Какой диапазон размеров пор у мембранных кассет TFF?
Если вы когда-либо работали в биотехнологиях, фармацевтике, производстве продуктов питания и напитков или даже в очистке воды, вы, вероятно, сталкивались с мембранными кассетами TFF (тангенциальная поточная фильтрация). Если вы новичок в этой области, один из первых вопросов, который вы зададите: каков диапазон размеров пор этих вещей? Как человек, поставляющий кассеты TFF в течение многих лет, я постоянно получаю этот вопрос, и это не универсальный ответ. Давайте разберемся, без занудного жаргона, просто реальный разговор от поставщика, который видел, что работает (а что нет) в полевых условиях.
Во-первых, давайте будем проще. TFF работает, перекачивая жидкость параллельно поверхности мембраны, поэтому через нее проходят только мелкие частицы (пермеат), а более крупные частицы остаются (ретентат). Размер пор определяет, какие из них отделяются. Теперь диапазон не статичен — он простирается от микрофильтрации (MF) до ультрафильтрации (UF) и даже немного до территории нанофильтрации (NF) для некоторых специализированных моделей. Но давайте уточним, потому что именно здесь происходит путаница.
Начнем с самого главного: кассеты TFF для микрофильтрации. Большинство наших клиентов впервые обращаются к MF, когда им нужно отделить от раствора такие вещества, как клетки, бактерии или остатки крупных клеток. Размер пор здесь обычно составляет от 0,1 микрометра (мкм) до 10 мкм. Подождите, это широкий диапазон, верно? Давайте сузим круг до самых распространенных, которые мы отправляем ежедневно. Если вы фильтруете клетки млекопитающих (например, при производстве моноклональных антител), оптимальное значение — от 0,1 до 0,22 мкм. Почему? Размер бактерий составляет около 0,5 мкм, поэтому стандартом для стерилизующей фильтрации является 0,22 мкм — отсюда и наши популярные кассеты для микрофильтрации 0,22 мкм, разработанные именно для этого. Если вы имеете дело с более мелкими бактериями или даже с более крупными скоплениями клеток, имеет смысл увеличить размер до 0,45 мкм, что является еще одним вариантом в нашей линейке MF.
А что, если вам нужно уменьшить размер? Вот тут-то и приходит на помощь ультрафильтрация. Кассеты UF TFF имеют поры, которые измеряются в единицах молекулярной массы (MWCO), а не в физических единицах, что представляет собой другой подход к этому вопросу. MWCO — это размер наименьшей молекулы, которую удерживает мембрана, обычно выражаемый в килодальтонах (кДа). Наш диапазон УФ начинается с 1 кДа (отлично подходит для концентрации небольших белков) и достигает 1000 кДа, что подходит для более крупных белков, таких как антитела. Но вот в чем дело: многие люди путают МФ и УФ, поэтому важно отметить, что поры МФ достаточно велики, чтобы их можно было увидеть в хороший микроскоп, в то время как УФ-поры настолько малы, что их невозможно измерить как отдельные отверстия, просто по тому, что они сдерживают.
Прежде чем мы углубимся, давайте поговорим о том, почему размер пор так важен. Выберите неправильный вариант, и вы либо потеряете продукт из-за проникновения (если поры слишком велики), либо замедлите фильтрацию до минимума (если поры слишком малы, что приведет к еще большему загрязнению). Я видел стартап в области биотехнологий, тративший недели работы, потому что они использовали кассету размером 0,1 мкм, когда им требовалось 0,45 мкм — они думали, что чем меньше, тем лучше, но крошечные поры продолжали забиваться клеточным мусором. Вот почему соответствие размера пор вашему применению не подлежит обсуждению.
Теперь давайте углубимся в особенности наших кассет, поскольку это я знаю лучше всего. Наша линейка MF, которая включает в себя все, от кассет с плоскими листами до одноразовых вариантов, имеет размеры пор от 0,1 до 10 мкм. Кассеты для микрофильтрации 0,1 мкм идеально подходят для очистки супернатантов клеточных культур без потери целевого белка, поскольку они улавливают клетки и остатки, пропуская белок. Если вы делаете последний этап стерилизации, вам подойдут 0,22 мкм — они протестированы на удаление 99,999% бактерий, поэтому вам не придется беспокоиться о загрязнении. Для промышленных применений, таких как осветление пива или удаление дрожжей, наши плоские кассеты для микрофильтрации (которые могут выдерживать более высокие скорости потока, чем одноразовые) выпускаются в размерах 1,0 мкм и 5,0 мкм и идеально подходят для этого.
Подождите, я должен также упомянуть, что размер пор — не единственный фактор — материал мембраны тоже играет роль. Мы используем такие материалы, как полиэфирсульфон (ПЭС) для большинства кассет MF и UF, потому что он долговечен, имеет одинаковый размер пор и устойчив к загрязнению. Но для некоторых химикатов мы предлагаем варианты из ПВДФ или смешанного эфира целлюлозы (MCE), которые имеют несколько разные профили размеров пор. Например, в нашу линейку мембран для микрофильтрации входят мембраны MCE, которые часто используются для анализа воды, с размером пор 0,45 мкм и 0,8 мкм, которые идеально подходят для улавливания микробов в питьевой воде.
Еще один момент: когда люди спрашивают о размере пор кассеты TFF, они часто забывают о «номинальном» и «абсолютном» размере пор. Номинальный — это средний размер, а абсолютный — максимальный размер частицы, которая будет сохранена. Все наши кассеты протестированы на предмет одинакового абсолютного размера пор, поэтому при масштабировании вас не ждут сюрпризы. Это очень важно: поры лабораторных фильтров могут немного различаться, но наши кассеты промышленного класса производятся с жестким контролем качества, поэтому каждая кассета в партии имеет одинаковый диапазон размеров пор.
Давайте рассмотрим некоторые распространенные приложения, чтобы представить все это в контексте. Если вы обрабатываете биологический препарат: начните с УФ для концентрации антител (MWCO 100 кДа), затем полируйте с помощью УФ-кассеты и, возможно, заключительный этап стерилизации с помощью МФ-кассеты 0,22 мкм. Если вы занимаетесь едой и напитками: осветляйте фруктовый сок с помощью плоской листовой кассеты размером 1,0 мкм для удаления мякоти или фильтруйте пиво с помощью кассеты размером 0,5 мкм, чтобы получить чистый, свежий вкус. Если вы проводите экологические испытания: используйте наши кассеты для микрофильтрации с размером пор 0,45 мкм для улавливания колиформных бактерий в пробах воды. Все это попадает в тот диапазон, о котором мы говорили.
Теперь давайте ответим на вопрос, который мне постоянно задают: могу ли я получить кассету TFF с размером пор, выходящим за пределы этого диапазона? Для MF верхний предел составляет около 10 мкм; все, что больше этого значения, обычно представляет собой фильтр другого типа, например, глубинный фильтр, а не кассету TFF. Для УФ нижняя MWCO составляет около 1 кДа, а верхняя — 1000 кДа; ниже 1 кДа — это нанофильтрация, которая используется для обессоливания или удаления небольших органических молекул, также мы предлагаем кассеты NF, но это отдельная категория.
Я также должен коснуться загрязнения, поскольку оно связано с размером пор. Когда поры забиваются, эффективный размер пор уменьшается, что замедляет фильтрацию. Чтобы бороться с этим, мы разрабатываем наши кассеты с открытыми каналами для потока, поэтому жидкость движется через мембрану, а не прямо сквозь нее, что снижает вероятность застревания мусора в порах. Вот почему, даже если вы выберете правильный размер пор, дизайн кассеты имеет значение. Например, наши плоские листовые кассеты для микрофильтрации имеют более широкие каналы, чем одноразовые, поэтому они справляются с более вязкими растворами (например, концентрированным клеточным лизатом) без сильного загрязнения.
В конце концов, диапазон размеров пор мембранных кассет TFF составляет от примерно 0,1 мкм (MF) до менее 0,001 мкм (UF, при преобразовании из MWCO), со специальными опциями в NF. Но главное — подобрать этот диапазон к вашему конкретному приложению, а не просто выбирать самый маленький или самый большой из доступных. Если вы не уверены, какой размер пор вам нужен, мы здесь для этого. Мы работали с сотнями клиентов, от небольших стартапов до крупных фармацевтических компаний, чтобы выбрать подходящую кассету для их процесса. Если вам нужна кассета микрофильтрации 0,1 мкм для осветления клеток, плоская кассета микрофильтрации для промышленного масштаба или специальная кассета УФ-фильтрации для концентрации белка, мы предоставим вам все необходимое.
Если вы готовы перестать гадать и получить кассету, подходящую для вашего процесса, обратитесь к нашей команде, чтобы обсудить ваши потребности. Мы не предлагаем универсальных решений и будем рады рассказать вам о вариантах размера пор, материалах мембран и скоростях потока, чтобы убедиться, что ваша установка TFF максимально эффективна. Никакого давления, только реальные советы от поставщика, который достаточно долго участвует в этой игре и знает, что работает.
Ссылки
- Тангенциальная проточная фильтрация: принципы и практика, 2-е издание, Черьян М., 1998 г.
- Мембранные технологии и применение микрофильтрации, Дж. Ли, 2010 г.
- Руководство по продукции для кассет TFF Pall Corporation, 2022 г.
- «Размер пор и MWCO: ключевые различия в мембранной фильтрации», BioProcess International, 2021 г.