过滤常见问题100问系列（五）

本期内容聚焦切向流过滤，覆盖切向流过滤工艺、产品应用等方面，快来看看有没有你想要的答案！

切向流过滤主要分为微滤和超滤两种类型，两者差异如下：

切向流过滤产品形式主要包括平板膜包和中空纤维两种类型。Cytiva公司切向流过滤产品及应用详见下表：

平板膜包不能进行SIP和湿热灭菌，但可Gamma辐照灭菌，中空纤维可进行SIP、湿热灭菌以及辐照灭菌。

为满足无菌工艺中切向流过滤需求，Cytiva公司也可供应已Gamma辐照后的预灭菌产品：

针对内毒素的去除，通常推荐PES材质的5 kd、10 kd超滤膜包。

内毒素通常被滤膜截留，目标物质透过滤膜，从而实现目标物质中内毒素的去除。

大肠杆菌通常粒径为0.5×2 μm。针对大肠杆菌发酵液的菌体收集，以及大肠杆菌菌体裂解后的裂解液澄清过滤，通常推荐使用750 kd或者0.1 μm的中空纤维（例如UFP-750-E、CFP-1-E）；而酵母细胞粒径一般较大，推荐使用0.2 μm中空纤维（例如CFP-2-E）即可实现良好的发酵液澄清过滤。

高固含量流体流动，需要有较高的切向流速，以增强对滤膜表面的冲刷作用，预防大微粒沉积于滤膜表面，造成滤膜快速堵塞。

通常Cytiva中空纤维产品针对高固含量流体的澄清过滤，推荐剪切力范围为6000~8000 sec-1,同步需要控制透过滤速，降低跨膜压力（TMP），减小大微粒向滤膜流动的驱动力，避免滤膜快速堵塞，推荐通过调节透过滤速，将跨膜压力控制在5 psi以内。

依据目标蛋白分子量大小进行选择，一般推荐为目标蛋白分子量的1/3~1/6的截留分子量膜包。

例如某蛋白的分子量为150 KDa，则可选择截留分子量在25~50 KDa范围内的超滤膜包进行此蛋白分子的浓缩与洗滤。

浓差极化是指溶质分子在滤膜表面聚集的一种现象，凝胶层是浓差极化的极端情况，描述滤膜表面的固体堆积情况。

浓差极化通常与切向流速、跨膜压力（TMP）有关：

• 切向流速越大，对滤膜表面的冲刷力度越强，浓差极化风险越低；
• 跨膜压力（TMP）越大，溶质分子向滤膜流动的动力越大，浓差极化风险越高；

浓差极化现象越严重，滤膜表面的溶质浓度越高，凝胶层阻力越大，透过速率随跨膜压力（TMP）增加而增长速度变慢，同时滤膜表面的高浓度区域，造成小分子透过的阻力增加，置换效率降低。

切向流速越大，对滤膜表面的冲刷力度越强，滤膜堵塞的风险越低，但越高的切向流速，带来的进口压力、跨膜压力（TMP）越大，浓差极化风险越高，对系统耐压性能要求高。

切向流速是切向流工艺的一个关键工艺参数，不同厂家超滤膜包，流道和筛网的差异，以及溶质分子对剪切力敏感程度的差异，切向流速均会有差异，通常Cytiva超滤膜包，推荐工艺切向流速在5~8 L/min/m2范围内，最低切向流速为3 L/min/m2，清洗工艺推荐切向流速范围为7~10 L/min/m2。

跨膜压力（TMP）是切向流过滤的一个关键工艺参数，建立一个稳定的切向流过滤工艺时，跨膜压力（TMP）的优化是一个必不可少的工艺开发步骤，通常切向流过滤优化操作流程如下：

控制切向流速/压差（进口压力-回流压力）不变，调节回流端阀门至不同TMP，测定不同TMP下的透过滤速，做TMP-透过滤速曲线，曲线的拐点前20% TMP区间，即为最优TMP区间。

标准水通量是指在20 ℃温度下,单位膜面积在单位跨膜压力单位时间内的过膜水流量，（单位： LMH/bar or LMH/psi @ 20 °C）。

初始水通量是指新膜包在第一次使用前的标准水通量，表征膜包使用前最初始的水透过性能。通常在新膜包第一次使用前进行测量。

膜包通常推荐在使用前和使用后进行标准水通量检测，使用前标准水通量检测，主要用于评估膜包的通透性能，使用后标准水通量检测，通常用于表征膜包的清洗效果，判断滤膜是否有堵塞情况。

Cytiva膜包通常推荐使用后标准水通量相比初始标准水通量，达到80%以上，即可认为膜包进行了良好的清洗，但此恢复率受产品特性及膜包清洁工艺影响，应依据实际情况合理制定标准水通量恢复标准。

切向流过滤在生物工艺中应用广泛，因此也涉及到多种类型的污染物，如蛋白质，脂类，核酸，无机盐等。切向流过滤工艺过程中包含CIP的步骤，目的就是对使用后的膜包进行清洁，清洁的有效性可通过冲洗水样来评估，标准水通量也是评定清洁有效的有力手段。

受不同膜材质以及不同物料特性影响，选用的清洁剂略有差异，大部分污染物可通过0.1 M-0.5 M的NaOH清洁，除此之外低浓度的NaOCl也常被应用，如0.1-0.5 M NaOH+200-400 ppm NaOCl。除了清洁剂的种类，清洁温度和清洁时间都会对清洁效果产生影响，通常推荐清洁温度为室温或者40~45 ℃。

在2023版GMP指南中推荐的膜包重复使用的持续监控指标如下：

因此，膜包的使用企业应在考虑药品质量和患者安全的前提下，结合生产要求，充分评估影响膜包寿命的因素，设定膜包寿命的预期。

再通过小规模前瞻性验证，或大规模同步验证，结合回顾性验证以确认何时应更换膜包，并在生产中持续监测，必要时提前更换膜包。

货架期（Shelf Life）指的是超滤膜包处于未开封、原始包装、原始保存液和4-25 °C避光保存条件时，其有效期时长。

重复使用寿命（Reuse Life）指的是客户实际工艺中膜包可以重复使用的频率或周期（如次数、累积时长等等）；它取决于接触物料的特性、溶液的组分、工艺温度、工艺压力和清洁试剂及效果等方面；客户需考虑如何结合其真实工艺条件完成膜包重复使用寿命的确认或验证。

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