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行業動態

切向流中膜包的特點及選型

添加時間:2025-03-26 10:56:11   瀏覽次數:613  

一、膜包的核心作用

膜包是切向流過濾(TFF)系統的核心組件,直接決定分離效率、通量和使用壽命。其設計需兼顧截留性能抗污染性、化學兼容性機械強度。


二、膜材料類型及特性

膜材料的選擇直接影響分離效果和操作穩定性。以下是主流膜材料及其特點:

  1. ?聚醚砜(PES)?

    • ?特點
      • 高機械強度,耐高溫(可達125℃)。
      • 親水性適中,蛋白吸附較低,適合生物制品處理。
      • 耐酸堿性較好(pH 1-13),但長期強堿易降解。
    • ?典型應用:單克隆抗體濃縮、病毒載體純化、疫苗生產。
  2. ?聚偏氟乙烯(PVDF)?

    • ?特點
      • 極強的化學穩定性(耐強酸、堿、有機溶劑)。
      • 疏水性強,需表面改性(如親水涂層)以減少蛋白吸附。
      • 耐高溫(<140℃),適合苛刻清洗條件(如NaOH+NaClO)。
    • ?典型應用:高污染料液(如細胞裂解液)、含有機溶劑的納米顆粒純化。
  3. ?再生纖維素(RC)?

    • ?特點
      • 天然親水性,蛋白吸附極低,適合敏感生物分子。
      • 耐有機溶劑差(丙酮、DMSO等易溶脹),pH范圍較窄(2-12)。
      • 機械強度較弱,易被高壓損壞。
    • ?典型應用:胰島素、酶制劑等易失活蛋白的精細純化。
  4. ?陶瓷膜(如Al?O?、ZrO?)?

    • ?特點
      • 極端耐化學腐蝕(pH 0-14)、耐高溫(>300℃),可蒸汽滅菌。
      • 剛性結構,抗污染性強,但脆性高,需防機械沖擊。
      • 成本高,多用于工業規模。
    • ?典型應用:食品工業(乳清蛋白分離)、高固含量廢水處理。
  5. ?混合纖維素酯(CA/CN)?

    • ?特點
      • 低成本,親水性好,但易被有機溶劑溶解。
      • 耐溫性差(<50℃),適合實驗室小規模預過濾。
    • ?典型應用:緩沖液換液、低濃度蛋白的初步濃縮。

三、膜包結構設計及影響

膜包的結構設計直接影響流體動力學和操作效率:

  1. ?流道設計

    • ?開放式流道:適用于高粘度或含大顆粒料液(如細胞培養液),減少堵塞風險。
    • ?窄流道:增強剪切力,適合高純度需求(如病毒顆粒與宿主蛋白分離)。
  2. ?膜構型

    • ?平板膜包:多層膜片堆疊,易放大生產(如Millipore Pellicon®系列)。
    • ?中空纖維膜:高裝填密度,適合連續灌流培養(如Repligen的XCell ATF)。
    • ?卷式膜:成本低,但抗污染性差,多用于水處理。
  3. ?截留分子量(MWCO)選擇

    • ?超濾膜
      • 1-10 kDa:小蛋白、多肽濃縮(如胰島素)。
      • 30-100 kDa:抗體(~150 kDa)的緩沖液置換。
      • 300-1000 kDa:病毒(如AAV,~20-25 nm)的純化。
    • ?微濾膜?(0.1-0.65 μm):細胞收獲、脂質體濃縮。

四、選擇膜包的關鍵因素

  1. ?分離目標

    • 大分子(如病毒)選低剪切力設計的開放式流道膜包。
    • 小分子需高MWCO膜(如10 kDa)以提高通量。
  2. ?料液性質

    • 高粘度或顆粒含量高:優先選PES或PVDF材質的開放式流道。
    • 含有機溶劑:PVDF或陶瓷膜。
  3. ?工藝規模

    • 實驗室研發:小面積膜包(0.1-0.5 m²)降低成本。
    • 工業生產:模塊化設計的膜包(如Sartocon® Slice)便于線性放大。
  4. ?清洗與壽命

    • 頻繁CIP(清潔在位):選耐強堿的PVDF或陶瓷膜。
    • 一次性使用:低成本CA膜或預滅菌PES膜包。

五、市場主流膜包選項

  1. ?Millipore(默克)Pellicon®系列

    • 材料:PES或Biopharma(低吸附改性PES)。
    • 特點:流道高度可選(30-145 mil),適合從實驗室到生產的無縫放大。
  2. ?Sartorius(賽多利斯)Hydrosart®

    • 材料:親水化再生纖維素。
    • 特點:極低蛋白吸附,適合疫苗和基因治療產品。
  3. ?Pall(頗爾)Omega™系列

    • 材料:改性PVDF(Ultracel®)。
    • 特點:耐頻繁酸堿清洗,適用于單抗生產的長期循環使用。
  4. ?Repligen(頗爾分拆)XCell ATF

    • 構型:中空纖維,專為灌流培養設計。
    • 特點:實時細胞截留,提高產物滴度。

六、未來趨勢

  1. ?復合膜技術:如PES基底+陶瓷涂層,兼顧機械強度與耐化學性。
  2. ?智能化膜包:集成傳感器實時監測膜污染程度,優化清洗周期。
  3. ?綠色材料:可降解纖維素膜,減少一次性工藝的環境負擔。
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