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TFF是切向流過濾系統介紹-霍爾斯 時間:2017.02.10
切向流過濾是一種濃縮和脫鹽10ml到幾千升樣本溶液的有效方法。它可以用來從小的生物分子中分離大的生物分子,捕獲細胞懸浮液以及澄清發酵液和細胞裂解物。TFF可以應用于一系列應用包括蛋白質化學,分子生物學,免疫學,生物化學和微生物學。本文將對切向流過濾技術的原理,主要參數和應用進行重點介紹。 
  
TFF是切向流過濾,它是一種壓力驅動的,根據分子尺寸的膜分離過程。用TFF,樣本混合物不是像直流過濾那樣被強迫通過一個單一的通路來通過膜。而是流體通過多次再循環的方式,切向通過膜的表面。這種由施加壓力帶來的“清掃”行為,降低了初始樣本在膜表面的積累。比膜截留分子量大的目標分子得到了保留,然而小分子和緩沖液通過了膜。切向流過濾是一種濃縮和脫鹽10ml到幾千升樣本溶液的有效方法。它可以用來從小的生物分子中分離大的生物分子,捕獲細胞懸浮液以及澄清發酵液和細胞裂解物。TFF可以應用于一系列應用包括蛋白質化學,分子生物學,免疫學,生物化學和微生物學。本文將對切向流過濾技術的原理,主要參數和應用進行重點介紹。
 
常規過濾是指在壓力的作用下,液體直接穿過濾膜進入下游,而大的顆粒或分子則被截留在膜的上游或內部,小的顆粒或分子透過膜進入下游。在這種操作體的流動方向是垂直于膜表面進入下游的,所以也有人稱之為“死端過濾”(Dead End Filtration)。常規過濾的應用包括澄清過濾、除菌過濾和除病毒過濾等等,不是本文討論的重點。而切向流過濾則是指液體的流動方向是平行于膜表面的,在壓力的作用下只有一部分的液體穿過濾膜進入下游,這種操作方式也有人稱之為“錯流過濾”(Cross Flow Filtration)。由于切向流在過濾過程中對膜包的表面進行不停的“沖刷”,所以在這種操作模式下有效的緩解了大的顆粒和分子在膜上的堆積,這就使得這種操作模式在很多應用中具有獨特的優勢。
 
切向流(也稱為“錯流”)過濾中,泵推動流體通過濾膜表面,沖刷去除其上截留的分子,從而使濾膜表面的積垢程度降至最低。于此同時,切向流體也會產生垂直于濾膜的壓力,推動溶質和小分子通過濾膜。如此方能完成過濾。利用細分篩網分離沙子與鵝卵石的模擬試驗,有助于理解切向流過濾的機理:篩網眼象征濾膜上的孔隙,而沙子與鵝卵石象征待分離的分子,在直流過濾中,沙子-鵝卵石混合物被迫向著篩網眼方向移動,隨著一些較小的砂粒通過篩網眼落下,在篩網表面形成一個鵝卵石層,阻礙頂部砂粒向篩網方向移動并通過篩網眼(圖1),在直流過濾中,增加壓力,僅能對混合物施加壓力,而無助于分離的促進;相比之下,在切向流過濾模式中,通過混合物的再循環防止限制層的形成,此再循環類似于:振動以去除阻塞篩網眼的鵝卵石,使得位于混合物頂部的砂粒落下并通過篩網眼。因此,利用切向流過濾進行生物分子分離,效率更高,濃縮或滲濾速度更為快捷。
 
(A) 對混合物施加直接的壓力,使得底部砂粒落下;在篩網表面形成一個鵝卵石層,阻礙頂部砂粒向篩網方向移動并通過篩網。
(B) 振動篩網,破壞位于混合物底部的積聚鵝卵石層,使完全分離得以進行;切向流過濾中,進料流的錯流動力學作用,就相當于此例中的振動。
 
在進行TFF操作的時候我們經常會遇到一些問題:比如目標蛋白回收率低,過濾一段時間之后進口端壓力增高等等,如何有效的解決這些問題呢?我們必須要清楚切向流過濾的幾個重要參數及他們之間的相互關系,確保通過實驗條件的摸索和優化來確定適合樣本的實驗條件。這幾個參數歸納起來就是2個壓力參數和2個流速參數。
 
壓差是進口端壓力與出口端壓力的差值,跨膜壓(TMP)是指濾膜上下游的平均壓力差(TMP = (PF + PR ) / 2-Pp),TFF實驗我們關注的是壓差,跨膜壓,切向流速等,這幾個參數是緊密聯系在一起的,壓差決定切向流速和切向流速率,當壓差一定的情況下,切向流速和切向流速率是恒定的,跨膜壓是控制液體過濾的速度的所以
我們要控制進口端壓力和回流壓力,這兩個壓力決定了TMP和壓差,而當壓差/切向流速恒定的情況下,TMP就成了切向流工藝中的關鍵因素,需要進行優化。
 
切向流是液體流速在膜表面沖刷的速度. 它是沖刷掉顆粒防止顆粒防止顆粒在膜表面的堆積。切向流帶來的沖刷行為將顆粒從膜表面帶走。進口端壓力和切向流速(切向水通量或回流速),當你增加切向流速,你就同時增加了在進口端和回流端的壓差?p。如果你使切向流速加倍,你最終使?p也得到加倍。部分關閉回流閥會增加TMP,最終推動液體通過膜, 回流閥關閉的越多,TMP越大,從而透過的液體增加的越多。對于大部分超濾應用來說,透過液閥門是開放的。式下,液
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