Ao selecionar um sistema de filtragem de fluxo tangencial (TFF), devemos usar um cartucho de fibra oca ou uma membrana de cassete de folha plana?
A Filtração de Fluxo Tangencial (TFF) é amplamente utilizada no processamento biofarmacêutico e químico-farmacêutico como uma tecnologia chave para troca e purificação de buffer. Entre todos os componentes do processo, a seleção do cassete de membrana ou módulo de fibra oca é particularmente crítica
Primeiro, uma breve introdução aos módulos de fibra oca e cassetes de membrana:
Módulo de fibra oca:
A solução de alimentação flui axialmente através do lúmen das fibras ocas, enquanto o permeado passa radialmente através da parede da membrana.
Cassete de membrana:
Várias membranas-de folhas planas são empilhadas juntas, normalmente separadas por telas ou espaçadores de fluxo que criam canais de fluxo tangenciais para melhorar a transferência de massa.
1. Comparação dos principais parâmetros de desempenho
A. Eficiência de transferência de fluxo/massa (velocidade de processamento)
Os cassetes de membrana geralmente alcançam fluxo mais alto e tempos de processamento mais curtos.
A estrutura do espaçador/tela cria turbulência na superfície da membrana, reduzindo a formação da camada de gel e melhorando a eficiência da transferência de massa e o desempenho geral do fluxo.
Módulos de fibra oca geralmente fornecem fluxo ligeiramente menor, mas mais estável.
Seus canais de fluxo abertos reduzem a resistência hidráulica, tornando-os menos propensos a incrustações repentinas ao processar fluxos de alimentação com alto-sólido ou com alta{1}}viscosidade.
Exemplo de caso:
No processamento UF/DF de mRNA-de LNP, estudos mostraram que sob condições de TMP idênticas (menores ou iguais a 5 psi) e parâmetros de alimentação, os cassetes de membrana demonstraram fluxo significativamente maior, enquanto os módulos de fibra oca ofereceram menor cisalhamento, mas rendimento ligeiramente reduzido.
B. Força de cisalhamento (impacto em partículas, vírus e biomoléculas)
Módulos de fibra oca são geralmente considerados mais suaves.
Seu design-de canal aberto significa que o cisalhamento segue principalmente o comportamento de fluxo tubular padrão e pode ser controlado quantitativamente por meio da taxa de fluxo e do diâmetro interno da fibra, tornando-os adequados para materiais-sensíveis ao cisalhamento.
Os cassetes de membrana introduzem cisalhamento adicional devido à estrutura espaçadora.
Embora isto melhore a transferência de massa, também pode aumentar a tensão de cisalhamento localizada.
C. Resistência à incrustação/manipulação de sólidos elevados e alta viscosidade
Módulos de fibra oca apresentam vantagens mais claras ao processar materiais com alto teor-sólidos-ou viscosos.
O caminho de fluxo aberto reduz a resistência do fluido e ajuda a manter o fluxo estável sob condições de alimentação exigentes.
Os cassetes de membrana geralmente são mais adequados para aplicações de baixo-a{1}}sólidos médios, onde alto rendimento e processamento mais rápido são prioridades.
Seu design aprimorado de transferência de massa pode oferecer forte desempenho, embora sistemas muito viscosos ou com alto teor de{0}sólidos possam sofrer declínio de fluxo mais rápido, dependendo do material da membrana, do MWCO/tamanho dos poros e das condições do processo.
D. Queda de pressão e janela operacional (TMP e pressão de alimentação)
Em sistemas de fibra oca, a queda de pressão e o cisalhamento podem ser controlados através do diâmetro da fibra, comprimento da fibra e taxa de fluxo cruzado.
Diâmetros de fibra menores aumentam o cisalhamento, enquanto caminhos de fluxo mais longos aumentam a queda de pressão.
Na prática, os sistemas TFF de fibra oca são comumente projetados e ampliados usando cálculos-baseados em TMP.
E. Fator de concentração, taxa de recuperação e volume-de retenção
Os cassetes de membrana costumam ser mais vantajosos para aplicações de alta-concentração e altos fatores de concentração.
A experiência da indústria sugere que os cassetes de membrana oferecem uma estrutura mais compacta, melhor resistência à pressão, maior capacidade de concentração e, muitas vezes, maior recuperação de produto em comparação com sistemas de fibra oca.
Módulos de fibra oca podem ter volumes de retenção maiores-dependendo do design do módulo e da configuração do sistema, o que pode ser mais crítico ao processar pequenos lotes de materiais-de alto valor.
F. Confiabilidade e vida útil: quebra de fibra versus manutenção
Um risco potencial dos sistemas de fibra oca é a quebra da fibra e a fragilidade estrutural.
A experiência prática mostrou que fibras ocas podem ocasionalmente quebrar, e certas estruturas de poros (como estruturas semelhantes a dedos) podem ser mais suscetíveis a danos.
Os cassetes de membrana também requerem manutenção adequada, mas sua vida útil pode ser bastante longa com procedimentos adequados de limpeza e armazenamento.
É importante evitar o ressecamento da membrana e regenerá-la imediatamente após a incrustação.
G. Uso-único, esterilidade e ampliação-
Módulos de fibra oca-de uso único são cada vez mais populares porque normalmente são fornecidos pré-umedecidos, esterilizados por raios gama e prontos para uso, reduzindo significativamente os requisitos de validação de limpeza.
Eles também podem ser escalonados com eficiência, desde o desenvolvimento em laboratório até a fabricação-em grande escala.
Lógica-de expansão:
Tanto os módulos de fibra oca quanto os cassetes de membrana podem ser ampliados aumentando a área de superfície da membrana ou operando múltiplas unidades em paralelo. A documentação de produtos de fibra oca também enfatiza que vários tamanhos estão disponíveis, permitindo uma expansão direta-do laboratório até a escala de produção.
2. Tabela de comparação de seleção
Dimensionar cassetes de fibra oca
