هنگام انتخاب یک سیستم فیلتراسیون جریان مماسی (TFF)، آیا باید از یک کارتریج فیبر توخالی یا یک غشای کاست صفحه تخت استفاده کنیم؟

فیلتراسیون جریان مماسی (TFF) به طور گسترده در پردازش دارویی بیودارویی و شیمیایی به عنوان یک فناوری کلیدی برای تبادل بافر و تصفیه استفاده می شود. در میان تمام اجزای فرآیند، انتخاب کاست غشایی یا ماژول فیبر توخالی بسیار مهم است.

 

ابتدا، مقدمه ای کوتاه بر ماژول های فیبر توخالی و کاست های غشایی:

ماژول فیبر توخالی:
محلول تغذیه به صورت محوری از طریق مجرای الیاف توخالی جریان می یابد، در حالی که تراوش به صورت شعاعی از دیواره غشاء عبور می کند.

کاست غشایی:
چند غشاء ورق مسطح روی هم چیده شده‌اند که معمولاً توسط صفحه‌ها یا جداکننده‌های جریان از هم جدا می‌شوند که کانال‌های جریان مماسی را برای افزایش انتقال جرم ایجاد می‌کنند.

 

1. مقایسه پارامترهای کلیدی عملکرد

الف. شار / راندمان انتقال جرم (سرعت پردازش)

کاست های غشایی به طور کلی شار بالاتر و زمان پردازش کوتاه تری دارند.
ساختار اسپیسر/صفحه نمایش، آشفتگی در سطح غشاء ایجاد می کند، تشکیل لایه ژل را کاهش می دهد و راندمان انتقال جرم و عملکرد کلی شار را بهبود می بخشد.

ماژول های فیبر توخالی معمولاً شار کمی کمتر اما پایدارتر ارائه می دهند.
کانال‌های جریان باز آن‌ها مقاومت هیدرولیکی را کاهش می‌دهند، و باعث می‌شوند هنگام پردازش جریان‌های خوراک-جامد یا بالا{1}}در معرض رسوب ناگهانی نباشند.

مثال موردی:
در پردازش UF/DF mRNA-LNP، مطالعات نشان داده‌اند که تحت شرایط TMP یکسان (کمتر یا مساوی 5 psi) و پارامترهای تغذیه، کاست‌های غشایی شار قابل‌توجهی بالاتری از خود نشان می‌دهند، در حالی که ماژول‌های فیبر توخالی برش کمتری را ارائه می‌دهند اما توان عملیاتی را اندکی کاهش می‌دهند.

ب. نیروی برشی (تاثیر بر ذرات، ویروس ها و زیست مولکول ها)

ماژول های فیبر توخالی به طور کلی ملایم تر در نظر گرفته می شوند.
طراحی کانال باز آنها به این معنی است که برش عمدتاً از رفتار جریان لوله‌ای استاندارد پیروی می‌کند و می‌توان آن‌ها را از طریق سرعت جریان و قطر داخلی الیاف از نظر کمی کنترل کرد و آنها را برای مواد حساس به برش{1}} مناسب می‌سازد.

کاست های غشایی به دلیل ساختار اسپیسر برش اضافی ایجاد می کنند.
اگرچه این انتقال جرم را بهبود می بخشد، اما ممکن است تنش برشی موضعی را نیز افزایش دهد.

ج. مقاومت در برابر رسوب / رسیدگی به مواد جامد بالا و ویسکوزیته بالا

ماژول‌های فیبر توخالی مزایای واضح‌تری را هنگام پردازش مواد-جامد-یا چسبناک نشان می‌دهند.

مسیر جریان باز مقاومت سیال را کاهش می‌دهد و به حفظ شار پایدار در شرایط تغذیه سخت کمک می‌کند.

کاست‌های غشایی عموماً برای برنامه‌هایی با مواد جامد کم-تا-مناسب‌تر هستند که در آن توان عملیاتی بالا و پردازش سریع‌تر اولویت دارند.
طراحی پیشرفته انتقال جرم آنها می‌تواند عملکرد قوی ارائه دهد، اگرچه سیستم‌های بسیار چسبناک یا جامد{0}بالا ممکن است بسته به مواد غشایی، اندازه MWCO/منافذ و شرایط فرآیند کاهش شار سریع‌تری را تجربه کنند.

D. افت فشار و پنجره عملیاتی (TMP و فشار تغذیه)

در سیستم های فیبر توخالی، افت فشار و برش را می توان از طریق قطر فیبر، طول الیاف و سرعت جریان متقاطع کنترل کرد.
قطر الیاف کوچکتر باعث افزایش برش می شود، در حالی که مسیرهای جریان طولانی تر افت فشار را افزایش می دهند.

در عمل، سیستم‌های TFF فیبر توخالی معمولاً با استفاده از محاسبات مبتنی بر TMP- طراحی و مقیاس‌بندی می‌شوند.

E. ضریب تمرکز، نرخ بازیابی، و افزایش صدا-

کاست های غشایی اغلب برای کاربردهای{0} غلظت بالا و فاکتورهای غلظت بالا سودمندتر هستند.

تجربه صنعت نشان می دهد که کاست های غشایی ساختار فشرده تر، مقاومت در برابر فشار بهتر، قابلیت غلظت بالاتر و اغلب بازیابی محصول بالاتر در مقایسه با سیستم های فیبر توخالی ارائه می دهند.

بسته به طراحی ماژول و پیکربندی سیستم، ماژول‌های فیبر توخالی ممکن است حجم‌های نگه‌داری- بزرگ‌تری داشته باشند، که می‌تواند هنگام پردازش دسته‌های کوچک مواد-با ارزش، حیاتی‌تر باشد.

F. قابلیت اطمینان و عمر سرویس: شکست فیبر در مقابل تعمیر و نگهداری

یکی از خطرات احتمالی سیستم های فیبر توخالی شکستن الیاف و شکنندگی ساختاری است.
تجربه عملی نشان داده است که الیاف توخالی می‌توانند گهگاه بشکنند، و ساختارهای منافذ خاصی (مانند ساختارهای{0}}شبیه انگشت) ممکن است بیشتر مستعد آسیب باشند.

کاست های غشایی نیز به نگهداری مناسب نیاز دارند، اما عمر مفید آنها با روش های مناسب تمیز کردن و ذخیره سازی می تواند بسیار طولانی باشد.
مهم است که از خشک شدن غشاء جلوگیری شود و پس از رسوب غشاء را به سرعت بازسازی کنید.

G. تک-استفاده، عقیم سازی و مقیاس-بالا

ماژول‌های فیبر توخالی یک‌بار-به‌طور فزاینده‌ای محبوب هستند، زیرا معمولاً از قبل خیس‌شده، گاما استریل شده و آماده استفاده می‌شوند، که به طور قابل‌توجهی الزامات اعتبارسنجی تمیز کردن را کاهش می‌دهد.
همچنین می‌توان آنها را از توسعه آزمایشگاهی تا تولید{0}در مقیاس کامل مقیاس‌بندی کرد.

مقیاس-منطق:
هم ماژول های فیبر توخالی و هم کاست های غشایی را می توان با افزایش سطح غشاء یا کارکردن چندین واحد به صورت موازی بزرگ کرد. مستندات محصول فیبر توخالی همچنین تاکید می‌کند که چندین اندازه در دسترس است، که مقیاس ساده-از مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس تولید را امکان‌پذیر می‌سازد.

 

2. جدول مقایسه انتخاب

 

کاست فیبر توخالی ابعاد