Einleitung
Die Geschwindigkeit, in der Homogenität innerhalb einer Lösung erreicht wird, ist ein kritisches Leistungsmerkmal von Einweg-Mischsystemen. Diese Systeme sind weit verbreitet bei der Herstellung von Medien und Puffern in der biopharmazeutischen und pharmazeutischen Industrie. Dabei wird in der Regel ein pulverförmiger Feststoff in Wasser gelöst. Recirculation mixing performed using a peristaltic pump can provide a simple and cost effective alternative to more elaborate mixing systems such as those which incorporate a magnetically driven impeller.
Dieser technische Artikel stellt die Ergebnisse von Leitfähigkeitstests zur Charakterisierung der Umwälzungs-Mischleistung in Einwegsystemen vor, die in Meissners QuaDrum® stabilen Außenbehältern (rigid outer containers, ROCs) verwendet werden. Alle drei QuaDrum® ROC Standardgrößen mit Nennvolumina von 50, 100 und 200 Litern wurden mit den entsprechenden Einwegsystemen evaluiert. Dabei wurden Flussraten und Mischrichtungen variiert. Als zu lösende Substanz wurde NaCl eingesetzt.
Material und Methoden
Elektronische Leitfähigkeitsmessgeräte (Mettler Toledo InPro 7108-TC-VP und InPro 7100) wurden an geeigneten Messstellen im oberen, mittleren und unteren Bereich der 50, 100 und 200 Liter Biocontainer in QuaDrum® ROCs montiert und versiegelt (siehe
Zeichnung in Abbildung 1). Für diese Tests wurden QuaDrum® ROCs-Varianten mit optionalem Bodenablauf eingesetzt (Artikelnummern FASD-050B, FASD-100B und FASD-200B), die auf den vorgesehenen Zubehörwagen installiert wurden, um den Flüssigkeitsablauf vom Gefäßboden zu erleichtern. Für jede Nennkapazität (50, 100 bzw. 200 Liter) wurde ein äquivalentes Wasservolumen in den jeweiligen Einwegaufbau geleitet. Der Umwälzungsfluss wurde durch eine peristaltische Pumpe vom Typ Masterflex® I/P erzeugt. Die gewünschte Pumprate wurde eingestellt und durch eine Offline-Messung überprüft. Die Mischrichtung wurde durch die vom Aufbau vorgegebene Richtung des Umwälzungsflusses gesteuert – entweder von oben nach unten (top to bottom, d.h. Flüssigkeit wurde durch den Anschluss an der Oberseite des geschlossenen Systems abgesaugt und durch den Anschluss am Boden zurückgeleitet) oder von unten nach oben (bottom to top, d.h. Flüssigkeit wurde durch den Anschluss am Boden des geschlossenen Systems abgesaugt und über den oberen Anschluss zurückgeleitet). NaCl (VWR GR ACS Natriumchlorid) wurde durch einen großen Sterilklemmen-Bohranschluss an der Oberseite des Gefäßes mit etwa 75 mm Durchmesser in das System gegeben. Die zugefügte Menge wurde für eine Zielkonzentration von 15 g/l in dem jeweiligen Flüssigkeitsvolumen berechnet. Das System wurde bis zur Stabilisierung aller drei Leitfähigkeits-Messergebnisse durchmischt. In fünf Tests wurden alle drei Flüssigkeitsvolumina bei verschiedenen Flussraten und Mischrichtungen untersucht. Tabelle 1 fasst die spezifischen Testbedingungen zusammen.
Ergebnisse und Diskussion
Tabelle 1 und Abbildung 2 zeigen die Ergebnisse der Leitfähigkeitsmessungen. Der Sensor in der unteren Position zeigte einen charakteristischen Ausschlag, bevor sich unter allen Testbedingungen ein Gleichgewicht einstellte. Dies lässt sich durch die initial erhöhte Konzentration von NaCl am Boden des Biocontainers direkt nach der Zugabe erklären. Der Sensor in der mittleren Position zeigte einen ähnlichen Verlauf, nur dass die Spitze zu Beginn der Kurve geringer ausfiel. Der Sensor in der oberen Position zeigte Werte, die je nach Testbedingungen variierten. Bei den Tests 1 und 4 näherten sich die vom oberen Sensor gemessenen Leitfähigkeitswerte schrittweise dem Gleichgewicht, während sich bei den Tests 2 und 5 eine verzögerte Antwort einstellte, mit einigen Spitzen. Bei Test 1 (Abbildung 2A) erreichten alle drei Sensoren einen Gleichgewichts-Leitfähigkeitswert nach etwa 75 Sekunden, und folgten den allgemeinen, oben beschriebenen Verläufen. Test 2 (Abbildung 2B) zeigte ungewöhnliche Messwerte am oberen Sensor mit Spitzen bei 35, 47 und 63 Sekunden.
Dies ist vermutlich auf eine relativ geringe Flussrate innerhalb der größeren Flüssigkeitsvolumina zurückzuführen, die erst nach 105 Sekunden ein Gleichgewicht erreichten. In Test 3 und 4 (Abbildungen 2C und 2D) wurde der Effekt der Richtung des Umwälzungsflusses auf einen 100 l Einwegaufbau in einem QuaDrum® ROC untersucht. Für diese Versuche wurde an Stelle eines Einzelkanal-Schlauchpumpsegmentes ein Y-Pumpenelement eingesetzt, um eine erhöhte Flussrate von 17 l/min zu erreichen. Dies führte zu signifikanten Leistungsunterschieden, da das Gleichgewicht bei der Umwälzung von oben nach unten (top to bottom) schon nach 45 Sekunden erreicht wurde, während es bei der Umwälzung von unten nach oben (bottom to top) 85 Sekunden dauerte. Bei Test 5 (Abbildung 2E) erreichten alle drei Sensoren einen Gleichgewichts-Leitfähigkeitswert nach etwa 105 Sekunden. Die Ergebnisse von Test 5 verlaufen ähnlich zu denen von Test 2, mit einem initialen Ausschlag am unteren und mittleren Sensor und einer verzögerten Antwort am oberen Sensor. Dies lässt sich dadurch erklären, dass die NaCl-Konzentration im unteren Teil zunächst sehr hoch ist, während im oberen Bereich eine stärkere Durchmischung stattfindet. Bei einer Flussrate von 17 l/min benötigt der 200 Liter-Aufbau einige Minuten, um durch Durchmischung eine konsistente Konzentration zu erreichen.
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse der Leitfähigkeitstest mit QuaDrum® ROC-Einweg-Mischaufbauten zeigen, dass mit dieser Methode innerhalb relativ kurzer Zeit eine gleichmäßig durchmischte Lösung erhalten werden kann. Die Tests dokumentieren auch die Relevanz einer an das Gesamtvolumen des Systems angepassten Flussrate. Außerdem wird deutlich, dass für die Solubilisierung von pulverförmigen Feststoffen mit einer spezifischen Dichte über 1 eine top to bottom Mischrichtung vorteilhaft ist, die die Flüssigkeit vom oberen Ende des Systems entnimmt und am unteren Ende wieder zuführt. Unter den richtigen Betriebsbedingungen kann daher die Umwälzungsmischung in QuaDrum®ROCs mit Einweg-Bicontaineraufbauten eine effiziente Methode sein, um homogene Lösungen zu erreichen und aufrechtzuerhalten.
Für weitere Informationen oder Messdaten kontaktieren Sie bitte Meissner Filtration Products.
