Преимущества метода тангенциальной ультрафильтрации

04.19.2022

Общие сведения о мембранной ультрафильтрации

Мембранная фильтрация — это процесс разделения под давлением, в котором используются мембраны для разделения компонентов в жидком растворе или суспензии в зависимости от их размера и различий в заряде. Ультрафильтрация представляет собой разновидность мембранной фильтрации, при которой гидростатическое давление прижимает жидкость к полупроницаемой мембране. Растворитель и низкомолекулярные растворенные вещества проходят через мембрану и называются пермеатом, тогда как взвешенные твердые частицы и высокомолекулярные растворенные вещества задерживаются (ретентат).

Ультрафильтрация используется в научных исследованиях, в биотехнологических, биофармацевтичексих производствах для разделения и концентрирования макромолекулярных растворов (1-1000 кДа). В зависимости от диапазона отсечки мембраны макромолекулы могут быть очищены, разделены или сконцентрированы в любой фракции. Процесс ультрафильтрации позволяет отделить белки от небольших пептидов и/или солей. Широкое применение этот метод находит в процессах разделения и концентрирования моноклональных антител, вакцин, плазмы крови, терапевтических белков.

Основные виды фильтрации в биотехнологии

Существует два основных типа фильтрации: фильтрация с нормальным потоком / тупиковая (NFF) и фильтрация с тангенциальным потоком (TFF), сравнение обоих типов фильтрации представлено на рисунке ниже:

При фильтрации с нормальным потоком или «тупиковой» фильтрации жидкость направляется прямо к мембране под приложенным давлением. Крупные частицы скапливаются на поверхности мембраны или в глубине фильтрующей среды, а более мелкие молекулы проходят на сторону ниже по потоку.

При тангенциальной фильтрации жидкость прокачивается тангенциально вдоль поверхности мембраны. Приложенное давление служит для проталкивания части жидкости через мембрану на сторону фильтрата. В TFF удерживаемые компоненты не накапливаются на поверхности мембраны, вместо этого они уносятся тангенциальным потоком.

Основными применениями TFF являются концентрирование, диафильтрация (обессоливание и замена буфера) и фракционирование крупных биомолекул из малых. Установки тангенциальной фильтрации также используются для осветления и удаления клеток или клеточного детрита из клеточной культуры или ферментационной среды.

Преимущества метода тангенциальной фильтрации

• TFF предотвращает образование «фильтрационной корки», обеспечивая высокую скорость удаления жидкости.
• Технологическое сырье остается в виде подвижной суспензии, которую можно использовать для дальнейшей рециркуляции.
• Содержание твердого вещества в суспензии продукта можно регулировать в широком диапазоне.
• Есть возможность фракционировать частицы по размеру во время TFF.

Применение тангенциальной фильтрации в биотехнологии

• Очистка белков
• Очистка подпитки
• Диафильтрация (DF) для замены буфера
• Обессоливание и концентрирование  биомолекул, таких как белки и ДНК или РНК
• Концентрирование клеточной суспензии
• Осветление и обессоливание цельноклеточного лизата
• Пробоподготовка для хроматографии

Часто задаваемые вопросы о тангенциальной фильтрации (FAQ)

Что такое тангенциально  фильтрация (TFF)?

TFF — это метод разделения, при котором сырье проходит через мембрану фильтра при положительном давлении по отношению к стороне пермеата для удаления примесей. Компоненты, размер которых меньше размера пор тангенциального фильтра, задерживаются на входной стороне мембраны в виде ретентата.

Зачем использовать тангенциальную фильтрацию, а не тупиковую?

Во время тангенциальной фильтрации, основной поток жидкости, проходя через мембрану, легко смывает захваченные частицы с поверхностей, обеспечивая непрерывную работу фильтров и высокую загрузку твердых частиц без чрезмерной забивки.

Как оптимизировать фильтрацию тангенциального потока?

Оптимизировать процесс фильтрации можно, контролируя ключевые параметры, такие как скорость поперечного потока, трансмембранное давление и тип фильтрующей мембраны. Для очистки систем используют метод CIP (безразборной мойки). Использование одноразовых картриджей на полых волокнах также является популярным решением, так как это устраняет необходимость в протоколах очистки и валидации очистки.

В чем разница между ультрафильтрацией и диафильтрацией?

Обычно используемая при замене буфера диафильтрация обеспечивает повышенную стабильность при хранении препарата, а ультрафильтрационные мембраны помогают концентрировать образец до конечной концентрации препарата.

Какие основные особенности  тангенциальных фильтрационных систем BIORUS?

Компания BIORUS изготавливает фильтрационные системы в соответствие с техническими требованиями заказчика. Модульный дизайн и широкий выбор опций позволяют подобрать оптимальное решение технологической задачи клиента.

• Модульный дизайн позволяет создавать уникальные конфигурации систем в соответствие с требованиями заказчика
• Полная автоматизация системы позволяет ускорить процесс проведения доклинических и клинических исследований согласно требованиям GMP
• Оптимальная конструкция всех компонентов позволяет минимизировать мертвый объем, увеличить производительность системы
• Выскочувствительные онлайн детекторы давления, pH, UV, электропроводности по выбору заказчика
• Контроллер с интуитивно понятным интерфейсом. Программное обеспечение согласно требованиям FDA 21 CFR Part 11

Какие фильтрационные элементы используются в системах BIORUS?

Для подбора фильтрационного элемента необходимо техническое задание или наименование из каталога ведущих производителей для подбора аналога. Мы предлагаем элементы на полимерных мембранах, фильтры на полых волокнах. Характеристики некоторых полимерных материалов, используемых в фильтрационных элементах, приведены ниже:

• Полипропилен (PP). Физически и химически стабильный материал, устойчивый к давлению. Используется в глубинной фильтрации.
• Полиэфирсульфон (PES). Устойчивость к широкому диапазону pH, органическим растворителя, температурам до 150C. Используется для стерилизации, фильтрации от микоплазм.
• Поливинилиденфторид (PVDF). Устойчивость к диапазону pH 2-10, устойчивость к органическим растворителям, низкая связываемость с белками. Используется для фильтрации питательных сред, вакцин, биологических продуктов.
• Политетрафторэтилен (PTFE). Гидрофобный материал, устойчивый к коррозии и воздействию органических растворителей. Используется в биофармацевтических процессах, фильтрации воздуха.

Как получить коммерческое предложение на ультрафильтрационную систему от BIORUS?

BIORUS изготавливает ультрафильтрационные системы в соответствие с требованиями заказчика, процесс подготовки коммерческого предложения может включать следующие этапы:

• Получение технического задания от заказчика на систему тангенциальной фильтрации (лабораторную, пилотную, промышленную) или коммерческого предложения на систему от известных производителей для подбора аналога
• Дополнительное согласование опций (датчиков pH, электропроводности и др.) и дополнительного оборудования (циркуляционный охладитель) в случае необходимости
• Подбор фильтрационных элементов/ фильтров, в том числе аналогов ведущих мировых производителей в случае необходимости
• Подготовка схемы, описания модулей фильтрационной системы (модуль фильтрации, рециркуляции и др.) с указанием материалов и производителей элементов
• Расчет окончательной стоимости утвержденной системы с учетом доставки, комплекта документации, пуско-наладочных и других необходимых работ
• Разработка и предоставление 3D-чертежа фильтрационной системы после размещения заказа