蠕动泵在中空纤维膜柱切向流过滤中的应用！

引言

随着生物制药行业的快速发展与成熟，生物制药上游过滤市场规模将不断扩大。切向流过滤作为制药工艺中最常用的过滤技术，广泛应用于澄清过滤、产物浓缩、除热原、除小分子杂质、脱盐和缓冲液置换等。由于其独特的优势，在生物制药过滤工艺中发挥不可替代的作用。本期文章，小编将为大家介绍一下切向流过滤，以及PreFluid蠕动泵在中空纤维膜柱切向流过滤中的实际应用!

何为切向流过滤

在生物制药中，很多人习惯将切向流过滤称为超滤，实际上这是两个概念。切向流过滤(TFF)是相对于直流过滤(死端过滤)的一个概念，因其料液流动方向和膜成切向而得名。切向流过滤也称为错流过滤(CFF)，运行过程中，进样料液与过滤器介质表面相切(平行)，一小部分流体透过过滤介质，截留或沉积在过滤介质表面的颗粒被平行于介质流动的液流冲扫去除，从而延缓膜堵塞。

切向流过滤中的基本参数

►跨膜压(TMP)

跨膜压为过滤膜介质两侧的压力差，是驱动溶剂以及小于膜MWCO/孔径的成分透过膜、进入滤液端的驱动力，可以使用公式TMP=(Pf+Pr)/2 - Pp计算(其中Pf为进样压力，Pr为回流压力，Pp为滤液压力)。

► 压力降(ΔP)

延膜进样流道的压力衰减可以使用公式ΔP=Pf-Pr来计算，(Pf为进样压力，Pr为回流压力)。

► 剪切(Shear)

料液流经过滤器流道时，因与平板膜包膜壁或中空纤维管腔内壁以及料液中的湍流等相互作用，会对产物产品剪切影响。对于不稳定的产物或活性产物，剪切是工艺操作的重要考量因素。

► 截留分子量(MWCO)

MWCO定义为被膜截留的溶质的最低分子量，例如30 kD的膜可截留90%溶液中粒径为30 kD的溶质。

► 错流流速

过滤器内平行于膜介质表面流动的液流的流速，一般计算为回流端的流速。

► 通量

按过滤器膜面积进行标准化计算的滤液流速，单位为L/m2/h。

► 体积浓缩因子(VCF)

以体积降低计算的浓缩倍数，VCF=起始体积/最终体积。

► 膜极化(污染)

溶质在膜表面累积的过程称为膜极化，其可导致形成屏障层，阻碍透过。

切向流过滤的分类

► 微滤

微滤通常指孔径>0.1μm的膜，微滤通常用于悬浮颗粒的过滤或澄清，如细胞培养液的收获和澄清，以收获细胞和/或去除细胞碎片等杂质。

► 超滤

超滤通常指孔径在0.001μm–0.1μm的膜，但在超滤应用中，通常使用MWCO来标称膜的截留规格，如1kD–750kD。超滤通常用于小分子的过滤。

► 膜MWCO/孔径选择的经验法则

对于绝大多数应用，建议选择孔径/MWCO为待截留分子大小的1/3-1/5.或者为待透过分子大小的3-5倍。但这取决于实际应用目的，如使用TFF进行换液，由于待截留和待去除的分子粒径差距较大，可以选择该范围的低端，以尽可能提高收率;如应用需去除粒径差距较小的杂质，则需选择该范围的高端，以尽可能提高纯度。

切向流过滤的基本操作步骤

成功的切向流过滤(TFF)通常包括多个基本操作步骤：

► 冲洗

冲洗通常使用纯化水进行，冲洗的目的用于去除过滤器中的保存剂或清洗剂。

► 消毒

消毒的目的是去除残留的储存液，监测和控制生物负荷。新的膜过滤器和/或每次工艺运行之前，需要对过滤器进行消毒。过滤器生产商通常会推荐兼容的消毒溶液，一般为NaOH、NaClO以及特定的酸。

► 完整性检测

完整性检测用于膜在使用前/后，以确认系统设置及过滤器的完整性。

► 标准水通量（NWP）检测

标准水通量即检测纯化水在标准压力和温度条件下通过膜的通量，NWP是新过滤器渗透性的衡量标准，也是评估膜重复使用时清洗效果的方式。通常在相同的进样流速、TMP、电导和温度条件下检测NWP。标准水通量应基于TMP进行标准化，NWP可使用以下公式计算：NWP=流速(L/h)* TCF(温度校正因子)/ TMP / 膜面积。

► 缓冲液润洗

使用与进料溶液相应的缓冲液将膜润湿，目的是去除清洗液。

► 工艺运行

切向流系统运行的方式可分为两种主要类型：浓缩、洗滤。

► 回收产物

在系统流路和过滤器中会滞留一部分的料液，对于简单的系统设置和/或稳定的产物，可通过空气吹扫回收滞留的料液体积，或者对于较复杂的设置，可通过缓冲液冲洗回收产物，亦或在管路上设置排液低点，进行回收。

► 在线清洗（CIP）

清洗的目的是去除产物残留，防止交叉污染，去除生物负荷、内毒素，恢复工艺性能，达到更长的使用寿命。最常用的清洗剂是0.1-1N的NaOH，其它清洗剂包括NaClO、H3PO4以及特定的去污剂。清洗剂的选择除考虑清洗效果外，还需考虑膜的耐受性，此外，需建立评估清洗效果的标准，并进行清洗验证。

► 完整性检测

► NWP检测

► 储存

其主要目的是保持膜润湿，并在系统不使用时，防止细菌、霉菌、真菌等生长。

中空纤维膜作为切向流过滤技术的重要产品，由于其独特的开放式流道设计和流体剪切力简单可控等优势，在生物制药过滤工艺中发挥不可替代的作用。另外，中空纤维膜柱有多种尺寸规格，包括改性聚醚砜(mPES)和聚偏二氟乙烯(PVDF)材质、5kD – 0.2μmMWCO/孔径规格、1mm和0.5mm纤维内径、16cm2 – 14.2m2膜面积选择，可满足客户不同应用及不同规模需求。

不同规格的中空纤维膜柱

中空纤维膜柱参数表

典型使用图解

蠕动泵在中空纤维膜柱过滤中的应用

PreFluid蠕动泵以其独特的工作原理和优越的性能，在中空纤维膜柱切向流过滤中展现出了明显的优势：

►过滤纯化中精确性高：PreFluid蠕动泵可以精确地控制样品流动的速度和量，从而保证过滤纯化的精确度;此外PreFluid蠕动泵还具有较高的可重复性，不受外界环境的影响，可以更好地保证过滤纯化工作。

►具备较高的灵活性和可调性：PreFluid蠕动泵可以根据实际需求来调整泵头的挤压力度，从而实现不同样品的分离需求。而且，由于PreFluid蠕动泵的工作原理决定了其可以适应多种不同的流体，能够处理不同性质的样品。

►具有体积小、结构简单、操作方便的特点：工作人员能够轻松地进行过滤操作，并且不需要经过复杂的操作流程来实现。

普瑞流体蠕动泵+中空纤维膜过滤装置应用图示

普瑞流体作为蠕动泵的专业制造商，一直致力于为各领域提供流体的全面解决方案。PreFluid蠕动泵在中空纤维膜柱切向流过滤中，通过提供持续稳定的液体和正压，以控制液量和速度，展现出了明显的优势。另外，PreFluid蠕动泵产品涵盖多个系列、多个型号，在功能、外观、性能、价格、服务等方面，PreFluid可以提供多种标准产品应用解决方案供客户选择，也可以根据具体应用为客户提供定制化服务解决方案满足客户不同的应用需求。