Echèl-Desann ak Echèl-Ou teyori pou sistèm filtraj tanjansyèl koule (TFF)
Nan filtraj konvansyonèl mouri -, direksyon koule manje ki aliyen ak direksyon filtraj, sa ki fè li trè sansib a fòmasyon nan yon gato filtre oswa kouch jèl sou sifas manbràn an. Kòm filtraj ap kontinye, kouch nan depoze piti piti epesis, sa ki lakòz yon diminisyon nan to koule filtraj. Tanjansyèl filtraj koule (TFF) refere a yon pwosesis filtraj kote direksyon koule likid la pèpandikilè ak direksyon filtraj. Pandan TFF, likid la ap koule tanjansyèlman sou sifas manbràn la, sa ki lakòz fòs taye ki ede diminye depo solute sou manbràn an epi bese polarizasyon konsantrasyon an. TFF se lajman ki itilize nan pwodiksyon endistriyèl nan biopharmaceutique. Tipikman, yon sistèm TFF konsiste de yon rezèvwa manje, yon ponp peristaltik oswa ponp santrifujeur, yon kalib presyon inlet, yon kasèt manbràn, yon kalib presyon priz, yon valv backpressure, ak tib ki asosye ak kanalizasyon. Yon dyagram chema nan sistèm nan montre anba a.
Flux pèmeyatè ak koyefisyan tamize se de paramèt enpòtan nan pwosesis filtraj manbràn. Flux perméat defini kòm volim likid ki pase nan yon manbràn pou chak inite manbràn zòn pou chak inite tan. Koyefisyan tamizaj la se rapò konsantrasyon pwodwi sib nan pèmeyatè a ak sa ki nan retentat la. Lè w konpare sistèm filtraj tanjansyèl koule (TFF) nan diferan echèl, varyab eksperimantal yo dwe kontwole pou minimize entèferans. Kasèt manbràn yo ta dwe gen materyèl manbràn ki konsistan, koupe pwa molekilè (MWCOs) / gwosè pò yo, manifaktirè yo, ak estrikti ekran chanèl nan menm seri pwodwi a. Solisyon manje yo dwe gen konpozisyon ak konsantrasyon ki idantik, ak eksperyans yo ta dwe fèt nan kondisyon inifòm tanperati inisyal. Yon fwa ke kondisyon inisyal sa yo satisfè, pwosesis echèl -monte a ta dwe swiv twa prensip fondamantal: kenbe menm volim manje pou chak zòn manbràn inite a, menm pousantaj sizayman sifas manbràn, ak menm flux fonksyònman inisyal la. Anplis de sa, pwosesis dinamik konsantrasyon-dyafiltrasyon, eksperimantal verifye dinamik likid, ak devyasyon pyès ki nan konpitè sistèm dwe pran an kont. Mezi sa yo ede asire ke koule nan pèmeyatè ak koyefisyan tamize nan sistèm filtraj nan echèl diferan rete konsistan ke posib nan chak pwen tan.
Prensip 1: Kenbe menm volim manje trete pou chak zòn manbràn inite a
Flux perméat ak koyefisyan tamizaj la gen rapò ak pwopriyete intrinsèques manbràn la. Founi ke materyèl la manbràn, gwosè pò yo, ak estrikti ekran chanèl rete konsistan, reyalize flux konparab pèmeat ak pèfòmans tamize atravè filtè diferan gwosè mande pou kondisyon sifas manbràn yo (ki gen ladan depo gato ak degre nan polarizasyon konsantrasyon) yo rete esansyèlman konsistan nan tout tan. Pou reyalize nivo konparab nan fouling manbràn ak polarizasyon konsantrasyon, volim nan solisyon manje trete pou chak zòn manbràn inite yo dwe menm bagay la tou atravè sistèm filtraj nan echèl diferan, asepte konpozisyon manje ki idantik ak konsantrasyon. Se poutèt sa, rapò volim manje ak zòn manbràn dwe konsève atravè diferan gwosè filtre, asire yon volim manje ki konsistan trete pou chak zòn manbràn inite (L/m²).
Tanjansyèl filtraj koule (TFF) nan fabrikasyon biopharmaceutique tipikman enplike tou de ultrafiltrasyon (UF) pou konsantrasyon ak dyafiltrasyon (DF) pou echanj tanpon. Matche sèlman volim manje inisyal la pou chak zòn manbràn inite Se poutèt sa ensifizan. Kòm konsantrasyon ap kontinye, konsantrasyon manje a ak viskozite ogmante kontinyèlman, ki afekte degre nan polarizasyon konsantrasyon ak pousantaj nan fouling manbràn. An konsekans, faktè konsantrasyon volumetrik (VCF) dwe kenbe konsistan ant ti-echèl ak gwo-esè nan chak pwen. Pandan dyafiltrasyon, kantite volim dyafiltrasyon (DV) dwe egzakteman menm, paske li dirèkteman detèmine efikasite pou retire enpurte ki ba -molekilè-. Anplis de sa, tout kritè pwen final pwosesis -ki gen ladan volim retentat, konsantrasyon pwoteyin sib, maksimòm DV, ak papòt alam TMP-dwe transfere totalman soti nan modèl echèl-desann nan fabrikasyon total-.
Prensip 2: Kenbe menm Manbràn Sifas Taye To a
Nan endistri biopharmaceutique, pifò solisyon manje ki mande filtraj gen sibstans ki sou biyolojik aktif. Fòs yo taye egzèse pa likid la ap koule tankou dlo nan sifas la manbràn afekte pa sèlman fòmasyon gato ak polarizasyon konsantrasyon, men tou, aktivite a byolojik nan pwodwi a. Se poutèt sa, yo dwe kenbe to taye sifas manbràn miray ranpa a toujou ant ti -echèl ak gwo- echèl filtraj tanjansyèl koule (TFF) pandan operasyon eksperimantal.
An jeneral, kasèt manbràn gwo -echèl prezante kanal koule rektangilè ak ekran sipò trikote entegre. Kontrèman, jeyometri kanal koule ak konfigirasyon ekran ti -kasèt manbràn laboratwa yo diferan anpil ak kasèt pwodiksyon-echèl yo.
Repoze sèlman sou simulation enfòmatik likid dinamik (CFD) pou detèmine pousantaj taye miray ranpa ka prezante erè akòz sipozisyon modèl. Nan pratik, simulation CFD yo ta dwe valide kont gout presyon eksperimantal mezire (ΔP) ant inlet la kasèt manbràn ak priz. Gout presyon an atravè kanal koule retentat-bò a se yon endikatè jeni dirèk nan kondisyon taye. Pou kasèt manbràn ki nan menm seri pwodwi a, gout presyon kanal la (ΔP) ta dwe matche ant ti -echèl ak gwo- sistèm echèl. Yo ta dwe ajiste to sikilasyon an kòmsadwa pou pote pousantaj taye miray kasèt manbràn yo nan diferan echèl pi pre ke posib. Sepandan,pousantaj taye sifas manbràn ki konsistan pa nesesèman vle di ekspoze jeneral ki konsistan nan likid pwosesis la. Sistèm laboratwa ti -echèl jeneralman itilize ponp peristaltik, alòske sistèm pwodiksyon endistriyèl yo itilize prensipalman ponp santrifujeur. Ponp yo tèt yo ka prezante plis estrès taye ki ka domaje pwoteyin, viris, ak lòt materyèl byolojik. Pandan echèl -up, risk ki genyen nan agrégation pwodwi ak pèt aktivite byolojik ki te koze pa ponp-taye taye ki te pwovoke se poutèt sa dwe ak anpil atansyon evalye.
Prensip 3: Kenbe menm Flux Operasyon Inisyal la
Anba pwopriyete solisyon manje ki konsistan, karakteristik sifas manbràn, ak kondisyon fonksyònman, si koule inisyal la permeate se menm bagay la nan kondisyon filtraj ak sifas la manbràn evolye nan yon fason menm jan an, koule nan filtraj ki vin apre yo pral jeneralman rete konsistan. Malgre ke kasèt manbràn ki soti nan menm manifakti a, ak materyèl manbràn ki idantik ak gwosè pò yo, yo itilize anvan ak apre echèl -up, diferans ki genyen nan jeyometri kanal kasèt koule vle di ke rezistans filtraj jeneral nan sistèm yo ka pa egal. Lè rezistans filtraj diferan ant filtè diferan gwosè, diferan anviwònman presyon transmembrane (TMP) yo oblije reyalize menm flux pèmeat la.
Anjeneral, TMP defini kòm diferans ki genyen ant mwayèn presyon inlet ak debouche ak presyon bò kote permeate -. Piske filtè pèmeyatè ti -echèl ak gwo-filtè yo jeneralman ouvè a presyon atmosferik, presyon pèmeyatè a se 0 Pa (presyon kalib). Se poutèt sa, TMP kalkile kòm mwayèn presyon inlet ak priz. Valè sa a reprezante mwayèn TMP an jeneral atravè kasèt manbràn la. Sepandan, TMP varye nan espasyal sou kanal koule a, sa vle di TMP lokal la ka depase valè mwayèn. Pwosesis filtraj jeneralman opere nan youn nan de mòd kontwòl: konstan TMP oswa konstan flux. Konstan -Operasyon TMP yo souvan itilize pou ultrafiltrasyon pwoteyin. Pandan echèl-up, anviwònman TMP ki soti nan ti-esè yo pa ta dwe repwodui dirèkteman; olye de sa, pwen enfleksyon flux-TMP yo ta dwe itilize kòm yon referans. Operasyon konstan -flux yo souvan itilize nan mikrofiltrasyon ak pwosesis vektè viral. Pandan echèl -up, flux perméate a ta dwe priyorite kòm paramèt kontwole a, pandan y ap ta dwe etabli yon limit alam TMP siperyè tou.
Lè tout twa prensip yo satisfè, ansanm ak kondisyon inisyal ki konsistan, koule filtè ti -echèl ak gwo-echèl yo ta dwe teyorikman menm jan an nenpòt ki lè apre filtraj la kòmanse. Si pwofil flux permeate de sistèm yo idantik tout tan, tan filtraj total yo pral egal tou.
Twa prensip echèl-yo dekri pi wo a soti nan kondisyon filtraj ideyal yo. Nan echèl aktyèl pwosesis -up, sepandan, ki pa-devyasyon ideyal ki soti nan diferans ki genyen nan pyès ki nan konpitè ekipman yo dwe konsidere tou. Sa yo prensipalman enkli volim kenbe -, diferans nan konfigirasyon bouk resikilasyon ak tan rezidans materyèl, ak jenerasyon chalè ki te koze pa resikilasyon likid ak taye. Anplis de sa, teyori dekale sa a aplikab sèlman nan kasèt manbràn nan menm konfigirasyon ak seri pwodwi. Devyasyon siyifikatif nan relasyon echèl lineyè-uplè yo ka rive lè konfigirasyon modil manbràn lan chanje oswa lè yo trete gwo-viskozite, gwo-solid-kontni, oswa likid ki pa-Newtonian.
Paske kondisyon fonksyònman aktyèl yo ka raman satisfè tout sipozisyon teyorik parfe, ekwasyon teyorik pou kont yo pa ase pou reyalize dirèkteman transfè pwosesis. Se poutèt sa, yon seri kritè konplè dwe etabli pou evalye validite modèl echèl-desann lan. Lè w konpare pwofil flux-tan, koyefisyan tamize, pwodiksyon pwodwi, pèfòmans pou retire enpurte, ak atribi bon jan kalite kritik (CQAs)-ki gen ladan kontni total, nivo patikil, ak aktivite byolojik-nan sistèm filtraj diferan echèl, echèl -desann modèl la ka konsidere kòm reprezantatif ak konsistans sèlman nan tout echèl echèl ki serye nan tout pwosesis la demontre ke pèfòmans kle endikatè.
