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Optimización de la eficiencia de la purificación en las fases posteriores de la fabricación de productos biofarmacéuticos

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La aplicación de sensores de caudal ultrasónicos en los sistemas de filtración de flujo tangencial (TFF)

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Con la rápida expansión de la industria biofarmacéutica, los procesos de fabricación de productos biológicos de alto valor —como las proteínas recombinantes, los anticuerpos monoclonales (mAbs) y las vacunas— han alcanzado niveles de precisión sin precedentes. En el procesamiento posterior, la filtración de flujo tangencial (TFF), también conocida como filtración de flujo cruzado (CFF), se ha consolidado como una tecnología fundamental e indispensable.

El funcionamiento estable y eficiente de un sistema de TFF influye directamente en el rendimiento, la pureza y la calidad general del producto. Dentro de esta operación unitaria crítica, la monitorización y el control precisos y en tiempo real del flujo de líquido constituyen el elemento vital de todo el proceso.

1. Sistemas de TFF: el motor de precisión de la purificación en fase posterior

La filtración de flujo tangencial es una técnica de separación por membrana altamente eficiente. A diferencia de la filtración de extremo ciego convencional, en la que la corriente de alimentación atraviesa el filtro de forma perpendicular, el fluido en un sistema TFF fluye en paralelo (tangencialmente) a la superficie de la membrana a una velocidad controlada. Este movimiento de flujo cruzado genera una fuerza de cizallamiento que barre la membrana, minimizando eficazmente la acumulación de la capa de torta y la polarización de concentración causadas por macromoléculas de alta densidad.

Bajo la presión aplicada, la corriente de alimentación entra en el casete de TFF o en el módulo de fibra hueca. El disolvente y las moléculas de soluto pequeñas, por debajo del peso molecular de corte (MWCO), atraviesan los poros de la membrana para formar el permeado (o filtrado). Mientras tanto, las macromoléculas biológicas objetivo quedan retenidas y son arrastradas a lo largo de la superficie de la membrana, volviendo al recipiente de alimentación como retentado.

Mediante el control preciso del caudal de permeado y la recirculación del retentado, los sistemas TFF llevan a cabo de forma eficiente la concentración, la diafiltración y el intercambio de tampón.

En la purificación de anticuerpos monoclonales (mAb) y el aislamiento de proteínas, mantener un caudal estable es un requisito previo fundamental para controlar la presión transmembranaria (TMP). Un control adecuado del caudal garantiza que el proceso funcione dentro de su espacio de diseño óptimo, evitando daños irreversibles por cizallamiento en las biomoléculas sensibles y maximizando al mismo tiempo la recuperación del producto.

2. Retos del sector con la monitorización tradicional del caudal
En entornos de bioprocesamiento donde la esterilidad, la estabilidad y la biocompatibilidad son primordiales, las tecnologías tradicionales de medición del caudal se enfrentan a graves limitaciones:

→ Riesgos de contaminación y contaminación cruzada:
Los caudalímetros tradicionales en contacto con el fluido (como las turbinas en línea) requieren un contacto directo con el fluido del proceso. Esto introduce riesgos potenciales de contaminación microbiana y complica la validación de la limpieza in situ (CIP) y la esterilización in situ con vapor (SIP). Cualquier material residual entre lotes supone un riesgo de contaminación cruzada.
→ Degradación de biomoléculas inducida por cizallamiento:
Los caudalímetros mecánicos cuentan con piezas móviles internas (p. ej., impulsores) que someten a las proteínas delicadas a un alto esfuerzo de cizallamiento localizado, lo que provoca la agregación, la desnaturalización y la pérdida de actividad de las proteínas.
→ Caída de presión y alteración del campo de flujo:
Los sensores invasivos alteran el perfil fluídico dentro de las tuberías, lo que provoca caídas de presión no deseadas que interfieren en la regulación precisa de la presión transmural (TMP) y reducen el flujo de filtración.
→ Límites de medición de bajos caudales:
Los sistemas de I+D de sobremesa o los montajes analíticos suelen funcionar con caudales microscópicos (a escala de ml/min). A estos bajos volúmenes, los sensores convencionales tienen dificultades para mantener lecturas estables y precisas debido a la interferencia del grosor de las paredes de los tubos y a la atenuación de la señal.

3. Sensores de caudal ultrasónicos de fijación por abrazadera: la solución ideal para la TFF
Los sensores de caudal ultrasónicos eliminan estos cuellos de botella operativos. Basándose en el principio ultrasónico del tiempo de tránsito, se monta un par de transductores en el exterior del tubo para transmitir y recibir alternativamente señales acústicas. Al medir la mínima diferencia de tiempo entre las ondas ultrasónicas que viajan en sentido ascendente y descendente, el sensor calcula con precisión la velocidad del fluido y el caudal volumétrico.

Como experto en tecnología de detección ultrasónica de fluidos, XY-TEK ofrece dos soluciones técnicas complementarias adaptadas a diferentes escalas de bioprocesos:

→ Sensor de caudal ultrasónico de fijación por abrazadera de la serie CG
Optimizado para tubos flexibles (por ejemplo, de silicona, TPE, PVC o PTFE) que se utilizan habitualmente con bombas peristálticas en sistemas TFF. Con un diseño compacto de fijación por clip, permite una instalación rápida sin necesidad de cortar el recorrido del fluido.
Integra la electrónica de procesamiento directamente en el cuerpo del sensor, lo que elimina la necesidad de cajas convertidoras externas. Proporciona mediciones no invasivas, salidas de señal industriales estándar (RS485 Modbus, 4-20 mA, pulso) y detección integrada de burbujas de aire para proteger los sistemas contra las interrupciones de la señal.

→ Sensor de caudal ultrasónico de bajo caudal de la serie TGU
Para unidades de filtración a escala de laboratorio en las que los caudales son demasiado bajos para que los sensores de fijación por abrazadera puedan detectarlos de forma fiable, la serie TGU ofrece una alternativa ultraprecisa.
La serie TGU cuenta con un diseño interno especializado en forma de U que optimiza la eficiencia de la transmisión de la señal ultrasónica, lo que permite realizar mediciones estables y precisas a partir de tan solo 1 ml/min. El tubo de fluido está fabricado con PEEK, un material biocompatible y químicamente inerte, lo que garantiza la pureza y la resistencia al líquido.

En el camino hacia una eficiencia excepcional y la máxima seguridad en el sector biofarmacéutico, los datos precisos de caudal constituyen la base para la optimización. XY-TEK se dedica a ayudar a clientes de todo el mundo a lograr una transición fluida a lo largo de todo el proceso, desde la investigación y el desarrollo hasta la producción, mediante una variedad de soluciones de detección ultrasónica.