蠕動(dòng)泵在中空纖維膜柱切向流過濾中的應(yīng)用！

引言

隨著生物制藥行業(yè)的快速發(fā)展與成熟，生物制藥上游過濾市場(chǎng)規(guī)模將不斷擴(kuò)大。切向流過濾作為制藥工藝中最常用的過濾技術(shù)，廣泛應(yīng)用于澄清過濾、產(chǎn)物濃縮、除熱原、除小分子雜質(zhì)、脫鹽和緩沖液置換等。由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在生物制藥過濾工藝中發(fā)揮不可替代的作用。本期文章，小編將為大家介紹一下切向流過濾，以及PreFluid蠕動(dòng)泵在中空纖維膜柱切向流過濾中的實(shí)際應(yīng)用!

何為切向流過濾

在生物制藥中，很多人習(xí)慣將切向流過濾稱為超濾，實(shí)際上這是兩個(gè)概念。切向流過濾(TFF)是相對(duì)于直流過濾(死端過濾)的一個(gè)概念，因其料液流動(dòng)方向和膜成切向而得名。切向流過濾也稱為錯(cuò)流過濾(CFF)，運(yùn)行過程中，進(jìn)樣料液與過濾器介質(zhì)表面相切(平行)，一小部分流體透過過濾介質(zhì)，截留或沉積在過濾介質(zhì)表面的顆粒被平行于介質(zhì)流動(dòng)的液流沖掃去除，從而延緩膜堵塞。

切向流過濾中的基本參數(shù)

?跨膜壓(TMP)

跨膜壓為過濾膜介質(zhì)兩側(cè)的壓力差，是驅(qū)動(dòng)溶劑以及小于膜MWCO/孔徑的成分透過膜、進(jìn)入濾液端的驅(qū)動(dòng)力，可以使用公式TMP=(Pf+Pr)/2 - Pp計(jì)算(其中Pf為進(jìn)樣壓力，Pr為回流壓力，Pp為濾液壓力)。

? 壓力降(ΔP)

延膜進(jìn)樣流道的壓力衰減可以使用公式ΔP=Pf-Pr來計(jì)算，(Pf為進(jìn)樣壓力，Pr為回流壓力)。

? 剪切(Shear)

料液流經(jīng)過濾器流道時(shí)，因與平板膜包膜壁或中空纖維管腔內(nèi)壁以及料液中的湍流等相互作用，會(huì)對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)品剪切影響。對(duì)于不穩(wěn)定的產(chǎn)物或活性產(chǎn)物，剪切是工藝操作的重要考量因素。

? 截留分子量(MWCO)

MWCO定義為被膜截留的溶質(zhì)的最低分子量，例如30 kD的膜可截留90%溶液中粒徑為30 kD的溶質(zhì)。

? 錯(cuò)流流速

過濾器內(nèi)平行于膜介質(zhì)表面流動(dòng)的液流的流速，一般計(jì)算為回流端的流速。

? 通量

按過濾器膜面積進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算的濾液流速，單位為L/m2/h。

? 體積濃縮因子(VCF)

以體積降低計(jì)算的濃縮倍數(shù)，VCF=起始體積/最終體積。

? 膜極化(污染)

溶質(zhì)在膜表面累積的過程稱為膜極化，其可導(dǎo)致形成屏障層，阻礙透過。

切向流過濾的分類

? 微濾

微濾通常指孔徑>0.1μm的膜，微濾通常用于懸浮顆粒的過濾或澄清，如細(xì)胞培養(yǎng)液的收獲和澄清，以收獲細(xì)胞和/或去除細(xì)胞碎片等雜質(zhì)。

? 超濾

超濾通常指孔徑在0.001μm–0.1μm的膜，但在超濾應(yīng)用中，通常使用MWCO來標(biāo)稱膜的截留規(guī)格，如1kD–750kD。超濾通常用于小分子的過濾。

? 膜MWCO/孔徑選擇的經(jīng)驗(yàn)法則

對(duì)于絕大多數(shù)應(yīng)用，建議選擇孔徑/MWCO為待截留分子大小的1/3-1/5.或者為待透過分子大小的3-5倍。但這取決于實(shí)際應(yīng)用目的，如使用TFF進(jìn)行換液，由于待截留和待去除的分子粒徑差距較大，可以選擇該范圍的低端，以盡可能提高收率;如應(yīng)用需去除粒徑差距較小的雜質(zhì)，則需選擇該范圍的高端，以盡可能提高純度。

切向流過濾的基本操作步驟

成功的切向流過濾(TFF)通常包括多個(gè)基本操作步驟：

? 沖洗

沖洗通常使用純化水進(jìn)行，沖洗的目的用于去除過濾器中的保存劑或清洗劑。

? 消毒

消毒的目的是去除殘留的儲(chǔ)存液，監(jiān)測(cè)和控制生物負(fù)荷。新的膜過濾器和/或每次工藝運(yùn)行之前，需要對(duì)過濾器進(jìn)行消毒。過濾器生產(chǎn)商通常會(huì)推薦兼容的消毒溶液，一般為NaOH、NaClO以及特定的酸。

? 完整性檢測(cè)

完整性檢測(cè)用于膜在使用前/后，以確認(rèn)系統(tǒng)設(shè)置及過濾器的完整性。

? 標(biāo)準(zhǔn)水通量（NWP）檢測(cè)

標(biāo)準(zhǔn)水通量即檢測(cè)純化水在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度條件下通過膜的通量，NWP是新過濾器滲透性的衡量標(biāo)準(zhǔn)，也是評(píng)估膜重復(fù)使用時(shí)清洗效果的方式。通常在相同的進(jìn)樣流速、TMP、電導(dǎo)和溫度條件下檢測(cè)NWP。標(biāo)準(zhǔn)水通量應(yīng)基于TMP進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，NWP可使用以下公式計(jì)算：NWP=流速(L/h)* TCF(溫度校正因子)/ TMP / 膜面積。

? 緩沖液潤洗

使用與進(jìn)料溶液相應(yīng)的緩沖液將膜潤濕，目的是去除清洗液。

? 工藝運(yùn)行

切向流系統(tǒng)運(yùn)行的方式可分為兩種主要類型：濃縮、洗濾。

? 回收產(chǎn)物

在系統(tǒng)流路和過濾器中會(huì)滯留一部分的料液，對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)置和/或穩(wěn)定的產(chǎn)物，可通過空氣吹掃回收滯留的料液體積，或者對(duì)于較復(fù)雜的設(shè)置，可通過緩沖液沖洗回收產(chǎn)物，亦或在管路上設(shè)置排液低點(diǎn)，進(jìn)行回收。

? 在線清洗（CIP）

清洗的目的是去除產(chǎn)物殘留，防止交叉污染，去除生物負(fù)荷、內(nèi)毒素，恢復(fù)工藝性能，達(dá)到更長的使用壽命。最常用的清洗劑是0.1-1N的NaOH，其它清洗劑包括NaClO、H3PO4以及特定的去污劑。清洗劑的選擇除考慮清洗效果外，還需考慮膜的耐受性，此外，需建立評(píng)估清洗效果的標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行清洗驗(yàn)證。

? 完整性檢測(cè)

? NWP檢測(cè)

? 儲(chǔ)存

其主要目的是保持膜潤濕，并在系統(tǒng)不使用時(shí)，防止細(xì)菌、霉菌、真菌等生長。

中空纖維膜作為切向流過濾技術(shù)的重要產(chǎn)品，由于其獨(dú)特的開放式流道設(shè)計(jì)和流體剪切力簡(jiǎn)單可控等優(yōu)勢(shì)，在生物制藥過濾工藝中發(fā)揮不可替代的作用。另外，中空纖維膜柱有多種尺寸規(guī)格，包括改性聚醚砜(mPES)和聚偏二氟乙烯(PVDF)材質(zhì)、5kD – 0.2μmMWCO/孔徑規(guī)格、1mm和0.5mm纖維內(nèi)徑、16cm2 – 14.2m2膜面積選擇，可滿足客戶不同應(yīng)用及不同規(guī)模需求。

不同規(guī)格的中空纖維膜柱

中空纖維膜柱參數(shù)表

典型使用圖解

蠕動(dòng)泵在中空纖維膜柱過濾中的應(yīng)用

PreFluid蠕動(dòng)泵以其獨(dú)特的工作原理和優(yōu)越的性能，在中空纖維膜柱切向流過濾中展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)：

?過濾純化中精確性高：PreFluid蠕動(dòng)泵可以精確地控制樣品流動(dòng)的速度和量，從而保證過濾純化的精確度;此外PreFluid蠕動(dòng)泵還具有較高的可重復(fù)性，不受外界環(huán)境的影響，可以更好地保證過濾純化工作。

?具備較高的靈活性和可調(diào)性：PreFluid蠕動(dòng)泵可以根據(jù)實(shí)際需求來調(diào)整泵頭的擠壓力度，從而實(shí)現(xiàn)不同樣品的分離需求。而且，由于PreFluid蠕動(dòng)泵的工作原理決定了其可以適應(yīng)多種不同的流體，能夠處理不同性質(zhì)的樣品。

?具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的特點(diǎn)：工作人員能夠輕松地進(jìn)行過濾操作，并且不需要經(jīng)過復(fù)雜的操作流程來實(shí)現(xiàn)。

普瑞流體蠕動(dòng)泵+中空纖維膜過濾裝置應(yīng)用圖示

普瑞流體作為蠕動(dòng)泵的專業(yè)制造商，一直致力于為各領(lǐng)域提供流體的全面解決方案。PreFluid蠕動(dòng)泵在中空纖維膜柱切向流過濾中，通過提供持續(xù)穩(wěn)定的液體和正壓，以控制液量和速度，展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，PreFluid蠕動(dòng)泵產(chǎn)品涵蓋多個(gè)系列、多個(gè)型號(hào)，在功能、外觀、性能、價(jià)格、服務(wù)等方面，PreFluid可以提供多種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品應(yīng)用解決方案供客戶選擇，也可以根據(jù)具體應(yīng)用為客戶提供定制化服務(wù)解決方案滿足客戶不同的應(yīng)用需求。