Quando si seleziona un sistema di filtrazione a flusso tangenziale (TFF), dovremmo utilizzare una cartuccia a fibra cava o una membrana a cassetta a foglio piatto?
La filtrazione a flusso tangenziale (TFF) è ampiamente utilizzata sia nei processi biofarmaceutici che chimico-farmaceutici come tecnologia chiave per lo scambio e la purificazione dei tamponi. Tra tutti i componenti del processo, la scelta della cassetta a membrana o del modulo a fibra cava è particolarmente critica
Innanzitutto, una breve introduzione ai moduli a fibra cava e alle cassette a membrana:
Modulo a fibra cava:
La soluzione di alimentazione scorre assialmente attraverso il lume delle fibre cave, mentre il permeato passa radialmente attraverso la parete della membrana.
Cassetta a membrana:
Più membrane piatte-sono impilate insieme, generalmente separate da schermi o distanziatori di flusso che creano canali di flusso tangenziali per migliorare il trasferimento di massa.
1. Confronto dei parametri chiave delle prestazioni
A. Efficienza di trasferimento di flusso/massa (velocità di elaborazione)
Le cassette a membrana generalmente raggiungono un flusso più elevato e tempi di lavorazione più brevi.
La struttura distanziatore/schermo crea turbolenza sulla superficie della membrana, riducendo la formazione dello strato di gel e migliorando l'efficienza del trasferimento di massa e le prestazioni complessive del flusso.
I moduli a fibra cava solitamente forniscono un flusso leggermente inferiore ma più stabile.
I loro canali di flusso aperti riducono la resistenza idraulica, rendendoli meno soggetti a incrostazioni improvvise durante la lavorazione di flussi di alimentazione ad alto-solido o ad alta-viscosità.
Esempio di caso:
Nell'elaborazione UF/DF dell'mRNA LNP-, gli studi hanno dimostrato che in condizioni TMP identiche (inferiori o uguali a 5 psi) e parametri di alimentazione, le cassette a membrana hanno dimostrato un flusso significativamente più elevato, mentre i moduli a fibra cava hanno offerto un taglio inferiore ma una produttività leggermente ridotta.
B. Forza di taglio (impatto su particelle, virus e biomolecole)
I moduli a fibra cava sono generalmente considerati più delicati.
Il loro design a canale aperto-fa sì che il taglio segua principalmente il comportamento del flusso tubolare standard e possa essere controllato quantitativamente attraverso la portata e il diametro interno della fibra, rendendoli adatti per materiali sensibili al taglio-.
Le cassette a membrana introducono un ulteriore taglio dovuto alla struttura del distanziatore.
Sebbene ciò migliori il trasferimento di massa, può anche aumentare lo stress di taglio localizzato.
C. Resistenza alle incrostazioni/manipolazione di solidi elevati e viscosità elevata
I moduli a fibra cava mostrano vantaggi più evidenti durante la lavorazione di contenuti ad alto-solidi-o materiali viscosi.
Il percorso del flusso aperto riduce la resistenza del fluido e aiuta a mantenere un flusso stabile in condizioni di alimentazione impegnative.
Le cassette a membrana sono generalmente più adatte per applicazioni con contenuto di solidi da basso- a-medio in cui la produttività elevata e un'elaborazione più rapida sono priorità.
Il loro design migliorato per il trasferimento di massa può offrire prestazioni elevate, anche se i sistemi molto viscosi o ad alto-solidi possono subire un declino del flusso più rapido a seconda del materiale della membrana, della dimensione dei pori/MWCO e delle condizioni di processo.
D. Caduta di pressione e finestra operativa (TMP e pressione di alimentazione)
Nei sistemi a fibra cava, la caduta di pressione e il taglio possono essere controllati attraverso il diametro e la lunghezza della fibra e la portata tangenziale.
I diametri delle fibre più piccoli aumentano il taglio, mentre i percorsi del flusso più lunghi aumentano la caduta di pressione.
In pratica, i sistemi TFF a fibra cava vengono comunemente progettati e ampliati utilizzando calcoli basati su TMP-.
E. Fattore di concentrazione, tasso di recupero e volume di attesa
Le cassette a membrana sono spesso più vantaggiose per applicazioni ad alta-concentrazione e fattori di concentrazione elevati.
L’esperienza del settore suggerisce che le cassette a membrana offrono una struttura più compatta, una migliore resistenza alla pressione, una maggiore capacità di concentrazione e spesso un recupero del prodotto più elevato rispetto ai sistemi a fibra cava.
I moduli a fibra cava possono avere volumi di trattenimento-maggiori a seconda del design del modulo e della configurazione del sistema, il che può essere più critico durante l'elaborazione di piccoli lotti di materiali-di alto valore.
F. Affidabilità e durata: rottura della fibra e manutenzione
Un potenziale rischio dei sistemi a fibre cave è la rottura delle fibre e la fragilità strutturale.
L'esperienza pratica ha dimostrato che le fibre cave possono occasionalmente rompersi e che alcune strutture dei pori (come le strutture simili a dita-) possono essere più suscettibili ai danni.
Anche le cassette a membrana richiedono un'adeguata manutenzione, ma la loro durata può essere piuttosto lunga con adeguate procedure di pulizia e conservazione.
È importante evitare l'essiccazione della membrana e rigenerarla tempestivamente dopo la formazione di incrostazioni.
G. Monouso-, sterilità e scalabilità-
I moduli a fibra cava mono-uso sono sempre più popolari perché vengono generalmente forniti pre-bagnati, sterilizzati con raggi gamma e pronti all'uso, riducendo significativamente i requisiti di convalida della pulizia.
Possono anche essere scalati in modo efficiente dallo sviluppo di laboratorio alla produzione su-scala su vasta scala.
Logica di-aumento:
Sia i moduli a fibra cava che le cassette a membrana possono essere ingranditi aumentando la superficie della membrana o azionando più unità in parallelo. La documentazione dei prodotti in fibra cava sottolinea inoltre che sono disponibili più dimensioni, consentendo un semplice ampliamento-dal laboratorio alla scala di produzione.
2. Tabella comparativa delle selezioni
Dimensioni Cassette a fibra cava
