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TFF是切向流过滤系统介绍-霍尔斯 时间:2017.02.10
切向流过滤是一种浓缩和脱盐10ml到几千升样本溶液的有效方法。它可以用来从小的生物分子中分离大的生物分子,捕获细胞悬浮液以及澄清发酵液和细胞裂解物。TFF可以应用于一系列应用包括蛋白质化学,分子生物学,免疫学,生物化学和微生物学。本文将对切向流过滤技术的原理,主要参数和应用进行重点介绍。 
  
TFF是切向流过滤,它是一种压力驱动的,根据分子尺寸的膜分离过程。用TFF,样本混合物不是像直流过滤那样被强迫通过一个单一的通路来通过膜。而是流体通过多次再循环的方式,切向通过膜的表面。这种由施加压力带来的“清扫”行为,降低了初始样本在膜表面的积累。比膜截留分子量大的目标分子得到了保留,然而小分子和缓冲液通过了膜。切向流过滤是一种浓缩和脱盐10ml到几千升样本溶液的有效方法。它可以用来从小的生物分子中分离大的生物分子,捕获细胞悬浮液以及澄清发酵液和细胞裂解物。TFF可以应用于一系列应用包括蛋白质化学,分子生物学,免疫学,生物化学和微生物学。本文将对切向流过滤技术的原理,主要参数和应用进行重点介绍。
 
常规过滤是指在压力的作用下,液体直接穿过滤膜进入下游,而大的颗粒或分子则被截留在膜的上游或内部,小的颗粒或分子透过膜进入下游。在这种操作体的流动方向是垂直于膜表面进入下游的,所以也有人称之为“死端过滤”(Dead End Filtration)。常规过滤的应用包括澄清过滤、除菌过滤和除病毒过滤等等,不是本文讨论的重点。而切向流过滤则是指液体的流动方向是平行于膜表面的,在压力的作用下只有一部分的液体穿过滤膜进入下游,这种操作方式也有人称之为“错流过滤”(Cross Flow Filtration)。由于切向流在过滤过程中对膜包的表面进行不停的“冲刷”,所以在这种操作模式下有效的缓解了大的颗粒和分子在膜上的堆积,这就使得这种操作模式在很多应用中具有独特的优势。
 
切向流(也称为“错流”)过滤中,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。于此同时,切向流体也会产生垂直于滤膜的压力,推动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试验,有助于理解切向流过滤的机理: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,在筛网表面形成一个鹅卵石层,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,在切向流过滤模式中,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,利用切向流过滤进行生物分子分离,效率更高,浓缩或渗滤速度更为快捷。
 
(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,进料流的错流动力学作用,就相当于此例中的振动。
 
在进行TFF操作的时候我们经常会遇到一些问题:比如目标蛋白回收率低,过滤一段时间之后进口端压力增高等等,如何有效的解决这些问题呢?我们必须要清楚切向流过滤的几个重要参数及他们之间的相互关系,确保通过实验条件的摸索和优化来确定适合样本的实验条件。这几个参数归纳起来就是2个压力参数和2个流速参数。
 
压差是进口端压力与出口端压力的差值,跨膜压(TMP)是指滤膜上下游的平均压力差(TMP = (PF + PR ) / 2-Pp),TFF实验我们关注的是压差,跨膜压,切向流速等,这几个参数是紧密联系在一起的,压差决定切向流速和切向流速率,当压差一定的情况下,切向流速和切向流速率是恒定的,跨膜压是控制液体过滤的速度的所以
我们要控制进口端压力和回流压力,这两个压力决定了TMP和压差,而当压差/切向流速恒定的情况下,TMP就成了切向流工艺中的关键因素,需要进行优化。
 
切向流是液体流速在膜表面冲刷的速度. 它是冲刷掉颗粒防止颗粒防止颗粒在膜表面的堆积。切向流带来的冲刷行为将颗粒从膜表面带走。进口端压力和切向流速(切向水通量或回流速),当你增加切向流速,你就同时增加了在进口端和回流端的压差∆p。如果你使切向流速加倍,你最终使∆p也得到加倍。部分关闭回流阀会增加TMP,最终推动液体通过膜, 回流阀关闭的越多,TMP越大,从而透过的液体增加的越多。对于大部分超滤应用来说,透过液阀门是开放的。式下,液
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