TFF是切向流過濾系統(tǒng)介紹-霍爾斯
時(shí)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(xì)胞懸浮液以及澄清發(fā)酵液和細(xì)胞裂解物。TFF可以應(yīng)用于一系列應(yīng)用包括蛋白質(zhì)化學(xué)，分子生物學(xué)，免疫學(xué)，生物化學(xué)和微生物學(xué)。本文將對(duì)切向流過濾技術(shù)的原理，主要參數(shù)和應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)介紹。
TFF是切向流過濾，它是一種壓力驅(qū)動(dòng)的，根據(jù)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(qiáng)迫通過一個(gè)單一的通路來通過膜。而是流體通過多次再循環(huán)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(biāo)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(xì)胞懸浮液以及澄清發(fā)酵液和細(xì)胞裂解物。TFF可以應(yīng)用于一系列應(yīng)用包括蛋白質(zhì)化學(xué)，分子生物學(xué)，免疫學(xué)，生物化學(xué)和微生物學(xué)。本文將對(duì)切向流過濾技術(shù)的原理，主要參數(shù)和應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)介紹。
常規(guī)過濾是指在壓力的作用下，液體直接穿過濾膜進(jìn)入下游，而大的顆粒或分子則被截留在膜的上游或內(nèi)部，小的顆?；蚍肿油高^膜進(jìn)入下游。在這種操作方體的流動(dòng)方向是垂直于膜表面進(jìn)入下游的，所以也有人稱之為“死端過濾”（Dead End Filtration）。常規(guī)過濾的應(yīng)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(diǎn)。而切向流過濾則是指液體的流動(dòng)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(jìn)入下游，這種操作方式也有人稱之為“錯(cuò)流過濾”（Cross Flow Filtration）。由于切向流在過濾過程中對(duì)膜包的表面進(jìn)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(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
切向流（也稱為“錯(cuò)流”）過濾中，泵推動(dòng)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(shí)，切向流體也會(huì)產(chǎn)生垂直于濾膜的壓力，推動(dòng)溶質(zhì)和小分子通過濾膜。如此方能完成過濾。利用細(xì)分篩網(wǎng)分離沙子與鵝卵石的模擬試驗(yàn)，有助于理解切向流過濾的機(jī)理：篩網(wǎng)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(wǎng)眼方向移動(dòng)，隨著一些較小的砂粒通過篩網(wǎng)眼落下，在篩網(wǎng)表面形成一個(gè)鵝卵石層，阻礙頂部砂粒向篩網(wǎng)方向移動(dòng)并通過篩網(wǎng)眼（圖1），在直流過濾中，增加壓力，僅能對(duì)混合物施加壓力，而無助于分離的促進(jìn)；相比之下，在切向流過濾模式中，通過混合物的再循環(huán)防止限制層的形成，此再循環(huán)類似于：振動(dòng)以去除阻塞篩網(wǎng)眼的鵝卵石，使得位于混合物頂部的砂粒落下并通過篩網(wǎng)眼。因此，利用切向流過濾進(jìn)行生物分子分離，效率更高，濃縮或滲濾速度更為快捷。
(A) 對(duì)混合物施加直接的壓力，使得底部砂粒落下；在篩網(wǎng)表面形成一個(gè)鵝卵石層，阻礙頂部砂粒向篩網(wǎng)方向移動(dòng)并通過篩網(wǎng)。
(B) 振動(dòng)篩網(wǎng)，破壞位于混合物底部的積聚鵝卵石層，使完全分離得以進(jìn)行；切向流過濾中，進(jìn)料流的錯(cuò)流動(dòng)力學(xué)作用，就相當(dāng)于此例中的振動(dòng)。
在進(jìn)行TFF操作的時(shí)候我們經(jīng)常會(huì)遇到一些問題：比如目標(biāo)蛋白回收率低，過濾一段時(shí)間之后進(jìn)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(gè)重要參數(shù)及他們之間的相互關(guān)系，確保通過實(shí)驗(yàn)條件的摸索和優(yōu)化來確定適合樣本的實(shí)驗(yàn)條件。這幾個(gè)參數(shù)歸納起來就是2個(gè)壓力參數(shù)和2個(gè)流速參數(shù)。
壓差是進(jìn)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(shí)驗(yàn)我們關(guān)注的是壓差，跨膜壓，切向流速等，這幾個(gè)參數(shù)是緊密聯(lián)系在一起的，壓差決定切向流速和切向流速率，當(dāng)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(jìn)口端壓力和回流壓力，這兩個(gè)壓力決定了TMP和壓差，而當(dāng)壓差/切向流速恒定的情況下，TMP就成了切向流工藝中的關(guān)鍵因素，需要進(jìn)行優(yōu)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(jìn)口端壓力和切向流速（切向水通量或回流速），當(dāng)你增加切向流速，你就同時(shí)增加了在進(jìn)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(guān)閉回流閥會(huì)增加TMP，最終推動(dòng)液體通過膜, 回流閥關(guān)閉的越多，TMP越大，從而透過的液體增加的越多。對(duì)于大部分超濾應(yīng)用來說，透過液閥門是開放的。式下，液
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