Při výběru systému filtrace s tangenciálním průtokem (TFF) bychom měli použít kazetu s dutým vláknem nebo plochou kazetovou membránu?

Tangenciální průtoková filtrace (TFF) je široce používána v biofarmaceutickém i chemickém farmaceutickém zpracování jako klíčová technologie pro výměnu pufrů a čištění. Ze všech procesních komponent je zvláště kritický výběr membránové kazety nebo modulu s dutými vlákny

 

Nejprve krátký úvod do modulů z dutých vláken a membránových kazet:

Modul dutých vláken:
Napájecí roztok proudí axiálně skrz lumen dutých vláken, zatímco permeát prochází radiálně skrz stěnu membrány.

Membránová kazeta:
Vícenásobné ploché-membrány jsou naskládány dohromady, obvykle odděleny síty nebo průtokovými vložkami, které vytvářejí tangenciální průtokové kanály pro zlepšení přenosu hmoty.

 

1. Porovnání klíčových výkonnostních parametrů

A. Efektivita toku / přenosu hmoty (rychlost zpracování)

Membránové kazety obecně dosahují vyššího toku a kratších časů zpracování.
Struktura rozpěrky/síta vytváří turbulence na povrchu membrány, čímž snižuje tvorbu gelové vrstvy a zlepšuje účinnost přenosu hmoty a celkový výkon toku.

Moduly z dutých vláken obvykle poskytují mírně nižší, ale stabilnější tok.
Jejich otevřené průtokové kanály snižují hydraulický odpor, takže jsou méně náchylné k náhlému znečištění při zpracování vysoko{0}}pevných nebo vysoce{1}}viskózních vstupních proudů.

Příklad případu:
Při UF/DF zpracování LNP-mRNA studie ukázaly, že za identických podmínek TMP (méně než nebo rovných 5 psi) a parametrů podávání vykazovaly membránové kazety významně vyšší tok, zatímco moduly s dutými vlákny nabízely nižší smyk, ale mírně sníženou propustnost.

B. Smyková síla (dopad na částice, viry a biomolekuly)

Moduly z dutých vláken jsou obecně považovány za šetrnější.
Jejich otevřený-kanálový design znamená, že smyk se řídí hlavně standardním chováním ve tvaru trubek a lze jej kvantitativně řídit prostřednictvím průtoku a vnitřního průměru vlákna, takže jsou vhodné pro materiály-citlivé na smyk.

Membránové kazety zavádějí další smyk díky struktuře distanční vložky.
Ačkoli to zlepšuje přenos hmoty, může to také zvýšit lokalizované smykové napětí.

C. Odolnost proti znečištění / manipulace s vysokými pevnými látkami a vysokou viskozitou

Moduly z dutých vláken vykazují jasnější výhody při zpracování materiálů s vysokým-pevným{1}}obsahem nebo viskózních materiálů.

Otevřená dráha toku snižuje odpor tekutiny a pomáhá udržovat stabilní tok za náročných podmínek podávání.

Membránové kazety jsou obecně vhodnější pro aplikace s nízkým{0}}až{1}}středním obsahem pevných látek, kde je prioritou vysoká propustnost a rychlejší zpracování.
Jejich vylepšený design přenosu hmoty může poskytnout vysoký výkon, ačkoli velmi viskózní systémy nebo systémy s vysokým{0}}pevným obsahem mohou zaznamenat rychlejší pokles toku v závislosti na materiálu membrány, MWCO/velikosti pórů a podmínkách procesu.

D. Pokles tlaku a provozní okno (TMP a tlak podávání)

V systémech s dutými vlákny lze tlakovou ztrátu a smyk řídit průměrem vlákna, délkou vlákna a rychlostí příčného toku.
Menší průměr vláken zvyšuje smyk, zatímco delší dráhy proudění zvyšují tlakovou ztrátu.

V praxi se systémy TFF s dutými vlákny běžně navrhují a zvětšují pomocí výpočtů-založených na TMP.

E. Koncentrační faktor, obnovovací rychlost a{1}}zvýšení objemu

Membránové kazety jsou často výhodnější pro aplikace s vysokou{0}}koncentrací a faktory s vysokou koncentrací.

Zkušenosti z průmyslu naznačují, že membránové kazety nabízejí kompaktnější strukturu, lepší odolnost vůči tlaku, vyšší schopnost koncentrace a často vyšší výtěžnost produktu ve srovnání se systémy s dutými vlákny.

Moduly s dutými vlákny mohou mít větší objemy{0}}záchytu v závislosti na konstrukci modulu a konfiguraci systému, což může být kritičtější při zpracování malých sérií vysoce hodnotných materiálů.

F. Spolehlivost a životnost: Přerušení vlákna vs. údržba

Jedním z potenciálních rizik systémů dutých vláken je lámání vlákna a strukturální křehkost.
Praktické zkušenosti ukázaly, že dutá vlákna se mohou občas zlomit a určité struktury pórů (např. struktury podobné prstům) mohou být náchylnější k poškození.

Membránové kazety také vyžadují řádnou údržbu, ale jejich životnost může být při vhodném čištění a skladování poměrně dlouhá.
Je důležité zabránit vysychání membrány a po znečištění ji rychle regenerovat.

G. Jednorázové-použití, sterilita a zvýšení{2}}

Moduly z dutých vláken na jedno{0}}použití jsou stále oblíbenější, protože se obvykle dodávají předem-močené, gama sterilizované a připravené k použití, což výrazně snižuje požadavky na ověřování čištění.
Lze je také efektivně škálovat od laboratorního vývoje až po plnohodnotnou{0}}výrobu.

Zvětšit-logiku:
Jak moduly z dutých vláken, tak membránové kazety lze zvětšit zvětšením povrchu membrány nebo paralelním provozem více jednotek. Dokumentace k produktu z dutých vláken také zdůrazňuje, že je k dispozici více velikostí, což umožňuje přímočaré škálování-od laboratorního až po výrobní měřítko.

 

2. Srovnávací tabulka výběru

 

Rozměr kazety s dutým vláknem