При выборе системы фильтрации с тангенциальным потоком (TFF), следует ли нам использовать картридж из полого волокна или плоскую кассетную мембрану?
Тангенциальная проточная фильтрация (TFF) широко используется как в биофармацевтической, так и в химико-фармацевтической промышленности в качестве ключевой технологии замены и очистки буфера. Среди всех технологических компонентов особенно важен выбор мембранной кассеты или модуля из полых волокон.
Сначала краткое введение в половолоконные модули и мембранные кассеты:
Модуль полого волокна:
Исходный раствор течет аксиально через просвет полых волокон, а пермеат проходит радиально через стенку мембраны.
Мембранная кассета:
Несколько плоских-мембран сложены вместе, обычно разделенные ситами или разделителями потока, которые создают тангенциальные каналы потока для улучшения массообмена.
1. Сравнение ключевых параметров производительности.
A. Эффективность потока/массообмена (скорость обработки)
Мембранные кассеты обычно обеспечивают более высокий поток и более короткое время обработки.
Структура разделителя/экрана создает турбулентность на поверхности мембраны, уменьшая образование слоя геля и улучшая эффективность массопереноса и общие характеристики потока.
Модули с полыми волокнами обычно обеспечивают немного меньший, но более стабильный поток.
Их открытые каналы потока снижают гидравлическое сопротивление, что делает их менее склонными к внезапному засорению при обработке потоков сырья с высоким-твёрдым телом или высокой-вязкостью.
Пример случая:
При обработке UF/DF мРНК LNP- исследования показали, что при идентичных условиях TMP (менее или равном 5 фунтам на квадратный дюйм) и параметрах подачи мембранные кассеты демонстрировали значительно более высокий поток, в то время как модули из полых волокон обеспечивали меньший сдвиг, но немного снижали пропускную способность.
Б. Сила сдвига (воздействие на частицы, вирусы и биомолекулы)
Модули из полого волокна обычно считаются более щадящими.
Их конструкция с открытым-каналом означает, что сдвиг в основном соответствует стандартному поведению трубчатого потока, и его можно количественно контролировать с помощью скорости потока и внутреннего диаметра волокна, что делает их подходящими для материалов,-чувствительных к сдвигу.
Мембранные кассеты создают дополнительный сдвиг благодаря прокладочной структуре.
Хотя это улучшает массообмен, это также может увеличить локализованное напряжение сдвига.
C. Устойчивость к загрязнению/обработка высоким содержанием твердых частиц и высокой вязкостью
Модули из полого волокна демонстрируют более очевидные преимущества при обработке материалов с высоким содержанием-твердых-содержаний или вязких материалов.
Открытый путь потока снижает сопротивление жидкости и помогает поддерживать стабильный поток в сложных условиях подачи.
Мембранные кассеты, как правило, больше подходят для применений с низким содержанием твердых частиц---средним содержанием твердых частиц, где приоритетами являются высокая производительность и более быстрая обработка.
Их улучшенная конструкция массопереноса может обеспечить высокую производительность, хотя в очень вязких системах или системах с высоким-твёрдым потоком может наблюдаться более быстрое снижение потока в зависимости от материала мембраны, MWCO/размера пор и условий процесса.
D. Падение давления и рабочее окно (TMP и давление подачи)
В системах с полыми волокнами падение давления и сдвиг можно контролировать с помощью диаметра волокна, длины волокна и скорости поперечного потока.
Меньшие диаметры волокон увеличивают сдвиг, а более длинные пути потока увеличивают перепад давления.
На практике системы TFF с полыми волокнами обычно проектируются и масштабируются с использованием расчетов на основе TMP-.
E. Коэффициент концентрации, скорость восстановления и объем удержания-
Мембранные кассеты часто более выгодны для применений с высокими-концентрациями и высокими коэффициентами концентрации.
Промышленный опыт показывает, что мембранные кассеты имеют более компактную структуру, лучшую устойчивость к давлению, более высокую концентрационную способность и зачастую более высокую степень извлечения продукта по сравнению с системами из полых волокон.
Модули с полыми волокнами могут иметь больший запасной-объем в зависимости от конструкции модуля и конфигурации системы, что может быть более критично при обработке небольших партий дорогостоящих-материалов.
F. Надежность и срок службы: разрыв волокна и техническое обслуживание
Одним из потенциальных рисков систем из полых волокон является разрыв волокон и хрупкость конструкции.
Практический опыт показал, что полые волокна могут иногда ломаться, а некоторые пористые структуры (например, пальцеобразные-структуры) могут быть более восприимчивы к повреждениям.
Мембранные кассеты также требуют надлежащего обслуживания, но их срок службы может быть весьма продолжительным при соблюдении правил очистки и хранения.
Важно избегать высыхания мембраны и своевременно регенерировать мембрану после загрязнения.
G. Единичное-использование, стерильность и масштабирование-увеличения
Одноразовые-модули из полых волокон становятся все более популярными, поскольку они обычно поставляются предварительно-смоченными, стерилизованными гамма-излучением и готовыми к использованию, что значительно снижает требования к проверке очистки.
Их также можно эффективно масштабировать: от лабораторных разработок до полномасштабного-производства.
Логика масштабирования-увеличения:
Как половолоконные модули, так и мембранные кассеты можно масштабировать за счет увеличения площади поверхности мембраны или параллельной эксплуатации нескольких устройств. В документации к половолоконным изделиям также подчеркивается, что доступны различные размеры, что позволяет легко-масштабировать их от лабораторных до производственных масштабов.
2. Сравнительная таблица выбора
Размер Кассеты с полым волокном
