Design of a process development workflow and control strategy for single-pass tangential flow filtration and implementation for integrated and continuous biomanufacturing

生物制造 渗滤 工艺工程 过滤(数学) 超滤(肾) 错流过滤 过程(计算) 设定值 计算机科学 过程控制 工程类 控制工程 化学 色谱法 数学 操作系统 统计 生物 人工智能 生物化学 遗传学 微滤
作者
Shashi Malladi,Michael J. Coolbaugh,Crystal Thomas,Sushmitha Krishnan,Chad Varner,Jason Walther,Kevin Brower
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:677: 121633-121633 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.121633
摘要

Integrated and continuous biomanufacturing (ICB) offers several advantages compared to traditional batch methods, prompting the development of novel technologies and infrastructure for the implementation of ICB in the biopharmaceutical sector. However, most of the advancements have been in the early stages of the purification process, with relatively fewer advancements in the final filtration steps. This work focuses on some of the last major unit operations of a traditional bioprocess: ultrafiltration and diafiltration. Our proposed technological solution involves robust control algorithms for (1) precisely maintaining consistent protein concentration in single-pass ultrafiltration (SP-UF) and (2) achieving the targeted buffer exchange in single-pass diafiltration (SP-DF). Specifically, we adopted an integrated experimental, modeling, and simulation approach to develop a robust process understanding of SP-UF/SP-DF operations via semi-empirical maximum permeate flux models. These models were employed in the optimization of key design variables such as the filter area and the development of control strategies. Finally, we demonstrate the applicability of our proposed solution by operating a single-pass tangential flow filtration (SP-TFF) system in an integrated and continuous manner for six days. We believe that this work is instrumental for the successful realization of SP-UF/SP-DF operations in both batch and ICB processes.

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