【Cytiva】AxiChrom™ 层析柱

AxiChrom™ 层析柱平台（图 1）代表了一种全新的层析柱概念，其简化了从中试规模到大规模生产过程中的对层析柱操作。

AxiChrom™ 层析柱采用全新设计，相较于传统层析柱，可以让层析过程更轻松、更安全、更高效。

AxiChrom™ 层析柱系列经过精心设计、反复验证，具备卓越的性能，并且适用各种填料。其中包括传统的 BioProcess™ 填料，如Sepharose™ 系列，以及高流速填料，如 Capto™ 和 MabSelect™ 填料。层析柱、填料和系统之间兼容良好，有助于实现可靠性和高效性生产。

AxiChrom™ 层析柱优点：

• 智能：通过自动化、经过验证的方法和简化的工作流程减少操作时间。

• 直观：通过简单设计，降低操作员失误导致的风险，从而增加正常运行时间。

• 可预测：通过可扩展、稳健性的平台设计轻松快速地实现技术转移。

图1  AxiChrom™ 平台中的一些层析柱

简介

AxiChrom™ 层析柱是低压、轴向压缩式层析柱，应用于生物制药产品的工艺开发和制造过程中。AxiChrom™ 是一个可配置且标准化的平台，支持多种配置选择，可以满足不同的需求。同时，该平台还具有自动化装柱和易于维护两大特点，是多用途设施的绝佳之选。除此之外，对于需要稳健性、标准化层析柱解决方案的制造网络而言，它也是一个非常好的解决方案。

层析柱有 50 到 2000 mm 内径等各种尺寸。所有层析柱都是经过精心设计，方便装卸和维护。50 到 200 mm 内径的较小层析柱均采用旋转支架。300 到 2000 mm 内径的较大层析柱则采用外摆式管件，方便免吊装卸。与其他层析柱系列相比，外摆功能只是该设计如何大大缩短装卸时间的一个示例。

通过智能装填，可以轻松装卸 AxiChrom™ 层析柱，还可以完成自动化的装柱、拆柱、启动和维护操作。自动化操作方法具有缩短操作时间和提供出色可重现性等优点。

智能装填是 ÄKTAprocess™ 层析系统和实验室规模的 ÄKTA™ 系统上 UNICORN™ 软件的内置功能，不过，也可以通过 AxiChrom™ Master 实现。对于 AxiChrom™ 300-2000 层析柱列，智能装填可通过 AxiChrom™ Master 实现。AxiChrom™ Master 是一个独立的层析柱控制装置，配备了触摸屏用户界面和用于推动柱头的电机驱动器，以简化装柱操作。

在填充 AxiChrom™ 50-200 层析柱时，浆料由人工引入，柱头在内部液压驱动下移动。对于 AxiChrom™ 300-2000 层析柱，浆料通过底部柱床支撑中心的填料阀引入。柱头在伺服电动机的驱动下移动。填料阀和柱头可以通过 AxiChrom™ Master 控制装置进行控制。此外，该装置还可以提供流程中其他部分方面的帮助，例如简单分步维护指南，有助于降低操作员失误导致的风险。

结构材料

结构材料是公认用于生物制药生产的材料，并且符合 ASME 生物加工设备标准。接液聚合物材料和弹性体符合美国药监局颁发的USP <88> 体内生物反应性测试和 21 CFR Part 177 中描述的 USP VI级要求。材料不含动物源性成分，符合 EMA/410/01 第 2 版中的规定。我们的生产过程中也未使用动物源性原料。保压和接液零件可追溯至产品批次，材料按照 EN 10204 3.1（钢部件）以及 2.1或 2.2 （聚合物和弹性体）中的规定进行了认证。针对存在潜在腐蚀风险的过程，一种适用的标准平台配置是采用全部为非金属接液流道的层析柱。为达到此目的，可以安装塑料柱床支撑（图2），其也可作为一种用于多用途设施的低成本的一次性柱床支撑。

AxiChrom™ 层析柱（表 1）的结构材料可以耐受层析中使用的大多数化学试剂，如用于吸附、洗脱和清洗的缓冲溶液，同时也耐受用于有效清洗、消毒和存储的溶液。表 2 所列为 AxiChrom™ 丙烯酸柱的耐化学性。

图2 一次性、低成本的塑料柱床支撑设计用于存在金属柱零件腐蚀风险的过程。这种支撑可以快速安装，在切换到多用途设施中的新操作时也会更加方便。

填料兼容性和系统连接性

AxiChrom™ 层析柱适用各种类型的填料。传统和高流速填料均可，如 Capto™ 和 MabSelect™。AxiChrom™ 层析柱采用高流速填料，有助于实现精益生产和卓越绩效。这样的提升可以为下游加工带来更快的速度和更好的经济效益。

根据层析柱的大小，可以选择 ÄKTA™ avant（图 3）、ÄKTA™ pilot600、ÄKTAprocess™ 或 BioProcess™ Modular 作为层析系统。若要充分利用智能装填功能，则需要使用其中一个系统并且运行UNICORN™ 软件。AxiChrom™ 300-2000 层析柱可以集成到自动化水平更高的系统，如DeltaV™ 分布式控制系统或西门子控制系统。

这样的集成可以通过 AxiChrom™ Master 上可用的 PROFIBUS™ 连接功能执行。用于制备填料浆料的 BioProcess™ 填料混合器的底部阀门也可以通过 AxiChrom™ Master 进行控制，以实现装柱和拆柱过程的进一步自动化。

¹ 玻璃符合欧盟标准EN 1595

² 可能会采用标准EN 1.4404、EN 1.4432 或1.4435。AxiChrom™ 50 柱头杆也可能使用 316Ti 不锈钢(EN 1.4571)。所有材料均符合标准EN 10028-7 和EN 10272

³ PEEK = 聚醚醚酮，EPDM = 乙丙二烯单体橡胶，FKM/FPM = 氟橡胶，UHMWPE =超高分子量聚乙烯，PS = 聚苯乙烯，PVDF = 聚偏氟乙烯，POM-C = 聚甲醛， PMMA = 聚甲基丙烯酸甲酯，FFPM =全氟橡胶

⁴ 可能会采用标准EN 1.4404 或EN 1.4436 (316)

⁵ 非接液材料

⁶ 聚乙烯（20 µm 柱床支撑）和UHMWPE（10 µm 柱床支撑）

图3 采用 AxiChrom™ 层析柱的 ÄKTA™avant 系统

¹ 当浓度以百分比表示时，则为体积/体积，苯甲醇的情况除外，见脚注5。

² 不要超过各个层析柱尺寸对应的工作温度规格。

³ CAS 编号：由美国化学学会化学文摘服务社(CAS) 分配的注册编号。

⁴ 这些溶液的pH 值取决于缓冲液的pH 值，范围为3 - 13。

⁵ 2.0% 质量百分比的苯甲醇与用于AxiChrom™层析柱的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 材料在室温下可兼容长达1 年。

⁶ 不适用含有接液不锈钢部件的层析柱。

⁷ 不建议不锈钢的pH 值低于4.0。

⁸ 对于含有接液不锈钢部件的层析柱，建议NaCl 最大浓度为1.0 M。

AxiChrom™ 层析柱有助于通过自动化装柱等方法减少操作时间。

但 AxiChrom™ 的智能之处不止在于自动化。这种具有目的性的设计具有轴向压缩功能和分布式系统属性，能够实现卓越的层析性能。

与传统装柱或就地装柱相比，轴向压缩能够实现更精确且可重现的装柱控制，更适合充装现代的新型填料。其还为成功充装更多类型的填料提供了可能性。

分布式系统设计结合了我们在层析领域的丰富经验、全面的分析方法以及计算建模工具（计算流体动力学 [CFD]）。这在整个规模范围内可以确保任何尺寸都能达到均匀的柱床流通量，从而得到可预测的结果。

图 4 所示为所有尺寸的 AxiChrom™ 层析柱的一般装柱方法。

图4. AxiChrom™ 层析柱的智能装填。（启动）柱头向下移动，迫使装柱液体与浆料分离。（压缩）浆料形成压实柱床。（启动压实）当柱头接触到压实柱床表面时，操作员在 UNICORN 向导中启动柱床压实。根据预先确定的装柱因子来进行压实。（装柱完成）达到目标柱床高度。

智能装填即验证有效的自动化

智能装填可以实现自动化的装柱、拆柱和启动操作，以及直观的维护操作（图 5）。此外，该设计已在 Capto™、MabSelect™ 等多个层析填料系列产品中进行了广泛的试验和实验验证（表 3）。

图 5. 与传统装柱相比，智能装填大大简化了使用 ÄKTA™ 系统充装AxiChrom™ 层析柱的过程。

将操作经验融入智能装填，也使生产计划的其他重要方面更加便利。例如，更准确地预测填料消耗量有助于避免过度浪费，并降低现场需要维持的安全库存量。此外，轴向压缩装柱技术本身有很多内在的优势。它可以实现柱床的最优压缩，完成速度快，且只需要一个操作员。

智能装填功能拥有诸多优点。例如，完成压缩的时间是自动计算的，操作员可将精力用于执行其他任务。此外，一旦柱头接触到压实柱床，就会出现一个图形界面，协助操作员完成装柱程序。使用 AxiChrom™ Master 300-2000，可以选择在达到设定装柱因子或目标柱床高度时自动停止装柱。在这一步，可以优先考虑精确的充填因子 1 或柱床高度，同时仍保持在验证可行的范围内。此功能有助于增加正常运行时间。

AxiChrom™ 50 - 200 层析柱

AxiChrom™ 50-200 层析柱的装柱过程可以使用 ÄKTA™ 系统通过UNICORN™ 软件进行控制。操作员可以使用 UNICORN™ 智能装填向导选择装柱方法。一旦层析柱连接到 ÄKTA™ 系统，UNICORN™ 软件即可控制装柱程序。这样自动化的装柱程序可以减少操作时间，并有助于确保高质量的填充柱床。智能装填功能还可以运行自动化的填充柱床评估测试。

AxiChrom™ 50-200 层析柱需人工卸柱。旋转管倾斜即可倒出浆料，便于柱管清理。

AxiChrom™ 300 - 2000 层析柱

AxiChrom™ Master 可以实现符合美国药监局 21 CFR Part 11 法规（适用于 AxiChrom™ Master 300-2000）的层析操作。AxiChrom™300-2000 层析柱可以通过 AxiChrom™ Master 进 行 控 制。

AxiChrom™ Master 的触摸屏界面提供启动、装柱、拆柱和维护程序概览（图 6）。使用 AxiChrom™ Master 300-2000 充装大型AxiChrom™ 层析柱时，操作员可以在三种可选装柱选项中进行选择。当达到所需装柱因子或柱床高度时，装柱程序将自动停止，此时柱床充装完成。操作员也可手动停止装柱程序。

图 7 所示为手动停止装柱程序的图形界面。

图 6. AxiChrom™ Master 通过触摸屏界面控制 AxiChrom™ 300-2000 层析柱的装柱、拆柱和维护程序。

图 7. 手动结束装柱程序情况下，装柱程序结束时出现的 AxiChrom™Master 图形界面。当柱床压实启动后，将会显示接受的装柱因子和柱床高度。装柱因子和柱床高度标准相重叠的部分显示为绿色。在绿色范围内则可以实现一个合格的填充柱床。图形中突出显示的柱头，应该在尽可能接近目标装柱因子时停止移动。

¹ 装柱因子是指：压实柱床高度 / 填充柱床高度与传统重力沉降形成的柱床高度 / 充填柱床高度之间的比较。

对 于 AxiChrom™ 300-2000 层 析 柱，UNICORN™ 可在连接到ÄKTAprocess™ 层析系统的情况下作为启动、装柱和拆柱程序的操作界面。UNICORN™ 智能装填向导用于选择自动化方法。用户只需选择要充装的填料、填料浓度和目标柱床高度即可。

装柱过程中，一个 AxiChrom™ Master 装置可用来控制 10 到 20（具体数量取决于型号）个内径 300-2000 mm 的层析柱。注意，层析操作过程中不需要使用 AxiChrom™ Master。

AxiChrom™ 300-2000 层析柱在底部柱床支撑的中心位置处配置有一个双位填料阀。这两个位置可用于填充、装柱和拆柱，且无需调整已经组装妥当的层析柱。

由于大型层析柱 (300-2000) 上采用了伺服电动机，因此柱头位置的监测精度可以精确到毫米。

AxiChrom™ 300-2000 层析柱在浆料浓度较高的情况下可以轻松拆卸。这样，拆柱操作中待处理的浆料体积可以达到最小，从而减少高成本的储存需求。通过 UNICORN™ 向导或 AxiChrom™ Master可以获得验证有效的预编程序的填料卸柱方法。

标准化的旁通阀

标准化旁通阀能够便于就地清洁和层析柱的运输。根据层析柱的尺寸，有四种大小可选，请参见订购信息。每种尺寸的旁通阀套件都适用于 300 mm 和 500 mm 柱管高度。

AxiChrom™ 层析柱操作简单。即使是最大尺寸的层析柱，单个操作员也可以安全地装卸。分步指示界面可以指导用户完成关键的启动、装柱、卸柱和维护操作。无需既往经验，也无需进行广泛的培训，因此可以实现层析柱在不同项目和 / 或地点之间快速的转移。除了有助于避免操作员失误，这些直观的辅助功能还有助于正常运行时间和层析柱使用最大化。

AxiChrom™ 50-200 层析柱采用了简单的旋转设计，无需提升，操作更安全。清理操作简单方便，不会造成不必要的填料浪费。无需拆卸整个层析柱即可直接接触到柱床支撑和 O 型环，以及完成大多数维护工作。

AxiChrom™ 300-2000 层析柱的摆出式免吊设计（图 8）具有诸多实用性优点。由于不需要将其从生产现场移至其他地方进行维护，因此其所需要的空间比传统层析柱更小。其次，由于其不需要实用吊装设备，因此可以提供一个更安全的工作环境。

再者，可以轻松接触到所有相关零件。这种有益的设计结合AxiChrom™ Master 清晰简洁的交互性指令，可以增加正常运行时间。例如，对于 AxiChrom™ 600，拆卸、更换所有接液零件以及重新组装大约只需要一个小时。

图 8. 摆出模式下的 AxiChrom™ 层析柱可以方便接触到柱床支撑和O 型环。在多功能设施中，可以快速轻松地更换塑料柱床支撑执行新的操作。

AxiChrom™ 层析柱均附带一个综合文档包。其中包括备件和附件清单、材料证书、装配图纸、操作说明等等。与其他层析柱系列相比，所需的备件库存量较少。

为了确保层析柱的可扩展和可预测性能，设计过程中应用了一种分析方法来计算液体分配系统停留时间分布的数学模型。然后利用 CFD 方法对分析结果进行验证。CFD 方法也用于详细研究中分析更加复杂的几何模型。被选中的设计按照从小到大的柱直径 ( 表 3) 顺序，通过等板高度(HETP) 和不对称试验进行实验验证。板数和不对称结果证实层析柱的设计非常成功。

一系列模型流动相分布系统确保任何尺寸都能达到均匀的柱床流通量，从而促使整个层析柱系列取得重现性试验结果。因此，无论有无经验，用户都能在按比例缩放的情况下获得同样良好的分离效率。结合智能装填功能，更加有助于部门和现场之间的或者面向合同制造组织的顺利和可预测的技术转移（图 9）。模型蛋白洗脱和 HETP 试验证实了这种始终如一的层析性能（图 10、11和 12）。

表 3. 使用三种常用BioProcess™ 填料平台（Capto™、MabSelect™ 和Sepharose™）验证AxiChrom™ 50 - 1600 层析柱

¹ N/m、h 和As 结果取的是3-5 次装柱的平均值

² N/m=每米的理论塔板数

³ h=修正理论塔板高度=HETP/粒径

⁴ 对称因子

图 9. AxiChrom™ 表现出良好的重现性，不受操作员或层析柱尺寸的影响。(A) Capto™ Q 在 AxiChrom™ 50 层析柱中填充至 40 cm 柱床高度的 HETP 试验；(B) MabSelect SuRe™ 在 AxiChrom™ 1600 层析柱中填充至 20 cm 柱床高度的 HETP 测试。(A) 和 (B) 中的装柱操作分别由五名和三名不同的操作员执行。在 AxiChrom™ 50 和 1600 层析柱中，每米板数和不对称性的变化程度是相似的，尽管层析柱是采用不同的填料进行填充。N/m = 每米板数。

图 10. SP Sepharose™ Fast Flow 在不同的 AxiChrom™ 50、70、400 和 1000层析柱中填充至 20 cm 柱床高度的 HETP 试验。

图 11. MabSelect SuRe™ 在不同的 AxiChrom™ 300、1000 和 1600 层析柱中填充至 20 cm 柱床高度的 HETP 测试。

图 12. 在不同的 AxiChrom™ 和 ReadyToProcess™ 层析柱中利用 SPSepharose™ Fast Flow 分离 BSA 和乳铁蛋白。

文件

综合文档包（包括 IQ/OQ 文档）有助于简化验证过程，从而缩短启动时间。层析柱均附带大量的文档包，其中包括通用规范、材料清单、装配图纸、备件清单和现场准备指南。所有层析柱尺寸都有同样等级的文档。

高标准的卫生设计

cGMP 生产中的关键环节之一是按卫生标准操作。AxiChrom™ 层析柱经证实达到了很高的卫生设计标准，采用不锈钢和塑料柱床支撑的层析柱也同样达到了很高的卫生设计标准。例如，我们已通过挑战试验研究了微生物消毒和内毒素清除的效率。填充了Sepharose™ Fast Flow 填料的层析柱采用大肠杆菌和内毒素进行挑战试验。在室温下培养 16-20 个小时后用 1 M 的氢氧化钠 (NaOH)处理，然后取样。

两项研究的结果均符合设定的合格标准，表明使用 1 M 氢氧化钠可以有效消毒。尽管微生物污染程度较高，但处理后并未发现具有挑战性的微生物。此外，1 M 的 NaOH 可使内毒素浓度降低6 个对数单位。层析柱流道内的最终浓度小于 0.05 EU/mL，低于USP 推荐的注射用水标准。

附件和配置

AxiChrom™ 50 - 200 的附件

有关 AxiChrom™ 50-200 层析柱标准附件清单，见订购信息。

AxiChrom™ 300 - 1600 的附件

AxiChrom™ 300-1600 层 析 柱 有 大 量 可 用 附 件。 其 中 包 括 管件、T 型接头、异径管、垫圈和夹具、手动阀和介质搅拌器。

AxiChrom™ Master 是 AxiChrom™ 300-1600 层析柱的基本附件。为了简化维护过程，建议在第一次订购时订购一个工具箱。

为了充分利用层析柱，强烈建议使用滚轮套件。滚轮套件便于安装和在短距离内移动层析柱。利用 AxiChrom™ 层析柱转接头，可将其结合 PowerAttack 或 MASTERMOVER™ 等移动设备使用。滚轮套件还包含一个用于调平层析柱的千斤顶。

AxiChrom™ 300-1600 推荐附件旁通阀套件便于连接到工艺系统。

建议使用防爆膜作为层析柱运行期间的安全防护装置。同时，建议使用提升装置，以便更安全、更快速地执行 AxiChrom™ 1200-1600 层析柱维护工作。提升装置可用于拆卸柱床支撑等用途。其在某些维护操作中是必不可少的设备。

附件和备件的动态向导可以通过销售配置器获得。向导将推荐大量可以将层析柱和接口与层析系统精准匹配的附件和备件。这样有助于简单、快速和正确地作出选择，达到与层析柱相符合的标准。

可配置 AxiChrom™ 层析柱

不带标准代号的小型层析柱和直径为 300-1600 mm 的所有大型层析柱均可通过销售配置器进行配置和订购（表 4）。通过销售配置器还按需定制层析柱。配置器还会创建一个很大的文件包，其中包括通用规格、材料清单、装配图纸、备件清单、现场准备指南以及报价 。

表 4. AxiChrom™ 配置选择

层析柱平台规格和层析柱容积指南

主要的层析柱平台规格见表 5。层析柱容积指南见表 6。

表 5. AxiChrom™ 层析柱平台规格

¹ 柱头冲程长度：

AxiChrom 50–200

AxiChrom 300–1000

AxiChrom 1200–1600

短柱管：最小/最大限值

0–35 cm

1–57 cm

1–55 cm

长柱管：最小/最大限值

30–60 cm

1–83 cm

1–81 cm

² 重量包含不锈钢柱床支撑

³ 20 μm 支架为标准支架；可单独订购10 μm 支架

⁴ 重量为PMMA 柱管加不锈钢柱床支撑的重量

表 6. 针对不同 AxiChrom™ 层析柱内径和柱床高度的柱容积指南

¹ 所列柱床高度为部分示例。也可采用柱头冲程长度以内的其他柱床高度。

² 柱容积计算未纳入胶压缩因子。

*AxiChrom™ 50-1000 层析柱适用 10 μm 和 20 μm 不锈钢柱床支撑以及 10 μm 和 20 μm 塑料柱床支撑。适用管长为 300 mm 和 500 mm。更多信息见表 4 和表 5。以上未列出的配置可通过 Cytiva销售代表订购。

† 包含一个采用 20 μm 柱床支撑的层析柱，以及用于更换为10 μm 柱床支撑的零件。