Όταν επιλέγουμε ένα σύστημα διήθησης εφαπτομενικής ροής (TFF), πρέπει να χρησιμοποιούμε μια κασέτα κοίλων ινών ή μια επίπεδη μεμβράνη κασέτας;

Το Tangential Flow Filtration (TFF) χρησιμοποιείται ευρέως τόσο στη βιοφαρμακευτική όσο και στη χημική φαρμακευτική επεξεργασία ως βασική τεχνολογία για την ανταλλαγή και τον καθαρισμό ρυθμιστικών διαλυμάτων. Μεταξύ όλων των στοιχείων διεργασίας, η επιλογή της κασέτας μεμβράνης ή της μονάδας κοίλων ινών είναι ιδιαίτερα κρίσιμη

 

Πρώτα, μια σύντομη εισαγωγή στις μονάδες κοίλων ινών και τις κασέτες μεμβράνης:

Μονάδα Hollow Fiber:
Το διάλυμα τροφοδοσίας ρέει αξονικά μέσω του αυλού των κοίλων ινών, ενώ το διήθημα διέρχεται ακτινικά μέσω του τοιχώματος της μεμβράνης.

Κασέτα μεμβράνης:
Πολλαπλές επίπεδες-μεμβράνες φύλλων στοιβάζονται μεταξύ τους, που συνήθως χωρίζονται με οθόνες ή διαχωριστές ροής που δημιουργούν εφαπτομενικά κανάλια ροής για τη βελτίωση της μεταφοράς μάζας.

 

1. Σύγκριση βασικών παραμέτρων απόδοσης

A. Απόδοση ροής / μαζικής μεταφοράς (ταχύτητα επεξεργασίας)

Οι κασέτες μεμβράνης γενικά επιτυγχάνουν υψηλότερη ροή και μικρότερους χρόνους επεξεργασίας.
Η δομή διαχωριστή/οθόνης δημιουργεί αναταράξεις στην επιφάνεια της μεμβράνης, μειώνοντας το σχηματισμό στρώματος γέλης και βελτιώνοντας την απόδοση μεταφοράς μάζας και τη συνολική απόδοση ροής.

Οι μονάδες κοίλων ινών παρέχουν συνήθως ελαφρώς χαμηλότερη αλλά πιο σταθερή ροή.
Τα ανοιχτά κανάλια ροής τους μειώνουν την υδραυλική αντίσταση, καθιστώντας τα λιγότερο επιρρεπή σε ξαφνική ρύπανση κατά την επεξεργασία ροών τροφοδοσίας υψηλού-στερεού ή υψηλού{1}}ιξώδους.

Παράδειγμα περίπτωσης:
Στην επεξεργασία UF/DF του LNP-mRNA, μελέτες έχουν δείξει ότι υπό ίδιες συνθήκες TMP (Μικρότερο ή ίσο με 5 psi) και παραμέτρους τροφοδοσίας, οι κασέτες μεμβράνης επέδειξαν σημαντικά υψηλότερη ροή, ενώ οι μονάδες κοίλων ινών πρόσφεραν χαμηλότερη διάτμηση αλλά ελαφρώς μειωμένη απόδοση.

Β. Διατμητική δύναμη (Επίδραση σε σωματίδια, ιούς και βιομόρια)

Οι μονάδες κοίλων ινών θεωρούνται γενικά πιο ήπιες.
Ο σχεδιασμός ανοιχτού-καναλιού τους σημαίνει ότι η διάτμηση ακολουθεί κυρίως την τυπική συμπεριφορά σωληνοειδούς ροής και μπορεί να ελεγχθεί ποσοτικά μέσω του ρυθμού ροής και της εσωτερικής διαμέτρου της ίνας, καθιστώντας τα κατάλληλα για ευαίσθητα στη διάτμηση υλικά.

Οι κασέτες μεμβράνης εισάγουν πρόσθετη διάτμηση λόγω της δομής του διαχωριστή.
Αν και αυτό βελτιώνει τη μεταφορά μάζας, μπορεί επίσης να αυξήσει την τοπική διατμητική τάση.

Γ. Αντίσταση ρύπανσης / Χειρισμός Υψηλών Στερεών και Υψηλού Ιξώδους

Οι μονάδες κοίλων ινών παρουσιάζουν σαφέστερα πλεονεκτήματα κατά την επεξεργασία υλικών υψηλής-στερεάς-περιεκτικότητας ή ιξώδους.

Η ανοιχτή διαδρομή ροής μειώνει την αντίσταση του υγρού και βοηθά στη διατήρηση της σταθερής ροής υπό απαιτητικές συνθήκες τροφοδοσίας.

Οι κασέτες μεμβράνης είναι γενικά πιο κατάλληλες για εφαρμογές χαμηλών-έως-μέτριων στερεών όπου η υψηλή απόδοση και η ταχύτερη επεξεργασία αποτελούν προτεραιότητα.
Ο βελτιωμένος σχεδιασμός μεταφοράς μάζας τους μπορεί να προσφέρει ισχυρή απόδοση, αν και τα πολύ ιξώδη ή υψηλά στερεά συστήματα ενδέχεται να παρουσιάσουν ταχύτερη μείωση ροής ανάλογα με το υλικό της μεμβράνης, το μέγεθος MWCO/πόρου και τις συνθήκες διεργασίας.

Δ. Πτώση πίεσης και παράθυρο λειτουργίας (TMP & πίεση τροφοδοσίας)

Στα συστήματα κοίλων ινών, η πτώση πίεσης και η διάτμηση μπορούν να ελεγχθούν μέσω της διαμέτρου της ίνας, του μήκους της ίνας και του ρυθμού εγκάρσιας ροής.
Οι μικρότερες διάμετροι ινών αυξάνουν τη διάτμηση, ενώ οι μεγαλύτερες διαδρομές ροής αυξάνουν την πτώση πίεσης.

Στην πράξη, τα συστήματα TFF με κοίλες ίνες συνήθως σχεδιάζονται και κλιμακώνονται χρησιμοποιώντας υπολογισμούς-που βασίζονται στο TMP.

Ε. Συντελεστής συγκέντρωσης, ρυθμός ανάκτησης και διατήρησης-Αυξημένη ένταση

Οι κασέτες μεμβράνης είναι συχνά πιο συμφέρουσες για εφαρμογές υψηλής-συγκέντρωσης και υψηλούς συντελεστές συγκέντρωσης.

Η εμπειρία του κλάδου υποδηλώνει ότι οι κασέτες μεμβράνης προσφέρουν πιο συμπαγή δομή, καλύτερη αντοχή στην πίεση, μεγαλύτερη ικανότητα συγκέντρωσης και συχνά υψηλότερη ανάκτηση προϊόντος σε σύγκριση με συστήματα κοίλων ινών.

Οι μονάδες κοίλων ινών ενδέχεται να έχουν μεγαλύτερο-όγκους συγκράτησης, ανάλογα με το σχεδιασμό της μονάδας και τη διαμόρφωση του συστήματος, κάτι που μπορεί να είναι πιο κρίσιμο κατά την επεξεργασία μικρών παρτίδων υλικών υψηλής-τιμής.

ΣΤ. Αξιοπιστία και διάρκεια ζωής: Θραύση ινών έναντι συντήρησης

Ένας πιθανός κίνδυνος των συστημάτων κοίλων ινών είναι η θραύση των ινών και η δομική ευθραυστότητα.
Η πρακτική εμπειρία έχει δείξει ότι οι κοίλες ίνες μπορεί περιστασιακά να σπάσουν και ορισμένες δομές πόρων (όπως δομές-όπως τα δάχτυλα) μπορεί να είναι πιο επιρρεπείς σε ζημιά.

Οι κασέτες μεμβράνης απαιτούν επίσης σωστή συντήρηση, αλλά η διάρκεια ζωής τους μπορεί να είναι αρκετά μεγάλη με κατάλληλες διαδικασίες καθαρισμού και αποθήκευσης.
Είναι σημαντικό να αποφύγετε το στέγνωμα της μεμβράνης και να αναγεννήσετε τη μεμβράνη αμέσως μετά τη ρύπανση.

Ζ. Ενιαία-Χρήση, Στειρότητα και Κλίμακα-Επάνω

Οι μονάδες κοίλων ινών μίας-χρήσης είναι ολοένα και πιο δημοφιλείς επειδή συνήθως παρέχονται προ-διαβρεγμένες, αποστειρωμένες με γάμμα και έτοιμες προς χρήση, μειώνοντας σημαντικά τις απαιτήσεις επικύρωσης καθαρισμού.
Μπορούν επίσης να κλιμακωθούν αποτελεσματικά από την εργαστηριακή ανάπτυξη έως την κατασκευή πλήρους κλίμακας-.

Κλιμακώστε-λογική:
Τόσο οι μονάδες κοίλων ινών όσο και οι κασέτες μεμβράνης μπορούν να κλιμακωθούν αυξάνοντας την επιφάνεια της μεμβράνης ή λειτουργώντας πολλές μονάδες παράλληλα. Η τεκμηρίωση προϊόντων κούφιας ίνας τονίζει επίσης ότι είναι διαθέσιμα πολλαπλά μεγέθη, επιτρέποντας την απλή κλίμακα-από την κλίμακα εργαστηρίου στην παραγωγή.

 

2. Πίνακας σύγκρισης επιλογής

 

Κασέτες διάστασης κοίλων ινών