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導讀

切向流過濾的發展起源于18世紀中期,下面由意凱乳化機為大家介紹一下!1748年,Schmidt用棉花膠膜或瑯膜分濾溶液,當施加一定壓力時,溶液(水)透過膜,而蛋白質、膠體等物質則被截留下來,其過濾精度遠遠超過濾紙,于是他提出“超濾”一語;1896年,第一張人工超濾膜的問世標志著現代超濾的開始,它提出了分子量級的概念;20世紀70年代和80年代是超濾技術的高速發展期;20世紀90年代后期,超濾技術趨于成熟。我國對該項技術研究較晚,20世紀70年代尚處于研究開始階段,80年代末才進入工業化生產和應用階段。

現代超濾多以切向流過濾的形式進行,超濾屬于壓力驅動型膜分離技術,主要用于去除液體中微粒、膠體、熱原和各種有機物等雜質。超濾具有相態不變、無需加熱,能量消耗低等特點,本節也將重點闡述切向流過濾技術。

切向流過濾簡介

切向流過濾(Tangentialflowfiltration)是制藥工藝中常用的一種過濾操作方式,廣泛應用于澄清過濾、產物濃縮、除熱原、除小分子雜質、脫鹽和緩沖液置換等,圖2.84是切向流過濾與常規過濾的原理比較。

常規過濾與切向流過濾

圖2.84常規過濾與切向流過濾

常規過濾(Normalflowfiltration,NFF)是指在壓力的作用下,液體直接穿過濾膜進入下游,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。在常規過濾操作方式下,液體的流動方向垂直于膜表面,所以也有人稱之為“死端過濾”(Deadendfiltration)。常規過濾的應用包括澄清過濾、除菌過濾和除病毒過濾等。

切向流過濾的具體定義

切向流過濾是指液體的流動方向平行于膜表面,在壓力的作用下只有一部分的液體穿過濾膜進入下游,這種操作方式也被稱之為“錯流過濾”(Crossflowfiltration)。切向流在過濾過程中對膜包的表面進行不停的“沖刷”,有效緩解了大的顆粒和分子在膜上的堆積,這就使得該操作模式在很多應用中具有獨特的優勢。切向流過濾膜的孔徑采用膜標定分子量(NMWL)來進行標定,比膜標定分子量大的顆粒將被截留。不同的超濾膜生產廠家,膜標定分子量的標準不同。需要特別指出的是,溶質的形狀、可壓縮性以及與溶液中其他物質的相互作用,都會影響膜對溶質的截留性,因此,膜在截留大部分比其膜標定分子量大的溶質時,也會截留一部分比其膜標定分子量小的溶質。

典型切向流過濾流道示意圖

圖2.85典型的超濾系統示意圖

過濾的分類

從濾膜的截留孔徑進行分類,可以將過濾分為澄清過濾、微濾、超濾和反滲透等。將不同孔徑的濾膜采用切向流的操作方式進行過濾,即可稱之為切向流微濾和切向流超濾等。圖2.85為典型的超濾系統示意圖,該系統包括泵、膜與夾具、儲罐、連接管件、閥門和壓力表等。在切向流過濾系統中,用泵輸送液體,當液體流過膜表面時,在壓力的作用下一部分液體會透過膜流到下游,這樣從流道的中間到膜表面產品濃度梯度逐漸增大;同樣,在流道的進口到回流液的出口之間由于不斷地有液體透過膜,所以也存在濃度梯度,如此循環下去,樣品罐中產品的濃度會逐漸提高。

切向流過濾的早期應用

早期的切向流過濾主要應用于廢水和污水處理,隨著切向流過濾技術的發展,如今已被廣泛應用于食品工業、飲料工業、乳品工業、生物醫藥、化工、中藥制劑、臨床醫學、印染廢水、食品工業廢水處理、資源回收以及環境工程等各個領域。切向流過濾在生物制藥領域的應用主要包括:

  1. 澄清,如分離細胞、細胞碎片(細胞收集、細胞去除);
  2. 濃縮,如產品濃縮,去除水或緩沖溶液;
  3. 脫鹽;
  4. 緩沖溶液的置換,如色譜分離前后緩沖液體系的改變;
  5. 除熱原,如中藥注射劑的熱原去除;
  6. 分離與純化,如分離蛋白質、多肽、多糖、病毒、內毒素顆粒、核酸和抗體等。

圖2.86是一個典型的切向流過濾操作步驟。

典型的切向流過濾操作步驟

圖2.86典型的切向流過濾操作步驟

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