切向流過濾：疫苗研發生產的幕后推手
時間：2025.07.14
2023年，《Science Advances》一篇關于疫苗納米顆粒分離的論文引發熱議：研究者利用改進型切向流過濾（TFF）系統，成功將寨卡病毒樣顆粒的回收率從68%提升至94%，同時將宿主細胞蛋白殘留降低至檢測限以下。這項突破將TFF在疫苗工業中的戰略價值再次推向聚光燈——當全球疫苗研發進入納米尺度與復雜組分并存的新戰場，這項誕生于上世紀70年代的技術，正通過底層創新重構疫苗生產的核心邏輯。
最新研究（《Journal of Membrane Science》2024）發現，當使用300 kDa中空纖維膜處理病毒載體時，膜面形成的次級流動結構（泰勒渦流）可將顆粒沉積減少42%，該現象為疫苗活性成分保護提供了流體力學新解。
最新研究（《Journal of Membrane Science》2024）發現，當使用300 kDa中空纖維膜處理病毒載體時，膜面形成的次級流動結構（泰勒渦流）可將顆粒沉積減少42%，該現象為疫苗活性成分保護提供了流體力學新解。
一、疫苗生產的關鍵環節
1、濃縮目標組分：
目的：在純化步驟之前或之后，將含有目標抗原（如病毒顆粒、病毒樣顆粒、重組蛋白、核酸等）的料液體積大幅減小，提高目標物的濃度。
目的：在純化步驟之前或之后，將含有目標抗原（如病毒顆粒、病毒樣顆粒、重組蛋白、核酸等）的料液體積大幅減小，提高目標物的濃度。
應用：
下游澄清液濃縮：在細胞培養或發酵后，經過初步澄清（如深層過濾、離心）的料液中目標物濃度通常較低，需要通過 TFF 濃縮以減少后續層析柱的上樣體積和處理時間。
層析洗脫液濃縮：層析純化（如離子交換、分子篩、親和層析）后的洗脫液通常體積較大且濃度不高，TFF 可高效濃縮目標抗原，為后續步驟（如緩沖液置換、無菌過濾、制劑）做準備。
病毒載體濃縮：對于病毒載體疫苗（如腺病毒、慢病毒、AAV載體疫苗），TFF 是濃縮病毒顆粒、提高滴度的關鍵步驟。
下游澄清液濃縮：在細胞培養或發酵后，經過初步澄清（如深層過濾、離心）的料液中目標物濃度通常較低，需要通過 TFF 濃縮以減少后續層析柱的上樣體積和處理時間。
層析洗脫液濃縮：層析純化（如離子交換、分子篩、親和層析）后的洗脫液通常體積較大且濃度不高，TFF 可高效濃縮目標抗原，為后續步驟（如緩沖液置換、無菌過濾、制劑）做準備。
病毒載體濃縮：對于病毒載體疫苗（如腺病毒、慢病毒、AAV載體疫苗），TFF 是濃縮病毒顆粒、提高滴度的關鍵步驟。
2、緩沖液置換/洗濾：
目的：將目標抗原從一種緩沖液環境置換到另一種更適合后續工藝（如制劑、儲存、凍干）或去除小分子雜質（鹽、糖、醇、抑制劑、內毒素前體、游離核酸等）的緩沖液中。
應用：
層析間緩沖液轉換：在不同層析步驟之間，需要將目標物置換到下一個層析步驟所需的平衡緩沖液中。
去除小分子雜質：洗濾模式可有效去除小分子添加劑（如培養液成分、蛋白酶抑制劑）、鹽類、醇類（如用于滅活或沉淀的溶劑）、內毒素、小分子代謝產物等。
制劑前配方調整：在最終配制疫苗制劑前，將目標抗原置換到最終的制劑緩沖液（包含穩定劑、佐劑兼容緩沖液等）中。
滅活后處理：在化學滅活（如使用甲醛、β-丙內酯）后，需要徹底去除滅活劑及其副產物，TFF 洗濾是高效的方法。
3、初步澄清/除雜質：
目的：作為深層過濾或離心的補充或替代，去除細胞碎片、大的聚集物、部分宿主細胞蛋白和核酸。
應用：
細胞培養收獲液澄清：使用較大孔徑（如0.1-0.65 µm）的微濾膜進行切向流微濾，可有效去除細胞和大的碎片，獲得更澄清的料液供下游純化。相比死端過濾，更不易堵塞。
去除大分子聚集體：在純化后期，去除可能形成的蛋白聚集體或病毒聚集體。
4、病毒去除/無菌保障：
目的：使用特定孔徑（通常≤20 nm 或更小）的超濾膜，可以去除細菌、支原體甚至小的病毒顆粒（作為除病毒過濾步驟）。
應用：
最終除菌過濾前處理：作為最終0.2 µm或0.1 µm無菌過濾的前置步驟，減輕無菌過濾膜的負擔，延長其使用壽命。
特定病毒清除：在血漿來源或某些細胞培養來源的疫苗工藝中，可能用于清除特定的小病毒（需嚴格驗證）。
5、連續生產工藝：
目的：將目標抗原從一種緩沖液環境置換到另一種更適合后續工藝（如制劑、儲存、凍干）或去除小分子雜質（鹽、糖、醇、抑制劑、內毒素前體、游離核酸等）的緩沖液中。
應用：
層析間緩沖液轉換：在不同層析步驟之間，需要將目標物置換到下一個層析步驟所需的平衡緩沖液中。
去除小分子雜質：洗濾模式可有效去除小分子添加劑（如培養液成分、蛋白酶抑制劑）、鹽類、醇類（如用于滅活或沉淀的溶劑）、內毒素、小分子代謝產物等。
制劑前配方調整：在最終配制疫苗制劑前，將目標抗原置換到最終的制劑緩沖液（包含穩定劑、佐劑兼容緩沖液等）中。
滅活后處理：在化學滅活（如使用甲醛、β-丙內酯）后，需要徹底去除滅活劑及其副產物，TFF 洗濾是高效的方法。
3、初步澄清/除雜質：
目的：作為深層過濾或離心的補充或替代，去除細胞碎片、大的聚集物、部分宿主細胞蛋白和核酸。
應用：
細胞培養收獲液澄清：使用較大孔徑（如0.1-0.65 µm）的微濾膜進行切向流微濾，可有效去除細胞和大的碎片，獲得更澄清的料液供下游純化。相比死端過濾，更不易堵塞。
去除大分子聚集體：在純化后期，去除可能形成的蛋白聚集體或病毒聚集體。
4、病毒去除/無菌保障：
目的：使用特定孔徑（通常≤20 nm 或更小）的超濾膜，可以去除細菌、支原體甚至小的病毒顆粒（作為除病毒過濾步驟）。
應用：
最終除菌過濾前處理：作為最終0.2 µm或0.1 µm無菌過濾的前置步驟，減輕無菌過濾膜的負擔，延長其使用壽命。
特定病毒清除：在血漿來源或某些細胞培養來源的疫苗工藝中，可能用于清除特定的小病毒（需嚴格驗證）。
5、連續生產工藝：
目的：TFF 由于其連續或半連續的操作特性，更容易整合到現代的連續生物工藝中。
應用：在連續灌流細胞培養的下游，TFF可直接用于連續收獲和初步濃縮細胞培養液中的產物。
應用：在連續灌流細胞培養的下游，TFF可直接用于連續收獲和初步濃縮細胞培養液中的產物。
二、切向流過濾的優勢
1、保護抗原活性：切向流過濾是一種溫和的操作過程，相比傳統的離心、沉淀等方法，對疫苗抗原的剪切力較小，能夠更好地保護抗原的結構和活性，這對于保持疫苗的免疫原性至關重要。
2、高效與高通量：切向流過濾可以在較短的時間內處理大量的料液，實現高效的濃縮和純化。其高通量的特點能夠滿足大規模疫苗生產的需要，提高生產效率，降低生產成本。
3、靈活性與可擴展性：切向流過濾系統可以根據不同的疫苗生產工藝和需求進行靈活配置和調整。無論是小規模的實驗室研究還是大規模的工業生產，都能夠輕松應對，并且可以實現從實驗室到大規模生產的無縫放大，為疫苗的研發和生產提供了極大的便利。
2、高效與高通量：切向流過濾可以在較短的時間內處理大量的料液，實現高效的濃縮和純化。其高通量的特點能夠滿足大規模疫苗生產的需要，提高生產效率，降低生產成本。
3、靈活性與可擴展性：切向流過濾系統可以根據不同的疫苗生產工藝和需求進行靈活配置和調整。無論是小規模的實驗室研究還是大規模的工業生產，都能夠輕松應對，并且可以實現從實驗室到大規模生產的無縫放大，為疫苗的研發和生產提供了極大的便利。
三、中空纖維（Hollow Fiber）和平板膜包（Cassette）的選擇
1、中空纖維剪切力低，特別適合敏感生物制品（如活病毒、VLP、易聚集蛋白、外泌體），對疫苗活性成分（如抗原構象、病毒完整性）保護性更好。
2、平板膜包由多層平板膜片（材質如PES、RC）和導流網疊壓組成，形成平行流道，如果樣品對剪切力不敏感，膜包的篩網則能提高傳質效率，進而提升過濾通量和速度，包括樣品的濃度。
2、平板膜包由多層平板膜片（材質如PES、RC）和導流網疊壓組成，形成平行流道，如果樣品對剪切力不敏感，膜包的篩網則能提高傳質效率，進而提升過濾通量和速度，包括樣品的濃度。
據相關研究，在基于病毒載體的疫苗生產中，如腺病毒載體疫苗、水泡性口炎病毒載體疫苗等，切向流過濾技術被廣泛應用于病毒顆粒的濃縮、純化以及緩沖液置換等環節。通過優化切向流過濾的工藝參數，如膜孔徑的選擇、流速的控制等，能夠顯著提高疫苗的產量和質量。在重組蛋白疫苗的生產中，切向流過濾可用于去除雜質、濃縮目標蛋白以及進行緩沖液的置換，從而提高疫苗的純度和穩定性
切向流過濾技術在疫苗的應用，為疫苗的研發與生產注入了強大的動力。在疫苗研發向模塊化、連續化制造演進的時代，那些在膜表面躍動的流體軌跡，正在編織一張覆蓋從基因藥物到病毒顆粒的精密制造網絡。這張網絡里流動的不僅是藥液，更是突破傳統生產邊界的革新基因。它以獨特的分離與純化優勢，在病毒顆粒的濃縮、多糖結合疫苗的制備、緩沖液置換等環節中大放異彩，助力疫苗企業提升產品質量、降低生產成本、增強市場競爭力。
切向流過濾技術在疫苗的應用，為疫苗的研發與生產注入了強大的動力。在疫苗研發向模塊化、連續化制造演進的時代，那些在膜表面躍動的流體軌跡，正在編織一張覆蓋從基因藥物到病毒顆粒的精密制造網絡。這張網絡里流動的不僅是藥液，更是突破傳統生產邊界的革新基因。它以獨特的分離與純化優勢，在病毒顆粒的濃縮、多糖結合疫苗的制備、緩沖液置換等環節中大放異彩，助力疫苗企業提升產品質量、降低生產成本、增強市場競爭力。