Prilikom odabira sistema filtracije tangencijalnog protoka (TFF), treba li koristiti kartušu od šupljih vlakana ili membranu kasete s ravnim listom?
Filtracija tangencijalnog protoka (TFF) se široko koristi u biofarmaceutskoj i hemijskoj farmaceutskoj obradi kao ključna tehnologija za razmjenu pufera i prečišćavanje. Među svim procesnim komponentama, izbor membranske kasete ili modula šupljih vlakana je posebno kritičan
Prvo, kratak uvod u module sa šupljim vlaknima i membranske kasete:
Modul šupljih vlakana:
Dovodna otopina teče aksijalno kroz lumen šupljih vlakana, dok permeat radijalno prolazi kroz zid membrane.
Membranska kaseta:
Više ravnih{0}}membrana su složene zajedno, obično odvojene ekranima ili odstojnicima za protok koji stvaraju tangencijalne kanale protoka kako bi se poboljšao prijenos mase.
1. Poređenje ključnih parametara performansi
A. Efikasnost fluksa / prijenosa mase (brzina obrade)
Membranske kasete općenito postižu veći protok i kraće vrijeme obrade.
Struktura odstojnika/ekrana stvara turbulenciju na površini membrane, smanjujući formiranje sloja gela i poboljšavajući efikasnost prijenosa mase i ukupne performanse fluksa.
Moduli sa šupljim vlaknima obično pružaju nešto niži, ali stabilniji fluks.
Njihovi otvoreni kanali protoka smanjuju hidraulički otpor, čineći ih manje sklonim iznenadnom prljanju pri obradi tokova visoko{0}}čvrstih ili-čvrstih tokova visokog viskoziteta.
Primjer slučaja:
U UF/DF obradi LNP-mRNA, studije su pokazale da su pod identičnim TMP uslovima (manjim ili jednakim 5 psi) i parametrima napajanja, membranske kasete pokazale značajno veći fluks, dok su moduli sa šupljim vlaknima nudili niže smicanje, ali neznatno smanjeni protok.
B. Sila smicanja (uticaj na čestice, viruse i biomolekule)
Moduli sa šupljim vlaknima općenito se smatraju nježnijim.
Njihov dizajn otvorenog-kanala znači da smicanje uglavnom prati standardno ponašanje u cjevastom toku i može se kvantitativno kontrolisati kroz brzinu protoka i unutrašnji prečnik vlakana, što ih čini pogodnim za materijale osjetljive na smicanje-.
Membranske kasete uvode dodatno smicanje zbog strukture odstojnika.
Iako ovo poboljšava prijenos mase, također može povećati lokalizirano posmično naprezanje.
C. Otpornost na zarastanje / rukovanje visokim čvrstim materijama i visokim viskozitetom
Moduli sa šupljim vlaknima pokazuju jasnije prednosti prilikom obrade materijala visokog{0}}čvrstog{1}}sadržaja ili viskoznih materijala.
Otvoreni put protoka smanjuje otpor fluida i pomaže u održavanju stabilnog protoka u zahtjevnim uvjetima napajanja.
Membranske kasete su općenito prikladnije za aplikacije sa malo-do-srednje krute tvari gdje su prioritet visoka propusnost i brža obrada.
Njihov poboljšani dizajn prijenosa mase može pružiti jake performanse, iako vrlo viskozni ili visoko{0}}čvrsti sistemi mogu doživjeti brži pad protoka u zavisnosti od materijala membrane, MWCO/veličine pora i uslova procesa.
D. Pad pritiska i radni prozor (TMP i pritisak uvlačenja)
U sistemima sa šupljim vlaknima, pad pritiska i smicanje se mogu kontrolisati preko prečnika vlakana, dužine vlakana i brzine protoka.
Manji prečnici vlakana povećavaju smicanje, dok duži putevi protoka povećavaju pad pritiska.
U praksi se TFF sistemi sa šupljim vlaknima obično dizajniraju i povećavaju korištenjem proračuna zasnovanih na TMP-u.
E. Faktor koncentracije, stopa oporavka i obujam{1}}oporavka
Membranske kasete su često povoljnije za aplikacije visoke{0}}koncentracije i faktora visoke koncentracije.
Industrijsko iskustvo sugerira da membranske kasete nude kompaktniju strukturu, bolju otpornost na pritisak, veću sposobnost koncentracije i često veći oporavak proizvoda u poređenju sa sistemima sa šupljim vlaknima.
Moduli sa šupljim vlaknima mogu imati veće količine zadržavanja-u zavisnosti od dizajna modula i konfiguracije sistema, što može biti kritičnije kada se obrađuju male serije materijala visoke{1}}vrijednosti.
F. Pouzdanost i vijek trajanja: lomljenje vlakana naspram održavanja
Jedan potencijalni rizik od sistema šupljih vlakana je lomljenje vlakana i krhkost strukture.
Praktično iskustvo je pokazalo da se šuplja vlakna povremeno mogu lomiti, a određene strukture pora (kao što su strukture poput prstiju{0}}) mogu biti podložnije oštećenju.
Membranske kasete također zahtijevaju odgovarajuće održavanje, ali njihov vijek trajanja može biti prilično dug uz odgovarajuće postupke čišćenja i skladištenja.
Važno je izbjeći isušivanje membrane i regenerirati membranu odmah nakon prljanja.
G. Jedno-upotreba, sterilnost i povećanje{2}}
Jednokratni-moduli od šupljih vlakana su sve popularniji jer se obično isporučuju prethodno-navlaženi, gama sterilizirani i spremni za upotrebu, što značajno smanjuje zahtjeve za validaciju čišćenja.
Također se mogu efikasno skalirati od laboratorijskog razvoja do-proizvodnje u punoj mjeri.
Logika{0}}povećavanja:
I moduli sa šupljim vlaknima i membranske kasete mogu se povećati povećanjem površine membrane ili paralelnim radom više jedinica. Dokumentacija o proizvodima od šupljih vlakana također naglašava da je dostupno više veličina, što omogućava jednostavno povećanje-od laboratorijske do proizvodne razmjere.
2. Tabela za poređenje odabira
Dimenzije kasete sa šupljim vlaknima
