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切向流過濾中的分子舞蹈與技術(shù)革新

瀏覽次數(shù):680 發(fā)布日期:2024-5-20  來源:霍爾斯Holves
探索科學(xué)世界,我們常常被那些看似平凡卻充滿奧秘的技術(shù)所吸引。嘿,準(zhǔn)備好了嗎?今天我們要繼續(xù)探索這個聽起來有點枯燥但實際上非?犰诺目萍——切向流過濾。
我想如果分子世界也有派對,那么切向流過濾技術(shù)一定派對中的“superhero”。它不僅能夠巧妙地解決分子們在過濾過程中的“擁擠”問題,還能優(yōu)雅地引導(dǎo)蛋白質(zhì)們跳起它們的“舞蹈”。
 
一、濃差極化現(xiàn)象:如何讓“擁擠”的分子保持舒適?
想象一下,你在一個擁擠的派對上,每個人都想靠近舞臺,但是人太多了,導(dǎo)致靠近舞臺的人很難移動。這就是所謂的“濃差極化現(xiàn)象”,在切向流過濾中,分子們也想通過過濾器,但是它們也會變得“擁擠”。濃差極化是切向流過濾中常見的問題,它導(dǎo)致了過濾效率的下降。
那么,如何解決這個頭疼的問題呢?
  • 提高流速:就像派對上增加更多的通道,讓分子們有更多空間移動。增加流體的流速可以減少溶質(zhì)在膜表面的停留時間,從而降低其濃度,這是減少濃差極化的最直接方法。但是,增加流速,帶來的剪切力也會變大,可能會導(dǎo)致蛋白分子結(jié)構(gòu)變化。
  • 控制濾出流量:通過濾出端PCV或泵來降低濾出量和跨膜壓差,以延遲濃差極化或膜堵塞。
  • 優(yōu)化膜孔徑:選擇合適的膜孔徑可以減少溶質(zhì)在膜孔中的吸附和堵塞,從而減少濃差極化。
  • 使用攪拌器或振動:在過濾中循環(huán)罐使用攪拌器可以促進流體混合,減少膜表面溶質(zhì)的局部濃度。
  • 優(yōu)化過濾介質(zhì):過濾介質(zhì)的選擇要根據(jù)被過濾物質(zhì)的特性來確定。合適的介質(zhì)能夠提供更好的分離效果,減少濃差極化現(xiàn)象的發(fā)生。
  • 溫度控制:當(dāng)提高料液溫度(物料可接受溫度)提高可以降低料液的粘度,提高溶質(zhì)擴散系數(shù),加速膜面高濃度的溶質(zhì)向主體液擴散,增加了膜的通透量,從而減緩濃差極化。
  • 使用添加劑:在某些情況下,使用特定的添加劑可以改變?nèi)苜|(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì),減少其在膜表面的吸附。
 
二、蛋白質(zhì)的“舞蹈”:避免變性的優(yōu)雅舞步
蛋白質(zhì)是生命活動中的舞者,它們需要在正確的時間和地點跳起優(yōu)雅的舞蹈。但在切向流過濾過程中,蛋白質(zhì)可能會因為聚集而“失去平衡”,發(fā)生變性。這可能會影響蛋白質(zhì)的活性和回收率,為了避免這種情況,我們可以:
  • 控制溫度:就像為舞者提供適宜的室溫,讓蛋白質(zhì)保持舒適。在過濾過程中,維持一個恒定且適宜的溫度,可以防止蛋白質(zhì)因熱應(yīng)力而變性。
  • 控制流速:過高的剪切力可能會導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集,蛋白質(zhì)中的氫鍵和靜電相互作用可能會被破壞,從而導(dǎo)致其折疊狀態(tài)的改變。 此外,剪切力還可以改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象和動力學(xué)。
  • 調(diào)整pH值:pH值對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性有顯著影響,因此調(diào)整pH值至蛋白質(zhì)的最穩(wěn)定區(qū)域是至關(guān)重要的。
  • 使用保護劑:添加蛋白質(zhì)穩(wěn)定劑,如硫酸銨或甘油,可以防止蛋白質(zhì)在過濾過程中的變性
  • 使用親和膜:某些膜材料通過親和作用減少蛋白質(zhì)與膜的接觸,從而降低變性的風(fēng)險。
 
三、大孔徑超濾:工藝的開放與優(yōu)化
大孔徑切向流微濾就像是一場精心編排的舞蹈,每一個步驟都需要精確和優(yōu)化。通過不斷改進和優(yōu)化過濾器的設(shè)計和工藝,我們可以創(chuàng)造出更多的可能性。在這個過程中,我們關(guān)注的是如何提高過濾效率和產(chǎn)品質(zhì)量,也就是使污染物去除率最大化。以下是實現(xiàn)工藝優(yōu)化的關(guān)鍵步驟:
  • 切向流系統(tǒng)優(yōu)化
切向流微濾或大孔徑超濾需要低TMP操作,如果單純控制循環(huán)泵及濃縮端PCV很難達到低TMP工況,為了延緩濃差極化以及達到低TMP要求,我們可以在濾出端新增PCV或濾出泵來降低透過量。
  • 操作參數(shù)的優(yōu)化
確定臨界通量和最優(yōu)通量是確保工藝穩(wěn)定性的第一步。臨界通量是指在保持恒定通量的情況下,跨膜壓(TMP)開始穩(wěn)定上升的點,最優(yōu)通量通常設(shè)定在臨界通量的75%和50%之間,以平衡過濾效率和膜的污染風(fēng)險。
  • 膜的選擇與設(shè)計
就像選擇適合舞者的舞鞋,讓過濾過程更加高效。在大孔徑切向流微濾中,選擇合適的膜是至關(guān)重要的。膜的分子量截止(MWCO)應(yīng)為目標(biāo)蛋白MW的1/3至1/5,以確保高截留率(Rprotein > 0.9995),同時使污染物MW與膜MW的比例在3-5之間,以實現(xiàn)低截留率(Rcontaminant < 0.1-0.2)。
  • 實驗方法
進行全循環(huán)實驗,使用最小面積模塊來獲得篩分與通量數(shù)據(jù)。通過逐步增加通量并監(jiān)測TMP的穩(wěn)定性,可以找到最佳操作點。
通過這些內(nèi)容,我希望你對這項技術(shù)有了更深的了解?茖W(xué)不僅僅是實驗室里的試管和燒杯,它也可以是派對上的舞步和精心編排的舞蹈。繼續(xù)探索,繼續(xù)好奇,繼續(xù)提問,因為科學(xué)是無限的,而好奇心則是驅(qū)動它前進的動力!
來源:北京霍爾斯生物科技有限公司
聯(lián)系電話:010-64919358
E-mail:info@holves.com

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