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1、生化行业应用及其解决方案,中国，2006,1,制药工业,*API=Active Pharmaceutical Ingredient,生产成药,销售机构,研究,开发,生物技术,化学合成,生物萃取,直接从生物中抽提如植物，血浆等,生产活性医药中间体(API),2,通过在线检测可以帮助您,提高产出率优化生长环境节约生产成本加快新药上市速度获得认证,梅特勒-托利多与制药工业,3,生物制药简介,4,细菌,动物细胞,酵母,真菌,转基因动物,血液制品,发酵领域,5,来源,典型最终产物,大肠杆菌,重组激素干扰素胰导素抗肿瘤或坏疽因子,微生物发酵技术,6,来源,典型最终产物,CHO 细胞,动物细胞(CHO,BH
2、K),单克隆抗体重组激素生长因子,典型上游工程,菌种制备及小试 种子罐培养及中试 大罐发酵生产 数周,动物细胞培养,7,来源,典型最终产物,S.cerevisiae,酵母药用蛋白重组生产,胰岛素(Novolog)疫苗(rHBsAg)水蛭素,酵母发酵,8,来源,典型最终产物,Aspergillus nigerAspergillus terreus,降胆固醇类药,真菌培养,9,来源,典型最终产物,转基因动物(绵羊，山羊)转基因植物,羊胎素(山羊)生长激素(兔子),转基因动物或植物,10,来源,典型最终产物,蚕,蚕病毒/细胞Autographa california 病毒粘虫病毒细胞,兽用疫苗,昆虫
3、细胞培养,11,来源,典型最终产物,动物或人类血液(捐赠),免疫球蛋白血清蛋白,血液制品,12,Example:traditional mammalian cell GMP process,测量参数,水制备,CIP系统,培养基制备.,发酵罐,种子罐,色层分离y过虑超滤,过虑离心,结晶,缓冲罐制备,水制备CIP系统,培养基制备,种子罐生产发酵罐,缓冲液制备,过虑,色层分离,上游工程,下游工程,制备过程,浊度,pH,pH,pH,电导率,电导率,浊度,电导率,pH,浊度,浊度,DO,DO,DO,pH,浊度,CO2,pH,13,良好的pH控制可以减少培养基酸碱中和所需补料的投入量发酵罐内加入酸/碱的量
4、,培养基制备过程中的pH控制,aux,up,down,14,pH 电极,护套,变送器,InPro3253,InFit761-25BT,pH2100E,M700,梅特勒-托利多解决方案,15,INGOLD 解决方案,可高温消毒的pH和溶氧电极卫生型设计的电极和护套顶插或斜插一台变送器可同时测量pH和溶氧,种子放大罐,16,正确的pH和溶氧控制可提高微生物生长密度和产率,长颈瓶内放大,小罐,种子放大罐中的pH和溶氧控制,17,pH 电极,护套,变送器,InPro3253,InFit761-25BT,pH2100e,M700,溶氧电极,InPro6800,DO4100e,或,INGOLD 解决方案,
5、18,发酵生产中的应用,19,批次模式的典型过程,密闭系统培养基组分，生物量，代谢物的浓度不断发生变化在发酵期间，除了通氧，消泡剂，及加入酸和碱调整pH外，不加如任何物质生长速率可以用浊度来监控通过 CO2 的检测可控制毒素的水平,批次发酵,酸,碱,pH,DO,TRB,CO2,空气,20,批次添加模式典型过程,在发酵过程中添加营养物质在发酵初期只加入少量的营养物质此类发酵模式与批次模式比较可获得较高的细胞密度和产率,酸,碱,pH,DO,TRB,CO2,空气,营养物,半连续模式 批次添加模式,21,恒化器的典型过程,敞开系统连续加入经灭菌后的营养物质，同时移去相应量的产物在平衡状态下，通过调节培
6、养基的浓度来控制细胞的生长,酸,碱,pH,DO,TRB,CO2,空气,灭菌后的培养基,连续产物,恒化器 连续模式,22,浊度控制法的典型过程,敞开系统连续加入经灭菌后的营养物质，同时移去相应量的产物在平衡状态下，通过浊度测量菌体浓度使细胞生长处于稳定状态通过浊度信号来调节加入的营养物的量,酸,碱,pH,DO,TRB,CO2,空气,灭菌后的培养基,连续产物,连续模式 浊度控制法,23,最佳生长状态 高的产率-减少酸/碱加入量,典型 pH 值:细菌pH 7.0 7.2酵母 pH 5.0动物细胞 pH 7.2 7.4,发酵生产过程中的pH控制,24,不同种类的pH电极,凝胶电解质电极,液体电解质电极
7、,传统型,低维护型,最高的精度传统型，并可添加不同种类的电解液很长的寿命广泛的应用,预加压凝胶电解质保持测量时隔膜的畅通维护量低，使用寿命长可高温消毒及灭菌,预加压液体电解质电极,低维护，高性能型,预加压KCL电解液电极卫生型设计证书维护量低，使用寿命长可高温消毒或灭菌生物适应性证书专利的液接部位设计,适用于发酵工业的pH电极,25,可正对不同的使用等级来设置菜单组结构，每个等级可独立进行编程设置电子识别标志对每个使用者进行身份确认将校正和调整的操作记录在不可更改的日志文件中采用了求和校验的数据记录方式，避免人为干预,支持 FDA CFR 21 Part 11的变送器,26,过程步骤,微生物生
8、长过程中产生有价值的产物,最优化的生长环境 减少空气压缩机的能耗 提高产率,大肠杆菌生长与溶氧关系,DO 控制,27,DO 传感器,护套,变送器,InFit761-25BT,M700,InTrac797e,InPro 6800,DO 4100e,梅特勒-托利多应用于发酵的溶氧系统,28,快速简单的膜及内电极体更换，节省了时间和成本,InPro6800 溶氧电极,29,通过浊度的控制使细胞的生长环境达到最优化从而提高产率,于光密度测量比较有很好的相关性,浊度控制,30,通过优化每罐批的生产提高产量,实时的菌体浓度检测可以降低罐次风险,通过优化和精确营养物的加入降低成本,减少取样分析的成本,大罐发
9、酵生产,浊度测量的益处,在线浊度的检测可以帮助我们。降低成本 提高质量增加产出,31,Trb 8300 与 InPro 8100 或 InPro 8200传感器 CaliCap 校准工具浊度加长光缆(如必要),变送器 Trb 8300,CaliCap,InPro 8100(最大至 250 g/l),InPro 8200/S/Kalrez-FDA(最大至 30 g/l),应用于生物量检测的浊度系统,32,动物细胞培养基InPro5000 与血气分析仪比较,CO2 的控制,在最优化的环境内细胞的产能最大,33,CO2,完整的传感器,膜套,膜,CO2 内电极体,梅特勒-托利多CO2 测量系统,34,
10、CO2,CO2,测量介质,电解液 HCO3-,CO2+H20 HCO3-+H+,pH 变送器pCO2=f(pH),膜,电解液中的CO2 浓度改变 pH值,电极测量原理,35,研发了解新城代谢过程优化生长条件生物量数据采集,中试生物量数据进一步采集反应终止的数据缩短开发周期，加快上市速度,生产在长时间的发酵中优化生产 提高30%产率及时发现 CO2 的反常状态(如细胞死亡率增大.)在中试的基础上改进CO2策略,细胞发酵中在线测量 CO2 的益处,36,益处:高产率,有30%的增长降低细胞死亡率,动物细胞过程不仅仅.满足菌体细胞正常生长所需的氧量 而且发酵液中二氧化碳的含量不低于临界值,CO2 测
11、量是为了.优化生长环境更好的了解动物细胞寻找适宜的反应终点改进 CO2 控制策略及时反应l CO2 浓度异常，防止生长受阻减少由于 CO2 浓度过高会抑制菌体细胞生长甚至变异生长的机会从小试到大生产的过程，缩短新品上市时间,In-Line CO2 小结,37,产物的分离及纯化,TRB,TRB,pH,pH,pH,TRB,TRB,TRB,TRB,下游工程,例如:tPA的纯化过程(棉血浆酶原催化剂)通过重组大肠杆菌发酵生产,38,下游工程应用,39,浊度在下游工程中的应用,40,InPro 8400,Trb 8300/FW,用于离心分离的浊度控制,浊度电极,变送器,41,前散色光测量技术,Trb 8
12、300 F/InPro 8400,前散色光测量技术浊度,42,过程步骤,用于套色分离的缓冲液的制备,为什么要测量 pH?,在套色分离过程中，蛋白质和缩氨酸的纯化pH 非常关键离子交换,正确的控制缓冲液的pH可以获得好的重复性并精确的进行蛋白质的分离,缓冲液制备中的pH 调节,43,pH 电极,护套,变送器,InPro3253,InFit761-25BT,pH2100E,M700,缓冲液制备中的pH测量系统,44,过程步骤,通过超滤来分离蛋白质和缩氨酸,为什么要进行浊度的测量?,通过检测样品入口的颗粒物含量及浓度来调节加入的样品量,监控整个超滤过程，提高产率,密里博的超滤系统,超滤过程中的浊度测
13、量,45,变送器8300/FW传感器 InPro8400,传感器InPro 8400,变送器 Trb 8300/FW,用于超滤的浊度系统,46,过程步骤,晶体的纯化,为什么进行浊度控制?,控制浊度获得均匀的晶体形状缩短过滤和洗涤周期,在结晶过程中进行浊度的控制，可以提高生产效率和产率,过滤性差的晶体,通过控制后获得的均匀的晶体,结晶过程中的浊度控制,47,Trb 8300 和 InPro 8100 或 InPro 8200 CaliCap 校准工具 光缆加长线(如有必要),变送器 Trb 8300,CaliCap,InPro 8100(最大至 250 g/l),InPro 8200/S/Kal
14、rez-FDA(最大至 30 g/l),应用于结晶过程的浊度系统,48,制药工业,*API=Active Pharmaceutical Ingredient,生产活性医药中间体(API),生产成药,销售机构,研究,开发,生物技术,化学合成,直接从生物中抽提,如植物，血浆等,49,血浆分离,50,InPro 3251LOT 玻璃电极温度:-25 to+80C,InFit 761-25BT,pH 2100e,M700,用于血浆分离的解决方案,pH 电极,护套,变送器,51,分馏是通过物理和化学过程将蛋白质从血浆中分离出来，温度、酒精浓度和pH的变化直接影响蛋白质的溶解性。,endotoxin re
15、movalsee sep.slide,血浆分离-Cohn Process,组分 V白蛋白,pH 7.3,EtOH,-,3,C,pH 6.8,25,%,EtOH,-,5,C,pH 5.9,40,%,EtOH,-,5,C,pH 4.8,40,%,EtOH,-,5,C,pH,7,.,3,25,%,EtOH,-,6,.,5,C,血浆,组分 I纤维原蛋白,组分 IV,组分 III,组分 II,球蛋白,EtOH,-,5,C,52,fraction V paste8-10%白蛋白10%EtOH,WFI,醋酸纳,醋酸,pH 5.2,Cond.1.40 mS,盐析法凝胶过滤,离子交换法色层分离,1.7%白蛋白,典型的下游过程,pH,COND,从白蛋白中除去内毒素和乙醇,53,从研发到规模生产,研发,小试(mg),临床试验,中试(g),大生产(100 g kg),批量生产,谢谢！,
