切向流过滤系统

切向流技术（Tangential Flow Filtration, TFF），又称错流过滤（Cross-Flow Filtration，CFF）料液以一定的流速在膜表面循环，小于膜孔径的物质可以透过膜到透过端，而大于膜孔径的物质会被膜截留，从而实现不同物质的分级分离。相比于死端过滤，切向流过滤再循环料液流经膜表面，液体形成的“冲刷作用”冲洗整个膜表面，降低了膜孔堵塞及膜污染的风险，形成长时间稳定的膜过滤生产能力。 通过对切向流工艺中的操作参数及各种变量进行优化，可以有效提高过滤效率，同时降低物料成本，在达到产品质量要求的同时实现收率的最大化。一、膜的优化1、膜孔径选择通常用截留分子量（MWCO: molecular weight cutoff）表征孔径大小，但不同结构的分子，即使分子量相同，其分子粒径也有较大的差异。不同厂家使用的标定物质也会不同，因此实际使用时，截留率也会有一定的差异。希望目标物质透过膜孔，一般选择膜截留分子量为目标物质分子量的5-10倍或以上；希望目标物质充分截留，一般选择膜截留分子量为目标分子量的1/3-1/5。2、膜材质膜材质是切向流过滤工艺中的关键点，不同材质的过滤膜从化学性质、溶析出性质、机械强度、蛋白吸附等方面有较大差异。用户需要根据料液的性质、缓冲体系的要求等选择合适材质的过滤膜。3、膜面积膜面积决定了单次过滤工艺中所能处理的料液的量，所需膜面积的可以按照以下公式大致计算:膜面积=料液透过体积/（膜通量*工艺时间）例如对200L某料液进行10倍浓缩，要求超滤工艺在2小时内完成，假设使用的超滤膜对该料液的稳定通量为50LMH(升每平米每小时)，则需要的膜面积计算为：浓缩料液透过体积=200L-200L/10=180L膜面积=180L/(50LMH*2)=1.8m2二、TMP优化TMP（Transmembrane Pressure）跨膜压，物质跨膜所需的驱动力，是工艺放大的基本和必要参数。在工艺起始阶段，增加TMP，可线性增加滤液通量，但随着凝胶极化层的形成，其对过滤的阻力会抵消TMP的作用。所以，优化的TMP取值应为凝胶层完全形成前的拐点最高值。简易TMP优化方法1、确定一个合适的切向流速；2、切向流速稳定后设定一个较小的TMP值；3、在设定的TMP值下稳定运行5-10min 4、记录下此TMP下通量（LMH） 5、调整TMP值，每次增加1-2psi，重复步骤3、4；6、对不同TMP及运行的通量进行分析，即可找出比较合适的TMP。三、切向流速切向流过滤工艺中的切向流流速（进料速度）主要作用是减少凝胶层的形成，降低透过的阻力，提高通量。增加切向流速度将增加膜剪切力并通常会提高过滤速度，但是对于剪切力敏感的料液，过高的流速带来的高剪切力会对样品造成破坏。高切向流速的好处，一方面能在相同TMP下获得相对更高的通量，另一方面能够有效降低凝胶层的形成。但是高切向流速也存在诸多不足，为得到高流速需要配置更大的泵及管路，这样就会使系统的滞留体积增加，也增加了固件的成本。另外，膜的通量达到最佳值时，即时进一步提高切向流速度，通量也不会有明显增加。Challenge Dream切向流过滤系统Challenge Dream系列是基于切向流过滤技术开发的一套全自动、集成化的过滤系统，搭载成器智造自主开发的Challenge Navigator流程控制软件，满足用户对切向流工艺的研发、中试、生产的需求。智能化、自动化系统预设多种自动化处理模式，浓缩、洗滤、冲洗等工艺方法，一键调用新增TMP优化程序，challenge Dream可以根据您的需求，在对新过滤膜不了解的情况下可以自动运行计算出最佳的TMP可用于研发及生产，灵活多用Challenge Dream系列切向流系统产品线完善，能够稳定的支持从工艺研发至中试放大及小规模商业化生产的所有需求数据电子化，稳定可靠优秀易用的Challenge Navigator软件提供智能化的操作界面和符合21 CFR Part 11的数据管理系统，保证了工艺的稳定和可重复性，参照商业化生产设备的自动化操作方式以及程序架构，为生产工艺的缩小或放大提供了极大便

2016年1月20日，赛多利斯生物工艺解决方案部门赛多利斯斯泰迪(SSB)宣布推出SARTOFLOW® Smart台式横向流过滤系统。SARTOFLOW® Smart台式横向流过滤系统适用于疫苗、单克隆抗体、重组蛋白等生物制品下游工艺中的横向流超滤、净化的应用。该系统可在过程开发、临床试验等实验室环境中灵活使用。赛多利斯台式SARTOFLOW® Smart横向流过滤系统　　SARTOFLOW® Smart台式横向流过滤系统配备了四活塞隔膜泵和大范围的流量，膜面积从50cm² 至0.14 m² 。　　SARTOFLOW® Smart台式横向流过滤系统配备了先进的DCU-4 触摸式控制单元，可与赛多利斯公司生物反应器的BioPAT® ,MFCS-4数据采集控制软件兼容。其触摸屏可以提供即时访问所有关键工艺参数、显示控制、报警等功能。　　SARTOFLOW® Smart台式横向流过滤系统的操作系统有着独特的设计,一个7英寸的触摸屏,可以在整个过程中与操作人员互动，并给予指导。用户可以选择预先设定的参数，自动运行浓度、透析过滤、冲洗、填料、排水、冲洗步骤和皮重功能。　　“SARTOFLOW® Smart台式横向流过滤系统是横向流过滤发展的一款里程碑产品。它结合了先进的技术和一般情况下只有过程系统可应用的设置。拥有特别宽的膜面积工作范围,可以作为研发优化试验和cGMP生产的完美工具”赛多利斯斯泰迪台式横向流过滤系统专家Marc Jenke博士说道。　　编译：张葳

2023年年底，Science期刊将GLP-1类药物评为年度十大科学突破（Science’s 2023 Breakthrough of the Year）之首，同时，Nature也将GLP-1研究先驱 Svetlana Mojsov 评为年度十大人物之一。在商业层面，GLP-1类药物也无愧年度明星，2023年，诺和诺德旗下王牌产品司美格鲁肽大卖211.57亿美元，排名全球第二，距离全球药王席位仅一步之遥。在治疗2型糖尿病中，GLP-1类药物因其卓越的降糖效果，成为了糖尿病治疗的新宠。然而，GLP-1的快速降解特性在一定程度上限制了其作为药物的广泛使用。为了克服这一挑战，在GLP-1药物的下游工艺中，切向流过滤技术（TFF）扮演了至关重要的角色，它通过精密的过滤过程，有效延长了GLP-1类药物的稳定性和半衰期，从而为患者提供了更为安全和有效的治疗方案。一、关于GLP-1GLP-1全名胰高血糖素样肽-1，是一种由肠道细胞分泌的激素，它在餐后迅速释放，刺激胰岛β细胞分泌胰岛素，从而降低血糖。GLP-1的作用不仅限于此，它还能减缓胃排空速度，增加饱腹感，减少食物摄入，从而帮助控制体重。然而天然的GLP-1进入体内后并不稳定，很容易被快速分解，因此人们一直在研发改进，想要生产一种长效的GLP-1药物。二、关于GLP-1药物GLP-1药物是由多个氨基酸通过肽链链接成的多肽类药物，其生产制备是一个复杂的过程。分为生物发酵合成和化学合成两类。生物发酵合成通过大肠杆菌或酵母发酵表达包涵体，然后经过一系列收菌、破菌、变复性、澄清等步骤。化学合成法则通过固相或液相合成技术，将氨基酸逐个添加到生长中的肽链上。无论哪种方法，最终都需要通过层析、超滤等工艺步骤来纯化和调整药物的浓度。*科普小贴士：GLP-1受体激动剂是一类能够模拟GLP-1作用的药物，它们与GLP-1受体结合，发挥降糖作用。与天然GLP-1相比，这些激动剂具有更长的半衰期，能够更持久地控制血糖水平。三、切向流过滤在GLP-1药物制备中的应用1、膜材质的选择在GLP-1的化学合成工艺以及后续的化学修饰中，通常会需要使用有机溶剂溶解反应物和产物，加速反应进程并促进产物的分离与纯化。常见的有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮和二甲基亚砜等。在这些溶剂中，纤维素材质展现出比聚醚砜更佳的兼容性，同时，纤维素对蛋白质的吸附性较低，这使得再生纤维素（RC）成为GLP-1超滤/透析（UF/DF）工艺中的首选过滤材质。2、膜孔径的选择GLP-1目标多肽的分子量为3.4KD，在超滤过程中，选择截留分子量的标准通常是目标分子量的1/3至1/5。基于这一原则，我们推荐选用1-2KD截留分子量的膜来进行浓缩和缓冲液的置换，以确保多肽的完整性和活性。3、下游工艺运用从工艺流程可看出，UF/DF参与了GLP-1下游工艺的很多流程，不仅起着浓缩、缓冲液置换等功能，还有效减轻了后续层析工艺的压力，提高了整体生产效率和产品质量。GLP-1药物和切向流过滤技术的结合，不仅提高了糖尿病治疗的效率，也为患者带来了更安全、更便捷的治疗选择。随着科技的不断进步，我们有理由相信，这一领域将不断涌现新的突破，为糖尿病患者带来更多的希望和光明。