KR20230071380A - 역세가능 정용 여과 장치 및 정용 여과 방법 - Google Patents

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KR20230071380A
KR20230071380A KR1020210157513A KR20210157513A KR20230071380A KR 20230071380 A KR20230071380 A KR 20230071380A KR 1020210157513 A KR1020210157513 A KR 1020210157513A KR 20210157513 A KR20210157513 A KR 20210157513A KR 20230071380 A KR20230071380 A KR 20230071380A
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valve
buffer solution
pressure
diafiltration
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백영빈
이지은
나지원
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성신여자대학교 연구 산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치는 제1 공간을 갖는 제1 용기; 상기 제1 공간에 연통된 제2 공간을 가지며, 상기 제1 용기의 일단에 결합된 제2 용기; 상기 제1 용기와 상기 제2 용기 사이에 배치된 분리막; 및 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기를 상하 반전시키는 모터 구동부를 포함하고, 상기 분리막은 제공된 원수에서 유효성분을 여과하고, 완충용액을 통과시킬 수 있다.
상기 역세가능 정용 여과 장치는 상기 제1 용기에 연결되는 제1 압력밸브; 상기 제1 용기의 일단에 마련된 제1 결합부; 상기 제1 용기에 연결되고 외부와 연통되는 제1 개폐밸브; 상기 제2 용기에 연결되는 제2 압력밸브; 상기 제2 용기의 일단에 마련된 제2 결합부; 상기 제2 용기에 연결되고 외부와 연통되는 제2 개폐밸브를 더 포함하고, 상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부는 플랜지 형상을 가지고 서로 대향하여 결합할 수 있다.

Description

역세가능 정용 여과 장치 및 정용 여과 방법 {Apparatus and method of backwashable diafiltration}
본 발명은 정용 여과 장치 및 정용 여과 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오 의약품 제제화 위한 정용 여과를 역세 가능한 분리막을 이용하여 효율적으로 할 수 있는 역세 가능 정용 여과 장치 및 방법에 관한 것이다.
항체의약품은 바이오 의약품의 한 종류로 단일클론항체(monoclonal antibody, mAb), 항체-약물 결합체 등을 이용하여 주로 암이나 류마티스성 관절염, 크론병 등 자가면역질환의 치료제로 주로 사용한다.
항체의약품은 생물반응기에서 원하는 의약품을 생산할 수 있는 세포를 키우는 것에서 시작하여, 여러 공정을 거쳐 최종적으로는 분리/정제되어 생산된다.
분리/정제 공정은 의약품 개발과정에서 의약품 효능 및 안정성에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 상당히 중요하게 다뤄지며, 항체의약품 제조공정의 총 생산비용 중 큰 부분을 차지한다.
항체의약품의 분리/정제 공정은 생물반응기에서 원심분리 혹은 심층 여과(depth filter) 기술을 이용하여 세포를 수확하고, 필요에 따라 세포를 용해한 후에 친화성 크로마토그래피 공정을 거쳐 1차적으로 항체를 회수하고, 이온교환 혹은 소수성 크로마토그래피 공정 등을 이용하여 정제하고, 바이러스 제거 공정을 거친 후에 마지막으로 한외여과/정용여과 (ultrafiltration/diafiltration, UF/DF) 공정을 통해 농축 및 제제화 하여 생산한다.
일반적으로, 정용여과 공정은 측면 여과 시스템 (tangential flow filtration, TFF)을 사용하여 진행된다. 이는 기존의 완충용액을 분리막에 투과시킴과 동시에 교환하고자 하는 완충용액을 원수로 계속해서 넣어주는 방식으로, 완충용액 교환율 99.9% 이상을 달성하기 위해서는 원수 부피 대비 7배 많은 양의 완충용액이 필요하여 공정 시간이 길어진다는 한계가 있다.
본 발명은 바이오 의약품 제제화 위한 정용 여과를 역세가능 분리막을 이용하여 효율적으로 수행하도록 하는 역세가능 정용 여과 장치 및 정용 여과 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 보다 적은 양의 완충용액을 투입하여 보다 간단하게 원수의 완충용액을 교환하는 역세 가능 정용 여과 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 역세가 가능한 분리막을 이용하여 유효성분이 분리막에 흡착되어 손실되는 것을 줄이기 위한 역세가능 정용 여과 장치 및 정용 여과 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 역세가 가능한 분리막을 이용하여 여과시 유효성분이 분리막에 흡착되어 분리막을 통과하는 완충용액의 플럭스(flux)가 저하되는 것을 방지하여 공정 운전 상에서도 분리막의 기능이 저하되지 않는 역세가능 정용 여과 장치 및 정용 여과 방법을 제공하기 위한 것이다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치는 제1 공간을 갖는 제1 용기; 상기 제1 공간에 연통된 제2 공간을 가지며, 상기 제1 용기의 일단에 결합된 제2 용기; 상기 제1 용기와 상기 제2 용기 사이에 배치된 분리막; 및 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기를 상하 반전시키는 모터 구동부를 포함하고, 상기 분리막은 제공된 원수에서 유효성분을 여과하고, 완충용액을 통과시킬 수 있다.
상기 역세가능 정용 여과 장치는 상기 제1 용기에 연결되는 제1 압력밸브; 상기 제1 용기의 일단에 마련된 제1 결합부; 상기 제1 용기에 연결되고 외부와 연통되는 제1 개폐밸브; 상기 제2 용기에 연결되는 제2 압력밸브; 상기 제2 용기의 일단에 마련된 제2 결합부; 상기 제2 용기에 연결되고 외부와 연통되는 제2 개폐밸브를 더 포함하고, 상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부는 플랜지 형상을 가지고 서로 대향하여 결합할 수 있다.
상기 역세가능 정용 여과 장치는 상기 제2 결합부의 상면에 거치되는 고정망; 및 상기 분리막의 지름보다 큰 지름을 가지고 분리막을 에워싸는 밀폐링을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 개폐밸브는 제1 임계 높이보다는 높은 곳에 위치하고,
상기 제2 개폐밸브는 제2 임계 높이보다는 높은 곳에 위치할 수 있다.
상기 제1 개폐밸브는 외부와 연통되는 제1 개폐밸브의 일단; 및 상기 제1 용기와 연통되는 제1 개폐밸브의 타단을 포함할 수 있고, 상기 제1 개폐밸브의 일단은 상기 제1 개폐밸브의 타단보다 상기 제1 용기의 일단에 더 가깝게 위치하고, 상기 제1 개폐밸브와 상기 제2 개폐밸브를 연결한 가상의 직선은 상기 제1 용기의 측면과 예각을 이루고, 상기 제2 개폐밸브는 외부와 연통되는 제2 개폐밸브의 일단; 및 상기 제2 용기와 연통되는 제2 개폐밸브의 타단을 포함할 수 있고, 상기 제2 개폐밸브의 일단은 상기 제2 개폐밸브의 타단보다 상기 제2 결합부에 더 가깝게 위치하고, 상기 제2 개폐밸브의 일단과 상기 제2 개폐밸브의 타단을 연결한 가상의 직선이 상기 제2 용기의 측면과 예각을 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 방법은 (a) 원수를 제1 용기에 넣고 제1 압력밸브에 기 설정된 압력을 걸어주어 상기 원수에 포함되어 있던 완충용액을 제2 용기로 여과시키는 단계; (b) 분리막을 통과한 완충용액을 제2 용기로부터 제거하는 단계; (c) 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기를 상하 반전시키고 완충용액이 제거된 상기 제2 용기에 새로운 완충용액을 넣는 단계; 및 (d) 제2 압력밸브에 기 설정된 압력을 걸어주어 새로운 완충용액을 분리막을 통과시켜 상기 분리막에 부착된 유효성분을 상기 제1 용기로 탈락시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계는 (a-1) 상기 제1 용기에 담긴 원수의 높이 또는 여과된 완충용액의 높이를 센서부가 감지하는 단계; 및 (a-2) 제어부가 상기 센서부로부터 전달받은 값이 최종 여과 목표 높이에 도달한 경우 상기 제1 압력밸브를 제어하여 압력을 0으로 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계는 (a-1) 상기 제1 용기에 담긴 원수의 높이를 센서부가 감지하는 단계; (a-2) 제어부가 상기 센서부로부터 받은 입력 값이 중간 여과 목표 높이에 도달한 경우 상기 제1 압력밸브를 제어하여 압력을 기 설정된 압력으로 변경하는 단계; 및 (a-3) 제어부가 센서부로부터 받은 입력 값이 최종 여과 목표 높이에 도달한 경우 상기 제1 압력밸브를 제어하여 압력을 0으로 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 방법은 (e) 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기의 상하를 반전시키는 단계를 더 포함하고, 상기(a) 내지 상기(e) 단계를 2회 내지 4회 반복하여 시행할 수 있다.
본 발명은 바이오 의약품 제제화 위한 정용 여과를 역세 가능한 분리막을 이용하여 효과적, 효율적으로 할 수 있는 역세 가능 정용 여과 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 보다 적은 양의 완충용액을 투입하여 보다 간단하게 원수의 완충용액을 교환하는 역세가능 정용 여과 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 역세가능한 분리막을 이용하여 유효성분이 분리막에 흡착되어 손실되는 것을 줄이기 위한 역세 가능 정용 여과 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 역세가 가능한 분리막을 이용하여 여과시 유효성분이 분리막에 흡착되어 분리막을 통과하는 완충용액의 플럭스(flux)가 저하되는 것을 방지하여 분리막의 재사용시에도 분리막의 기능이 저하되지 않는 역세가능 정용 여과 장치 및 정용 여과 방법을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치의 구성도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 분리막에 흡착된 유효성분이 역세를 통해 분리막으로부터 탈락되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 방법의 예시도이다.
도 6은 역세가능 정용 여과 과정에서 사용되는 분리막의 내구성에 관한 것이다.
도 7은 비교예에 따른 정용 여과 방법으로, 측면 여과방식에 관한 예시도이다.
도 8는 단백질의 안정성을 확인하기 위한 동적 광산란(Dynamic Light Scattering, DLS) 데이터에 관한 것이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치의 구성도이고, 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 분리막에 흡착된 유효성분이 역세를 통해 분리막으로부터 탈락되는 것을 설명하기 위한 예시도이고, 도 4은 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치의 모식도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치(10)는 제1 용기부(100), 제2 용기부(200), 분리막(300), 모터 구동부(400), 센서부(500) 및 제어부(600)를 포함할 수 있다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치(10)는 원수(feed)에서 유효물질을 교환하기 위해, 완충용액(buffer)을 투입할 수 있다.
여기서, 원수는 완충용액과 유효물질로 구성될 수 있으며, 완충용액은 분리막(300)을 통과하여 제1 용기부(100)에서 제2 용기부(200)로, 또는 제2 용기부(200)에서 제1 용기부(100)로 유입될 수 있다. 또한, 유효물질은 분리막(300)을 통과하지 못하고 여과될 수 있다.
제1 용기부(100)는 제1 용기(110), 제1 압력밸브(120), 제1 개폐밸브(130), 제1 결합부(140) 및 제1 뚜껑(150)을 포함할 수 있다.
제1 용기(110)는 제1공간을 갖는 것으로, 눈금이 있는 실린더 등이 해당될 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
여기서, 제1 공간은 제1 용기 내부에 형성되는 공간으로 원수가 채워질 수 있다.
여기서, 제1 용기의 일단(111)은 제1 용기의 단부 중 분리막(300) 측의 단부로 정의되고, 제1 용기의 타단(112)은 제1 용기의 일단(111)의 반대측 단부로 정의될 수 있다.
제1 용기(110)에는 제1 압력밸브(120) 및 제1 개폐밸브(130)가 연결될 수 있다.
제1 압력밸브(120)는 제1 용기(110)에 연결되고, 제1 용기부(100)가 상부에 위치한 경우를 기준으로, 제1 압력밸브(120)는 위제1 용기(110)에 담기는 원수의 최대 높이보다는 높은 곳에 위치할 수 있다
제1 압력밸브(120)는 제1 용기(110)에 담긴 원수의 여과를 시작하는 경우 제1 용기(110)에 압력을 걸어주어 정용 여과가 진행되도록 하고, 최종 목표 여과 높이에 도달한 경우 압력을 0으로 만들어 정용 여과가 멈추도록 할 수 있다.
여기서, 최종 목표 여과 높이는 제1 용기(110)에 담긴 원수를 1회 정용 여과할 때, 여과를 종료하는 시점에서 제1 용기(110)에 남은 원수의 높이를 제1 용기(110)의 일단을 기준으로 측정한 값이다.
또한, 제1 압력밸브(120)는 중간 목표 여과 높이에 도달한 경우 압력을 기 설정된 압력으로 낮추어 여과 속도를 느리게 할 수 있다.
여기서, 중간 목표 여과 높이는 제1 용기(110)가 상부에 위치한 경우, 제1 용기(110)의 일단을 기준으로 최종 목표 여과 높이 보다 높은 높이로 정의될 수 있다.
여과과정에서 최종 목표 여과 높이에 도달하기 전에 중간 목표 여과 높이를 설정하여 완충용액이 분리막(300)을 통과하는 속도를 낮추거나 높여 여과 속도를 조절할 수 있다.
제1 개폐밸브(130)는 제1 용기(110)에 연결되고 외부와 연통될 수 있다.
한편, 제1 개폐밸브(130)는 제1 임계높이보다 높은 곳에 위치할 수 있다.
여기서, 제1 임계높이는 제1 용기(110)가 상하 반전에 의해 하부에 위치하게 되었을 때, 제1 용기에 수용될 수 있는 원수의 최고 높이로 정의된다.
이를 통해, 제1 용기(110)가 하부에 위치한 경우, 제1 용기(110)에 수용되는 원수는 제1 개폐밸브(130)를 통해 외부로 이탈되지 않을 수 있다.
제1 개폐밸브(130)는 제1 용기(110)가 제2 용기(210)의 하부에 위치하게 되는 경우, 역압으로 인해 제1 용기(110)가 터지는 것을 방지하기 위해 개방할 수 있다.
한편, 제1 개폐밸브(130)는 제1 개폐밸브의 일단(131) 및 제1 개폐밸브의 타단(132)을 포함할 수 있다.
제1 개폐밸브의 일단(131)은 외부와 연통될 수 있다.
제1 개폐밸브의 타단(132)은 제1 용기(110)와 연결될 수 있다.
한편, 제1 개폐밸브의 일단(131)은 제1 개폐밸브의 타단(132)보다 제1 용기의 일단(111)에 더 가깝게 위치하며, 제1 개폐밸브의 타단(132)과 제1 개폐밸브의 일단(131)을 연결한 가상의 직선은 제1 용기(110)의 측면과 예각을 이루도록 위치할 수 있다.
이로 인해, 제1 개폐밸브(130)는 제1 용기(110)가 제2 용기(210)의 하부에 위치하여 여과를 진행할 때 역압으로 인해 제1 용기(110)가 터지는 것을 방지하기 위해 제1 개폐밸브(130)를 열어 둔 경우, 제1 용기(110)로 여과되는 완충용액이 외부로 새어 나가거나 제1 개폐밸브(130)에 고이는 것을 방지할 수 있다.
제1 결합부(140)는 제1 용기의 일단(111)에 마련될 수 있으며, 플랜지 형상을 가질 수 있다.
제1 결합부(140)는 볼트와 너트 체결을 위한 중공이 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 뚜껑(150)은 제1 용기의 타탄(112)에 결합될 수 있다,
제2 용기부(200)는 제2 용기(210), 제2 압력밸브(220), 제2 개폐밸브(230), 제2 결합부(240), 제2 뚜껑(250), 고정망(260) 및 밀폐링(270)을 포함할 수 있다.
제2 용기(210)는 원수의 정용여과 시 여과된 완충용액을 담을 수 있는 제2 공간이 마련된 것으로, 눈금이 있는 실린더 등이 해당될 수 있으나 이에 반드시 한정하는 것은 아니다.
여기서, 제2 공간은 제2 용기 내부에 형성되는 공간으로 완충용액이 수용될 수 있다.
제2 용기(210)가 하부에 위치한 경우 및 상부에 위치한 경우 모두 완충용액을 수용할 수 있다. 여기서, 제2 용기의 일단(211)은 제2 용기(210)의 단부 중 분리막(300) 측의 단부로 정의될 수 있다. 제2 용기의 타단(212)은 제2 용기의 일단(211)의 반대측 단부로 정의될 수 있다.
제2 압력밸브(220)는 제2 용기(210)에 연결될 수 있다.
제2 압력밸브(220)는 제2 용기(210)가 상부에 위치하는 경우, 제2 용기의 일단(211)을 기준으로 제2 용기(210)에 수용되는 완충용액의 최대 높이 값 보다는 높은 곳에 위치할 수 있다.
제2 압력밸브(220)는 제2 용기(210)가 제1 용기(110)의 상부에 위치하도록 상하 반전시켜 제2 용기(210)에 새로운 완충용액을 담아 분리막(300)을 통과시키는 경우, 제2 용기(210)에 압력을 걸어주어 정용 여과가 진행되도록 하고, 여과를 종료하는 경우 압력을 0으로 만들어 정용 여과가 멈추도록 할 수 있다.
제2 개폐밸브(230)는 제2 임계 높이보다는 높은 곳에 위치할 수 있다.
여기서, 제2 임계높이는 제2 용기(210)가 제1 용기(110)의 하부에 위치하는 경우, 제1 용기(110)로부터 분리막을 통과하여 제2 용기(210)에 수용될 완충용액의 최대 높이 값으로 정의된다.
이로 인해, 분리막(300)을 통과하여 제2 용기(210)에 수용되는 완충용액이 제2 개폐밸브(230)를 통해 새어 나가는 것을 방지할 수 있다.
제2 개폐밸브(230)는 제1 용기(110)에 원수를 담아 분리막(300)을 통과하는 완충용액이 제2 용기(210)에 담길 때 역압에 의해 제2 용기(210)가 터지는 것을 방지하기 위해 개방될 수 있다.
제2 개폐밸브의 일단(231)은 제2 개폐밸브의 타단(232)보다 제2 결합부(240)에 더 가깝게 위치하여, 제2 개폐밸브의 타단(232)과 제2 개폐밸브의 일단(231)을 연결한 가상의 직선과 제2 용기(210)의 측면이 예각을 이루도록 위치할 수 있다.
이로 인해, 제2 개폐밸브(230)는 제2 용기(210)가 제1 용기(110)의 하부에 위치하여 역압으로 인해 제2 용기(210)가 터지는 것을 방지하기 위해 제2 개폐밸브(130)를 열어 둔 경우, 제2 용기(210)로 여과되는 완충용액이 외부로 새어 나가거나 제2 개폐밸브(230)에 고이는 것을 방지할 수 있다.
제2 결합부(240)는 제2 용기의 일단(211)에 마련될 수 있으며, 플랜지 형상을 가질 수 있다.
제2 결합부(240)는 제1 결합부(140)와 분리막(300)을 기준으로 서로 대향하여 결합할 수 있다.
제2 결합부(240)에는 볼트와 너트의 체결을 위한 중공이 마련될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 뚜껑(250)은 제2 용기의 타단(212)에 결합될 수 있다.
고정망(260)은 분리막(300)의 지름보다는 큰 지름을 가지며, 제2 결합부(240)의 상면에 배치될 수 있다. 결합부(240)의 상면에는 고정망(260)을 거치하기 위한 홈이 형성될 수 있으며, 이에 고정망(260)이 끼움 결합할 수 있다.
고정망(260)은 상부에서 분리막(300)을 지지할 수 있으며, 분리막(300)은 이 이탈되지 않도록 고정망(260)에 결합될 수 있다.
고정망(260)은 완충용액이 통과하는 것에는 방해가 되지 않도록 매쉬, 복수의 일자 바 또는 격자 형상을 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
밀폐링(270)은 제2 결합부(240)의 상면에 거치되고, 고정망(260)의 지름보다는 큰 지름을 가질 수 있다.
밀폐링(270)은 고정망(260)의 외주변을 에워싸도록 배치되고, 제2 결합부(240)의 상면에는 홈이 형성될 수 있고 이에 끼움 결합할 수 있다.
밀폐링(270)은 제1 용기(110)와 제2 용기(210)의 결합 시 분리막(300) 주변으로 완충용액이 새어 나오는 것을 방지하기 위한 것으로, 실리콘 또는 고무 재질의 오링으로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
분리막(300)은 제1 용기(110)에 제공된 원수에서 유효성분은 여과하고, 완충용액을 통과시킬 수 있는 여과 필터이다. 분리막(300)은 일 방향의 여과 후에 뒤집어서 사용이 가능한 양 방향의 여과 필터이다.
분리막(300)은 분리막의 제1면(310) 및 분리막의 제2면(320)을 포함할 수 있다.
분리막의 제1면(310)은 제1 용기(110)에 담긴 원수를 분리막(300)을 이용하여 여과하는 경우, 유효성분(1)이 흡착될 수도 있다. 이 때 흡착된 유효성분(1)은 분리막의 제2면(320)에 새로운 완충용액을 통과시킬 경우, 분리막의 제1면(310)으로 부터 탈락시킬 수 있다.
모터 구동부(400)는 제1 결합부(140) 또는 제2 결합부(240) 중 적어도 하나에 연결되어 제1 용기(110) 및 제2 용기(210)를 상하 반전시킬 수 있다. 모터 구동부(400)는 서보모터, DC모터 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
모터 구동부(400)는 센서부(500)로부터 측정된 거리 값을 전달받은 제어부(600)에 의해 동작 여부가 제어될 수 있다. 모터 구동부(400)의 동작에 의해 제1 용기부(100) 및 제2 용기부(200)는 상하 반전될 수 있다.
센서부(500)는 제1 센서(510) 및 제2 센서(520)를 더 포함할 수 있다.
제1 센서(510) 및 제2 센서(520)는 거리측정 센서로, 초음파 센서 또는 적외선센서 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 센서(510)는 제1 용기(110)에 연결되고, 제1 용기(110)에 존재하는 원수의 높이를 측정하여, 측정된 값을 제어부(600)로 전달할 수 있다.
제2 센서(520)는 제2 용기(210)에 결합되고, 제2 용기(210)에 존재하는 완충용액의 높이를 측정하여, 측정된 값을 제어부(600)로 전달할 수 있다.
제어부(600)는 센서부(500)에서 측정된 높이 값을 전달받아 모터 구동부(440), 제1 압력밸브(120) 및 제2 압력밸브(220) 중 적어도 어느 하나를 제어할 수 있다.
이하에서는 제어부(600)의 제어과정과 본 발명의 일 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 장치(10)를 이용한 역세가능 정용 여과 방법에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 방법의 예시도이다.
도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 역세가능 정용 여과 방법은 (a) 원수를 제1 용기(110)에 넣고 제1 압력밸브(120)에 기 설정된 압력을 걸어주어 원수에 포함되어 있던 완충용액을 제2 용기(210)로 여과시키는 단계(S10), (b) 분리막(300)을 통과한 완충용액을 제2 용기(210)로부터 제거하는 단계(S20), (c) 제1 용기(110) 및 제2 용기(210)를 상하 반전시키고 완충용액이 제거된 제2 용기(210)에 새로운 완충용액을 넣는 단계(S30), (d) 제2 압력밸브(220)에 기 설정된 압력을 걸어주어 새로운 완충용액을 분리막(300)을 통과시켜 분리막(300)에 부착된 유효성분을 제1 용기(210)로 탈락시키는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
기 설정된 압력은 분리막의 공극이 매우 작아 완충용액이 통과하기 위해서 필요한 것으로, 이는 원수의 용액에 포함된 분자들 간의 인력보다는 큰 값이어야 한다.
기 설정된 압력은 원수에 포함되는 완충용액과 유효성분의 종류 및 분리막 공극의 크기에 따라 달라질 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서, (a)단계는 (a-1) 제1 용기(110)에 담긴 원수의 높이 또는 여과된 완충용액의 높이를 센서부(500)가 감지하는 단계 및 (a-2) 제어부(600)가 센서부(500)로부터 전달받은 값이 최종 목표 여과 높이에 도달한 경우 제1 압력밸브(120)를 제어하여 압력을 0으로 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 최종 목표 여과 높이는 제1 용기(110)에 담긴 원수를 1회 정용 여과할 때, 여과를 종료하는 시점에서 제1 용기(110)에 남기고자 하는 원수의 높이를 제1 용기(110)의 일단을 기준으로 측정한 값이다.
본 발명의 일 실시예에서, (a)단계는 (a-1) 제1 용기(110)에 담긴 원수의 높이를 센서부(500)가 감지하는 단계, (a-2) 제어부(600)가 센서부(500)로부터 받은 입력 값이 중간 목표 여과 높이에 도달한 경우 제1 압력밸브(120)를 제어하여 압력을 기 설정된 압력으로 변경하는 단계 및 (a-3) 제어부(600)가 센서부(500)로부터 받은 입력 값이 최종 목표 여과 높이에 도달한 경우 제1 압력밸브(120)를 제어하여 압력을 0으로 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다.
중간 목표 여과 높이는 제1 용기(110)가 상부에 위치한 경우, 제1 용기(110)의 일단을 기준으로 최종 목표 여과 높이 보다 높은 값으로 정의될 수 있다.
여과과정에서 최종 목표 여과 높이에 도달하기 전에 중간 목표 여과 높이를 설정하여 완충용액이 분리막(300)을 통과하는 속도를 낮추거나 높여 여과 속도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 역세가능 정용 여과 방법은 (e) 제1 용기(110) 및 제2 용기(210)의 상하를 반전시키는 단계를 더 포함하고(S50), (a) 내지 (e) 단계를 2회 내지 4회 반복하여 시행하는 것이 바람직하다.
(a) 내지 (e) 단계를 2회 미만 반복 실시할 경우, 목표하는 완충용액 교환율에 도달하기가 어려우며, 4회를 초과하여 실시하는 경우에는 완충용액 교환율의 상승률에 비해 낭비되는 완충용액의 용량이 많아 비효율적이므로, (a) 내지 (e) 단계를 2회 내지 4회 반복하여 시행하는 것이 바람직하다.
더욱이, (a) 내지 (e) 단계를 3회 반복 실시하는 것이 가장 바람직하다.
이하에서는, 본 발명에서 사용되는 역세가능한 분리막의 성능에 대해 설명하기 위해서 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 역세가능 정용 여과 과정에서 분리막의 내구성에 관한 것이다.
도 6을 참조하면, permeate 값은 여과횟수에 상응하는 값이다. permeate flux 값은 분리막에서 여과되어 나오는 용액의 flux값을 나타낸 것이다.
도 6에 따르면, permeate flux의 값은 350~400 사이의 값으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 역세가능 정용 여과 방법을 시행하는 동안 분리막은 손상되지 않으며, 여과 성능은 유지된다는 것을 확인할 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예 및 비교예를 참고하여, 본 발명인 역세가능 정용 여과 방법의 성능을 검증하기 위한 실험 및 특성평가에 대해 설명한다.
실시예
제1 용기에 원수 100mL를 넣고 제1 압력밸브에 압력을 걸어주고, 제2 개폐밸브는 열어준다. 이때, 완충용액은 분리막을 통과하여 제2 용기로 내려오고 유효성분은 분리막에 걸러져서 제1 용기에 남게 된다.
제1 용기에 담긴 원수가 10mL 남았을 때, 재빠르게 제1 압력밸브에 걸린 압력을 0으로 내려 여과를 중단한다.
제2 용기로 통과된 완충용액을 비우고, 제2 개폐밸브를 폐쇄한다.
이후, 제1 용기와 제2 용기의 상하를 반전시켜 교환하고자 하는 새로운 완충용액을 제2 용기에 90mL만큼 채운다.
제2 압력밸브에 압력을 걸어주고 제1 개폐밸브를 열어 역세에 의한 정용 여과를 진행한다. 이때, 제2 용기에서 투과되어 제1 용기로 유입된 새로운 완충용액에 의해 만들어진 새로운 원수 100mL가 다시 상부에 위치할 수 있도록 제1 용기와 제2 용기의 상하를 반전시킨다.
99.9%의 완충용액 교환율을 달성하기 위해 상기 과정들을 총 3회 반복하여 시행하였다.
이에 의해, 완충용액 교환을 위해 투입한 새로운 완충용액의 총 용량은 270mL임을 확인할 수 있다.
비교예
도 7은 비교예에 따른 정용 여과 방법으로, 측면 여과방식에 관한 예시도이다. 측면 여과 방식의 정용 여과는 원수에 교환하고자 하는 새로운 완충용액을 바로 넣어주어, 그 전체 용액을 여과하는 방식이다.
원수(Feed) 100mL를 용기에 넣어주고, 이 용기에 완충용액(Buffer)을 넣어주면서 동시에 분리막(Membrane)을 이용한 여과를 진행한다. 여기서, 여과가 진행되어 완충용액이 분리막을 통과하는 경우, 분리막을 통해 배출된 완충용액의 양만큼 새로운 완충용액이 용기에 채워진다.
이후, 분리막을 통과한 완충용액(Filtrate)이 100mL가 될 때까지 여과를 진행하고, 이 과정을 1회로 정의한다.
완충용액의 교환율이 99.9%에 달성하기 위해서 상기 과정들을 총 7회 반복하여 시행하였다.
이에 의해, 완충용액 교환을 위해 투입한 새로운 완충용액의 총 용량은 700mL임을 확인할 수 있다.
Figure pat00001
[표 1]은 비교예에 따른 측면 여과 방식의 정용 여과(TFF) 및 본 발명의 실시예에 따른 역세 가능 정용 여과 방법(NEW DF)에서 목표하는 완충용액 교환율을 달성하기 위해 투입되는 완충용액 투여용량을 비교한 비교표이다.
보다 구체적으로 설명하자면, [표 1]은 원수의 부피를 1L로 유지하면서 수행한 정용 여과에 관한 것으로, 완충용액의 교환율이 99.9%에 달성하기 위해 투입되어야 하는 완충용액의 용량에 대해 확인할 수 있다.
실험을 통해 확인한 바에 따르면, 측면 여과 방식의 정용 여과(TFF)에서 완충용액의 교환율이 99.9%에 달성하기 위해서는 총 7회의 완충용액 투입(700mL)이 필요하다.
반면에, 본 발명의 역세가능 정용 여과 방식(NEW DF)에서는 완충용액의 3회 투입(270mL)으로 99.9%의 완충용액 교환율을 달성할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 종래의 측면 여과 방식의 정용 여과에 비해 완충용액의 투입 용량을 현저히 줄일 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
Figure pat00002
[표 2]는 정용여과시 교환하는 완충용액의 성분에 관한 것이다.
[표 2]를 참조하면, 약물이 작용하는 대상의 질병 종류에 따라 적합한 완충용액의 Formulation buffer/Excipient 종류에 관해 확인할 수 있다.
위에서 언급한, 질병의 종류에 따라 가장 적합한 완충용액 종류의 결정은 약물의 안정성 테스트에 의해서 이루어진다.
이는, 각 의약품의 항체와 다양한 종류의 완충용액을 섞고 항체의 열적/형태적 안정성 분석을 통해 가장 안정적인 Formulation buffer/Excipient 구성으로 결정한다.
이에 의해, 항체의 응집을 방지하고 약물 투여 시 부정적인 면역반응을 피할 수 있다.
도 8는 단백질의 안정성을 확인하기 위한 동적 광산란(Dynamic Light Scattering, DLS) 데이터에 관한 것이다.
NFF(normal flow filtration)란 전량 여과 방식을 의미한다. 의약품 용액 전량을 다음 공정으로 보내어 의약품 손실을 줄이는 방식의 여과 시스템이다.
TFF(tangential flow filtration)란 측면 여과 방식을 의미한다. 농축과 제제화를 수행할 때, 막의 오염 및 농도 분극 현상을 최소화하여 공정의 효율이 높은 운전 시스템이다.
도 8을 참조하면, 역세 가능 정용 여과 방법과 종래의 정용 여과 방법을 TFF 방식으로 시행 후, 단백질 응집체의 생성에 있어서 DLS 데이터가 유사한 것을 확인할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 제1 용기부 110: 제1 용기
111: 제1 용기의 일단 112: 제1 용기의 타단
120: 제1 압력밸브 130: 제1 개폐밸브
131: 제1 개폐밸브의 일단 132: 제1 개폐밸브의 타단
140: 제1 결합부 150: 제1 뚜껑
200: 제2 용기부 210: 제2 용기
211: 제2 용기의 일단 212: 제2 용기의 타단
220: 제2 압력밸브 230: 제2 개폐밸브
240: 제2 결합부 250: 제2 뚜껑
260: 고정망 270: 밀폐링
300: 분리막 400: 모터 구동부
500: 센서부 600: 제어부

Claims (9)

  1. 제1 공간을 갖는 제1 용기;
    상기 제1 공간에 연통된 제2 공간을 가지며, 상기 제1 용기의 일단에 결합된 제2 용기;
    상기 제1 용기와 상기 제2 용기 사이에 배치된 분리막; 및
    상기 제1 용기 및 상기 제2 용기를 상하 반전시키는 모터 구동부를 포함하고,
    상기 분리막은 제공된 원수에서 유효성분을 여과하고, 완충용액을 통과시키는 역세가능 정용 여과 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 용기에 연결되는 제1 압력밸브;
    상기 제1 용기의 일단에 마련된 제1 결합부;
    상기 제1 용기에 연결되고 외부와 연통되는 제1 개폐밸브;
    상기 제2 용기에 연결되는 제2 압력밸브;
    상기 제2 용기의 일단에 마련된 제2 결합부;
    상기 제2 용기에 연결되고 외부와 연통되는 제2 개폐밸브를 더 포함하고,
    상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부는 플랜지 형상을 가지고 서로 대향하여 결합하는 역세가능 정용 여과 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 결합부의 상면에 거치되는 고정망; 및
    상기 분리막의 지름보다 큰 지름을 가지고 분리막을 에워싸는 밀폐링을 더 포함하는 역세가능 정용 여과 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 개폐밸브는:
    제1 임계 높이보다는 높은 곳에 위치하고,
    상기 제2 개폐밸브는:
    제2 임계 높이보다는 높은 곳에 위치하는 역세가능 정용 여과 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 개폐밸브는:
    외부와 연통되는 제1 개폐밸브의 일단; 및
    상기 제1 용기와 연통되는 제1 개폐밸브의 타단을 포함할 수 있고,
    상기 제1 개폐밸브의 일단은:
    상기 제1 개폐밸브의 타단보다 상기 제1 용기의 일단에 더 가깝게 위치하고,
    상기 제1 개폐밸브와 상기 제2 개폐밸브를 연결한 가상의 직선은 상기 제1 용기의 측면과 예각을 이루고,
    상기 제2 개폐밸브는:
    외부와 연통되는 제2 개폐밸브의 일단; 및
    상기 제2 용기와 연통되는 제2 개폐밸브의 타단을 포함할 수 있고,
    상기 제2 개폐밸브의 일단은:
    상기 제2 개폐밸브의 타단보다 상기 제2 결합부에 더 가깝게 위치하고,
    상기 제2 개폐밸브의 일단과 상기 제2 개폐밸브의 타단을 연결한 가상의 직선이 상기 제2 용기의 측면과 예각을 이루는 역세가능 정용 여과 장치.
  6. (a) 원수를 제1 용기에 넣고 제1 압력밸브에 기 설정된 압력을 걸어주어 상기 원수에 포함되어 있던 완충용액을 제2 용기로 여과시키는 단계;
    (b) 분리막을 통과한 완충용액을 제2 용기로부터 제거하는 단계;
    (c) 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기를 상하 반전시키고 완충용액이 제거된 상기 제2 용기에 새로운 완충용액을 넣는 단계; 및
    (d) 제2 압력밸브에 기 설정된 압력을 걸어주어 새로운 완충용액을 분리막을 통과시켜 상기 분리막에 부착된 유효성분을 상기 제1 용기로 탈락시키는 단계를 포함하는 역세가능 정용 여과 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는:
    (a-1) 상기 제1 용기에 담긴 원수의 높이 또는 여과된 완충용액의 높이를 센서부가 감지하는 단계; 및
    (a-2) 제어부가 상기 센서부로부터 전달받은 값이 최종 여과 목표 높이에 도달한 경우 상기 제1 압력밸브를 제어하여 압력을 0으로 낮추는 단계를 더 포함하는 역세가능 정용 여과 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는:
    (a-1) 상기 제1 용기에 담긴 원수의 높이를 센서부가 감지하는 단계;
    (a-2) 제어부가 상기 센서부로부터 받은 입력 값이 중간 여과 목표 높이에 도달한 경우 상기 제1 압력밸브를 제어하여 압력을 기 설정된 압력으로 변경하는 단계; 및
    (a-3) 제어부가 센서부로부터 받은 입력 값이 최종 여과 목표 높이에 도달한 경우 상기 제1 압력밸브를 제어하여 압력을 0으로 낮추는 단계를 더 포함하는 역세가능 정용 여과 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    (e) 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기의 상하를 반전시키는 단계를 더 포함하고,
    상기(a) 내지 상기(e) 단계를 2회 내지 4회 반복하여 시행하는 역세가능 정용 여과 방법.
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