Dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda.

Un dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) para la clarificación primaria o secundariade fluidos biofarmacéuticos elaborados,

que comprende en orden:

una zona de prefiltración (20) que comprende capas (21,22) de material de filtración, dicha zona de prefiltración (20)es capaz de retener partículas dentro de un primer intervalo de distribución por tamaño;

una zona de filtración primaria (30) que comprende por lo menos una capa de fibra fibrilada que contiene material,dicha zona de filtración primaria es capaz de retener partículas dentro de un segundo intervalo de distribución portamaño, dicho segundo intervalo de distribución por tamaño es menor que dicho primer intervalo de distribución portamaño; y

una zona de pulido (40) que comprende capas (41 a 45) de material de filtración, dicha zona de pulido (40) es capazde retener partículas dentro de un tercer intervalo de distribución por tamaño, dicho tercer intervalo de distribuciónpor tamaño es menor que dicho segundo intervalo de distribución por tamaño,

en donde el dispositivo es capaz de filtrar un fluido que contiene una distribución de partículas en el intervalo de 25micrones a 0,2 micrones;

en donde dicho primer intervalo de distribución por tamaño es de 25 micrones a 1 micrón, dicho segundo intervalode distribución por tamaño es de 1 micrón a 0,3 micrones, y dicho tercer intervalo de distribución por tamaño es de0,3 micrones a 0,2 micrones; y

en donde las capacidades de retención de la zona de prefiltración (20), la zona de filtración primaria (30), y la zonade pulido (40) están establecidas en un velocidad de fluido de por lo menos 100 cm/hr y una permeabilidadhidráulica inicial mayor que 1,45 cm/h/kPa (10 cm/hr/psi), en donde las capas de material de filtración en dichodispositivo de filtro tienen una profundidad sumada total de por lo menos 1,27 cm (0,5 pulgadas), yen donde la proporción del área frontal con el volumen del dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda(100) es de 20 a80 m-1.

Dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda Campo Por lo general, la presente invención se refiere a un dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda que comprende capas de material de filtración bien adaptadas para la clarificación primaria o secundaria de fluidos biofarmacéuticos elaborados.

Antecedentes Los filtros con profundidad (por ej., filtros con profundidad de gradiente de densidad) logran una filtración dentro de la profundidad del material de filtro. Una clase común de tales filtros son aquellos que comprenden una matriz aleatoria de filtros, unida (o de lo contrario fija) , para formar una maza tortuosa, compleja, de canales de fibra. La separación de partículas en estos filtros generalmente resulta del atrapamiento de, o la adsorpción a, la matriz de fibra. En filtros con profundidad de gradiente de densidad, varios con base en materiales de filtro de fibra (por ej., en formato de estera o almohadilla) con un tamaño de poro nominal diferente se disponen secuencialmente en una retención progresivamente en aumento.

Las tecnologías actuales relativas a la filtración con profundidad, en particular para aplicaciones que requieren la eliminación de partículas de submicrones, se limitan a capas de material de filtración comparativamente delgadas. Con respecto a aplicaciones biofarmacéuticas comunes, los dos materiales de filtro con profundidad basados en filtro de clarificación más populares son almohadillas de fibra sintética, de gradiente de densidad, secas y láminas de fibra de celulosa húmedas (con o sin auxiliares de filtro inorgánico incrustados) . En cualquier caso, la profundidad (o espesor) del material de filtro general está invariablemente restringida a menos que 10 milímetros (0, 394 pulgadas) , principalmente debido a la alta resistencia hidráulica (es decir, caída de la presión nativa por unidad de flujo de fluido por área de unidad) del material de filtro. Por consiguiente, para asegurar una tasa rápida aceptable de rendimiento de fluido, los filtros con profundidad basados en fibras se basan en materiales y formatos de filtro convencionales y se diseñan con un ojo puesto en la maximización del área de filtro de superficie.

La predisposición convencional hacia el uso de materiales de filtro de gran área de superficie es evidente en la amplia popularidad del diseño lenticular de tipo platillo de los filtros con profundidad basados en fibras convencionales para procesos de clarificación de fluidos farmacéuticos y biofarmacéuticos. Véase por ej., la Figura 7A. En la práctica, varios de estos “platones” con doble cara se apilan dentro de un compartimiento externo para lograr una filtración paralela (es decir, contemporáneamente a través de cada “platón”) de fluido traído al compartimiento. Los ejemplos de este diseño de un sistema de filtro común pueden hallarse en, por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos Núm. 4.783.262, concedida a E.A. Ostreicher et al. el 8 de Noviembre a 1988; y la Patente de los Estados Unidos Núm. 5.055.192, concedida a A. Artinyan et al. el 8 de Octubre de 1991.

En general, los sistemas de filtro de profundidad de gran área son voluminosos, proclives a una escasa confiabilidad, y a menudo tienen costos de elaboración elevados. A menudo, se requiere una disposición extensiva de sellos de medio para mantener al sistema “ajustado” y/o para que no tenga fugas. Asimismo, a diferencia de los medios de filtro de superficie, -tales como películas o membranas porosas que, típicamente, pueden empacarse en forma efectiva en un cartucho envuelto o plegado debido a su delgadez relativa- los medios de filtro con profundidad no toleran tan bien las tensiones mecánicas típicas de la fabricación de cartuchos de gran área de superficie.

Los sistemas de filtro con profundidad de gran área también tienden a ser lentos. Es bien sabido que el rendimiento de la filtración del filtro con profundidad basado en fibras convencionales, de acuerdo con lo medido por la capacidad del filtro (es decir, carga de sólidos) o retención de partículas o ambos, en general aumenta a medida que se reduce la velocidad o caudal de flujo del fluido. La captura de partículas - por tamaño y cantidad - es generalmente más efectiva cuanto más lento sea el viaje de las partículas a través de un medio de filtro delgado. (Los mecanismos subyacentes a la captura de partículas no son bien comprendidos, pero probablemente incluyen tamizado, adsorpción, y compresión) . Los caudales lentos (por área de unidad) también minimizan las presiones operantes requeridas que, en cualquier caudal de flujo superior, pueden no ser prácticas para el medio de filtro de alta densidad (baja permeabilidad) empleado en tales aplicaciones.

En vista de lo anterior, actualmente existe una necesidad por un dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda de alta capacidad compacto que sea confiable, robusto, y de elaboración fácil.

El documento GB 1271867 A describe un dispositivo de filtro que se forma enrollando varios medios de lámina con diámetros o asperezas de malla diferentes para formar una estructura con capas múltiples enrollada. Como una medida para aumentar la capacidad del dispositivo se insertan espaciadores estructurales separados entre los rollos para crear espacios o huecos entre las capas del medio de filtro.

El documento US 5716522 A) describe un filtro de combustible de medio con profundidad no tejido que se pretende para uso dentro de un tanque de combustible de un vehículo y, en especial, en una entrada de una boba de combustible dentro de un tanque.

El documento US 4714647 A describe un método de formación de un medio de filtro, preferiblemente por el uso de filtros HEPA y pre-HEPA, por la deposición secuencial de capas de fibras termoplásticas sopladas con fundición, en las que todas tienen la misma composición pero tamaños diferentes, sobre un colector. Por lo tanto, un medio de filtro con profundidad o densidad de gradiente se forma con la misma composición de fibra.

El documento WO 0053286 desvela un medio de filtración de depleción de leucocitos que incorpora fibras altamente fibriladas distribuidas entre una matriz de fibras.

Compendio En respuesta a la necesidad anterior, la presente invención proporciona un dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda con las características de la reivindicación 1. Este dispositivo de filtro tiene, en comparación con sus pilares funcionales, un intervalo más "abierto" de tamaño de poro nominal a lo largo de la profundidad de su material de filtración, que, a pesar de la aparentemente mayor permeabilidad intrínseca del mismo, proporciona una capacidad de retención comparablemente buena, debido a (por lo menos en parte) el espesor sin precedentes de dicho material de filtración. Por medio de su énfasis en el espesor del filtro, en lugar del área de superficie, se cree que la presente invención representa una nueva y pionera plataforma para una filtración de profundidad, apartándose notablemente de cualquier enfoque convencional conocido.

El filtro de gradiente de densidad profunda de la invención está caracterizado, entre otra características, por las capacidades de retención definidas en forma cuantificable, el espesor colectivo (es decir, mayor que media pulgada) de su material de filtración, y por su incorporación de fibra fibrilada como un material de filtración primario.

El dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda es definido en particular en esta memoria como que comprende en orden: una zona de prefiltración que comprende capas de material de filtración capaces de retener partículas dentro de un primer intervalo de distribución por tamaño: una zona de filtración primaria que comprende por lo menos una capa de fibra fibrilada que contiene un material capaz de retener partículas dentro de un segundo intervalo de distribución por tamaño menor que dicho primer intervalo de distribución por tamaño; y una zona de pulido que comprende capas de un material de filtración capaz de retener partículas dentro de un tercer intervalo de distribución por tamaño menor que dicho segundo intervalo de distribución por tamaño.

El dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda tiene una profundidad de por lo menos 0, 5 pulgadas (1, 27 cm) y es capaz de filtrar un fluido que contiene una distribución de partículas en el intervalo de aproximadamente 25 micrones a aproximadamente 0, 2 micrones. La zona de prefiltración comprende capas de un material de filtración y es capaz de retener partículas en el intervalo de 25 micrones a 1 micrón, la zona de filtración primaria comprende materiales de filtración y es capaz de retener partículas en el intervalo... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) para la clarificación primaria o secundaria de fluidos biofarmacéuticos elaborados, que comprende en orden:

una zona de prefiltración (20) que comprende capas (21, 22) de material de filtración, dicha zona de prefiltración (20) es capaz de retener partículas dentro de un primer intervalo de distribución por tamaño;

una zona de filtración primaria (30) que comprende por lo menos una capa de fibra fibrilada que contiene material, dicha zona de filtración primaria es capaz de retener partículas dentro de un segundo intervalo de distribución por tamaño, dicho segundo intervalo de distribución por tamaño es menor que dicho primer intervalo de distribución por tamaño; y

una zona de pulido (40) que comprende capas (41 a 45) de material de filtración, dicha zona de pulido (40) es capaz de retener partículas dentro de un tercer intervalo de distribución por tamaño, dicho tercer intervalo de distribución por tamaño es menor que dicho segundo intervalo de distribución por tamaño,

en donde el dispositivo es capaz de filtrar un fluido que contiene una distribución de partículas en el intervalo de 25 micrones a 0, 2 micrones;

en donde dicho primer intervalo de distribución por tamaño es de 25 micrones a 1 micrón, dicho segundo intervalo de distribución por tamaño es de 1 micrón a 0, 3 micrones, y dicho tercer intervalo de distribución por tamaño es de 0, 3 micrones a 0, 2 micrones; y

en donde las capacidades de retención de la zona de prefiltración (20) , la zona de filtración primaria (30) , y la zona de pulido (40) están establecidas en un velocidad de fluido de por lo menos 100 cm/hr y una permeabilidad hidráulica inicial mayor que 1, 45 cm/h/kPa (10 cm/hr/psi) , en donde las capas de material de filtración en dicho dispositivo de filtro tienen una profundidad sumada total de por lo menos 1, 27 cm (0, 5 pulgadas) , y

en donde la proporción del área frontal con el volumen del dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) es de 20 a80 m-1.

2. El dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) de la reivindicación 1, en donde dicha zona de prefiltración (20) comprende:

(i) una capa de material de fibra no tejida que tiene un grado de poro nominal de 25 micrones; y

(ii) una capa de material de fibra no tejida que tiene un grado de poro nominal de 1 micrón.

3. El dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) de la reivindicación 2, en donde dichas capas (i) e (ii) de dicha zona de prefiltración (20) están hechas sustancialmente de material de fibra de propileno.

4. El dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) de la reivindicación 3, en donde dichas capas (i) e (ii) de dicha zona de prefiltración (20) tienen un espesor dentro del intervalo de 0, 254 cm (0, 10 pulgadas) a 0, 381 cm (0, 15 pulgadas) .

5. El dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dichas fibras fibriladas utilizadas en dicha zona de filtración primaria (30) están fibriladas para proporcionar un área de superficie mayor que 1 m2/g, preferiblemente mayor que 10 m2/g.

6. El dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde dicha zona de pulido (40) comprende:

(i) una capa en húmedo de celulosa y tierra de diatomeas que tiene una permeabilidad de 20, 307 a 37, 714 LMH/kPa 140 a 260 LMH/psi) ;

(ii) una capa en húmedo de celulosa y tierra de diatomeas que tiene una permeabilidad de 9, 864 a 17, 406 LMH/kPa 68 a 120 LMH/psi) ;

(iii) una capa en húmedo de celulosa y tierra de diatomeas que tiene una permeabilidad de 43, 515 a 81, 23 LMH/kPa 300 a 560 LMH/psi) ;

(iv) una capa en húmedo de celulosa y tierra de diatomeas que tiene una permeabilidad de 20, 307 a 37, 714 LMH/kPa 140 a 260 LMH/psi) ; y

(v) una capa en húmedo de celulosa y tierra de diatomeas que tiene una permeabilidad de 10, 154 a 17, 406 LMH/kPa 70 a 120 LMH/psi) .

7. El dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) de la reivindicación 6, en donde dichas capas (i) , (ii) , (iii) , (iv) , y (v) de dicha zona de pulido (40) cada una tiene un espesor dentro del intervalo de 0, 254 cm (0, 10 pulgadas) a 0, 381 cm (0, 15 pulgadas) .

8. Una metodología de procesamiento de fluido biofarmacéutico que comprende los pasos de:

proporcionar una solución que contiene proteína elaborada que comprende una concentración sintéticamente enriquecida de una proteína diana predeterminada y una distribución de partículas sólidas de diferentes tamaños;

proporcionar un dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda (100) como se definió en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que comprende capas de materiales de filtración colindantes que colectivamente tienen una profundidad de por lo menos 1, 27 cm (0, 5 pulgadas) ; y

pasar dicha solución que contiene proteína elaborada a través de dicho dispositivo de filtro de gradiente de densidad profunda de filtro a una velocidad de por lo menos 100 cm/hr.

Figura 1