Welche Reinigungsmethoden gibt es für eine Flachbettkassette?

Wenn Sie in der Biotechnologie, der pharmazeutischen Produktion oder in einem anderen Bereich arbeiten, der Ultrafiltration zum Konzentrieren, Reinigen oder Trennen von Biomolekülen verwendet (denken Sie an Proteine, Antikörper oder Zellkulturüberstände), haben Sie wahrscheinlich mit Flachfolienkassetten gearbeitet. Ich bin seit über einem Jahrzehnt Lieferant dieser Produkte und eine Frage, die mir viel häufiger gestellt wird als Produktspezifikationen, ist: „Wie reinige ich meine Flachbettkassette richtig?“ Überspringen Sie die allgemeinen Hacks zum Abspülen und Abwischen, die Sie vielleicht in alten Laborhandbüchern finden – beim Reinigen geht es nicht nur darum, es hübsch aussehen zu lassen. Es geht darum, Ihre Filterleistung auf dem neuesten Stand zu halten, die Lebensdauer Ihrer Kassetten zu verlängern (wodurch Sie langfristig eine Menge Geld sparen) und Kreuzkontaminationen zwischen Chargen zu vermeiden. Wenn Sie hier sind, wissen Sie wahrscheinlich bereits, dass schlechte Reinigung zu geringeren Flussraten, kürzerer Kassettenlebensdauer oder sogar ruinierten Chargen führt. Lassen Sie uns das Schritt für Schritt aufschlüsseln, kein übertriebener Fachjargon, sondern nur die direkte Ansprache, die ich meinen Kunden gebe, wenn sie in Panik wegen einer verstopften Kassette anrufen.

Stellen wir zunächst sicher, dass wir einer Meinung sind, worüber wir sprechen. Flachfolienkassetten sind das Rückgrat von Tangentialflussfiltrationssystemen (TFF) – es handelt sich um dünne, geschichtete Membraneinheiten, die den Zulaufstrom in zwei Ströme aufteilen: Permeat (was durch die Membran fließt) und Retentat (was zurückgehalten wird). Wenn Sie nach bestimmten Modellen suchen, haben wir hier eine ganze Reihe:Kassetten-TFF-Filtrationsserie, einschließlichTangentialfluss-Ultrafiltrationskassetten,100kd Ultrafiltrationskassetten, UndUltrafiltrationskassetten mit hängendem Sieb. Nun zum Reinigungsteil. Beginnen wir mit dem unmittelbaren Abspülen nach dem Gebrauch – das ist nicht verhandelbar, so wie das Ausziehen der Schuhe nach einem Spaziergang im Regen. Selbst wenn man eine Stunde nach der Verwendung wartet, können Rückstände auf der Membran trocknen, und getrocknetes Protein oder Zelltrümmer lassen sich viel schwerer entfernen, wie z. B. festsitzender Kleber. Für diesen ersten Schritt möchten Sie die gleiche Art von Wasser verwenden, die Sie auch für die Laborvorbereitung oder Herstellung verwenden würden – gefiltertes entionisiertes (DI) Wasser, kein Leitungswasser. Warum? Leitungswasser enthält Mineralien und Chlor, die mit verbleibenden Biomolekülen reagieren und so die Verschmutzung verschlimmern können. Lassen Sie das DI-Wasser mit der gleichen Durchflussrate durch die Kassette laufen, die Sie während Ihres Filterlaufs verwendet haben. Erhöhen Sie den Druck nicht sofort zu sehr – ein niedriger bis mäßiger Druck (10–15 psi) ist hier am besten. Sie werden sehen, dass das Permeat zunächst trüb austritt; Fahren Sie fort, bis alles völlig klar ist und der Retentatstrom nicht mehr schaumig ist. Wenn Ihre Kassette hohe Konzentrationen an Stoffen wie Zelllysat oder dichten Proteinlösungen enthielt, müssen Sie möglicherweise zwei schnelle DI-Spülungen statt einer durchführen. Dieser Schritt dauert 5–10 Minuten, ist jedoch der wichtigste, um die Entstehung von Verschmutzungen zu verhindern.

Wenn Sie leichte bis mittelschwere Verschmutzungen haben – etwa Proteinablagerungen, die sich beim ersten Spülen nicht gelöst haben – ist es als Nächstes Zeit für eine Grundwäsche. Die beste Wahl ist hier eine verdünnte alkalische Lösung, normalerweise Natriumhydroxid (NaOH), in einer Konzentration von 0,1–0,5 M. Ich weiß, was einige von Ihnen denken: „NaOH ist aggressiv, schadet das nicht der Membran?“ Solange Sie es nicht zu lange einwirken lassen, ist es absolut sicher. Alkalische Lösungen lösen Proteinbindungen auf, lösen organische Rückstände auf und töten sogar alle Mikroben ab, die sich in die Kassette eingeschlichen haben. Profi-Tipp: Erwärmen Sie die NaOH-Lösung auf 30–40 °C (86–104 °F), bevor Sie sie durchlaufen lassen. Durch Hitze wirkt die alkalische Lösung viel schneller und verkürzt die Kontaktzeit. Lassen Sie es 15–30 Minuten lang durch die Kassette laufen, immer noch mit dieser moderaten Durchflussrate. Lassen Sie die Lösung jedoch nicht in der Kassette stagnieren – stagnierendes Alkali kann zu pH-Spitzen führen, die die Membran mit der Zeit verschleißen. Spülen Sie nach dem Waschen erneut mit entionisiertem Wasser, bis der pH-Wert des Permeats neutral ist (testen Sie ihn ganz einfach mit einem pH-Streifen). Wenn Ihre Verschmutzung besonders hartnäckig ist, wie zum Beispiel übrig gebliebene monoklonale Antikörper oder Nukleinsäuren, können Sie der NaOH-Lösung eine kleine Menge Tensid – etwa 0,1 % Tween 20 – hinzufügen. Tenside helfen dabei, hydrophobe Rückstände von der Membranoberfläche zu entfernen, ähnlich wie Spülmittel bei Fett. Stellen Sie einfach sicher, dass Sie das Tensid anschließend sehr gut ausspülen, da es sonst die Flussraten Ihres nächsten Filtrationslaufs beeinträchtigen könnte.

Lassen Sie uns nun über stärkere Verschmutzung sprechen, denn manchmal reicht selbst die beste erste Wäsche nicht aus. Möglicherweise haben Sie einen Zellkulturüberstand mit vielen unlöslichen Rückständen verarbeitet oder eine Charge mit einem hohen Anteil an Polysacchariden, die an der Membran kleben. Hierzu benötigen Sie eine stärkere chemische Reinigung, manchmal auch „Desinfektionsreinigung“ oder „CIP (Clean-in-Place)“-Schritt genannt, wenn Sie ein ganzes System betreiben. Ich empfehle hier einen enzymatischen Reiniger – stellen Sie sich ihn als eine spezielle Enzymmischung vor, die hartnäckige organische Rückstände auffrisst. Enzymatische Reiniger wirken bei der biologischen Verschmutzung weitaus besser als scharfe Säuren, da sie auf bestimmte Verbindungen abzielen, ohne die Membran zu beschädigen. Suchen Sie nach einem Reiniger, der für Ultrafiltrationssysteme entwickelt wurde, nicht nur für allgemeine Laborenzyme. Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers, aber im Allgemeinen lassen Sie es 30–60 Minuten lang bei 35–45 °C (95–113 °F) mit einer etwas höheren Durchflussrate (20–25 psi) laufen, um sicherzustellen, dass es in alle Ecken und Winkel der flachen Plattenstruktur gelangt. Wenn enzymatischer Reiniger nicht hilft (selten, aber möglich bei sehr starken Verschmutzungen wie Biofilm), können Sie eine verdünnte Säurelösung verwenden – zum Beispiel Zitronensäure mit 0,5–1 M. Zitronensäure löst Mineralablagerungen und da es sich um eine milde Säure handelt, ist sie weniger aggressiv als Salzsäure. Erwärmen Sie es erneut, lassen Sie es 15–20 Minuten lang laufen und spülen Sie es dann gründlich durch, bis der pH-Wert des Permeats neutral ist. Ein Hinweis hier: Mischen Sie niemals saure und alkalische Lösungen in der Kassette – diese beiden reagieren heftig, und das kann Ihre Kassette (und möglicherweise Ihren Tag) schnell ruinieren. Spülen Sie zwischen einer alkalischen Wäsche und einer sauren Wäsche gründlich mit entionisiertem Wasser ab, wenn Sie beides tun müssen.

Moment, es gibt noch etwas anderes, was die Leute vergessen: die Reinigung der Außenseite und der Dichtungen. Die Membran im Inneren ist der Star, aber auch die Kanten und die Dichtungen, die die Schichten abdichten, können durch Rückstände verkrusten. Wenn Sie die Kassette zerlegen (einige Flachblechkassetten sind für die Demontage konzipiert, andere sind für den einmaligen Gebrauch bestimmt, überprüfen Sie daher immer Ihr Modell), wischen Sie die Dichtungsflächen mit einem fusselfreien, mit entionisiertem Wasser angefeuchteten Tuch ab. Benutzen Sie keine Papierhandtücher – sie hinterlassen winzige Fasern, die hängen bleiben. Vom Rahmen der Kassette können Sie angetrocknete Rückstände vorsichtig mit einer weichen Bürste abschrubben und anschließend abspülen. Wenn Sie eine Einwegkassette haben, wie zKassetten-UltrafiltrationLinie, Sie werden es nicht auseinandernehmen, also stellen Sie einfach sicher, dass Sie es gründlich ausspülen und chemisch waschen, sobald Sie es nicht mehr verwenden – legen Sie es nicht für morgen beiseite.

Lassen Sie uns nun darüber sprechen, was Sie vermeiden sollten. Ich habe so viele Kunden gesehen, die diese Fehler gemacht haben und am Ende viel früher eine neue Kassette benötigen, als sie sollten. Erstens: Verwenden Sie Leitungswasser nur für die erste schnelle Spülung – die Mineralien des Leitungswassers können sich auf der Membran ansammeln und zu Ablagerungen führen. Zweitens: Verwenden Sie keine scharfen Scheuermittel oder Stahlwolle, um die Membran zu schrubben. Durch das Zerkratzen der Oberfläche entstehen kleine Löcher, die die Leistung der Molekulargewichtsgrenze (MWCO) beeinträchtigen, und Sie erhalten nicht die Trennung, die Sie benötigen. Drittens: Lassen Sie Reinigungslösungen nicht stundenlang oder über Nacht in der Kassette einwirken. Selbst „sanfte“ Lösungen wie NaOH können das Membranmaterial zerstören, wenn sie zu lange stehen bleiben, insbesondere bei hohen Temperaturen. Viertens: Überspringen Sie nicht die Validierung nach der Reinigung. Sie investieren so viel Arbeit in die Reinigung der Kassette – stellen Sie sicher, dass sie tatsächlich funktioniert. Testen Sie die Flussrate mit entionisiertem Wasser, bevor Sie es für eine echte Charge verwenden. Vergleichen Sie es mit der Flussrate, als die Kassette neu war. Wenn es weniger als 70 % des Originals beträgt, bedeutet das, dass immer noch Restverschmutzungen vorhanden sind, sodass Sie Ihre Reinigungsschritte beim nächsten Mal anpassen müssen.

Eine kurze Anmerkung zu Einweg- und Mehrwegkassetten, denn das ist derzeit ein großes Thema in der Bioproduktion. Einwegkassetten eignen sich hervorragend, um Kreuzkontaminationen zwischen verschiedenen Produkten oder Zelllinien zu vermeiden. Das bedeutet jedoch nicht, dass Sie sie nach Gebrauch einfach in eine Schublade werfen können. Selbst Einwegkassetten müssen direkt nach dem Gebrauch kurz abgespült werden, damit die Membran nicht austrocknet. Wiederverwendbare Kassetten, wie die100kd UltrafiltrationskassettenDie von uns hergestellten Produkte können bis zu 10–15 Mal verwendet werden, wenn Sie sie ordnungsgemäß reinigen – wir hatten bereits Kunden, die sie 20 Mal verwenden konnten, wenn sie unser Reinigungsprotokoll genau befolgten. Der Nachteil besteht darin, dass wiederverwendbare Produkte mehr Pflege erfordern, aber die Kosteneinsparungen sind enorm, wenn Sie mehrere Chargen verwenden.

Lassen Sie uns dies mit einem kurzen Schritt-für-Schritt-Spickzettel abschließen, damit Sie nicht zurückscrollen müssen. 1. Unmittelbar nach der Verwendung: 5–10 Minuten lang mit entionisiertem Wasser bei 10–15 psi spülen, bis das Permeat klar ist. 2. Leichte Verschmutzung: 0,1–0,5 M NaOH bei 30–40 °C, 15–30 Minuten laufen lassen, auf neutralen pH-Wert spülen. 3. Starke Verschmutzung: Enzymreiniger bei 35–45 °C, 30–60 Minuten laufen lassen, oder bei Bedarf Zitronensäure verdünnen, gründlich ausspülen. 4. Dichtungen/Rahmen reinigen: Fusselfreies Tuch für Dichtungen, weiche Bürste für Rahmen, keine Fasern oder Kratzer. 5. Validieren: Testen Sie den DI-Wasserfluss, um sicherzustellen, dass er über 70 % der ursprünglichen Rate liegt.

Letztendlich ist die Reinigung einer Flachbettkassette kein Hexenwerk – es kommt darauf an, konsequent vorzugehen und nach dem Gebrauch nicht zu lange zu warten. Wenn Sie noch nicht wissen, welche Kassette für Ihre Anwendung die richtige ist, oder detailliertere Reinigungsspezifikationen für unsere Produkte wie die wünschenUltrafiltrationskassetten mit hängendem Sieb, zögern Sie nicht, sich an unser Team zu wenden. Wir arbeiten mit Laboren und Produktionsstätten auf der ganzen Welt zusammen, um sicherzustellen, dass ihre Filtergeräte lange halten und die erwartete Leistung erbringen.

Referenzen

1. Janson, JC (2011). Proteinreinigung: Prinzipien, hochauflösende Methoden und Anwendungen (3. Aufl.). Wiley-VCH.
2. Porter, MC (1972). Handbuch der industriellen Membrantechnologie. Noyes-Veröffentlichungen.
3. Betriebshandbuch für die Tangentialflussfiltration (TFF). (2020). Thermo Fisher Scientific.