平板膜包和中空纤维柱作为切向流过滤的核心组件，是决定切向流工艺性能的核心因素。关于切向流工艺中选择平板膜包还是中空纤维柱，总是有不同的看法。为此，我们不妨从探讨膜包和中空纤维柱的结构开始，了解一下二者各自的特点，从而帮助在工艺中更快的找到优选方案。
膜的组成材料
膜是组成膜包和中空纤维柱的核心，膜材料和结构对工艺性能有重要影响。在结构上，超滤膜主要以各向异性上下两层不对称膜为主。下层为多孔支撑层，多数为聚烯烃材质。膜包主要有海绵孔和手指孔两种。海绵孔上下均匀，可以承受一定背压；手指孔上小下宽，可以提高通量。而微滤膜则主要以对称膜为主。
超滤膜的上层为非常薄的近似“皮肤”的截留层，号称皮层（2-8微米左右），主要起分子拦截作用，为了增强纤维强度，中空纤维柱的皮层更厚。皮层材料主要有亲水改性聚醚砜、聚砜、纤维素等。聚（醚）砜膜有更好的机械性能，更高的耐温效果。为了保证纤维的强度，中空纤维柱更多的采用聚砜或者聚醚砜材料。纤维素膜材具有天然的亲水性，表现出比聚醚砜膜更低的蛋白吸附及抗污堵能力，适合高浓度样品的处理。另外，纤维素膜对有机溶剂的兼容性也更好。例如对DMA、DMSO、乙腈等有机溶剂的耐受性。
膜包和中空纤维的结构差别
平板膜包的设计通过一张张平面的膜堆叠起来以增加过滤面积，液体样品在膜的表面流动。为了增加传质效率，在膜与膜之间增加了筛网结构。筛网与滤膜之间的位置和筛网的粗细对于液体样品的传质效果有明显影响。普通筛网或者精细筛网有更高的传质效率，从而有更高的透过转化效率，比较适合中低浓度的样品。筛网提供的湍流也可以有效减缓凝胶层的过早出现，从而提高过滤效率。但筛网的存在也增加了对样品的剪切力。
中空纤维柱通过一根根细长开口的纤维丝并联一起，增加过滤膜的面积。样品在开放的中空纤维丝中流动，由内向外透过。开放的流道，是中空纤维的主要特点，相对较低的剪切力是中空纤维的主要优势。没有类似平板膜包中筛网对流体力学的复杂影响，中空纤维的剪切力主要受流速和纤维半径的影响，从而能够依据流速和纤维半径大致判断剪切力的范围，对剪切力敏感的样品提供参考或者测试样品对于剪切力的敏感程度。可见纤维的粗细（内径）对于工艺性能也有重要影响，内径越小剪切力越大。
剪切力=4Q/nπr3(Q-切向流速，n-纤维管数量，r-纤维管内径)
另外，中空纤维的长度也有更多选择，从20 cm到120 cm不等。管路越长压降越大，但浓缩倍数也能相应提高。
平板膜包还是中空纤维？
从膜包和中空纤维的结构差异，我们可以看出，在应用上各有特点。比如，用于细胞培养灌流、用于细胞澄清、菌体收集及菌体破碎液的澄清、用于病毒颗粒收集和纯化、用于胰岛素晶体的收集、用于脂质体及其它对剪切力敏感的样品处理时，中空纤维柱的使用比较普遍。开放流道同时也利于降低样品前行的阻力，从而也适用于高固含量及粘度较高的样品。而如果样品对剪切力不敏感，膜包的筛网有助于提高传质效率，从而提高过滤通量和速度，包括样品的浓度。所以在抗体、重组蛋白、疫苗及血液制品下游工艺中，膜包的应用很普遍。此外，在使用操作和环境上，二者也有区别。中空纤维柱可以提供高压灭菌，在线蒸汽灭菌 (SIP) 以及预灭菌产品，满足无菌工艺需求。
当然，影响工艺的因素是综合的。实际生产中的选择只能是以综合的实验结果作为结论，而理论更多的是作为选择的参考，帮助更快的找到能满足工艺要求的方案。
Cytiva+Pall，切向流工艺完整解决方案
T系列Omega聚醚砜 (PES) 膜包，具有1 KD、3 KD、5 KD、10 KD、30 KD、70 KD、100 KD、300 KD等不同截留分子量的选择， 过滤膜为不对称膜层结构，上层为过滤皮层，下层为多孔支撑层。这种膜材结构在提高孔隙率和透过效率的同时，保证了膜的强度，并且易于清洗。膜面积50 cm2、100 cm2、200 cm2、0.1 m2、0.5 m2、2.5 m2。
T系列Delta再生纤维素膜包因其固有的亲水性特点，表现出极低的蛋白吸附和低污堵特性，滤速稳定以及回收率高。截留膜为不对成致密海绵孔结构。纤维素膜还具有良好的有机溶剂耐受性。可兼容DMSO (20%) ，DMA (20%) ，CAN (20%) 等有机溶剂。
Cytiva中空纤维柱，包括适用于小量样品的MidGee系列和中试放大及商业化生产的MaxCell系列。具有1 KD、3 KD、5 KD、10 KD、30 KD、70 KD、100 KD、300 KD、500 KD、750 KD等不同截留分子量选择。滤膜为不对称海绵孔结构，中空纤维丝直径有0.25 mm、0.50 mm、0.75 mm、1.00mm等。长度有30 cm、60 cm、110 cm，面积从16 cm2-28 m2。相同纤维孔径和长度的产品，都具有从实验室规格到商业化生产的规格，具有很好的放大扩展性。为了满足无菌生产环境，可以使用可高压灭菌、在线灭菌 (SIP) 产品、以及一次性预灭菌产品ReadyToProcess。
单向切向流过滤 (SPTFF) ，作为Pall专利技术，与传统TFF过滤相比，单向切向流通过串联多级膜包，利用空间换时间，料液仅一次通过工作泵和膜包，样品无需经过反复循环，加料罐没有滋生泡沫的困扰，从而有效减少样品受到剪切力的影响。
SPTFF采用更低的进口流速，因而SPTFF过滤可以采用更小管路和工作泵，具有更小的死体积和更高的回收率 (>98%) 。另一个非常显著的特点是最终的顶洗，SPTFF采用更小的顶洗体积和更少的顶洗次数，因此，SPTFF技术可以获得更高的浓缩倍数。在抗体或血液制品高浓制剂的工艺中，可以更为稳定地实现最终蛋白浓度大于200 g/L的浓缩要求。
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