切向流過濾中的分子舞蹈與技術革新
時間：2024.05.20
探索科學世界，我們常常被那些看似平凡卻充滿奧秘的技術所吸引。嘿，準備好了嗎？今天我們要繼續探索這個聽起來有點枯燥但實際上非常酷炫的科技——切向流過濾。
我想如果分子世界也有派對，那么切向流過濾技術一定派對中的“superhero”。它不僅能夠巧妙地解決分子們在過濾過程中的“擁擠”問題，還能優雅地引導蛋白質們跳起它們的“舞蹈”。
我想如果分子世界也有派對，那么切向流過濾技術一定派對中的“superhero”。它不僅能夠巧妙地解決分子們在過濾過程中的“擁擠”問題，還能優雅地引導蛋白質們跳起它們的“舞蹈”。
一、濃差極化現象：如何讓“擁擠”的分子保持舒適？
想象一下，你在一個擁擠的派對上，每個人都想靠近舞臺，但是人太多了，導致靠近舞臺的人很難移動。這就是所謂的“濃差極化現象”，在切向流過濾中，分子們也想通過過濾器，但是它們也會變得“擁擠”。濃差極化是切向流過濾中常見的問題，它導致了過濾效率的下降。
那么，如何解決這個頭疼的問題呢？
1. 提高流速：就像派對上增加更多的通道，讓分子們有更多空間移動。增加流體的流速可以減少溶質在膜表面的停留時間，從而降低其濃度，這是減少濃差極化的最直接方法。但是，增加流速，帶來的剪切力也會變大，可能會導致蛋白分子結構變化。
2. 控制濾出流量：通過濾出端PCV或泵來降低濾出量和跨膜壓差，以延遲濃差極化或膜堵塞。
3. 優化膜孔徑：選擇合適的膜孔徑可以減少溶質在膜孔中的吸附和堵塞，從而減少濃差極化。
4. 使用攪拌器或振動：在過濾中循環罐使用攪拌器可以促進流體混合，減少膜表面溶質的局部濃度。
5. 優化過濾介質：過濾介質的選擇要根據被過濾物質的特性來確定。合適的介質能夠提供更好的分離效果，減少濃差極化現象的發生。
6. 溫度控制：當提高料液溫度（物料可接受溫度）提高可以降低料液的粘度，提高溶質擴散系數，加速膜面高濃度的溶質向主體液擴散，增加了膜的通透量，從而減緩濃差極化。
7. 使用添加劑：在某些情況下，使用特定的添加劑可以改變溶質的物理化學性質，減少其在膜表面的吸附。
1. 提高流速：就像派對上增加更多的通道，讓分子們有更多空間移動。增加流體的流速可以減少溶質在膜表面的停留時間，從而降低其濃度，這是減少濃差極化的最直接方法。但是，增加流速，帶來的剪切力也會變大，可能會導致蛋白分子結構變化。
2. 控制濾出流量：通過濾出端PCV或泵來降低濾出量和跨膜壓差，以延遲濃差極化或膜堵塞。
3. 優化膜孔徑：選擇合適的膜孔徑可以減少溶質在膜孔中的吸附和堵塞，從而減少濃差極化。
4. 使用攪拌器或振動：在過濾中循環罐使用攪拌器可以促進流體混合，減少膜表面溶質的局部濃度。
5. 優化過濾介質：過濾介質的選擇要根據被過濾物質的特性來確定。合適的介質能夠提供更好的分離效果，減少濃差極化現象的發生。
6. 溫度控制：當提高料液溫度（物料可接受溫度）提高可以降低料液的粘度，提高溶質擴散系數，加速膜面高濃度的溶質向主體液擴散，增加了膜的通透量，從而減緩濃差極化。
7. 使用添加劑：在某些情況下，使用特定的添加劑可以改變溶質的物理化學性質，減少其在膜表面的吸附。
二、蛋白質的“舞蹈”：避免變性的優雅舞步
蛋白質是生命活動中的舞者，它們需要在正確的時間和地點跳起優雅的舞蹈。但在切向流過濾過程中，蛋白質可能會因為聚集而“失去平衡”，發生變性。這可能會影響蛋白質的活性和回收率，為了避免這種情況，我們可以：
1. 控制溫度：就像為舞者提供適宜的室溫，讓蛋白質保持舒適。在過濾過程中，維持一個恒定且適宜的溫度，可以防止蛋白質因熱應力而變性。
2. 控制流速：過高的剪切力可能會導致蛋白質聚集，蛋白質中的氫鍵和靜電相互作用可能會被破壞，從而導致其折疊狀態的改變。 此外，剪切力還可以改變蛋白質的構象和動力學。
3. 調整pH值：pH值對蛋白質的結構和穩定性有顯著影響，因此調整pH值至蛋白質的最穩定區域是至關重要的。
4. 使用保護劑：添加蛋白質穩定劑，如硫酸銨或甘油，可以防止蛋白質在過濾過程中的變性
5. 使用親和膜：某些膜材料通過親和作用減少蛋白質與膜的接觸，從而降低變性的風險。
1. 控制溫度：就像為舞者提供適宜的室溫，讓蛋白質保持舒適。在過濾過程中，維持一個恒定且適宜的溫度，可以防止蛋白質因熱應力而變性。
2. 控制流速：過高的剪切力可能會導致蛋白質聚集，蛋白質中的氫鍵和靜電相互作用可能會被破壞，從而導致其折疊狀態的改變。 此外，剪切力還可以改變蛋白質的構象和動力學。
3. 調整pH值：pH值對蛋白質的結構和穩定性有顯著影響，因此調整pH值至蛋白質的最穩定區域是至關重要的。
4. 使用保護劑：添加蛋白質穩定劑，如硫酸銨或甘油，可以防止蛋白質在過濾過程中的變性
5. 使用親和膜：某些膜材料通過親和作用減少蛋白質與膜的接觸，從而降低變性的風險。
三、大孔徑超濾：工藝的開放與優化
大孔徑切向流微濾就像是一場精心編排的舞蹈，每一個步驟都需要精確和優化。通過不斷改進和優化過濾器的設計和工藝，我們可以創造出更多的可能性。在這個過程中，我們關注的是如何提高過濾效率和產品質量，也就是使污染物去除率最大化。以下是實現工藝優化的關鍵步驟：
（一）切向流系統優化
切向流微濾或大孔徑超濾需要低TMP操作，如果單純控制循環泵及濃縮端PCV很難達到低TMP工況，為了延緩濃差極化以及達到低TMP要求，我們可以在濾出端新增PCV或濾出泵來降低透過量。
（二）操作參數的優化
確定臨界通量和最優通量是確保工藝穩定性的第一步。臨界通量是指在保持恒定通量的情況下，跨膜壓（TMP）開始穩定上升的點，最優通量通常設定在臨界通量的75%和50%之間，以平衡過濾效率和膜的污染風險。
（一）切向流系統優化
切向流微濾或大孔徑超濾需要低TMP操作，如果單純控制循環泵及濃縮端PCV很難達到低TMP工況，為了延緩濃差極化以及達到低TMP要求，我們可以在濾出端新增PCV或濾出泵來降低透過量。
（二）操作參數的優化
確定臨界通量和最優通量是確保工藝穩定性的第一步。臨界通量是指在保持恒定通量的情況下，跨膜壓（TMP）開始穩定上升的點，最優通量通常設定在臨界通量的75%和50%之間，以平衡過濾效率和膜的污染風險。
（三）膜的選擇與設計
就像選擇適合舞者的舞鞋，讓過濾過程更加高效。在大孔徑切向流微濾中，選擇合適的膜是至關重要的。膜的分子量截止（MWCO）應為目標蛋白MW的1/3至1/5，以確保高截留率（Rprotein > 0.9995），同時使污染物MW與膜MW的比例在3-5之間，以實現低截留率（Rcontaminant < 0.1-0.2）。
就像選擇適合舞者的舞鞋，讓過濾過程更加高效。在大孔徑切向流微濾中，選擇合適的膜是至關重要的。膜的分子量截止（MWCO）應為目標蛋白MW的1/3至1/5，以確保高截留率（Rprotein > 0.9995），同時使污染物MW與膜MW的比例在3-5之間，以實現低截留率（Rcontaminant < 0.1-0.2）。
（四）實驗方法
進行全循環實驗，使用最小面積模塊來獲得篩分與通量數據。通過逐步增加通量并監測TMP的穩定性，可以找到最佳操作點。
通過這些內容，我希望你對這項技術有了更深的了解。科學不僅僅是實驗室里的試管和燒杯，它也可以是派對上的舞步和精心編排的舞蹈。繼續探索，繼續好奇，繼續提問，因為科學是無限的，而好奇心則是驅動它前進的動力！
進行全循環實驗，使用最小面積模塊來獲得篩分與通量數據。通過逐步增加通量并監測TMP的穩定性，可以找到最佳操作點。
通過這些內容，我希望你對這項技術有了更深的了解。科學不僅僅是實驗室里的試管和燒杯，它也可以是派對上的舞步和精心編排的舞蹈。繼續探索，繼續好奇，繼續提問，因為科學是無限的，而好奇心則是驅動它前進的動力！