Pompen spelen een essentiële rol in alle fases van biofarmaceutische processen. Maar welke pomp is het beste voor welk proces? In deze blog ga ik dieper in op de sterke en zwakke punten van verschillende pomptechnologieën en hoe je de juiste pomp voor je toepassing kiest.
Pompen in het biofarmaceutische proces proces
Pompen worden gebruikt in alle verschillende stadia van de productie van biofarmaceutische producten. In upstream-processen (USP) worden cellen of micro-organismen gekweekt om geneesmiddelen of andere biomoleculen te produceren. Pompen in dit proces moeten zorgen voor een zachte behandeling om de levensvatbaarheid van cellen te behouden en shear stress te voorkomen. Membraanpompen en leviterende pompen worden vaak bevoordeeld vanwege hun zachte, pulsatievrije werking. Bij minder delicate geneesmiddelen of vloeistoffen kunnen ook pompen worden gebruikt die shear stress of energie instroom veroorzaken.
Na de productie van het biologische product wordt deze gezuiverd en verder geconcentreerd in de downstream processing (DSP). Pompen in DSP moeten vloeistoffen met een hoge zuiverheidsgraad aankunnen en nauwkeurige controle bieden over de stroomsnelheden om te helpen bij efficiënte filtratie-, chromatografie- en scheidingsprocessen. Hierbij zijn membraanpompen voordelig vanwege hun vermogen om verontreiniging en mechanische impact op gevoelige biomoleculen te minimaliseren en ook geen pulsatie te veroorzaken. Als pulsatie geen probleem is voor bepaalde filtratieprocessen, dan kunnen ook peristaltische pompen of centrifugaalpompen worden gebruikt.
In de laatste fase van het vullen en afwerken vindt het aseptisch vullen van het product in flesjes of spuiten plaats. Het minimaliseren van contaminatierisico's is van het grootste belang om het hoogste veiligheidsniveau van het product te garanderen, aangezien het vaak aan patiënten wordt toegediend. In deze fase worden meestal peristaltische pompen gebruikt, omdat er geen contact is tussen geneesmiddel en product in de pomp, maar ook peristaltische pompen en membraanpompen worden gebruikt.
De juiste pomp voor ieder proces
Bij het selecteren van de juiste pomptechnologie voor biofarmaceutische processen zijn er verschillende cruciale factoren die meegenomen moeten worden om optimale integratie en prestaties te garanderen. De aard van de vloeistof is van het grootste belang: viscositeit, corrosiviteit en of de vloeistof deeltjes bevat kunnen de pompkeuze sterk beïnvloeden. Gevoeligheid voor shear stress en pulsaties moet ook worden geëvalueerd, aangezien sommige biologische stoffen, zoals levende cellen en eiwitten, zeer gevoelig zijn voor schade door mechanische krachten. Daarnaast zullen operationele vereisten zoals snelheid van de flow, drukvereisten en of het proces een continue of juist intermitterende vloeistofstroom nodig heeft de keuze verder beperken.
In het algemeen zijn er vier opties:
- Peristaltische pompen zijn met name populair in processen waarbij hygiëne en besmettingsrisico's een probleem vormen vanwege de afwezigheid van contact met de vloeistoffen. Ze werken volgens een eenvoudig principe waarbij een flexibele slang wordt samengedrukt door een set rollen. Terwijl de rollen bewegen, duwen ze de vloeistof door de flexibele slang in een golfachtige beweging met een knijp- en loslaatactie. Deze methode wordt peristaltiek genoemd, vergelijkbaar met hoe het maag-darmkanaal voedsel verplaatst. Het beschermt daardoor op uitstekende wijze de zuiverheid en integriteit van de vloeistoffen.
- Membraanpompen worden met name gebruikt vanwege hun vermogen om de productintegriteit te behouden in processen waarbij het een vereiste is om vloeistoffen voorzichtig te verwerken en een steriele omgeving te behouden. Deze pompen maken gebruik van een membraantechnologie met vier afzonderlijke kamers die de werking van het menselijk hart nabootst om zachte, low-shear pompkracht te leveren. Dit ontwerp zorgt voor een soepele, pulsatievrije vloeistofstroom die ideaal is voor het verwerken van gevoelige biologische materialen. Het kan ook zijn eigen vacuüm creëren zoals de peristaltische pomp, wat vrijheid biedt in de plaatsing van de pomp in het proces. De pomp opereert onafhankelijk van zwaartekracht en vermindert de invloed van lucht(bellen) die een belemmering kunnen vormen bij leviterende pompen.
- Centrifugaalpompen worden voornamelijk gebruikt in toepassingen met een hoge doorstroom en worden daarom vaak gebruikt voor het pompen van grote volumes in bijvoorbeeld koel- en irrigatie systemen, waterzuivering en andere hoog-volume toepassingen. Ze werken met een roterende propeller om energie toe te voegen aan de vloeistof, die vervolgens door centrifugale kracht naar buiten wordt geleid naar de afvoer van de pomp. Centrifugaalpompen zijn de werkpaarden van vloeistoftransport, waarbij ze snelle rotatie gebruiken om vloeistoffen door afvoerslangen te persen - ideaal voor robuuste, niet-gevoelige toepassingen.
- Leviterende pompen worden gebruikt in toepassingen waar zuiverheid en weinig onderhoud van het grootste belang zijn, hoewel de complexiteit en kosten hun gebruik kunnen beperken tot meer gespecialiseerde omgevingen. Deze pompen, met name die gebruikmaken van magnetische levitatietechnologie, zijn innovatieve apparaten die de propeller in een magnetisch veld situeren, waardoor direct contact met andere pompcomponenten wordt geëlimineerd. Dit ontwerp vermindert slijtage en minimaliseert besmettingsrisico's. Door het gebruik van magnetische velden met daarin de bewegende onderdelen wordt bijna alle fysieke slijtage geëlimineerd en een hoge zuiverheid in vloeistofbehandeling gegarandeerd. Deze pompen kunnen echter geen eigen vacuüm creëren en worden daarvoor snel beïnvloed door lucht (bellen). Daarnaast kunnen ze geen vloeistoffen opzuigen die zich lager dan het niveau van de pomp zelf bevinden.
Dit zijn allemaal pompen voor voornamelijk grote biofarmaceutische productielocaties. Ter ondersteuning van onderzoeks- en ontwikkelingsafdelingen en andere kleinschalige onderzoeksinstituten heeft Quattroflow een nieuwe lijn kleine, microdoserende roterende pompen ontwikkeld: de QB-lijn. Dit zijn lichtgewicht pompen voor eenmalig gebruik die werken volgens het principe van positieve verplaatsing, waarbij holtes met vloeistof van inlaat naar uitlaat rond een rotor worden overgebracht. Ze zijn ontworpen om eenvoudig in en uit de motoraandrijving van de pomp te klikken en met slechts één klik te worden vervangen. Dit elimineert de noodzaak voor her-kalibratie, her-kwalificatie en onderhoud van de pomp, terwijl het helpt het risico op kruisbesmetting te verminderen. Daarom zijn de QB-pompen zeer geschikt voor het verwerken van gevoelige producten in cel- en gentherapietoepassingen, evenals kleinschalige upstream- en downstreamprocessen.
Samenvattend zijn er veel opties voor pompen en veel zaken om rekening mee te houden bij het kiezen ervan. Een aantal daarvan zijn besproken in mijn webinar. Als je meer informatie of persoonlijk advies wilt over welke pomp geschikt is voor jouw proces, neem dan contact met mij op.
