在线拉曼过程分析技术在雷帕霉素纯化中的应用

拉曼光谱技术，尤其是作为拉曼过程分析仪用于实时测量时，是制药和生物技术生产中过程控制和优化的一项强大技术。在此背景下，由北京优普数字科技开发和制造的在线拉曼过程分析仪脱颖而出，成为一种高性能分析解决方案，可用于关键化合物的实时定量分析和过程性能的连续监测。

与高效液相色谱 (HPLC) 等传统分析技术不同，后者响应时间长、耗材多且需要大量的实验室资源，拉曼过程分析仪能够直接、实时地洞察过程状态。本文介绍了一个具体的工业应用：使用优普数字拉曼在线分析仪监测纯化阶段雷帕霉素的浓度。

结果表明，这种集成于在线配置并安装在移动支架上的过程拉曼分析仪能够有效替代离线高效液相色谱（HPLC）分析。该应用充分展现了基于拉曼光谱的过程分析在过程分析技术（PAT）策略中的价值。

雷帕霉素提取和纯化工艺

雷帕霉素是一种大环内酯类化合物，广泛用于预防器官移植排斥反应。它是通过在生物反应器中，在受控的底物供给、温度和pH条件下培养雷帕霉素链霉菌（Streptomyces rapamycinicus）进行发酵生产的。发酵后，使用有机溶剂提取雷帕霉素，得到包含目标化合物和多种副产物的复杂混合物。

随后，使用色谱柱对提取物进行纯化，将雷帕霉素与杂质分离，并收集富集馏分。传统上，从色谱柱出口手动取样，并通过高效液相色谱法（HPLC）分析，以确定哪些馏分含有雷帕霉素及其浓度。

为了取代这种离线工作流程，我们在色谱柱出口处安装了一个专用测量室。将连接到拉曼过程分析仪的浸入式探头插入该测量室，即可连续实时地测量雷帕霉素的浓度。该装置能够立即决定馏分的收集、分类、溶剂循环或剔除，同时避免了手动取样带来的误差、延误和污染风险。

在线拉曼过程分析仪的集成

Raman In-Line被部署为在线拉曼过程分析仪，采用移动式机架上的在线配置方式。这种灵活的集成方式使得分析仪能够直接在纯化系统旁边运行，同时保持操作人员的完全访问和可视性。

拉曼探头持续测量色谱柱出口处的工艺流，实时反馈雷帕霉素的存在及其浓度。在典型的分离过程中（可能持续数小时），对每个馏分进行多次拉曼测量，其时间分辨率显著高于基于高效液相色谱（HPLC）的分析方法。

图1为雷帕霉素纯化系统

   左图为：在线拉曼探头插入被测量反应釜内。右图：安装在移动支架上的拉曼过程分析仪屏幕，显示实时雷帕霉素浓度。

      拉曼过程分析仪的校准和化学计量学建模

为了校准拉曼过程分析仪，我们评估了六种不同的制剂。这些制剂涵盖了不同的雷帕霉素浓度、副产物组成和流速，从而确保了工艺过程的实际变异性。

分析仪配置为每分钟采集三个拉曼光谱并报告平均值。为了构建化学计量学模型，将每个烧瓶灌装过程中记录的所有拉曼光谱进行平均，以获得与每个高效液相色谱（HPLC）参考值相对应的代表性光谱。

我们应用先进的化学计量学技术处理光谱数据并构建定量模型。为确保性能评估的真实性，我们将每种制剂都视为一个外部验证集。实际上，我们利用其他五种制剂的数据来构建用于预测其中一种制剂的模型。重复此过程，直至分析仪能够独立预测所有六种制剂。

拉曼过程分析仪的结果

图2展示了使用在线拉曼光谱仪对六种制剂进行预测的结果。拉曼光谱预测的雷帕霉素浓度变化趋势与高效液相色谱法（HPLC）测得的趋势高度吻合。

对于每个HPLC数据点，均有3至8个拉曼光谱预测值。这些拉曼光谱预测值的平均值与相应的HPLC值高度吻合。在制备3中观察到一处偏差，拉曼光谱测量值与收集的HPLC样品之间存在不匹配，这可能是由于测量和馏分收集之间的时间差异造成的。

将所有预测值与参考值进行比较后发现，该分析仪的预测误差低至 15.7 mg/L，决定系数高（R² = 0.98）。该预测误差与该方法的定量限相当。

当雷帕霉素浓度低于 15 mg/L 时，拉曼光谱预测值在 -15 至 +15 mg/L 之间波动，表明该模型的实际检测限。在 15–450 mg/L 的验证浓度范围内，在线拉曼光谱过程分析仪表现出极佳的准确性，其结果与高效液相色谱法 (HPLC) 的结果高度一致。

图2为拉曼过程分析仪预测的六种制剂的雷帕霉素浓度随时间的变化以及参考 HPLC 数据。

      对拉曼过程分析和过程分析技术应用的影响

本研究证实，拉曼过程分析仪是实时监测雷帕霉素纯化过程的可靠且精确的解决方案。Visum Raman In-Line 拉曼分析仪能够对雷帕霉素进行连续定量分析，其性能可与高效液相色谱法 (HPLC) 相媲美，同时显著提高了工艺效率和响应速度。

Visum 在线拉曼分析仪无需人工取样和离线分析，从而减轻了实验室的工作量，加快了决策速度，并提高了过程控制效率。这些优势使得基于拉曼光谱的过程分析技术对制药和生物技术制造行业尤为具有吸引力。

重要的是，这种方法完全可以应用于其他需要实时定量分析纯化或制剂过程的应用领域，例如抗体、重组蛋白、疫苗、代谢物和其他活性药物成分。作为更广泛的过程分析技术 (PAT) 策略的一部分，拉曼过程分析仪能够持续洞察过程，从而提高效率、加强质量控制并实现更稳健的生产操作。