Чувствителност на материалите в стъклени биореактори
Почистващи агенти за стъклени реактори, боросиликатно стъкло и гликол
Стъклените биореактори обикновено използват боросиликатно стъкло, което притежава структурна стабилност благодарение на коефициента си на термично разширение от 3,3 × 10⁻⁶/°C. Обаче връзката от кремнезем в боросиликатното стъкло може да бъде засегната от химикали. Например почистващите средства с основен pH (>9) могат да разрушават кремнеземните връзки, докато почистващите средства с кисел pH (<5) могат да разрушават натриевите и борните връзки, което води до образуване на микроскопични вдлъбнатини. Допълнителна опасност представляват и формулираните абразиви, тъй като те предизвикват микроскопични драскотини, които при експлоатационно налягане могат да се усилват до 70 процента. Данни от индустрията показват, че използването на почистващи средства с неутрален pH (между 6 и 8) може да намали скоростта на микроповреждания върху повърхността на стъклото с 40 процента спрямо корозивните средства. Почистващите средства с неутрален pH също така могат да запазят оптичната яснота на стъклото и, като резултат, намалят броя на центровете за зародишно образуване на биоплёнки и подпомагат по-добра регулация на клетъчната економика.
Ефекти от термичен шок и химично въздействие върху микропукнатини в боросиликатно стъкло
Термичните шокове с интензитет ±50 °C/мин могат да предизвикат неравномерно разширение на стъклени съдове, което може да доведе до образуване на микропукнатини и напрегнати пукнатини. Химичното въздействие, комбинирано с отклонение на pH, също влияе върху кремнеземната подложка, като създава pH отклонение, при което микропукнатините могат да се разпространяват. При наличие на pH отклонение както термичните, така и химичните микропукнатини се разпространяват. Когато термичният стрес се комбинира с химичен стрес, пукнатините могат да се разпространяват до 300 пъти по-бързо, отколкото при термичен стрес сам по себе си. При тези условия на стресово въздействие и циклично променящо се налягане подповърхностните микропукнатини ще се разпространяват до точка, при която биореакторът ще загуби способността си да поддържа стерилност. Чрез поддържане на изплакване при неутрален pH и контрол на температурата с интензитет ±5 °C/мин експлоатационният живот на биореактора може да се удължи с 60 % благодарение на намаляване на скоростта на образуване на пукнатини.
Оптимизирани протоколи за почистване на място (CIP) за стъклени биореактори
Поставяне на дюзите, скорост на потока (≥1,5 м/с) и проектиране на турбулентността за елиминиране на зони със застояващ поток
Оптимизираните протоколи за почистване на място (CIP) за стъклени биореактори изискват последователност и всеобхватност, за да се преодолеят проектните предизвикателства, свързани със зоните със застояващ поток. Постигането на скорост на потока от ≥1,5 м/с ще генерира достатъчна турбулентност и срязващо напрежение, за да се отмият биопленките от повърхностите, които се съпротивляват на потока и зоните със застояващ поток. Поставянето на дюзите трябва да се проектира според геометрията на биореактора. Вертикалните дюзи осигуряват равномерно разпределяне на потока по повърхностите, докато наклонените дюзи насочват потока към ъглите и вертикалните заваръчни шевове. Моделирането чрез CFD показва, че граничната скорост от 1,5 м/с трябва да елиминира 15–25 % от биопленката. Внимателното разположение на дюзите ще повиши числото на Рейнолдс над 4000, което води до равномерен поток и турбулентност по цялата повърхност.
Контрол на температурния наклон (±5 °C/мин) по време на циклите на загряване/охлаждане при почистване на място (CIP)
Внимателното проектиране ще осигури висок запас от безопасност, за да се гарантира, че термичната CIP-процедура ще бъде безопасна за биореакторите. Термичните регулации, които определят дебита и скоростта на термичната CIP-процедура, значително намаляват вероятността от разрушаване на биореактора, като същевременно позволяват разтварянето на биопленката по последователен и възпроизводим начин.
Графици за поддръжка, контролирани от производствения процес, а не от календара
Инспекции, насочени според броя на циклите, в съответствие с регулациите (USP <1043>, ISO 20957)
Графиците за поддържане, базирани на календар, не вземат предвид действителното износване на стъкления биореактор, след като биореакторът е преминал определен брой цикли (т.е. ферментация, SIP, CIP). Подобно на традиционните процедури за поддръжка, инспекциите, базирани на използването, страдат от балансиране на грешките, твърде рано, твърде късно. Този въпрос е разгледан в регулаторните насоки: оценката на риска от загуба на целостта на оборудването е одобрена от USP <1043> и има изискване за обосновка на интервалите на проверки в ISO 20957 и изискване за история на механични напрежения от компоненти. Интеграцията на броячи на цикъла чрез записване на PLC или на базата на сензорен подход, съответствието и поддръжката на биореактора се подобряват с 30-40% за замяна на проверките, базирани на времето.
Откриване на дефектите на стъклената обвивка
Откриване на целостта на стъклото Неизправност: Многократни режими на проверка с използване на фотолюминацията
Развитието на микропукнатини в стъклената биореакторна система е неизбежно. От изключително значение е ранното им откриване за запазване на цялостността на стъкления биореактор. Един от методите е многократната инспекция, която се разделя на следните категории.
Мътност и/или замъгленост могат да се наблюдават в стъклото след използване на осветление с висока интензивност за осветяване на стъклото.
Повърхностите и подповърхностите могат да се визуализират чрез бороскопско изображение с обхват от 360 градуса и увеличение до 50 пъти.
Чрез използване на метода за течност-индикатор (дай-пенетрант) с флуоресцентен трасиращ разтвор и ултравиолетова светлина се извършва изследване, което позволява на индикаторната течност да проникне в служебни абсцеси и/или микроскопични драскотини, за да се идентифицират подповърхностни дефекти и пукнатини, които достигат до повърхността. Тези пукнатини могат да имат размер под 0,1 мм и са практически невидими с просто око.
Комбинирането на всички методи води до 76% намаляване на ложно-негативното откриване в сравнение с проверка по единичен модалитет. Rapid не само помага за идентифициране и предотвратяване на замърсяване, но и допринася за удължаване на експлоатационния живот на оборудването с 3–5 години, като избягва непланувани спирания. Това също отговаря на изискванията за проактивна цялостност на оборудването, посочени в USP <1043> и Приложение 1.
Често задавани въпроси
Защо чистящите препарати трябва да са с неутрален pH при почистване на боросиликатно стъкло?
Боросиликатното стъкло не трябва да се подлага на кисели pH. Като стъклено структурно образувание, богато на силикати, то трябва да се почиства с препарати с неутрален pH (pH 6–8), които не разрушават силикатната мрежа и оптимизират целостта на стъклената силикатна структура.
Какви са ефектите от температурните стъпки върху CIP?
Малките температурни стъпки при контролирана температура (±5°C/мин) не бива да причиняват термични напрежения поради микропукнатини в стъклената биореакторна конструкция.
Защо се използват цикли за поддръжка на стъклени биореактори?
Поддръжката, базирана на натрупания брой цикли, елиминира ненужните взаимодействия и оптимизира навременната поддръжка въз основа на експлоатационното износване.
Как мулти-модалният инспекционен метод осигурява качеството на биореактора?
Визуалната инспекция, инспекцията с бороскоп и инспекцията с пенетрантно оцветяване елиминират по-голямата част от потенциалния жизнен цикъл на контаминацията чрез откриване и оценка на цялостността на стъклото.