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1前言

與許多其他生物制藥工藝一樣，緩沖液制備需要液體化學(xué)品濃度和溫度監(jiān)控，以確保最佳工藝性能。混合的準(zhǔn)確性、成分濃度的精確監(jiān)測(cè)以及實(shí)現(xiàn)可重復(fù)、控制產(chǎn)品的一致的對(duì)于緩沖液制備中的質(zhì)量控制至關(guān)重要。

混合不當(dāng)?shù)木彌_液可能會(huì)對(duì)許多上游和下游緩沖液應(yīng)用產(chǎn)生廣泛的影響。在上游，緩沖液的質(zhì)量控制對(duì)于維持 pH 值和穩(wěn)定的細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境至關(guān)重要。由于大多數(shù)生物制品只能在有限的 pH 范圍內(nèi)茁壯成長(zhǎng)，因此 pH 值超出該特定范圍會(huì)導(dǎo)致酶減慢、停止工作或變性。在下游，混合不當(dāng)?shù)木彌_液會(huì)對(duì)分離和純化條件產(chǎn)生負(fù)面影響。上游或下游的總體影響包括產(chǎn)品損失、收入損失以及質(zhì)量和產(chǎn)量受損。

目前，有許多方法用于測(cè)量化學(xué)濃度，包括折射率、電導(dǎo)率、pH 值和滲透壓。本應(yīng)用說(shuō)明將介紹用于緩沖液制備質(zhì)量控制的折射率技術(shù)。并討論電導(dǎo)率、pH 值和滲透壓——所有這些用于過(guò)程分析技術(shù) (PAT) 在動(dòng)態(tài)范圍、線性、精度、檢測(cè)限 (LOD) 和定量限 (LOQ) 方面面臨的限制。

2緩沖液制備的折射率

緩沖液的質(zhì)量控制需要可靠、精確、易于使用且響應(yīng)時(shí)間快。利用折射率——一種直接測(cè)量溶液濃度的光學(xué)技術(shù)——這種 IoR 技術(shù)提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的濃度監(jiān)測(cè)。

利用微型光學(xué)傳感器，發(fā)光二極管 (LED) 將光照射到與被測(cè)液體接觸的光學(xué)窗口上。來(lái)自 LED 的光從光學(xué)窗口反射到光電二極管陣列 (PDA) 檢測(cè)器中，臨界角 (θc) 是在光折射到流體中而不是反射回 PDA 檢測(cè)器時(shí)測(cè)量的。液體的折射率由等式 1 確定2，其中 nb 是樣品的折射率，na 是折射計(jì)光學(xué)元件的折射率。然后通過(guò)將 IoR 校準(zhǔn)為液體的濃度來(lái)確定濃度。

隨著液體濃度的變化，θc也隨之變化。

IOR技術(shù)快速(100毫秒)、準(zhǔn)確(優(yōu)于±0.2wt%)測(cè)量θc中的這些變化。它使用100毫秒數(shù)據(jù)速率的內(nèi)部平均值來(lái)提高分辨率，每1秒報(bào)告一次IOR(或濃度)。

此外，由于IOR取決于液體的溫度，因此使用熱敏電阻來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，并自動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)充液體的IOR(從而補(bǔ)償液體的濃度)。

折射率技術(shù)為在線和離線監(jiān)測(cè)工藝液體提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和可重復(fù)的濃度和溫度測(cè)量，并提供必要的監(jiān)測(cè)，以避免緩沖液制備應(yīng)用中的pH漂移和產(chǎn)品變化。在線功能提供實(shí)時(shí)信息，允許對(duì)流程變化做出快速響應(yīng)，而其占用空間較小，能夠在流程中的幾乎任何點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。此外，折射率測(cè)量較pH和電導(dǎo)率更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镮OR是化學(xué)濃度的直接測(cè)量，而pH和電導(dǎo)率取決于流體的電子性質(zhì)，因此從定義上講是對(duì)化學(xué)濃度的間接或推斷測(cè)量3。

3測(cè)試和結(jié)果

為了確定常規(guī)液體化學(xué)濃度測(cè)量的最佳方法進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試，其中包括測(cè)量常用緩沖成分和細(xì)胞培養(yǎng)基組分在水相中的已知濃度。將測(cè)量的折射率與電導(dǎo)率、pH和滲透壓進(jìn)行比較。IOR、電導(dǎo)率和pH值的測(cè)量都是在線實(shí)時(shí)進(jìn)行的，滲透濃度的測(cè)量是使用GRAB樣本離線進(jìn)行的4。

將生物制藥制造中常用的各種緩沖成分連續(xù)添加到溶液中，并進(jìn)行測(cè)量以比較準(zhǔn)確度、精密度和線性度。為了提供所發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)集的示例，圖 1 顯示了使用 Entegris IoR 濃度監(jiān)測(cè)器以及電導(dǎo)率和 pH 監(jiān)測(cè)器對(duì)緩沖液 4-(2-羥乙基)-1-哌嗪乙磺酸 (HEPES)5 進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果。

圖 1：顯示 pH、電導(dǎo)率和 Entegris IoR 輸出與以 mM 為單位的 HEPES 濃度。將六個(gè) 20 mM 的 HEPES 濃度加標(biāo)添加到氯化鈉溶液中，使 NaCl 中的 HEPES 總濃度為 120 mM。

pH 值和電導(dǎo)率都無(wú)法有效監(jiān)測(cè) HEPES 濃度。電導(dǎo)率確實(shí)隨 HEPES 濃度而變化，但斜率為負(fù)——HEPES 濃度的增加應(yīng)提供增加的電導(dǎo)率測(cè)量。pH 測(cè)量是非線性的，具有變化的負(fù)斜率。HEPES 是一種弱離子有機(jī)緩沖液，這也是電導(dǎo)率測(cè)量性能不佳的原因。Entegris IoR 濃度監(jiān)測(cè)儀顯示出優(yōu)于其他測(cè)量技術(shù)的高分辨率和高線性度6。

使用許多其他常見緩沖液重復(fù)此測(cè)試；表 A 顯示了所測(cè)緩沖溶液的 Entegris IoR 和電導(dǎo)率結(jié)果摘要。

表 A：緩沖液濃度測(cè)量的 IOR 和電導(dǎo)率結(jié)果總結(jié)

在所有七種緩沖液中，折射率都顯示出高線性，并且能夠測(cè)量整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍，而在七種緩沖液中的五種中，電導(dǎo)率無(wú)法提供測(cè)量結(jié)果。此外，IoR 的測(cè)量精度通常優(yōu)于 ±10 ppm，而電導(dǎo)率的精度為 ±100 ppm8。

每種測(cè)量技術(shù)的 LOD 和 LOQ 見圖 6。數(shù)據(jù)顯示 IoR 優(yōu)于其他測(cè)量方法， Entegris IoR 提供更強(qiáng)的檢測(cè)能力和定量水平——分別比電導(dǎo)率、滲透壓和 pH 高 2.5、4.2 和 28.6 倍。

圖 2：pH 值、電導(dǎo)率、折射率和滲透壓濃度測(cè)量的檢測(cè)限 (LOD) 和定量限 (LOQ)。

4結(jié)論/總結(jié)

對(duì)于緩沖液的許多關(guān)鍵接觸點(diǎn)，緩沖液制備需要強(qiáng)有力的質(zhì)量控制措施，以確保準(zhǔn)確和精確地保持所需的緩沖液特性。另一個(gè)挑戰(zhàn)是確保過(guò)程的可重復(fù)性。這些測(cè)試的數(shù)據(jù)表明，與電導(dǎo)率、pH 和滲透壓相比，使用 IoR 測(cè)量在準(zhǔn)確度、精密度、線性、LOD 和 LOQ 方面提供了更好的結(jié)果。Entegris IoR 技術(shù)的在線功能可實(shí)時(shí)提供信息，從而能夠?qū)に囎兓龀隹焖夙憫?yīng)。此外，它將從實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)展到全面生產(chǎn)，其占地面積小，能夠在生物制藥過(guò)程中的幾乎任何點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。