切向流技術(shù)（Tangential Flow Filtration, TFF），又稱錯(cuò)流過(guò)濾（Cross-Flow Filtration，CFF），料液以一定的流速在膜表面循環(huán)，小于膜孔徑的物質(zhì)可以透過(guò)膜到透過(guò)端，而大于膜孔徑的物質(zhì)會(huì)被膜截留，從而實(shí)現(xiàn)不同物質(zhì)的分級(jí)分離。相比于死端過(guò)濾，切向流過(guò)濾再循環(huán)料液流經(jīng)膜表面，液體形成的“沖刷作用”沖洗整個(gè)膜表面，降低了膜孔堵塞及膜污染的風(fēng)險(xiǎn)，形成長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的膜過(guò)濾生產(chǎn)能力。
 

通過(guò)對(duì)切向流工藝中的操作參數(shù)及各種變量進(jìn)行優(yōu)化，可以有效提高過(guò)濾效率，同時(shí)降低物料成本，在達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)收率的最大化。
 

一、膜的優(yōu)化

01、膜孔徑選擇

通常用截留分子量（MWCO: molecular weight cutoff）表征孔徑大小，但不同結(jié)構(gòu)的分子，即使分子量相同，其分子粒徑也有較大的差異。不同廠家使用的標(biāo)定物質(zhì)也會(huì)不同，因此實(shí)際使用時(shí)，截留率也會(huì)有一定的差異。

希望目標(biāo)物質(zhì)透過(guò)膜孔，一般選擇膜截留分子量為目標(biāo)物質(zhì)分子量的5-10倍或以上；希望目標(biāo)物質(zhì)充分截留，一般選擇膜截留分子量為目標(biāo)分子量的1/3-1/5。

 

02、膜材質(zhì)

膜材質(zhì)是切向流過(guò)濾工藝中的關(guān)鍵點(diǎn)，不同材質(zhì)的過(guò)濾膜從化學(xué)性質(zhì)、溶析出性質(zhì)、機(jī)械強(qiáng)度、蛋白吸附等方面有較大差異。用戶需要根據(jù)料液的性質(zhì)、緩沖體系的要求等選擇合適材質(zhì)的過(guò)濾膜。

 

03、膜面積

膜面積決定了單次過(guò)濾工藝中所能處理的料液的量，所需膜面積的可以按照以下公式大致計(jì)算:

膜面積=料液透過(guò)體積/（膜通量*工藝時(shí)間）

 

例如：對(duì)200L某料液進(jìn)行10倍濃縮，要求超濾工藝在2小時(shí)內(nèi)完成，假設(shè)使用的超濾膜對(duì)該料液的穩(wěn)定通量為50LMH(升每平米每小時(shí))，則需要的膜面積計(jì)算為：

濃縮料液透過(guò)體積=200L-200L/10=180L

膜面積=180L/(50LMH*2)=1.8m2

 

二、TMP優(yōu)化

TMP（Transmembrane Pressure）跨膜壓，物質(zhì)跨膜所需的驅(qū)動(dòng)力，是工藝放大的基本和必要參數(shù)。

在工藝起始階段，增加TMP，可線性增加濾液通量，但隨著凝膠極化層的形成，其對(duì)過(guò)濾的阻力會(huì)抵消TMP的作用。所以，優(yōu)化的TMP取值應(yīng)為凝膠層完全形成前的拐點(diǎn)最高值。

 

簡(jiǎn)易TMP優(yōu)化方法

1、確定一個(gè)合適的切向流速；

2、切向流速穩(wěn)定后設(shè)定一個(gè)較小的TMP值；

3、在設(shè)定的TMP值下穩(wěn)定運(yùn)行5-10min;

4、記錄下此TMP下通量（LMH）;

5、調(diào)整TMP值，每次增加1-2psi，重復(fù)步驟3、4；

6、對(duì)不同TMP及運(yùn)行的通量進(jìn)行分析，即可找出比較合適的TMP。

三、切向流速

切向流過(guò)濾工藝中的切向流流速（進(jìn)料速度）主要作用是減少凝膠層的形成，降低透過(guò)的阻力，提高通量。增加切向流速度將增加膜剪切力并通常會(huì)提高過(guò)濾速度，但是對(duì)于剪切力敏感的料液，過(guò)高的流速帶來(lái)的高剪切力會(huì)對(duì)樣品造成破壞。
 

高切向流速的好處，一方面能在相同TMP下獲得相對(duì)更高的通量，另一方面能夠有效降低凝膠層的形成。但是高切向流速也存在諸多不足，為得到高流速需要配置更大的泵及管路，這樣就會(huì)使系統(tǒng)的滯留體積增加，也增加了固件的成本。另外，膜的通量達(dá)到最佳值時(shí)，即時(shí)進(jìn)一步提高切向流速度，通量也不會(huì)有明顯增加。

 

 

Challenge Dream切向流過(guò)濾系統(tǒng)

Challenge Dream系列是基于切向流過(guò)濾技術(shù)開(kāi)發(fā)的一套全自動(dòng)、集成化的過(guò)濾系統(tǒng)，搭載成器智造自主開(kāi)發(fā)的Challenge Navigator流程控制軟件，滿足用戶對(duì)切向流工藝的研發(fā)、中試、生產(chǎn)的需求。

1自動(dòng)化、智能化

①系統(tǒng)預(yù)設(shè)多種自動(dòng)化處理模式，濃縮、洗濾、沖洗等工藝方法，一鍵調(diào)用；

②新增TMP優(yōu)化程序，challenge Dream可以根據(jù)您的需求，在對(duì)新過(guò)濾膜不了解的情況下可以自動(dòng)運(yùn)行計(jì)算出最佳的TMP。

2可用于研發(fā)及生產(chǎn)，靈活多用

Challenge Dream系列切向流系統(tǒng)產(chǎn)品線完善，能夠穩(wěn)定的支持從工藝研發(fā)至中試放大及小規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的所有需求

3數(shù)據(jù)電子化，穩(wěn)定可靠

優(yōu)秀易用的Challenge Navigator軟件提供智能化的操作界面和符合21 CFR Part 11的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，保證了工藝的穩(wěn)定和可重復(fù)性，參照商業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化操作方式以及程序架構(gòu)，為生產(chǎn)工藝的縮小或放大提供了極大便利。