实验室工艺研发用切向流过滤技术简介指南.PDF

实验室 工艺研发用切向流过滤技术简介 简介 切向流过滤（TFF ）是对生物分子进行快速、高效分离和纯化的技术，可广泛应用于免疫学、蛋白质化学、分子生物学、生物化学 及微生物学等生物学领域。TFF 可对 10ml 至数千升体积的样品进行浓缩和脱盐，也可以用于不同规格物质的分离、收获细胞悬液、 澄清发酵液或细胞裂解液。本文将简单介绍TFF 的基本原理及其在实验室和工艺研发中的应用。 什么是切向流过滤？ 膜过滤是生命科学实验室广泛使用的分离技术，根据膜的孔径，可以分为微滤和超滤。微滤膜孔径一般在 0.1 μm- 10 μm 之间，常 用于澄清、除菌、微粒的去除以及细胞收获。超滤膜的孔径一般在0.001-0.1 μm 之间，常用于可溶性分子（包括蛋白质、多肽、核 酸、碳水化合物及其它生物分子）的脱盐和浓缩、缓冲液置换以及分馏操作，超滤膜的规格一般采用截留分子量（MWCO ）来标 称。 微滤和超滤都有两种主要的过滤模式：1）直流过滤（DFF ），也称为“死端”过滤，进样液流垂直于膜表面，液体100%穿过膜；2） 切向流过滤（TFF ），也称为错流过滤，进样液流平行于膜表面，部分料液穿过膜（滤液），其余料液（回流液）循环回到进样容器。 在 DFF 中，随着过滤的进行，大分子逐渐聚积在膜表面，并堵塞膜孔，降低过滤通量，即使增加压力，也只能将聚积层压紧，而 不能改善过滤状态。在TFF 中，沿膜表面流动的料液会将膜表面由于浓差极化而形成的凝胶层“扫掠”清除，从而维持膜的过滤状 态，保证小分子通过。所以，相比DFF，TFF 更加快速、高效。 如下图所示，直流过滤过程中，进样液流直接穿过膜，比膜孔大的分子聚积在膜表面，形成凝胶，阻碍液流通过。随着过滤体积的 增加，凝胶层逐渐增厚，流速迅速降低。 切向流过滤过程中，样品溶液从进样通道进入，沿膜表面流动通过。切向流模式可防止分子在膜表面聚积而造成堵塞，从而减缓过 滤流速的衰减，显著提高单位膜表面积的样品处理量。 图1. 切向流过滤 VS. 直流过滤 Spectrum Laboratories, INC. 为什么要使用切向流过滤？ 1. TFF 设置、使用简单——通过软管和接头将TFF 装置简单地连接到泵及压力监测设备，再将样品加载到容器，即可进行操作。 2. TFF 快速、高效——相比透析，TFF 设置更加简单，也更快速；而与离心相比，TFF 可在更短的时间内达到更高的样品浓度。 3. 可在单个系统内实现两步操作——可在同一个系统内对样品进行浓缩和洗滤，既节省时间，也可避免样品损耗。 4. TFF 可规模放大或缩小——TFF 装置和流路构建可根据需要进行规模调整，处理样品体积低可至 10ml，高可达数千升。 5. TFF 非常经济——TFF 装置和流路可清洗再生并重复使用，只需进行简单的完整性测试，并确认组件及密封完好。也可单次使用后 作抛弃型处理。 切向流过滤能做什么？ 1. 蛋白质和多肽浓缩、脱盐 2. 核酸（DNA/RNA/核苷酸）浓缩、脱盐 3. 从细胞培养液中回收、纯化抗体或重组蛋白 4. 从细胞裂解液中回收、纯化质粒DNA 或从全血中回收染色体DNA 5. 分馏稀释蛋白质混合液 6. 细胞裂解液或组织匀浆净化 7. 水、缓冲液及注射剂除热源（去除内毒素） 8. 柱层析样品制备 9. 细胞收获 10.病毒回收或去除 应用 TFF 的主要应用包括浓缩、洗滤（脱盐和换液）以及不同规格生物分子的分馏。此外，TFF 也可用于发酵液、细胞培养液的澄清。 浓缩 浓缩是指从溶液中去除溶剂而保留溶质分子的简单过程。溶质浓缩的程度与溶液体积的降低呈正比，如体积降低一半，浓度即增加 一倍。 进行样品浓缩时，所选超滤膜的MWCO 需极低于目标截留分子的分子量，这样才能保证目标分子的完整截留和高度回收。一般情 况下，膜的MWCO 可以选择为目标截留分子分子量的 1/3- 1/6。如果过滤通量或处理时间是主要考虑的因素，那么可选择MWCO 为目标截留分子分子量 1/3 的膜，以获得更高的流速；如果需要获得较高的收率，则可以选择MWCO 为目标截留分子分子量1/6 的膜。 过滤器与系统安装完备后，即可运行系统。推荐先用纯水冲洗系统，并测试过滤器的水通量和完整性。添加待处理料液，