Jaki jest zakres wielkości porów kaset membranowych TFF?
Jeśli kiedykolwiek pracowałeś w branży biotechnologicznej, farmaceutycznej, przetwórstwie żywności i napojów, a nawet uzdatnianiu wody, prawdopodobnie zetknąłeś się z kasetami membranowymi TFF (filtracja z przepływem stycznym). Jeśli jesteś nowy w tej przestrzeni, jedno z pierwszych pytań, które zadasz, brzmi: jaki jest zakres wielkości porów tych rzeczy? Jako osoba, która od lat dostarcza kasety TFF, ciągle dostaję to pytanie – i nie jest to uniwersalna odpowiedź. Rozłóżmy to na czynniki pierwsze, bez sztywnego żargonu, po prostu prawdziwa rozmowa od dostawcy, który widział, co działa (a co nie) w praktyce.
Po pierwsze, zachowajmy to prosto. TFF działa poprzez pompowanie cieczy równolegle do powierzchni membrany, dzięki czemu tylko małe cząsteczki przedostają się przez nią (permeat), podczas gdy większe pozostają w tyle (retentat). Wielkość porów decyduje o tym, które cząstki zostaną oddzielone. Zakres nie jest statyczny — rozciąga się od mikrofiltracji (MF) aż do ultrafiltracji (UF), a w przypadku niektórych wyspecjalizowanych modeli nawet w niewielkim stopniu obejmuje obszar nanofiltracji (NF). Ale przejdźmy do konkretów, bo tu właśnie dochodzi do zamieszania.
Zaczynając od dużego końca: kasety mikrofiltracyjne TFF. Większość naszych klientów po raz pierwszy sięga po MF, gdy muszą oddzielić od roztworu takie substancje, jak komórki, bakterie lub duże resztki komórek. Rozmiar porów zwykle mieści się w zakresie od 0,1 mikrometra (um) do 10 um. Czekaj, to szeroki zakres, prawda? Zawęźmy to do tych popularnych, które wysyłamy codziennie. Jeśli filtrujesz komórki ssaków (jak przy produkcji przeciwciał monoklonalnych), optymalnym miejscem będzie od 0,1 µm do 0,22 µm. Dlaczego? Bakterie mają wielkość około 0,5 µm, więc 0,22 µm jest standardem w filtracji sterylizującej – stąd nasze popularne kasety do mikrofiltracji 0,22 µm, zaprojektowane właśnie do tego celu. Jeśli masz do czynienia z mniejszymi bakteriami lub nawet większymi agregatami komórkowymi, sensowne jest zwiększenie średnicy do 0,45 um, co stanowi kolejną opcję w naszej linii MF.
A co, jeśli chcesz zmniejszyć rozmiar? W tym miejscu z pomocą przychodzi ultrafiltracja. Kasety UF TFF mają pory mierzone na podstawie odcięcia masy cząsteczkowej (MWCO), a nie fizycznego um, co jest innym sposobem myślenia. MWCO to wielkość najmniejszej cząsteczki, jaką zatrzyma membrana, zwykle wyrażana w kilodaltonach (kDa). Nasz zakres UF zaczyna się od 1 kDa (idealny do koncentracji małych białek) i sięga do 1000 kDa, co sprawdza się w przypadku większych białek, takich jak przeciwciała. Rzecz w tym, że wiele osób myli MF i UF, dlatego ważne jest, aby pamiętać, że pory MF są wystarczająco duże, aby można je było zobaczyć za pomocą dobrego mikroskopu, podczas gdy pory UF są tak małe, że nie można ich zmierzyć jako pojedynczych otworów, jedynie na podstawie tego, co zatrzymują.
Zanim zanurkujemy głębiej, porozmawiajmy o tym, dlaczego wielkość porów ma tak duże znaczenie. Wybierz niewłaściwy, a albo stracisz zdolność przenikania produktu (jeśli pory są zbyt duże), albo spowolnisz filtrację do pełzania (jeśli pory są zbyt małe, co prowadzi do większej ilości zanieczyszczeń). Widziałem startupy z branży biotechnologicznej, które marnowały tygodnie pracy, ponieważ korzystały z kasety 0,1 µm, gdy potrzebowały 0,45 µm – uważały, że mniej znaczy lepiej, ale maleńkie pory nadal zatykały się resztkami komórek. Dlatego dopasowanie rozmiaru porów do Twojego zastosowania nie podlega negocjacjom.
Przejdźmy teraz do specyfiki naszych kaset, bo to ja się na tym znam najlepiej. Nasza linia MF, obejmująca wszystko, od płaskich kaset po opcje jednorazowego użytku, ma rozmiary porów obejmujące zakres od 0,1 µm do 10 µm. Kasety mikrofiltracyjne o średnicy 0,1 um doskonale nadają się do klarowania supernatantów hodowli komórkowych bez utraty docelowego białka, ponieważ wychwytują komórki i zanieczyszczenia, jednocześnie umożliwiając przejście białka. Jeśli przeprowadzasz ostatni etap sterylizacji, najlepszym wyborem będą te o średnicy 0,22 µm — zostały przetestowane pod kątem usunięcia 99,999% bakterii, więc nie musisz się martwić o zanieczyszczenie. Do zastosowań przemysłowych, takich jak klarowanie piwa lub usuwanie drożdży, nasze płaskie kasety mikrofiltracyjne (które mogą wytrzymać większe natężenie przepływu niż jednorazowe) są dostępne w średnicach 1,0 µm i 5,0 µm, co idealnie się do tego nadaje.
Czekaj, powinienem również wspomnieć, że wielkość porów nie jest jedynym czynnikiem – materiał membrany również odgrywa rolę. Do większości kaset MF i UF używamy takich materiałów jak polieterosulfon (PES), ponieważ jest on trwały, ma stałą wielkość porów i jest odporny na zabrudzenie. Jednak w przypadku niektórych chemikaliów oferujemy opcje PVDF lub mieszanych estrów celulozy (MCE), które mają nieco inne profile wielkości porów. Na przykład nasza linia membran do mikrofiltracji obejmuje membrany MCE, które są często używane do badania wody, o rozmiarach porów takich jak 0,45 um i 0,8 um, idealne do wyłapywania drobnoustrojów w wodzie pitnej.
Kolejna kwestia: kiedy ludzie pytają o wielkość porów kasety TFF, często zapominają o „nominalnej” i „absolutnej” wielkości porów. Nominalny to średni rozmiar, natomiast bezwzględny to maksymalny rozmiar cząstki, która zostanie zatrzymana. Wszystkie nasze kasety są testowane pod kątem stałych bezwzględnych rozmiarów porów, więc nie będziesz zaskoczony, gdy zwiększysz skalę. To wielka sprawa — filtry laboratoryjne mogą mieć nieco zmienne pory, ale nasze kasety produkcyjne są produkowane pod ścisłą kontrolą jakości, więc każda kaseta w partii ma ten sam zakres wielkości porów.
Omówmy kilka typowych zastosowań, aby umieścić to wszystko w kontekście. Jeśli przetwarzasz preparat biologiczny: zaczynając od UF w celu zatężenia przeciwciał (100 kDa MWCO), następnie polerowanie za pomocą kasety UF i być może końcowy etap sterylizacji za pomocą kasety MF 0,22 µm. Jeśli zajmujesz się żywnością i napojami: klarowanie soku owocowego za pomocą płaskiej kasety o średnicy 1,0 um w celu usunięcia miąższu lub filtrowanie piwa za pomocą kasety o średnicy 0,5 um, aby uzyskać klarowny, ostry smak. Jeśli przeprowadzasz testy środowiskowe: użyj naszych kaset mikrofiltracyjnych 0,45 um do wyłapywania bakterii z grupy coli w próbkach wody. Wszystko to mieści się w zakresie, o którym mówiliśmy.
A teraz odpowiedzmy na pytanie, które ciągle otrzymuję: czy mogę dostać kasetę TFF o wielkości porów spoza tego zakresu? W przypadku MF górna granica wynosi około 10 um — wszystko, co jest większe, to zwykle filtr innego typu, np. filtr wgłębny, a nie kaseta TFF. Dla UF dolna MWCO wynosi około 1 kDa, a górna 1000 kDa; poniżej 1 kDa to nanofiltracja, która służy do odsalania lub usuwania małych cząsteczek organicznych. W naszej ofercie znajdują się także kasety NF, ale to osobna kategoria.
Powinienem także poruszyć kwestię zanieczyszczenia, ponieważ jest ono powiązane z wielkością porów. Kiedy pory się zatykają, efektywny rozmiar porów zmniejsza się, co spowalnia filtrację. Aby temu zaradzić, projektujemy nasze kasety ze ścieżkami przepływu z otwartymi kanałami, dzięki czemu ciecz przepływa przez membranę zamiast prosto, co zmniejsza ryzyko utknięcia zanieczyszczeń w porach. Dlatego nawet jeśli wybierzesz odpowiedni rozmiar porów, konstrukcja kasety ma znaczenie. Na przykład nasze kasety do mikrofiltracji z płaskim arkuszem mają szersze kanały niż kasety jednorazowego użytku, dzięki czemu radzą sobie z bardziej lepkimi roztworami (takimi jak stężony lizat komórkowy) bez większego zanieczyszczania.
Ostatecznie zakres wielkości porów kaset membranowych TFF wynosi w przybliżeniu 0,1 µm (MF) aż do mniej niż 0,001 µm (UF w przeliczeniu z MWCO), ze specjalistycznymi opcjami w NF. Kluczem jest jednak dopasowanie tego asortymentu do konkretnego zastosowania — nie należy wybierać tylko najmniejszego lub największego dostępnego. Jeśli nie masz pewności, jakiego rozmiaru porów potrzebujesz, właśnie po to tu jesteśmy. Współpracowaliśmy z setkami klientów, od małych start-upów po duże firmy farmaceutyczne, aby wybrać odpowiednią kasetę do ich procesu. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz kasety mikrofiltracyjnej 0,1 um do klarowania komórek, płaskiej kasety mikrofiltracyjnej na skalę przemysłową, czy niestandardowej kasety UF do zagęszczania białek, mamy wszystko, czego potrzebujesz.
Jeśli chcesz przestać zgadywać i kupić kasetę, która sprawdzi się w Twoim procesie, skontaktuj się z naszym zespołem, aby porozmawiać o Twoich potrzebach. Nie tworzymy rozwiązań uniwersalnych i chętnie przeprowadzimy Cię przez opcje dotyczące rozmiaru porów, materiałów membran i natężenia przepływu, aby upewnić się, że konfiguracja TFF jest tak wydajna, jak to tylko możliwe. Bez presji, po prostu prawdziwa rada od dostawcy, który jest w tej grze wystarczająco długo, aby wiedzieć, co się sprawdza.
Referencje
- Filtracja z przepływem stycznym: zasady i praktyka, wydanie 2, M. Cheryan, 1998
- Technologia i zastosowania membran mikrofiltracyjnych, J. Li, 2010
- Przewodnik po produktach kasetowych Pall Corporation TFF, 2022
- „Wielkość porów i MWCO: kluczowe różnice w filtracji membranowej”, BioProcess International, 2021