【7.3.1.】切向流过滤应用技术(TFF)

一、切向流过滤原理

切向流过滤(Tangential Flow Filtration, TFF)也叫错流过滤,是指液体流动方向与过滤方向呈垂直方向的过滤形式。过滤过程中液体流向与过滤膜平行,可在过滤介质表面产生剪切力,从而减少滤饼层或凝胶层的堆积,保证了稳定的过滤速度。

TFF是压力驱动的, 通过泵推动流体通过滤膜表面,冲刷去除其上堆积的物质,从而使滤膜表面的积垢程度降至最低。于此同时,切向流体也会产生垂直于滤膜的压力,推动溶质和小分子通过滤膜,从而完成过滤过程。

二、切向流过滤应用方向

切向流过滤技术是目前普遍采用的一种膜分离技术,根据分子尺寸大小而分离的膜分离过程。根据滤膜的截留孔径,可分为微滤、超滤、反渗透等。根据不同工况可分别应用于澄清,浓缩,透析等不同方向。

例如:发酵液/细胞液的分离,连续流离心澄清度不够,杯式离心杯容量受限,深层过滤成本太高等,使工艺的不稳定、繁琐或者高昂的费用。此时可应用切向流过滤技术,通过微滤实现固液分离。层析前大量的病毒液可通过浓缩的形式缩小体积以减少上样量。同时可通过透析方式置换病毒液中的缓冲液,以便完成层析操作。

三、 切向流过滤膜的分类

切向流过滤的主要核心装置为过滤膜,根据膜的形态分类,可分为中空纤维膜柱及板式膜包。

中空纤维膜柱适用于产品澄清,大体积时的一次浓缩,大量缓冲液置换等。

板式膜包适用于死体积要求严格的产品浓缩等工况。

四、切向流过滤参数

切向流过滤技术的应用分两部分,控制设备及膜。通过控制设备的自动控制可有效利用膜包(膜柱),保证膜包的使用寿命最大化,从而有效降低成本。

通过对压差(ΔP)及跨膜压(TMP)的动态控制,可保证通量的最大化,同时尽量避免膜表面形成浓差极化层,从而保证产品收率。

膜面积的选择直接影响产品工艺时间,而膜面积的选择跟LMH息息相关,通过LMH以及期望的完成操作时间可大致推算出需要的膜面积,从而得到推荐的切向流速。

控制设备定制需要的参数:料液处理量、透析体积、通量值(LMH)、TMP、操作时间、浓缩倍数、最小工作体积等。

因此,切向流过滤中处理量、TMP、LMH、期望操作时间及最小工作体积是比较重要的参数,决定了控制设备设计。在产品研发阶段需重点关注收集TMP、LMH等参数。

切向流技术是目前最常用的前处理分离技术,如何针对自己具体的实际应用来选择适合自己的切向流产品,是最为重要的第一步,根据以上参数选择最合适的膜系统及定制最高效的控制系统可令后续的工作事半功倍。

参考资料

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