqtisadi səmərəliliyə birbaşa təsir göstərir. Əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənə bilən hüceyrə böyüməsi və məhsulun ifadəsi kimi müxtəlif fermentasiya mərhələləri üçün ideal pH təyinat nöqtələrini müəyyən etmək üçün geniş tədqiqat aparılır. Dinamik pH nəzarəti, biokütlənin yığılmasını və məhsul titrlərini maksimuma çatdıraraq, mərhələ üçün xüsusi optimallaşdırmaya imkan verir. Bundan əlavə, FDA və EMA kimi tənzimləyici qurumlar ardıcıl proses parametrlərinin məcburi olduğu Yaxşı İstehsalat Təcrübələrinə (GMP) ciddi riayət etməyi tələb edir. pH Kritik Proses Parametri (CPP) kimi tanınır və onun davamlı monitorinqi əczaçılıq məhsullarının təhlükəsizliyinə, effektivliyinə və keyfiyyətinə zəmanət verərək, partiyalar arasında təkrarlanmanı təmin edir.

5. Fermentasiya sağlamlığının göstəricisi kimi xidmət edin
pH dəyişməsi tendensiyası mədəniyyətin fizioloji vəziyyəti haqqında dəyərli məlumatlar verir. PH-da qəfil və ya gözlənilməz dəyişikliklər çirklənmə, sensorun nasazlığı, qida maddələrinin tükənməsi və ya metabolik anomaliyalara işarə edə bilər. pH meyllərinə əsaslanan erkən aşkarlama operatorun vaxtında müdaxiləsinə imkan verir, problemlərin aradan qaldırılmasını asanlaşdırır və baha başa gələn partiyaların uğursuzluqlarının qarşısını alır.

Biofarmasötiklərdə fermentasiya prosesi üçün pH sensorları necə seçilməlidir?

Biofarmasötik fermentasiya üçün uyğun pH sensorunun seçilməsi prosesin etibarlılığına, məlumatların bütövlüyünə, məhsulun keyfiyyətinə və normativlərə uyğunluğa təsir edən mühüm mühəndislik qərarıdır. Seçimə sistematik yanaşmaq lazımdır, yalnız sensorun performansını deyil, həm də bütün bioproses iş axını ilə uyğunluğu nəzərə almaq lazımdır.

1. Yüksək temperatur və təzyiq müqaviməti
Biofarmasevtik proseslər adətən 121°C və 1-2 bar təzyiqdə 20-60 dəqiqə ərzində in-situ buxar sterilizasiyasından (SIP) istifadə edir. Buna görə də, hər hansı bir pH sensoru uğursuzluq olmadan belə şərtlərə təkrar məruz qalmağa davam etməlidir. İdeal olaraq, təhlükəsizlik marjasını təmin etmək üçün sensor ən azı 130°C və 3-4 bar üçün qiymətləndirilməlidir. İstilik dövriyyəsi zamanı nəmin daxil olmasının, elektrolit sızmasının və ya mexaniki zədələnmənin qarşısını almaq üçün möhkəm sızdırmazlıq vacibdir.

2. Sensor növü və istinad sistemi
Bu, uzunmüddətli sabitliyə, texniki xidmət ehtiyaclarına və çirklənmə müqavimətinə təsir edən əsas texniki mülahizədir.
Elektrod konfiqurasiyası: Həm ölçü, həm də istinad elementlərini bir gövdədə birləşdirən kompozit elektrodlar quraşdırma və idarəetmə asanlığı səbəbindən geniş istifadə olunur.
İstinad sistemi:
• Maye ilə doldurulmuş arayış (məsələn, KCl məhlulu): Sürətli reaksiya və yüksək dəqiqlik təklif edir, lakin dövri doldurulma tələb edir. SIP zamanı elektrolit itkisi baş verə bilər və məsaməli qovşaqlar (məsələn, keramika fritləri) zülallar və ya hissəciklər tərəfindən tıxanmağa meyllidir, bu da sürüşməyə və etibarsız göstəricilərə səbəb olur.
• Polimer gel və ya bərk hal arayışı: Müasir bioreaktorlarda getdikcə daha çox üstünlük verilir. Bu sistemlər elektrolitin doldurulmasına ehtiyacı aradan qaldırır, texniki xidməti azaldır və çirklənməyə qarşı müqavimət göstərən daha geniş maye keçidləri (məsələn, PTFE halqaları) edir. Onlar mürəkkəb, özlü fermentasiya mühitində üstün sabitlik və daha uzun xidmət müddəti təklif edir.

3. Ölçmə diapazonu və dəqiqliyi
Sensor müxtəlif proses mərhələlərinə uyğunlaşmaq üçün geniş əməliyyat diapazonunu əhatə etməlidir, adətən pH 2-12. Bioloji sistemlərin həssaslığını nəzərə alaraq, ölçmə dəqiqliyi yüksək ayırdetməli siqnal çıxışı ilə dəstəklənən ±0,01 - ±0,02 pH vahidləri daxilində olmalıdır.

4. Cavab vaxtı
Cavab müddəti adətən t90 kimi müəyyən edilir - pH-da bir addım dəyişikliyindən sonra son oxunuşun 90%-nə çatmaq üçün tələb olunan vaxt. Gel tipli elektrodlar maye ilə doldurulmuş elektrodlara nisbətən bir qədər yavaş reaksiya göstərə bilsələr də, onlar ümumiyyətlə saniyələrlə deyil, saatlarla işləyən fermantasiya nəzarət dövrələrinin dinamik tələblərinə cavab verir.

5. Biouyğunluq
Mədəniyyət mühiti ilə təmasda olan bütün materiallar toksik olmayan, yuyulmayan və hüceyrənin canlılığına və ya məhsulun keyfiyyətinə mənfi təsirlərin qarşısını almaq üçün təsirsiz olmalıdır. Kimyəvi müqavimət və biouyğunluğu təmin etmək üçün bioproses tətbiqləri üçün nəzərdə tutulmuş xüsusi şüşə formulaları tövsiyə olunur.

6. Siqnal çıxışı və interfeys
• Analoq çıxış (mV/pH): İdarəetmə sisteminə analoq ötürmədən istifadə edən ənənəvi üsul. Effektiv, lakin uzun məsafələrdə elektromaqnit müdaxiləsi və siqnalın zəifləməsinə həssasdır.
• Rəqəmsal çıxış (məsələn, MEMS əsaslı və ya smart sensorlar): Rəqəmsal siqnalları ötürmək üçün bortda mikroelektronikanı özündə birləşdirir (məsələn, RS485 vasitəsilə). Mükəmməl səs-küy toxunulmazlığını təmin edir, uzun məsafəli rabitəni dəstəkləyir və kalibrləmə tarixçəsini, seriya nömrələrini və istifadə qeydlərini saxlamağa imkan verir. Elektron qeydlər və imzalarla bağlı FDA 21 CFR Part 11 kimi tənzimləyici standartlara uyğundur və bu, onu GMP mühitlərində daha çox üstünlük təşkil edir.

7. Quraşdırma interfeysi və qoruyucu korpus
Sensor bioreaktorda təyin olunmuş porta uyğun olmalıdır (məsələn, üçlü sıxac, sanitar armatur). Qoruyucu qollar və ya qoruyucular işləmə və ya istismar zamanı mexaniki zədələnmənin qarşısını almaq və sterilliyə zərər vermədən daha asan dəyişdirilməsini asanlaşdırmaq üçün tövsiyə olunur.