连接多个单元，去除无附加值的步骤，是强化生物工艺和提高运营效率的一种方法。在这项研究中，我们集成了一个在线配液 (IC) 系统作为缓冲液制备撬组，并带有层析和过滤系统。该设计使缓冲液制备过程实现了自动化，可以随时向不同的下游系统补充缓冲液，减少了滞留体积和储罐数量，从而节省了时间、空间和成本。
我们的装置包括：BioProcess™ IC 系统，并连接 ÄKTAprocess™ 和 ÄKTA ready™ 层析系统。BioProcess™ IC 系统总共可以连接五个不同的系统。IC 系统按要求自动制备缓冲液并直接输送到连接的系统。在运行期间，只有 IC 系统的泵运行，将缓冲液送往 ÄKTAprocess™ 系统的泵或绕过 ÄKTA ready™ 系统的蠕动泵。
由于该设置只通过一个撬组驱动缓冲液流动，因此系统之间的距离可以更远。接收系统利用 UNICORN™ 软件的外部流速设定值功能测定 IC 系统中的流速。
图 1. 本装置的示意图，包括 ÄKTA ready™ XL（图中的 ARX）和 ÄKTAprocess™（图中的 AP）层析系统。
在该设置中，将 IC 系统置于未分级洁净区域，输送软管穿墙连接洁净室中的下游接收系统。从而节省了工艺区域的空间，加强了缓冲液制备区域。通过这样的设置，还可以将在线配液与工艺生产线中产品接触部件的一次性技术集成在一起。利用在线配液可以消除滴度和批次大小增加带来的缓冲液瓶颈，同时利用一次性技术的优势。
该装置存在一点局限，即 IC 系统一次只能向一个系统输送缓冲液。对此可以并行使用两个 IC 系统，从而加快处理速度，简化安排，提高下游处理装置的利用率。图 2 所示为该装置的生产布局示例。该装置甚至还进一步减少了需要移动的储液桶数量和穿墙的管路数量。在该生产装置中，每个采用 IC 的下游系统只需使用一根输送软管，而传统缓冲液制备系统每种缓冲液都需要一根输送软管。在下面的 IC 连接示例中，制备的大多数母液都可用于两到五个批次，而在传统缓冲液制备方法中，制备的所有母液一次只能用于一个批次。
图 2. (A) 两套 BioProcess™ IC 系统连接三套下游处理系统的生产布局示例，包括 ÄKTA ready™ 层析系统、ÄKTA ready™XL 层析系统，以及一个缓冲液制备区。(B) 在传统装置中 IC 系统被替换为一次性缓冲液容器和一个大型的混合器。
IC — 随时输送溶液
当连接的缓冲液制备装置安装了 UNICORN™ 软件时，下游系统与 IC 系统连接，并发送缓冲液请求。然后 IC 系统找到所请求的缓冲液并开始制备。缓冲液符合要求的规格后，IC 系统就会打开连接下游系统的出口，开始输送缓冲液。流速通过 IC 系统的流速设定值来确定。每个下游系统在 IC 系统上都有一个定义的出口（如图 1 所示）。
当下游系统不再需要缓冲液时，会向 IC 系统发出信号，后者会立即停止缓冲液的制备和输送。该下游运行完成后，IC 系统解除连接，然后可以连接到另一个系统。这种 IC 设计可以包含多种不同的缓冲液，也就是说单个或多个纯化工艺的缓冲液需求都能得到满足。对于 UNICORN™ 以外的其他自动化解决方案，例如 DeltaV™ 自动化解决方案，所连接系统的控制和自动化操作流程可能会有所不同。
结果
图 3 所示为 BioProcess™ IC 系统和 ÄKTA process™ 系统的 pH 值、电导率和流速曲线叠加图。该运行模拟了捕获步骤。从图中可以看出，两个系统的流速是相同的。不出所料，两个系统的 pH 值和电导率也相同。下游系统上样期间 pH 值出现漂移是由于使用了水而非产品溶液的缘故。
图 3. BioProcess™ IC 和 ÄKTAprocess™ 系统捕获设置的结果文件叠加图。
使用 BioProcess™ IC 系统取代手动缓冲液制备
IC 可以将酸、碱和盐的单组分浓缩母液稀释成正确的比例，从而及时地制备缓冲液。IC 系统可以稳定、精确地制备缓冲液，代替手动制备。
为确保缓冲液配置的精确性和制备批次之间的一致性，采用了反馈模式控制各项关键工艺参数。可以使用三种反馈控制模式：配方和流速；pH 值和流速；以及 pH 值和电导率。UNICORN™ 软件的功能可以控制缓冲液释放和监测，从而确保将符合设定的 pH 值和/或电导率规格的缓冲液输送到接收系统。
接收系统在启动相应的层析柱之前，可验证 pH 值是否稳定和/或电导率是否在限定范围内。一次性探针的精度与可重复使用的探针不同。
使用 IC 系统可以在线随时制备缓冲液，大大减少了手动制备溶液所需的时间及储罐数量。图 4 比较了手动制备缓冲液的工艺生产线与连接 IC 装置的工艺生产线之间所需的占用空间和溶液数量，处理的批次大小为 10 kg mAb，采用 2000 L 生物反应器，缓冲液体积约为 12000 L。
在该计算中，我们假设每年运行 30 个批次，并且一次制备多个批次的小体积母液。我们假设所有溶液均使用一次性混合器制备，并储存在带有容器的一次性袋中。结果表明，制备时间可缩短 40%，不到 2 年即可收回成本。
图 4. 在 2000 L 生物反应器中制备 10 kg mAb 批次大小所需的占用空间和溶液数量的统一化比较。
由于 IC 系统可以使用单组分溶液，一份母液可以生产多份不同浓度、pH 值或电导率的缓冲液，从而减少了需要提前制备的溶液数量。使用单组分母液的另一个好处是可以获得更高的浓度。由于可以获得更高的浓度，母液的体积与缓冲液的最终体积相比明显更小。采用 IC 技术还可以一次制备多个批次的母液，进一步节省了人力。
结论
本文我们展示了如何使用 BioProcess™ IC 系统制备缓冲液，并将缓冲液直接输送到所连接的不同下游系统。可以随时输送缓冲液，无需使用缓冲液存放容器，从而减少了缓冲液制备所需的空间。我们展示了这种 IC 连接解决方案如何减少无附加值的步骤，如缓冲液制备和手动制备缓冲液的储存，从而可以强化您的生产工艺。此外，IC 系统与一次性系统集成在一起，减少批次的转换时间。
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IC 系统连接两个下游系统，一个是 ÄKTAprocess™ 系统，另一个是 ÄKTA ready™ 系统。BioProcess™ IC 系统和 ÄKTAprocess™ 系统之间使用的管路长度为 4 m（内径 16 mm），滞留体积为 0.8 L。BioProcess™ IC 系统至 ÄKTA ready™ 系统泵 A 后面接头的连接管路长度为 6 m（内径 12 mm），滞留体积为 0.7 L。
IC 方法包含运行层析步骤所需的所有缓冲液，每种缓冲液具有唯一的缓冲液 ID。第一步是在 ÄKTA process™ 系统上模拟蛋白 A 填料的捕获步骤（表 1）。第二步是在 ÄKTA ready™ 系统上执行离子交换结合/洗脱步骤（表 2）。将层析柱替换为短的管路，以水作为上样溶液，用下游系统的泵输送水。所需的所有母液从一开始就连接到 IC 系统（表 3）。
在捕获期间用下游系统的泵输送原位清洗 (CIP) 溶液。该步骤完成后，系统请求输送表 1 中的缓冲液 ID 255。此时 IC 暂停输送溶液，等待上样或 CIP 步骤完成。
缓冲液被释放并输送到下游系统之后，按照编程的时间，冲洗下游系统的最短时间为 1 分钟，然后检查信号是否稳定。该过程需要 5 到 10 L 的缓冲液，具体取决于流速。在将缓冲液释放到层析柱中之前的总冲洗时间约为 1.5 分钟。该步骤可以进行优化，从而减少所需的缓冲液体积。与之相比，从入口冲洗 ÄKTAprocess™ 系统（无 AirTrap）需要 3 至 4 L，而从入口冲洗 ÄKTA ready™ 系统（有 AirTrap）需要 4 L。
表 1. 使用 IC 系统为 ÄKTAprocess™ 系统捕获步骤制备的缓冲液
| 步骤 | 缓冲液 | 缓冲液 ID | 柱体积 (CV) | 流速 (L/h) |
| 平衡液 | 20 mM 磷酸钠，150 mM NaCl，pH 值 7.4 | 1 | 2 | 440 |
| 上样 | 水 | 255 | 3 | 250 |
| 洗涤液 1 | 20 mM 磷酸钠，500 mM NaCl，pH 值 7.0 | 2 | 3 | 440 |
| 洗涤液 2 | 50 mM 醋酸盐，pH 值 6.0 | 3 | 2 | 440 |
| 洗脱液 | 50 mM 醋酸盐，pH 值 3.5 | 4 | 4 | 250 |
| 条带 | 100 mM 乙酸，pH 值 2.9 | 5 | 2 | 440 |
| CIP | 0.5 M NaOH | 255 | 1 | 300 |
| 再平衡 | 20 mM 磷酸钠，150 mM NaCl，pH 值 7.4 | 1 | 2 | 440 |
表 2. 使用 IC 系统为 ÄKTA ready™ 系统精纯步骤制备的缓冲液
| 步骤 | 缓冲液 | 缓冲液 ID | 柱体积 (CV) | 流速 (L/h) |
| 平衡液 | 50 mM 醋酸盐，50 mM NaCl，pH 值 5.0 | 8 | 3 | 350 |
| 上样 | 水 | 255 | 6 | 350 |
| 洗涤液 | 50 mM 醋酸盐，50 mM NaCl，pH 值 5.0 | 8 | 3 | 300 |
| 洗脱液 | 50 mM 醋酸盐，400 mM NaCl，pH 值 5.0 | 9 | 4 | 190 |
| 再平衡 | 50 mM 醋酸盐，50 mM NaCl，pH 值 5.0 | 8 | 3 | 350 |
表 3. IC 系统制备缓冲液所用的母液
| 浓度 (M) | 组件 | 类型 |
| 0.35 | 磷酸氢二钠 | 碱 |
| 1.00 | 乙酸钠 | 碱 |
| 0.10 | 乙酸钠 | 碱 |
| 0.20 | 磷酸二氢钠 | 酸 |
| 0.20 | 乙酸 | 酸 |
| 1.00 | 乙酸 | 酸 |
| 4.00 | 氯化钠 | 盐 |
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