TFF切向流過濾｜細胞與病毒，澄清、濃縮和透析的助力
生物製藥中，TFF (Tangential Flow Filtration) 切向流過濾系統是否為提高效率的必要利器？相對於傳統的過濾方法，TFF可以延長濾膜壽命並提高過濾效率的原因是什麼？
在生物製藥製程中，TFF技術和濾膜的選擇是否為關鍵因素？
透過這篇文章，讓我們一起探討TFF技術在生物製藥領域的應用。
常見的過濾方式及用途
生物製藥包括生產抗生素、疫苗、酵素和其他生物製劑。一般過濾這些生物製劑的方式根據液體流動方向的不同可以分為垂直過濾 (Normal Flow Filtration, NFF) 及切向流過濾 (TFF)。
垂直過濾 (NFF) 的原理
在NFF過程中，過濾液體以垂直於濾膜的方向通過濾膜來達到過濾雜質的效果。但由於雜質會堆積在濾膜表面，所以會在過濾過程當中很快因為濾膜堵塞而導致了流速下降。
什麼是 TFF 切向流過濾系統?
另一種方式則是以切向流也就是TFF的方式來進行過濾。TFF主要原理是使過濾液體沿著與膜平行的方向流動，在過濾的同時在膜表面造成掃流，使原本要堆積在濾膜表面的物質被帶走進而讓濾膜表面保持乾淨，最終提升過濾效率並大幅延長濾膜的使用壽命。
TFF技術通常用於細胞培養的澄清、產品濃縮和透析換液等步驟，以確保最終產品的品質和純度。
這項技術在生物製藥領域的生產過程中扮演不可或缺的關鍵角色，讓我們一起來深入了解吧。
TFF技術在生物製藥中的應用
TFF目前已廣泛地應用在生物製藥的製程當中，以質體生產和病毒載體生產這兩種製程做舉例 (流程圖請見下圖) ，在這兩個製程中，TFF可以應用於下列步驟中：
其中便包含了以下：
- 細胞收集
- 病毒澄清
- 濃縮
- 透析/緩衝液置換
TFF的形式有哪些呢?
以我司的兩種形式 (中空纖維管與平板膜堆) 為例：
中空纖維管 (Hollow Fiber, HF)
中空纖維管系統使用具有中空結構的纖維作為分離介質。這些纖維提供了高表面積，有助於有效地進行分離和濃縮。可從小體積研發應用逐漸擴展至商業量產。
若樣品對於剪切力敏感，則較適合剪切力通常較小的中空纖維。近年來常使用於製程上游，可連續分離細胞產物，由於其低剪切力可提高細胞存活率，加上其封閉系統可避免細胞汙染。
平板膜堆（Flat Sheet Cassette, FS）
平板膜堆系統則使用多個平板或膜片組成的卡式組件。這些系統通常用於單株抗體濃縮，因其能夠提供較高的通量 (Flux)，提高濃縮純化效率。
平板膜堆系統的設置和操作可能較複雜，但其處理能力和生產效率更高。
生物製藥中的TFF技術應用及中空纖維管與平板膜堆的比較
協助您更全面地了解TFF技術在生物製藥中的應用，同時深入瞭解中空纖維管和平板膜堆之間的區別。
中空纖維管與平板膜堆的比較
| 中空纖維管 | 平板膜堆 | |
| 濾膜材質 | mPES, PES, PS, ME1 | mPES |
| 主要應用 | 細胞收集 細胞澄清 蛋白純化 病毒純化 脂質奈米粒 (LNP) 純化 細胞外囊泡 (EV) 純化 | 細胞收集 細胞澄清 蛋白純化 病毒純化 |
| 無菌流路 | 有 | 可有2 |
備註
1mPES: modified Polyethersulfone
PES: Polyethersulfone
PS: Polystyrene
ME: mixed cellulose ester
依據液體性質不同、化學耐受性需求不同，而選擇不同材質的膜材。
2 TangenX SC : 是一種封閉式、一次性使用、無holder、伽瑪輻照滅菌的TFF設備；可用於無菌製程。
承接上述表格呈現的特性，可以初步總結以下圖表進行應用上的評估：
如何選擇TFF切向流過濾濾膜
在製程中，選擇合適的切向流過濾濾膜至關重要。這不僅關乎製程效率和產品質量，也關係到成本和效益。以下是一些關鍵因素，可以幫助您選擇最適合您需求的過濾濾膜。
- 釐清用途：保留或移除目標分子
若要進行濃縮，即保留目標分子；進行透析、溶液置換則為移除目標分子。
- 目標分子的分子量大小
根據目標分子量的大小，評估選擇合適的濾膜孔徑大小 (Molecular Weight Cut-off, MWCO)，其濾膜孔徑大小會影響其截留特性。
通常情況下，所選的MWCO應為低於待截留分子量的3到6倍。
舉例來說，若要截留100kD的分子，則可以選擇孔徑30kD的膜。
- 膜材特性
TFF切向流過濾濾膜膜材的選擇會直接影響到濾膜的性能和應用範圍。
- 當應用於下游製程，強調低蛋白質吸附的要求，可選擇不帶電荷的膜材。
- 常見於上游製程，適合分離含有大量雜質的情境，可選擇具有極佳親水性的膜材。
興全提供以上兩種不同膜材特性的濾膜，皆為mPES材質，具有出色的化學耐受性，可在cGMP藥廠中安全使用。
- 通道型式
在選擇切向流過濾濾膜時，通道型式是另一個關鍵因素。
當通道的結構類似篩網，當液體流經時會受到阻礙，產生擾流效應。這樣的設計能夠延長液體停留時間，增加穿膜的機率，從而提高通透率，進而提升過濾效果。
同時也可以有效避免膜受到阻塞造成汙染。
我們提供多種通道型式，每種型式都有其獨特的特性和適用場景，例如：
- 有適合黏度較低的液體，一般濾液通量較高
- 也有比較開放的流道，適合處理黏度較高或是含有顆粒的液體，尤其在處理cell harvest的製程中表現出色
- 其他考量因素
除了以上幾點外，還有一些其他因素可能會影響膜的選擇性和截留特性，包括分子的形狀、其他溶質的存在、壓力、吸附以及離子條件等。
因此，在選擇濾膜時，應盡可能考慮這些因素，並於製程放大之前，先行測試，以確保濾膜的選擇符合製程需求。
我們提供TFF切向流膜篩選系統，僅須約15-500mL的濾液，有效模擬TFF過濾，快速有效進行膜材篩選，提升測試準確度。
結語
生物製藥中，TFF (Tangential Flow Filtration) 切向流過濾系統不可或缺，相比於NFF的過濾方法，TFF透過濾液與膜的平行流動及掃流，提升了過濾效率並延長濾膜使用壽命。
而選擇合適的切向流過濾濾膜是製程中的關鍵步驟，您可以仔細考量上述各個因素，或參考專業供應商的建議並經測試後選擇出符合需求的濾膜，從而提高生產效率和產品品質。
您需要的是：
興全貿易致力於提供多樣且高品質的TFF產品，形式包括不同孔徑和尺寸，讓您能夠根據具體應用的要求進行靈活選擇，以滿足您在生物製藥領域的各種需求。