Warum 4-Kolben-Membranpumpen für die Biopharmaproduktion eine gute Wahl sind

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4-Kolben-Membranpumpe

Eine Alternative zu Drehkolben- und Schlauchpumpen kann die 4-Kolben-Membranpumpe sein. Ihr Funktionsprinzip ähnelt stark dem eines menschlichen Herzens. Die spezielle 4-Kolben-Membrantechnik ermöglicht mittels sanfter „Herzschläge“ eine schonende Förderung. Es werden vier überlappende Pumphübe der Kolben erzeugt, welche die Pulsation wirksam reduzieren. Jeder Hub der vier Membranen wird durch eine Exzenterwelle erzeugt, die mit einem Elektromotor verbunden ist.

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Diese Funktionsweise ermöglicht es, niedrigviskose wässrige Lösungen und biopharmazeutische Materialien, die äußerst scher- und pulsationsempfindlich sind, schonend und sicher zu fördern. Da die 4-Kolben-Konstruktion weder Gleitringdichtungen noch medienberührte rotierende Teile erfordert, wird eine vollständige Produktsicherheit ohne jeglichen Abrieb und ohne Partikelbildung gewährleistet. Die Betriebsweise der Pumpe ermöglicht zudem risikoloses Trockenlaufen und selbsttätiges Ansaugen in einem weiten Regelbereich. Eine Pumpentechnik mit weitem Regelbereich lässt wiederum einen großen Leistungsbereich zu. Damit kann die Pumpe in einer Vielzahl von Prozessanwendungen eingesetzt werden.

4-Kolben-Membranpumpen eignen sich beispielsweise um Chromatographiesäulen zu packen und dann das biopharmazeutische Material durch die Säule zu fördern – beide, wie oben ausgeführt, sind kritische Förderaufgaben, die eine geringe Pulsation bei präzisen und konstanten Volumenströmen und Drücken erfordern. In TFF-Anwendungen bieten 4-Kolben-Membranpumpen die konsistente Fördermengenregelung, die für das Erreichen optimaler Filtratausbeuten unerlässlich ist.

Single-Use-Anwendungen

4-Kolben-Membranpumpen werden darüber hinaus für die zunehmend populäreren Single-Use-Produktionsanlagen zur ersten Wahl. Grundsätzlich ermöglicht es eine Einwegpumpe mit austauschbarem Pumpenkopf den Herstellern von Biopharmazeutika, die Kosten für Reinigung und Validierung ihrer Pumpen einzusparen. Das Ergebnis ist ein schnellerer Herstellungsprozess, der zudem den gewünschten Reinheit- und Sterilitätsgrad der Produkte bietet, da keine Möglichkeit einer Kreuzkontamination zwischen Chargen oder Produkten besteht.

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Weitere Vorteile der 4-Kolben-Membran-Single-Use-Pumpen

Sie können sowohl für ein Produkt als auch in einer Produktionsserie eingesetzt werden.

Am Ende der Produktionsserie wird die Pumpenkammer entsorgt, die mit den Flüssigkeiten in Kontakt gekommen ist.

Sie können für einen bestimmten Zeitraum verwendet werden, bevor die medienberührten Teile ersetzt werden, wodurch hohe Wartungskosten vermieden werden.

Wenn der Anwender eine Edelstahlpumpe benötigt, kann die Kunststoff-Pumpenkammer gegen eine Edelstahl-Pumpenkammer ausgetauscht werden.

Bei einem Pumpenausfall kann die alte Kammer herausgenommen und innerhalb von fünf Minuten durch eine neue ersetzt werden.

Sie werden eingesetzt, wenn eine ortsgebundene Reinigung (CIP) oder Dampfsterilisation nicht sinnvoll oder möglich ist. Dies führt zu einer erheblichen Vereinfachung und Kostensenkung im Gesamtprozess, da keine kontaminierten Reinigungschemikalien und wässrigen Lösungen behandelt und entsorgt werden müssen. Die Kosten, um Reinigungsflüssigkeiten richtig aufzubereiten und zu entsorgen, können bereits Grund genug dafür sein, Single-Use-Alternativen zu nutzen.

Natürlich ist nicht jede Pumpentechnik für jede Anwendung vollkommen perfekt. Die 4-Kolbenmembranpumpe eignet sich aufgrund ihrer Konstruktion und ihrer Funktionsweise für Flüssigkeiten, die eine maximale Viskosität von 1000 Centipoise aufweisen und Partikel mit einem Durchmesser bis 0,1 Millimeter enthalten.

Fazit: Drehkolben- und Schlauchpumpen waren bislang bevorzugte Pumpentechniken für Grundoperationen der Biopharmazeutika-Produktion. Doch es lohnt sich, die 4-Kolben-Membranpumpe mit ihrer speziellen Funktionsweise in Betracht zu ziehen. Gerade mit Blick auf Pulsation oder Scherung kann sie die bessere Wahl sein.

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* Der Autor ist Development Manager für den amerikanischen Kontinent der Quattroflow Fluid Systems GmbH, Kamp-Lintfort.

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