Ensayo de integridad rápido de materiales porosos.

Un método para evaluar la integridad de una membrana porosa que comprende a) humedecer el material poroso con un líquido;

b) poner en contacto una primera superficie de la membrana con una mezcla que comprende un vehículo y una sustancia detectable; c) aplicar presión a la primera superficie del material poroso de manera que al menos algo del vehículo y la sustancia detectable permeen la membrana; d) recircular el vehículo y la sustancia detectable encontrados en un permeado de la membrana en un volumen fijo en el lado del permeado mientras se continua aplicando la presión de (c); e) evaluar la concentración de la sustancia detectable en el permeado de la membrana a lo largo del tiempo; y f) comparar la concentración evaluada en e) con la concentración de la sustancia detectable en un permeado de una membrana integral expuesta a las mismas condiciones a lo largo del tiempo, en donde una concentración evaluada en e) que es mayor que la concentración de la sustancia detectable en un permeado de la membrana integral indica que la membrana no es integral.

Ensayo de integridad rápido de materiales porosos Campo de la invención

La invención se refiere generalmente al campo de ensayo de validación. En realizaciones específicas la invención se refiere al ensayo de integridad de membranas porosas.

Fundamento de la invención

Los materiales porosos juegan un papel significativo en una amplia variedad de aplicaciones industriales que incluyen el procesado, por ejemplo, filtrado, envasado, contención y transporte de bienes manufacturados y materias primas. Los ámbitos industriales en que se usan incluyen las industrias farmacéutica y biotecnológica; las industrias del petróleo y gas y las industrias de procesado y envasado de alimentos, por nombrar unas pocas.

En varias de estas industrias tales como las industrias farmacéutica y biotecnológica y la industria de procesado de alimentos los materiales porosos, por ejemplo, membranas, pueden usarse como dispositivos de filtración para eliminar contaminantes indeseables y potencialmente dañinos de los productos finales comercializables. El control de calidad y seguridad de la calidad necesita que estos dispositivos de filtración cumplan criterios de rendimiento deseados. El ensayo de integridad proporciona un medio para asegurar que un dispositivo particular cumple con sus criterios de rendimientos deseados. Típicamente, en el caso de membranas, el ensayo de integridad asegura que la membrana está libre de defectos, por ejemplo, fisuras en la membrana que exceden el límite de tamaño deseado, que perjudicaría la función de la membrana y permite así que el producto final se contamine con material dañino o indeseable.

Una variedad de ensayos de integridad adecuados para asegurar los criterios de rendimiento de las membranas, por ejemplo, dispositivos de filtración, se han descrito anteriormente. Estos incluyen el ensayo de exposición a la partícula, el ensayo de porometría líquido-líquido, ensayo de punto de burbuja, el ensayo de difusión aire-agua y los ensayos de difusión que miden componentes marcadores (véase, por ejemplo, las patentes de EE.UU. núms. 6.983.505; 6.568.282; 5.457.986; 5.282.380; 5.581.017; Phillips y Dileo, 1996, Biologicals 24:243; Knight y Badenhop, 1990, 8th Annual Membrane Planning Conference, Newton, MA; Badenhop; Meltzer y Jorritz, 1998, Filtration in the Biopharmaceutical Industry, Marcel Dekkar, Inc., Nueva York, N.Y.). También se ha descrito un número de dispositivos adecuados para ensayar la integridad de una membrana (véase, por ejemplo, Patentes de EE.UU. núms.; 4.701.861; 6.907.770; 7.881.176).

Los ensayos de integridad descritos anteriormente tienen defectos significativos. El ensayo de exposición a las partículas, por ejemplo, es destructivo y así puede solo realizarse una vez en un espécimen dado. Aunque puede usarse para ensayo de integridad posterior al uso, no es adecuado para la validación anterior al uso, excepto para validar el rendimiento de un lote de producción. La validación del lote, sin embargo, proporciona poca seguridad respecto a la integridad de las membranas individuales en un lote de producción. Además, los procedimientos de ensayo y los análisis pueden ser difíciles y complejos.

Los ensayos basados en flujo proporcionan un método de ensayo de integridad de materiales porosos que no necesita la destrucción de la muestra. Esto permite el ensayo repetido de muestras individuales. El ensayo puede realizarse antes del uso o después de uno o más usos. Los ensayos basados en flujo pueden, sin embargo, estar limitados en su sensibilidad, por ejemplo, límite de detección de tamaño de defectos de la membrana. Una limitación adicional de ciertos ensayos basados en flujo es su dependencia en los métodos de detección que puede ser excesivamente engorrosa. Además, algunos ensayos basados en flujo necesitan que el sistema se equilibre a un estado estacionario antes de que pueda comenzar el ensayo de integridad. Estos ensayos son relativamente lentos e ineficaces en su consumo de reactivos caros e irrespetuosos con el medio ambiente.

Por lo tanto existe una necesidad de un ensayo de integridad que sea adecuado para cualquier membrana porosa, que incluye, por ejemplo, dispositivos de capa única y multi-capa, comprendidos por membranas. El ensayo debería ser rápido, sensible, no destructivo, barato y fácil de ejecutar. Además, el ensayo debería minimizar el uso de reactivos caros. Sería también útil que fuera capaz de caracterizar un defecto, por ejemplo, por tamaño o densidad, para determinar si unos criterios de rendimiento deseados de la membrana porosa se han comprometido como resultado del defecto o si el defecto es intrascendente en términos de criterios de rendimiento. También existe una necesidad de un aparato y sistema que pueda poner en marcha dicho ensayo. Varias realizaciones de la invención descritas en esta memoria cumplen con estos requisitos.

En el documento US-A-5.581.017, se describe un método para la rápida determinación altamente sensible, in situ, de la integridad y/o distribución de tamaño de poro de una estructura de membrana porosa (por ejemplo, un cartucho de filtro de membrana plegada). La identificación de las características de integridad y/o tamaño de poro implica interpretar la distribución de tiempo de residencia (DTR) de la estructura de membrana en ensayo e incluye usar un gas indicador en mezcla con un gas de transporte como parte de una difusión o ensayo del punto de burbuja. La mezcla de gas indicador que sale de la superficie corriente abajo de la membrana se humidifica y se excita con una fuente de luz pulsada (o modulada de otra forma) a una longitud de onda que corresponde a la línea de absorción

del gas indicador. La frecuencia de modulación se elige de manera que el gas indicador genere preferentemente una emisión foto-acústica mientras la emisión debida a la absorción de agua presente se suprime. El pulso de presión detectado se procesa para producir señales eléctricas indicativas de la concentración de gas indicador que pasa a través de la membrana. Un dispositivo no integral (o de tamaño de poro incorrecto) demostrará una DTR característica que difiere de un dispositivo integral (o de tamaño de poro correcto) en o bien/o (o ambos) el tiempo de arranque antes de la detección del gas indicador y la velocidad de cambio de concentración de gas indicador con el tiempo.

Un artículo de Gitis et al titulado Nanoscale probes for the evaluation of the integrity of ultrafiltration membranes, Journal of Membrane Science, Vol. 276, núm. 1-2 describe una aproximación a la detección de fisuras de nanoescala en membranas de ultrafiltración usando nanosondas para emular el transporte de virus a través de las membranas.

El documento US-A-5.064.529 describe un método de ensayo de filtro de membrana que comprende aumentar la presión en el lado principal de un filtro de membrana acomodado de forma fija en un alojamiento y humedecido con un líquido, mediante un gas a una velocidad predeterminada, y comprobando si la presión en el lado principal del filtro de membrana está en un intervalo de valoración especificado después del lapso de un periodo de tiempo predeterminado.

El documento WO 00/50158 describe un método y un aparato para evaluar una membrana porosa. El método incluye suministrar un fluido a un primer lado de una membrana húmeda a una presión que es mayor que la presión en un segundo lado de la membrana que está a una presión mayor que la presión atmosférica. La velocidad de transferencia del fluido desde el primer lado al segundo lado se mide. La invención también incluye un aparato que incluye una membrana montada en un alojamiento que divide el alojamiento en un primer compartimento y un segundo compartimento. Un primer fluido está contenido en el primer compartimento a una presión mayor que la presión en el segundo compartimento. Un segundo fluido está contenido en el segundo compartimento a una presión mayor que la presión atmosférica, y un dispositivo de medición está en comunicación con el primer compartimento, el segundo compartimento, o ambos compartimentos.

El documento US-A-5.928.409 describe un método para eliminar de forma selectiva al menos un componente diana de un fluido de alimentación multicomponente usando un sistema de eliminación, incluyendo el sistema una cámara de alimentación que tiene una entrada y una salida, una cámara de permeación, y una membrana para separar las cámaras de alimentación y permeación. La membrana es selectiva para al menos un componente diana. El método incluye: en un primer periodo, introducir el fluido de alimentación en la cámara de alimentación a través de la entrada, exponiendo así al fluido de alimentación a la membrana, al tiempo que se deja fluir por la salida,... [Seguir leyendo]

1. Un método para evaluar la integridad de una membrana porosa que comprende a) humedecer el material poroso con un líquido; b) poner en contacto una primera superficie de la membrana con una mezcla que comprende un vehículo y una sustancia detectable; c) aplicar presión a la primera superficie del material poroso de manera que al menos algo del vehículo y la sustancia detectable permeen la membrana; d) recircular el vehículo y la sustancia detectable encontrados en un permeado de la membrana en un volumen fijo en el lado del permeado mientras se continua aplicando la presión de (c); e) evaluar la concentración de la sustancia detectable en el permeado de la membrana a lo largo del tiempo; y f) comparar la concentración evaluada en e) con la concentración de la sustancia detectable en un permeado de una membrana Integral expuesta a las mismas condiciones a lo largo del tiempo, en donde una concentración evaluada en e) que es mayor que la concentración de la sustancia detectable en un permeado de la membrana Integral indica que la membrana no es integral.

2. El método según la reivindicación 1, en donde al menos uno del vehículo y la sustancia detectable es un gas.

3. El método según la reivindicación 1, en donde tanto el vehículo como la sustancia detectable son un gas.

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fuente de presión es aire comprimido.

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la sustancia detectable es un fluorocarbono.

6. El método según la reivindicación 5, en donde el fluorocarbono es freón.

7. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la membrana comprende un material elegido de poli(sulfona de éter), poliamida, nailon, celulosa, politetrafluoroetileno, polisulfona, poliéster, poli(fluoruro de vinilideno), polipropileno, poll(tetrafluoroet¡leno-co-perfluoro(alquilviniléter)), policarbonato, polietileno, fibra de vidrio, policarbonato, cerámica y metales.

8. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la membrana está contenida en un cartucho.

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la evaluación de la concentración de la sustancia detectable se realiza con un detector.

10. El método según la reivindicación 9, en donde el detector se elige de espectroscopia infrarroja con transformada de Fourler, espectroscopia de masas y cromatografía de gases.

11. El método según la reivindicación 9, en donde el detector es una espectroscopia infrarroja con transformada de Fourler.

12. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el líquido está comprendido por agua.

13. El método según la reivindicación 1, en donde la membrana es una membrana asimétrica.

14. El método según la reivindicación 1, en donde la membrana se elige de una membrana de única capa y una membrana multlcapa.

15. El método según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente g) comparar la concentración evaluada en e) con la concentración a lo largo del tiempo de la sustancia detectable en un permeado de una o más membranas estándar, en donde cada una de dichas una o más membranas estándar comprende un defecto de tamaño conocido y se somete a las mismas condiciones de ensayo que la membrana de muestra, determinando así el tamaño del defecto.

16. Un método para evaluar la integridad de una membrana porosa según la reivindicación 1, que comprende poner en contacto la primera superficie de la membrana con aire comprimido y con un fluorocarbono de manera que se forma la mezcla que comprende el aire comprimido y el fluorocarbono, siendo el fluorocarbono la sustancia detectable.

17. El método según la reivind¡cac¡ón16, en donde el fluorocarbono es C2F6.

18. Un aparato adaptado para la gestión del método de la reivindicación 1 para evaluar la integridad de una membrana porosa de muestra que comprende:

a) un alojamiento adecuado para acoger una membrana porosa para ensayarse para Integridad;

b) una fuente de una sustancia detectable en comunicación fluida con el alojamiento;

c) una fuente de un vehículo para la sustancia detectable en comunicación fluida con el alojamiento;

d) un detector para detectar la sustancia detectable;

e) una bomba de recirculación en comunicación con el detector y el alojamiento y dispuesta de manera que sea capaz de recircular cualquier vehículo y sustancia detectable encontrada en un permeado de la membrana en un volumen fijo en el lado de permeado; y

f) una fuente de una fuerza externa que comprende al menos uno de, o una combinación que Incluye al menos uno de, un gas comprimido y una bomba de vacío.