切向流超滤（TFF）的原理、特点及其应用

2020.6.29

切向流超滤（TFF）能快捷、高效地进行生物分子的分离与纯化处理；可用于低至10毫升、高达数千升样品溶液的浓缩和脱盐处理；也可以用于不同大小生物分子的分离、细胞悬液收集、以及发酵液和细胞裂解液的澄清。

为什么要使用切向流超滤

● 易于装配，操作简单-用管路和少许管路配件，简单地连接切向流超滤装置、泵以及压力表，向储槽中加入样品，即可开始工作。

● 快捷高效-对比透析，装配更轻松，处理速度快；对比离心浓缩装置或搅拌式超滤装置，可在更短的时间内获得更高浓度。

● 仅需在同一系统中执行两步操作-在同一系统中完成样品的浓缩和渗滤处理，节约时间并避免损失产物。

● 工艺和缩放-由于结构材料与平板式超滤器流体通路，实验室规模下的条件可以应用于生产规模的应用中。处理低至10mL、或高达千升体积的样品，均可提供对应的切向流超滤装置。成本低廉-切向流超滤装置与平板式超滤器经清洗后可再次使用，也可在单次应用后废弃。可执行简单的完整性测试，检验滤膜和密封的完整性。

切向流超滤的原理？如何分离生物分子

切向流（也称为“错流”）超滤中，泵推动流体通过滤膜表面，冲刷去除其上截留的分子，从而使滤膜表面的积垢程度降至最低。在渗余物流体中产生紧靠滤膜的压力，使溶质和小分子通过滤膜。如此方能完成过滤。利用细分筛网分离沙子与鹅卵石的模拟实验，有助于理解切向流超滤的机理：筛网眼象征滤膜上的孔隙，而沙子与鹅卵石象征待分离的分子，在直流过滤中，沙子-鹅卵石混合物被迫向着筛网眼方向移动，随着一些较小的砂粒通过筛网眼落下，在筛网表面形成以个鹅卵石层，阻碍顶部砂粒向筛网方向移动并通过筛网眼（图1），在直流过滤中，增加压力，仅能对混合物施加压力，而无助于分离的促进；相比之下，在切向流超滤模式中，通过混合物的再循环防止限制层的形成，此再循环类似于：振动以去除阻塞筛网眼的鹅卵石，使得位于混合物顶部的砂粒落下并通过筛网眼。因此，利用切向流超滤进行生物分子分离，效率更高，浓缩或洗滤速度更为快捷。

图 1

利用细分筛网分离沙子与鹅卵石

（A）对混合物施加直接的压力，使得底部砂粒落下；在筛网表面形成一个鹅卵石层，阻碍顶部砂粒向筛网方向移动并通过筛网。（B）振动筛网，破坏位于混合物底部的积聚鹅卵石层，使完全分离得以进行；切向流过滤中，进科流的错流动力学作用，就相当于此例中的振动。

切向流超滤的主要应用

切向流超滤主要应用于：浓缩、洗滤（脱盐及缓冲液置换）以及利用尺寸大小分离生物分子。此外，也可用于发酵液或细胞培养液中细胞及细胞碎片的去除、澄清。

滤膜选择

Pall Life Science 提供多种类型的滤膜，以卓越性能和稳定性应对分子分离中的挑战。Pall公司产品的显著特征源于这些通用滤膜：

超滤滤膜

基于孔径大小原理，利用滤膜，超滤可以分离特别小的颗粒和溶解的分子。在任何类型的装置中，超滤滤膜的性能均决定于其形态。超滤滤膜具有不对称结构（请参见上面的图片），使得大于滤膜截留分子量的颗粒在滤膜表面受到截留，同时允许较小的物质通过滤膜下部结构。如果滤膜表面极其平滑，生物分子和病毒的截留产量将会提升。由于滤膜的下部结构，颗粒被迅速转移、离开超滤膜分层，并防止滤膜积垢。

超滤膜包流道的选择

网状流道

在此网状流道配置中，筛网在滤出物流体中制造柔和的湍流，最大程度的减轻了滤膜积垢。网状流道已经应用于滤过0.2μm级溶液（不含能阻塞筛网的颗粒物质或聚合体）。

架空筛网流道

在回流通路中，悬浮筛网流体通路配置具有更开放的结构，处理粘性的或颗粒物质密集的溶液时，性能表现较佳。