实验室和工艺研发用切向流过滤技术简介(I)

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1、实验室&工艺研发用切向流过滤技术简介简介切向流过滤（TFF）是对生物分子进行快速、高效分离和纯化的技术，可广泛应用于免疫学、蛋白质化学、分子生物学、生物化学及微生物学等生物学领域。TFF可对10ml至数千升体积的样品进行浓缩和脱盐，也可以用于不同规格物质的分离、收获细胞悬液、澄清发酵液或细胞裂解液。本文将简单介绍TFF的基本原理及其在实验室和工艺研发中的应用。什么是切向流过滤？膜过滤是生命科学实验室广泛使用的分离技术，根据膜的孔径，可以分为微滤和超滤。微滤膜孔径一般在0.1μm-10μm之间，常用于澄清、除菌、微粒的去除以及细胞收获。超滤膜的孔径一般在0.001-0.

2、1μm之间，常用于可溶性分子（包括蛋白质、多肽、核酸、碳水化合物及其它生物分子）的脱盐和浓缩、缓冲液置换以及分馏操作，超滤膜的规格一般采用截留分子量（MWCO）来标称。微滤和超滤都有两种主要的过滤模式：1）直流过滤（DFF），也称为“死端”过滤，进样液流垂直于膜表面，液体100%穿过膜；2）切向流过滤（TFF），也称为错流过滤，进样液流平行于膜表面，部分料液穿过膜（滤液），其余料液（回流液）循环回到进样容器。在DFF中，随着过滤的进行，大分子逐渐聚积在膜表面，并堵塞膜孔，降低过滤通量，即使增加压力，也只能将聚积层压紧，而不能改善过滤状态。在TFF中，沿膜表面流动的料液

3、会将膜表面由于浓差极化而形成的凝胶层“扫掠”清除，从而维持膜的过滤状态，保证小分子通过。所以，相比DFF，TFF更加快速、高效。如下图所示，直流过滤过程中，进样液流直接穿过膜，比膜孔大的分子聚积在膜表面，形成凝胶，阻碍液流通过。随着过滤体积的增加，凝胶层逐渐增厚，流速迅速降低。切向流过滤过程中，样品溶液从进样通道进入，沿膜表面流动通过。切向流模式可防止分子在膜表面聚积而造成堵塞，从而减缓过滤流速的衰减，显著提高单位膜表面积的样品处理量。图1.切向流过滤VS.直流过滤SpectrumLaboratories,INC.为什么要使用切向流过滤？1.TFF设置、使用简单——通

4、过软管和接头将TFF装置简单地连接到泵及压力监测设备，再将样品加载到容器，即可进行操作。2.TFF快速、高效——相比透析，TFF设置更加简单，也更快速；而与离心相比，TFF可在更短的时间内达到更高的样品浓度。3.可在单个系统内实现两步操作——可在同一个系统内对样品进行浓缩和洗滤，既节省时间，也可避免样品损耗。4.TFF可规模放大或缩小——TFF装置和流路构建可根据需要进行规模调整，处理样品体积低可至10ml，高可达数千升。5.TFF非常经济——TFF装置和流路可清洗再生并重复使用，只需进行简单的完整性测试，并确认组件及密封完好。也可单次使用后作抛弃型处理。切向流过滤能

5、做什么？1.蛋白质和多肽浓缩、脱盐2.核酸（DNA/RNA/核苷酸）浓缩、脱盐3.从细胞培养液中回收、纯化抗体或重组蛋白4.从细胞裂解液中回收、纯化质粒DNA或从全血中回收染色体DNA5.分馏稀释蛋白质混合液6.细胞裂解液或组织匀浆净化7.水、缓冲液及注射剂除热源（去除内毒素）8.柱层析样品制备9.细胞收获10.病毒回收或去除应用TFF的主要应用包括浓缩、洗滤（脱盐和换液）以及不同规格生物分子的分馏。此外，TFF也可用于发酵液、细胞培养液的澄清。浓缩浓缩是指从溶液中去除溶剂而保留溶质分子的简单过程。溶质浓缩的程度与溶液体积的降低呈正比，如体积降低一半，浓度即增加一倍。

6、进行样品浓缩时，所选超滤膜的MWCO需极低于目标截留分子的分子量，这样才能保证目标分子的完整截留和高度回收。一般情况下，膜的MWCO可以选择为目标截留分子分子量的1/3-1/6。如果过滤通量或处理时间是主要考虑的因素，那么可选择MWCO为目标截留分子分子量1/3的膜，以获得更高的流速；如果需要获得较高的收率，则可以选择MWCO为目标截留分子分子量1/6的膜。过滤器与系统安装完备后，即可运行系统。推荐先用纯水冲洗系统，并测试过滤器的水通量和完整性。添加待处理料液，进行错流进样，监测进样和回流压力，收集回流液（或滤液）即可。当达到所需的浓度后，停止运行，回收样品或开始洗滤

7、。SpectrumLaboratories,INC.洗滤洗滤实际上是一个分馏过程，小分子通过膜被漂洗掉，而大分子被截留在回流液中且不改变其终浓度。洗滤操作可用于清除盐离子或进行缓冲液置换，也可以用于清除乙醇或其它小分子溶剂或添加剂。洗滤可以按不同的模式进行。在连续型洗滤中，洗滤溶液（纯水或缓冲液）连续补加到进样容器，其速率与滤液流出的速率相同。在这种模式中，进样容器中样品的体积保持恒定，而小分子（如盐离子）可自由渗透通过膜而被去除。比如在脱盐过程中，每添加1体积的洗滤溶液（1体积为洗滤溶液未添加时的样品的体积），盐离子浓度约可降低一半。在连续型洗滤中