Principio e applicazione della tecnologia di filtrazione a flusso tangenziale

La filtrazione a flusso tangenziale è un metodo efficace per concentrare e dissalare da 10 ml a migliaia di litri di soluzione campione. Può essere utilizzato per separare grandi biomolecole da piccole biomolecole, catturare sospensioni cellulari e chiarificare brodo di fermentazione e lisati cellulari. Il TFF può essere applicato a una vasta gamma di applicazioni, tra cui la chimica delle proteine, la biologia molecolare, l'immunologia, la biochimica e la microbiologia. Questo documento si concentrerà sul principio, sui parametri principali e sull'applicazione della tecnologia di filtrazione a flusso tangenziale.

Come scegliere un adeguato sistema di filtrazione a flusso tangenziale

TFF è la filtrazione a flusso tangenziale, che è un processo di separazione della membrana guidato dalla pressione in base alla dimensione molecolare. Con TFF, la miscela del campione non è forzata attraverso un unico percorso per passare attraverso la membrana come la filtrazione DC. Invece, il fluido circola tangenzialmente attraverso la superficie della membrana più volte. Questo comportamento "spazzante" causato dalla pressione applicata riduce l'accumulo di campioni iniziali sulla superficie della membrana. Le molecole bersaglio con peso molecolare maggiore di quello intercettato dalla membrana sono state mantenute, ma le piccole molecole e il tampone sono passati attraverso la membrana. La filtrazione a flusso tangenziale è un metodo efficace per concentrare e dissalare da 10 ml a migliaia di litri di soluzione campione. Può essere utilizzato per separare grandi biomolecole da piccole biomolecole, catturare sospensioni cellulari e chiarificare brodo di fermentazione e lisati cellulari. Il TFF può essere applicato a una vasta gamma di applicazioni, tra cui la chimica delle proteine, la biologia molecolare, l'immunologia, la biochimica e la microbiologia. Questo documento si concentrerà sul principio, sui parametri principali e sull'applicazione della tecnologia di filtrazione a flusso tangenziale.

La filtrazione convenzionale significa che, sotto l'azione della pressione, il liquido passa direttamente attraverso la membrana del filtro ed entra a valle, mentre particelle o molecole grandi vengono intercettate a monte o all'interno della membrana e particelle o molecole piccole entrano a valle attraverso la membrana. In questa modalità di funzionamento, la direzione del flusso del liquido è perpendicolare alla superficie della membrana ed entra a valle, quindi è anche chiamata "filtrazione senza uscita". L'applicazione della filtrazione convenzionale include la filtrazione di chiarificazione, la filtrazione di sterilizzazione e la filtrazione di rimozione dei virus, che non è l'obiettivo di questo documento. La filtrazione del flusso tangenziale significa che la direzione del flusso del liquido è parallela alla superficie della membrana. Sotto l'azione della pressione, solo una parte del liquido passa attraverso la membrana ed entra a valle. Questa modalità di funzionamento è anche nota come "filtrazione a flusso incrociato". Poiché il flusso tangenziale "lava" continuamente la superficie del pacchetto di membrane durante il processo di filtrazione, questa modalità operativa può alleviare efficacemente l'accumulo di particelle e molecole di grandi dimensioni sulla membrana, il che rende questa modalità operativa vantaggi unici in molte applicazioni.

Nella filtrazione a flusso tangenziale (noto anche come "flusso incrociato"), la pompa spinge il fluido attraverso la superficie della membrana del filtro per lavare via le molecole intrappolate, in modo da ridurre al minimo le incrostazioni sulla superficie della membrana del filtro. Allo stesso tempo, il fluido tangenziale genererà anche pressione perpendicolare alla membrana del filtro, spingendo soluti e piccole molecole attraverso la membrana del filtro. In questo modo è possibile completare il filtraggio. Il test di simulazione della separazione di sabbia e ciottoli mediante lo schermo di suddivisione è utile per comprendere il meccanismo della filtrazione del flusso tangenziale: il foro dello schermo simboleggia i pori sulla membrana del filtro, mentre sabbia e ciottoli simboleggiano le molecole da separare. Nella filtrazione DC, la miscela di ciottoli di sabbia è forzata a muoversi verso il foro dello schermo e uno strato di ciottoli si forma sulla superficie dello schermo poiché alcune particelle di sabbia più piccole cadono attraverso il foro dello schermo, impedendo alla sabbia superiore di spostarsi verso lo schermo e di passare attraverso la rete dello schermo (Fig. 1). Nella filtrazione DC, l'aumento della pressione può esercitare solo una pressione sulla miscela, il che non favorisce la separazione; Nella modalità di filtrazione a flusso tangenziale, invece, la formazione dello strato limitante è impedita dal ricircolo dell'impasto, che è simile alla vibrazione per rimuovere i sassi che bloccano la rete del vaglio, in modo che la sabbia alla sommità dell'impasto cada e passa attraverso la maglia dello schermo. Pertanto, l'uso della filtrazione a flusso tangenziale per la separazione biomolecolare ha una maggiore efficienza e una maggiore concentrazione o velocità di filtrazione.