Protein Solution Viscosity Control in Ultrafiltration

He mea nui ka kaohi ʻana i ka mānoanoa o nā hopena protein no ka hoʻomaikaʻi ʻana i nā kaʻina hana hoʻohuihui ultrafiltration i ka hana biopharmaceutical. ʻO ka mānoanoa kiʻekiʻe i loko o nā hopena protein—ʻoi aku hoʻi ma nā ʻano kiʻekiʻe o ka protein—e hoʻopilikia pololei i ka hana membrane, ka pono o ke kaʻina hana, a me ka hoʻokele waiwai i nā noi hoʻohuihui protein ultrafiltration. Piʻi ka mānoanoa o ka hopena me ka nui o ka protein ma muli o ka hui ʻana o ka anti-body a me nā pilina electrostatic, e hoʻonui ai i ke kūʻē ʻana i ke kahe a me ka hāʻule ʻana o ke kaomi ma waena o ka membrane ultrafiltration. ʻO ka hopena kēia i nā fluxes permeate haʻahaʻa a me nā manawa hana lōʻihi, ʻoi aku hoʻi i nā kaʻina hana transverse flow filtration (TFF).

ʻO ke kaomi transmembrane (TMP), ka mana hoʻokele ma hope o ka ultrafiltration, ua pili loa ia i ka viscosity. ʻO ka hana ʻana ma waho o ka pae kaomi transmembrane maʻamau e hoʻolalelale i ka membrane fouling a hoʻonui i ka concentration polarization—ʻo ka hōʻiliʻili ʻana o nā protein kokoke i ka membrane e hoʻonui mau ana i ka viscosity kūloko. ʻO ka polarization concentration a me ka membrane fouling e hopena i ka emi ʻana o ka hana membrane ultrafiltration a hiki ke hoʻopōkole i ke ola o ka membrane inā ʻaʻole i nānā ʻia. Hōʻike ka hana hoʻokolohua he ʻoi aku ka ʻike ʻia o ka membrane fouling a me ka concentration polarization i ka ultrafiltration ma nā waiwai TMP kiʻekiʻe a me nā hānai viscous hou aʻe, e hana ana i ka mana TMP manawa maoli he mea nui e hoʻonui i ka throughput a hoʻemi i ka pinepine o ka hoʻomaʻemaʻe.

ʻO ka hoʻonui ʻana i ka nui o ka ultrafiltration e pono ai nā hoʻolālā i hoʻohui ʻia:

Ana ʻana o ka mānoanoa o ka hopena proteinNā loiloi mānoanoa maʻamau—me ka hoʻohana ʻananā viscometers i loko o ka laina—kōkua i ka wānana ʻana i nā helu kānana a me ka wānana ʻana i nā pilikia o ke kaʻina hana, e kākoʻo ana i nā hoʻololi wikiwiki o ke kaʻina hana.
Hoʻomaʻamaʻa hānaiʻO ka hoʻoponopono ʻana i ka pH, ka ikaika ionic, a me ka mahana hiki ke hoʻohaʻahaʻa i ka viscosity a hōʻemi i ka fouling. No ka laʻana, ʻo ka hoʻohui ʻana i nā ions sodium e hoʻonui i ka hydration repulsion ma waena o nā protein, e hōʻemi ana i ka aggregation a me ka fouling, ʻoiai ʻo nā ions calcium e paipai i ka protein bridging a me ka fouling.
Ka hoʻohana ʻana i nā mea hoʻohuiʻO ka hoʻohui ʻana i nā excipients e hoʻohaʻahaʻa ana i ka viscosity i loko o nā hopena protein i hoʻohuihui nui ʻia e hoʻomaikaʻi i ka permeability membrane a hoʻemi i ke kaomi transmembrane i ka ultrafiltration, e hoʻonui ana i ka pono holoʻokoʻa.
Nā ʻōnaehana kahe holomuaʻO ka hoʻonui ʻana i ka wikiwiki o ke kahe ʻana, ka hoʻohana ʻana i ke kahe ʻana o ke kahe ʻokoʻa, a i ʻole ka hoʻohana ʻana i ka injection jet e hoʻopilikia i nā papa haumia. Kōkua kēia mau ʻano hana i ka hoʻomau ʻana i ka permeate flux a hōʻemi i ka pinepine o ka hoʻololi ʻana o ka membrane ma ka hōʻemi ʻana i ka hoʻokumu ʻana o ka waihona.
Koho ʻana a me ka hoʻomaʻemaʻe ʻana o ka membraneʻO ke koho ʻana i nā membrane kūpaʻa kemika (e like me SiC a i ʻole nā hybrids thermosalient) a me ka hoʻonui ʻana i ka alapine (frequency) o ka hoʻomaʻemaʻe ʻana o ka membrane me nā protocols kūpono (e like me ka hoʻomaʻemaʻe ʻana o ka sodium hypochlorite) he mea nui ia no ka hoʻolōʻihi ʻana i ke ola o ka membrane a me ka hoʻemi ʻana i nā kumukūʻai hana.

Ma keʻano holoʻokoʻa, ʻo ka kaohi pono ʻana i ka viscosity a me ka hoʻokele TMP ke kihi o ka hana holomua o ka pae hoʻohuihui ultrafiltration, e hoʻohuli pololei ana i ka hua huahana, ka alapine (frequency) o ka hoʻomaʻemaʻe ʻana o ka membrane, a me ke ola lōʻihi o nā waiwai membrane pipiʻi.

Ke Hoʻomaopopo nei i ka Viscosity Solution Protein i ka Ultrafiltration

1.1. He aha ka Viscosity o nā Protein Solutions?

Hōʻike ka viscosity i ke kū'ē ʻana o kahi wai i ke kahe; i loko o nā hopena protein, hōʻailona ia i ka nui o ka friction molecular e hoʻopilikia ai i ka neʻe ʻana. ʻO ke anakahi SI no ka viscosity ʻo Pascal-second (Pa·s), akā hoʻohana pinepine ʻia ka centipoise (cP) no nā wai olaola. Hoʻopilikia pololei ka viscosity i ka maʻalahi o ka pamu ʻana a i ʻole ke kānana ʻana i nā hopena protein i ka wā o ka hana ʻana a hoʻopilikia i ka lawe ʻana i ka lāʻau lapaʻau, ʻoi aku hoʻi no nā biotherapeutics kiʻekiʻe.

ʻO ka nui o ka protein ka mea nui e hoʻopilikia ai i ka viscosity. Ke piʻi aʻe nā pae protein, piʻi aʻe nā pilina intermolecular a me ka crowding, e piʻi ai ka viscosity, pinepine nonlinearly. Ma luna o kahi paepae, hoʻopau hou nā pilina protein-protein i ka diffusion i loko o ka hopena. No ka laʻana, ʻo nā hopena antibody monoclonal i hoʻopaʻa ʻia i hoʻohana ʻia i nā lāʻau lapaʻau e hiki pinepine i nā pae viscosity e hoʻokūkū i ka injection subcutaneous a i ʻole e kaupalena i nā helu hana.

Hoʻokomo nā kumu hoʻohālike i ka wānana ʻana i ka viscosity i loko o nā hopena protein i hoʻopaʻa ʻia i kēia manawa i ke geometry molecular a me nā ʻano aggregation. ʻO ke ʻano o ka protein—inā he elongated, globular, a i ʻole ka prone to aggregation—e hoʻopilikia nui i ka viscosity ma nā ʻano kiʻekiʻe. ʻO nā holomua hou i ka loiloi microfluidic e hiki ai ke ana pololei i ka viscosity mai nā nui laʻana liʻiliʻi, e hoʻomaʻalahi ana i ka nānā wikiwiki ʻana i nā ʻano protein hou.

1.2. Pehea e loli ai ka Viscosity i ka wā o ka Ultrafiltration

I ka wā o ka ultrafiltration, hōʻiliʻili koke ka polarization concentration i nā protein ma ka interface membrane-solution. Hoʻokumu kēia i nā gradients concentration kūloko kiʻekiʻe a hoʻokiʻekiʻe i ka viscosity kokoke i ka membrane. ʻO ka viscosity kiʻekiʻe ma kēia wahi e pale ai i ka hoʻoili nui a hōʻemi i ka permeate flux.

He ʻokoʻa ka polarization concentration mai ka fouling membrane. He dynamic a reversible ka polarization, e hana ana i loko o nā minuke i ka holomua ʻana o ka filtration. I ka hoʻohālikelike ʻana, ulu ka fouling i ka hala ʻana o ka manawa a pili pinepine i ka hoʻopaʻa ʻana i hiki ʻole ke hoʻihoʻi ʻia a i ʻole ka hoʻololi kemika ma ka ʻili o ka membrane. ʻAe nā diagnostics pololei i ka nānā ʻana i ka papa polarization concentration i ka manawa maoli, e hōʻike ana i kona ʻike i ka wikiwiki o ke kahe a me ke kaomi transmembrane. No ka laʻana, ʻo ka hoʻonui ʻana i ka wikiwiki a i ʻole ka hoʻemi ʻana i ke kaomi transmembrane (TMP) e kōkua i ka hoʻopilikia ʻana i ka papa palena viscous, e hoʻihoʻi ana i ka flux.

Hoʻopili pololei nā ʻōkuhi hana i ke ʻano o ka viscosity:

Kaomi transmembrane (TMP)ʻO ka TMP kiʻekiʻe e hoʻoikaika i ka polarization, e hoʻokiʻekiʻe ana i ka viscosity kūloko a e hoʻemi ana i ka flux.
Ka wikiwiki o ke kahe ʻana: Hoʻonui ka wikiwiki i ka hōʻiliʻili ʻana, e hoʻolohi ana i ka mānoanoa kokoke i ka membrane.
Ka alapine (frequency) o ka hoʻomaʻemaʻe ʻana o ka membraneʻO ka hoʻomaʻemaʻe pinepine ʻana e hōʻemi i ka hōʻiliʻili ʻana i ka wā lōʻihi a hōʻemi i ka pohō hana i hoʻokele ʻia e ka viscosity.

Pono nā pae hoʻonui ultrafiltration e hoʻomaikaʻi i kēia mau palena e hōʻemi i nā hopena viscosity maikaʻi ʻole a hoʻomau i ka throughput.

1.3. Nā ʻAno o ka Wai Hoʻonā Protein e Hoʻopilikia ana i ka Viscosity

Kaumaha molekolea mehaku meleʻO ke kumu nui e hoʻoholo ai i ka mānoanoa. ʻO nā protein a i ʻole nā huihui nui a paʻakikī hoʻi e hāʻawi i ka mānoanoa kiʻekiʻe ma muli o ka neʻe ʻana i keakea ʻia a me nā ikaika intermolecular koʻikoʻi. Hoʻololi hou ke ʻano o nā protein i ke kahe—ʻo nā kaulahao elongated a i ʻole nā kaumaha-prone e hoʻoulu i ka pale ʻana ma mua o nā protein globular compact.

pHhoʻopilikia koʻikoʻi i ka hoʻouka ʻana o ka protein a me ka solubility. ʻO ka hoʻoponopono ʻana i ka pH o ka hopena kokoke i ka isoelectric point o ka protein e hōʻemi i ka hoʻouka ʻupena, hoʻemi i ka repulsion protein-protein, a hoʻohaʻahaʻa i ka viscosity no kekahi manawa, e hoʻomaʻamaʻa ana i ka kānana. No ka laʻana, ʻo ka hana ʻana i ka ultrafiltration kokoke i ka isoelectric point o BSA a i ʻole IgG hiki ke hoʻonui nui i ka permeate flux a me ka separation selectivity.

Ikaika ionichoʻopilikia i ka viscosity ma ka hoʻololi ʻana i ka papa pālua uila a puni nā protein. Hoʻonui ka ikaika ionic i nā pilina electrostatic, e paipai ana i ka hoʻoili ʻana o ka protein ma o nā membrane akā e hoʻonui pū ana i ka pilikia o ka hōʻuluʻulu ʻana a me nā piʻi viscosity e pili ana. ʻO ke kālepa ma waena o ka pono o ka hoʻoili ʻana a me ke koho ʻana e pili pinepine ana i ka hoʻonohonoho pono ʻana i nā ʻano paʻakai a me ka haku mele buffer.

Hiki ke hoʻohana ʻia nā mea hoʻohui molekala liʻiliʻi—e like me ka arginine hydrochloride a i ʻole guanidine—e hōʻemi i ka viscosity. Hoʻopilikia kēia mau mea i nā mea huki hydrophobic a electrostatic paha, hōʻemi i ka hōʻuluʻulu ʻana, a hoʻomaikaʻi i nā waiwai kahe o ka hopena. Hana ka mahana ma ke ʻano he mea hoʻololi kaohi hou aʻe; hoʻonui ka mahana haʻahaʻa i ka viscosity, ʻoiai hoʻemi pinepine ka wela hou.

Pono e noʻonoʻo ʻia ke ana ʻana o ka mānoanoa o ka hopena protein:

Nā hoʻolaha kaumaha molekala
Ka hoʻohuihui ʻana o ka hopena (nā paʻakai, nā mea hoʻohui, nā mea hoʻohui)
Koho ʻana i ka pH a me ka ʻōnaehana buffer
Hoʻonohonoho ikaika ionic

He mea koʻikoʻi kēia mau mea no ka hoʻonui ʻana i ka hana o ka membrane ultrafiltration a me ka hōʻoia ʻana i ke kūlike ma waena o nā pae hoʻohuihui a me nā kaʻina hana TFF.

Nā Kumu o ka Hoʻohuihui Protein Ultrafiltration

Nā Kumumanaʻo o ka Pae Hoʻohuihui Ultrafiltration

Hana ka hoʻohuihui protein Ultrafiltration ma ka hoʻopili ʻana i kahi kaomi transmembrane (TMP) ma waena o kahi membrane semi-permeable, e hoʻokele ana i ka solvent a me nā solutes liʻiliʻi ma o lākou a mālama i nā protein a me nā molekala nui. Hoʻohana ke kaʻina hana i ka permeation koho e pili ana i ka nui o ka molekala, me ka ʻoki kaumaha molekala o ka membrane (MWCO) e wehewehe ana i ka nui loa o nā molekala e hala. Hōʻiliʻili nā protein i ʻoi aku ma mua o ka MWCO ma ka ʻaoʻao retentate, e hoʻonui ana i ko lākou ʻano i ka wā e huki ʻia ai ka permeate.

ʻO ke kahua hoʻohuihui ultrafiltration e kuhikuhi ana i ka hōʻemi ʻana o ka nui a me ka hoʻonui ʻana i ka hopena protein. I ka holomua ʻana o ka kānana, piʻi pinepine ka viscosity o ka hopena protein, e hoʻopilikia ana i nā koi flux a me TMP. Hiki i nā protein i mālama ʻia ke launa pū me kekahi a me ka membrane, e hoʻolilo ana i ke kaʻina hana honua maoli i ʻoi aku ka paʻakikī ma mua o ka hoʻokaʻawale ʻana i ka nui maʻalahi. ʻO nā pilina electrostatic, ka hōʻuluʻulu protein, a me nā ʻano hopena e like me ka pH a me ka ikaika ionic e pili ana i nā hopena paʻa a me ka hoʻokaʻawale. I kekahi mau hihia, ʻoi aku ka nui o ka lawe ʻana ma mua o ka diffusion, ʻoi aku hoʻi i nā membrane me nā pores nui aʻe, e hoʻopilikia ana i nā manaʻolana e pili ana i ke koho MWCO wale nō [e ʻike i ka hōʻuluʻulu noiʻi].

Ka Wehewehe ʻana i ka Kānana Holo Transverse (TFF)

ʻO ka kānana kahe transverse, i kapa ʻia hoʻi ʻo tangential flow filtration (TFF), ke ala i ka hopena protein ma ke ʻano tangential ma luna o ka ʻili o ka membrane. ʻOkoʻa kēia ʻano hana me ka kānana dead-end, kahi e kū pololei ai ke kahe i ka membrane, e hoʻokuke pololei ana i nā ʻāpana ma luna a i loko o ke kānana.

Nā ʻokoʻa koʻikoʻi a me nā hopena:

Ka Mana ʻAna i ka Haunaele:Hoʻemi ʻo TFF i ka hōʻiliʻili ʻana o nā papa protein a me nā particulate, i ʻike ʻia ʻo ka hoʻokumu ʻana o ka cake, ma ka holoi mau ʻana i nā mea haumia mai ka membrane. ʻO ka hopena kēia i ka permeation flux paʻa a me ka mālama maʻalahi.
Ka Paʻa ʻana o ka Protein:Kākoʻo ʻo TFF i ka hoʻokele maikaʻi ʻana o ka polarization concentration—he papa o nā molekala i mālama ʻia kokoke i ka membrane—inā ʻaʻole i kāohi ʻia, hiki ke hōʻemi i ke koho hoʻokaʻawale a hoʻonui i ka fouling. Hoʻēmi ke kahe ikaika i loko o TFF i kēia hopena, e kōkua ana i ka mālama ʻana i ka paʻa ʻana o ka protein kiʻekiʻe a me ka pono o ka hoʻokaʻawale ʻana.
Paʻa o ke kahe ʻana:ʻO TFF e hiki ai i nā wā hana lōʻihi ma ke kahe mau, e hoʻonui ana i ka pono i nā kaʻina hana me nā hānai momona-protein a i ʻole nā mea liʻiliʻi. ʻO ka kānana make-end, ma ke ʻano ʻē aʻe, ua hoʻopilikia koke ʻia e ka haumia, ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i ka throughput a me ke koi ʻana i nā hana hoʻomaʻemaʻe pinepine.

ʻO nā ʻano TFF holomua, e like me ke kahe tangential alternating (ATF), e hoʻopilikia hou aku i ka fouling a me ka hoʻokumu ʻana o ka cake ma o ka hoʻohuli pinepine ʻana a i ʻole ka hoʻololi ʻana i nā wikiwiki tangential, e hoʻolōʻihi ana i ke ola o ka kānana a me ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka throughput protein [e ʻike i ka hōʻuluʻulu manaʻo noiʻi]. Ma nā hoʻonohonoho TFF maʻamau a me nā holomua, pono e hoʻopilikino ʻia nā hoʻonohonoho hana—e like me TMP, ka wikiwiki o ke kahe ʻana, a me ka alapine hoʻomaʻemaʻe—i ka ʻōnaehana protein kikoʻī, ke ʻano membrane, a me ka noʻonoʻo pahuhopu e hoʻomaikaʻi i ka hana a hoʻemi i ka fouling.

Kaomi Transmembrane (TMP) i ka Ultrafiltration

3.1. He aha ke kaomi Transmembrane?

ʻO ke kaomi transmembrane (TMP) ka ʻokoʻa o ke kaomi ma waena o kahi membrane kānana, e hoʻokele ana i ka solvent mai ka ʻaoʻao hānai a i ka ʻaoʻao permeate. ʻO TMP ka ikaika nui ma hope o ke kaʻina hana hoʻokaʻawale i ka ultrafiltration, e ʻae ana i ka solvent e hele ma waena o ka membrane me ka mālama ʻana i nā protein a me nā macromolecules ʻē aʻe.

Haʻilula TMP:

ʻOkoʻa maʻalahi: TMP = P_feed − P_permeate
ʻAno hana ʻenekinia: TMP = [(P_feed + P_retentate)/2] − P_permeate
Maanei, ʻo P_feed ke kaomi komo, ʻo P_retentate ke kaomi puka ma ka ʻaoʻao retentate, a ʻo P_permeate ke kaomi ʻaoʻao permeate. ʻO ka hoʻokomo ʻana i ke kaomi retentate (a i ʻole concentrate) e hāʻawi i kahi waiwai pololei ma ka ʻili membrane, e helu ana i nā gradients kaomi i hoʻokumu ʻia e ke kū'ē ʻana o ke kahe a me ka fouling.
Kaomi hānai a me ka nui o ke kahe
Kaomi hoʻopaʻa (inā pili)
Kaomi komo (pinepine i ka lewa)
Ke kū'ē ʻana o ka membrane
ʻOkoʻa ka TMP ma muli o ke ʻano o ka membrane, ka hoʻolālā ʻōnaehana, a me nā kūlana o ke kaʻina hana.

Ke kāohi nei i nā loli:

3.2. TMP a me ke Kaʻina Hana Ultrafiltration

He kuleana koʻikoʻi ko TMP i ka hoʻohuihui protein ultrafiltration, e hoʻokele ana i nā hopena protein ma o ka membrane. Pono ke kiʻekiʻe o ke kaomi e lanakila ai i ke kū'ē mai ka membrane a me nā mea i hōʻiliʻili ʻia akā ʻaʻole kiʻekiʻe loa e hoʻolalelale i ka haumia.

Ka Mana o ka Viscosity Solution a me ka Protein Concentration

Ka mānoanoa o nā hopena protein:Hoʻonui ka viscosity kiʻekiʻe i ke kū'ē ʻana o ke kahe, e koi ana i kahi TMP kiʻekiʻe e mālama i ka permeate flux like. No ka laʻana, ʻo ka hoʻohui ʻana i ka glycerol i ka hānai a i ʻole ka hana ʻana me nā protein i hoʻopaʻa ʻia e hoʻonui i ka viscosity a pēlā e pono ai ka TMP hana.
Ka nui o ka protein:I ka piʻi ʻana o ka nui i ka wā o ka pae nui o ka ultrafiltration, piʻi aʻe ka viscosity o ka hopena, piʻi aʻe ka TMP, a ulu aʻe ka pilikia o ka membrane fouling a i ʻole ka polarization nui.
Ke Kānāwai o Darcy:Pili ʻo TMP, permeate flux (J), a me ka viscosity (μ) ma o TMP = J × μ × R_m (ke kū'ē ʻana o ka membrane). No nā hopena protein viscosity kiʻekiʻe, he mea nui ka hoʻoponopono akahele ʻana o TMP no ka ultrafiltration maikaʻi.

Nā Laʻana:

Pono ka Ultrafiltration o nā hopena antibody paʻa i ka hoʻokele TMP akahele e pale aku i ka piʻi ʻana o ka viscosity.
Hoʻololi ka PEGylation a i ʻole nā hoʻololi protein ʻē aʻe i ka pilina me ka membrane, e hoʻopilikia ana i ka TMP e pono ai no ka flux i makemake ʻia.

3.3. Nānā a me ka Hoʻonui ʻana i ka TMP

Ka mālama ʻana i ka TMP i loko oka pae kaomi transmembrane maʻamauhe mea nui ia no ka hana paʻa o ka membrane ultrafiltration a me ka maikaʻi o ka huahana. I ka hala ʻana o ka manawa, i ka holomua ʻana o ka ultrafiltration, hiki i ka polarization concentration a me ka fouling ke hoʻonui i ka TMP, i kekahi manawa wikiwiki.

Nā Hana Nānā:

Ka nānā ʻana i ka manawa maoli:Hoʻopaʻa ʻia ʻo TMP ma o ka inlet, retentate, a me ka permeatenā mea hoʻoili kaomi.
ʻO ka Raman Spectroscopy:Hoʻohana ʻia no ka nānā ʻana ʻole i ka invasive o ka protein a me nā excipient concentrations, e hoʻomaʻamaʻa ana i ka adaptive TMP control i ka wā o ka ultrafiltration a me ka diafiltration.
Ka mana holomua:Hiki i nā Kānana Kalman i hoʻonui ʻia (EKF) ke hana i ka ʻikepili sensor, e hoʻoponopono ponoʻī ana i ka TMP e pale aku i ka haumia nui.
E hoʻonohonoho i ka TMP mua i loko o ka pae maʻamau:ʻAʻole haʻahaʻa loa e hōʻemi i ke kahe ʻana, ʻaʻole kiʻekiʻe loa e pale aku ai i ka hewa koke.
E hoʻoponopono i ka TMP i ka piʻi ʻana o ka viscosity:I ka wā o ka hoʻonui ʻia ʻana o ka ultrafiltration, e hoʻonui mālie i ka TMP inā pono.
Kaohi i ke kahe hānai a me ka pH:ʻO ka hoʻonui ʻana i ka kahe o ka hānai a i ʻole ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i ka TMP e hōʻemi i ka polarization concentration a me ka fouling.
Ka hoʻomaʻemaʻe ʻana a me ka hoʻololi ʻana o ka membrane:Hoʻopili ʻia nā TMP kiʻekiʻe me ka hoʻomaʻemaʻe pinepine a me ka hoʻemi ʻana i ke ola o ka membrane.

Nā Hoʻolālā Hoʻonui:

Nā Laʻana:

ʻO ka haumia ʻana o ka popopo i nā laina hana protein e alakaʻi i ka hoʻonui ʻia o ka TMP a me ka emi ʻana o ke kahe ʻana, e pono ai ka hoʻomaʻemaʻe ʻana o ka membrane a i ʻole ke pani ʻana e hoʻihoʻi i ka hana maʻamau.
Hiki i ka mālama mua ʻana o ka enzymatic (e laʻa, ka hoʻohui ʻana o ka pectinase) ke hoʻohaʻahaʻa i ka TMP a hoʻolōʻihi i ke ola o ka membrane i ka wā o ka ultrafiltration protein rapeseed kiʻekiʻe.

3.4. TMP ma nā ʻōnaehana TFF

Hana ka kānana kahe tangential (transverse) (TFF) ma ke kahawai ʻana i ka hopena hānai ma waena o ka membrane ma mua o ka pololei ʻana ma o ia mea, e hoʻohuli nui ana i ka dinamika TMP.

Ka Hoʻoponopono a me ke Kaulike o TMP

Kaomi transmembrane TFF (TFF TMP):Hoʻokele ʻia ma ka kaohi ʻana i ka nui o ke kahe o ka hānai a me ke kaomi pamu e pale aku i ka TMP nui loa me ka hoʻonui ʻana i ka permeate flux.
Nā palena hoʻonui:ʻO ka hoʻonui ʻana i ke kahe o ka hānai e hōʻemi ana i ka waiho ʻana o nā protein kūloko, hoʻopaʻa i ka TMP, a hōʻemi i ka fouling membrane.
Hoʻohālikelike helu:Hoʻomaopopo a hoʻomaikaʻi nā kumu hoʻohālike CFD i ka TFF TMP no ka hoʻōla huahana nui loa, ka maʻemaʻe, a me ka hua—he mea nui loa ia no nā kaʻina hana e like me ka mRNA a i ʻole ka hoʻokaʻawale ʻana o ka vesicle extracellular.

Nā Laʻana:

I ka bioprocessing, loaʻa i ka TFF TMP kūpono ka hoʻōla ʻana o ka mRNA ma mua o 70% me ka ʻole o ka hōʻino ʻia ʻana, e ʻoi aku ka maikaʻi ma mua o nā ʻano hana ultracentrifugation.
ʻO ka mana TMP Adaptive, i hoʻomaopopo ʻia e nā kumu hoʻohālike makemakika a me ka manaʻo sensor, hoʻemi i ke alapine (frequency) o ka hoʻololi ʻana o ka membrane a hoʻonui i ke ola o ka membrane ma o ka hoʻēmi ʻana i ka fouling.

Nā mea nui e lawe ʻia:

Pono e hoʻokele pono ʻia ke kaomi transmembrane TMP i loko o TFF e mālama i ka pono o ke kaʻina hana, ka flux, a me ke olakino o ka membrane.
Hoʻohaʻahaʻa ka hoʻonui ʻōnaehana TMP i nā kumukūʻai hana, kākoʻo i ka hoʻōla ʻana o ka huahana maʻemaʻe kiʻekiʻe, a hoʻolōʻihi i ke ola o ka membrane i ka protein ultrafiltration a me nā kaʻina hana e pili ana.

Nā ʻano hana hoʻohaumia a me ko lākou pilina me ka Viscosity

Nā Alanui Haumaha Nui ma ka Protein Ultrafiltration

Hoʻopilikia ʻia ka protein ultrafiltration e kekahi mau ala haumia like ʻole:

Ka palaho ʻana o ka ʻōpala:Hana ʻia ke hōʻiliʻili ʻia nā huahana pala—ʻo ia hoʻi nā ʻokikene hao—ma luna o nā ʻili membrane. Hoʻemi kēia i ke kahe ʻana a paʻakikī ke wehe me nā mea hoʻomaʻemaʻe kemika maʻamau. ʻO ka haumia ʻana o ka palaho e alakaʻi i ka nalowale mau o ka hana membrane a hoʻonui i ka pinepine o ka hoʻololi ʻana o ka membrane i ka hala ʻana o ka manawa. He koʻikoʻi loa kona hopena me nā membrane PVDF a me PES i hoʻohana ʻia i ka mālama ʻana i ka wai a me nā noi protein.

Hoʻohaumia Organic:Hoʻoulu nui ʻia e nā protein e like me ka bovine serum albumin (BSA), a hiki ke hoʻoikaika ʻia i ke alo o nā mea ola ʻē aʻe e like me ka polysaccharides (e laʻa, sodium alginate). ʻO nā ʻano hana e pili ana i ka adsorption ma luna o nā pores membrane, ka pore plugging, a me ka hoʻokumu ʻana o kahi papa cake. Hiki mai nā hopena synergistic ke loaʻa nā ʻāpana ola he nui, me nā ʻōnaehana mixed-foulant e ʻike nei i ka fouling koʻikoʻi ma mua o nā hānai protein hoʻokahi.

Ka Polarization Hoʻohuihui:I ka holomua ʻana o ka ultrafiltration, hōʻiliʻili nā protein i mālama ʻia ma kahi kokoke i ka ʻili o ka membrane, e hoʻonui ana i ka nui kūloko a me ka viscosity. Hoʻokumu kēia i kahi papa polarization e hoʻonui ai i ka propensitas fouling a hōʻemi i ka flux. Hoʻolalelale ke kaʻina hana i ka holomua ʻana o ka pae hoʻohuihui ultrafiltration, i hoʻopili pololei ʻia e ke kaomi transmembrane a me nā dynamics kahe.

Ka Hoʻohaumia Colloidal a me Mixed-Foulant:Hiki i nā mea colloidal (e laʻa, silica, nā minelala inorganic) ke launa pū me nā protein, e hana ana i nā papa aggregate paʻakikī e hoʻonui ai i ka haumia o ka membrane. ʻO ke alo o ka silica colloidal, no ka laʻana, e hoʻohaʻahaʻa nui i nā helu flux, ʻoiai ke hui pū ʻia me nā mea organik a i ʻole ma lalo o nā kūlana pH suboptimal.

Ka Hopena o ka Viscosity Solution ma ka Hoʻomohala ʻana o ka Fouling

Hoʻopilikia nui ka mānoanoa o nā hopena protein i nā kinetics fouling a me ka hoʻopili ʻana o ka membrane:

Hoʻopōʻino wikiwiki ʻia:ʻO ke kiʻekiʻe o ka mānoanoa o ka hopena protein e hoʻonui i ke kū'ē ʻana i ka halihali hope o nā solutes i mālama ʻia, e hoʻomaʻalahi ana i ka hoʻokumu ʻana o ka papa keke wikiwiki. Hoʻonui kēia i ke kaomi transmembrane (TMP), e wikiwiki ana i ka hoʻopaʻa ʻana o ka membrane a me ka fouling.

Nā hopena o ka hoʻohuihui ʻana o ka hopena:Hoʻololi ke ʻano protein i ka viscosity; ʻokoʻa ka hana a nā protein globular (e laʻa, BSA) a me nā protein i hoʻonui ʻia e pili ana i ke kahe a me ka polarization. ʻO ka hoʻohui ʻana i nā hui e like me polysaccharides a i ʻole glycerol e hoʻonui nui i ka viscosity, e paipai ana i ka fouling. ʻO nā mea hoʻohui a me ka hōʻuluʻulu protein i nā ʻāpana kiʻekiʻe e hoʻoikaika hou i ka wikiwiki o ka paʻa ʻana o nā membrane, e hōʻemi pololei ana i ke kahe a me ke ola o ka membrane.

Nā Hopena Hana:Pono ka viscosity kiʻekiʻe i ka hoʻonui ʻia o ka TMP e hoʻomau i nā helu kānana i nā kaʻina hana kānana kahe transverse. ʻO ka lōʻihi o ka hoʻopili ʻana i ka TMP kiʻekiʻe e hoʻonui i ka haumia hiki ʻole ke hoʻihoʻi ʻia, e koi pinepine ai i ka hoʻomaʻemaʻe membrane pinepine a i ʻole ka hoʻololi mua ʻana o ka membrane.

Ke kuleana o nā ʻano hānai

ʻO nā ʻano o ka meaʻai—ʻo ia hoʻi nā ʻano protein a me ke kemika wai—e hoʻoholo ai i ke koʻikoʻi o ka haumia:

Ka nui a me ka hoʻolaha ʻana o ka protein:ʻOi aku ka maʻamau o nā protein nui a i ʻole i hōʻuluʻulu ʻia e hoʻopili i nā pore a me ka hōʻiliʻili ʻana o nā keke, e hoʻonui ana i ke ʻano o ka viscosity a me ka compaction i ka wā o ka nui o ka protein ultrafiltration.

pH:Hoʻonui ka pH kiʻekiʻe i ka repulsion electrostatic, e pale ana i nā protein mai ka hōʻuluʻulu ʻana kokoke i ka membrane, a pēlā e hōʻemi ai i ka fouling. I ka hoʻohālikelike ʻana, hoʻemi nā kūlana acidic i ka repulsion, ʻoi aku hoʻi no ka silica colloidal, e hoʻonui ana i ka fouling membrane a me ka hoʻemi ʻana i nā helu flux.

Mahana:ʻO ka maʻamau, hoʻemi nā mahana hana haʻahaʻa i ka ikehu kinetic, hiki ke hoʻolohi i nā helu haumia akā hoʻonui pū i ka mānoanoa o ka hopena. Hoʻolalelale nā mahana kiʻekiʻe i ka haumia akā hiki nō hoʻi ke hoʻonui i ka pono o ka hoʻomaʻemaʻe.

Mea Colloidal/Inorganic:ʻO ke alo o ka silica colloidal a i ʻole nā metala e hoʻonui i ka haumia, ʻoiai ma lalo o nā kūlana acidic. Hoʻonui nā ʻāpana silica i ka viscosity o ka hopena holoʻokoʻa a ālai kino i nā pores, e hoʻemi ana i ka maikaʻi o ka hoʻohuihui ultrafiltration a hoʻemi i ke ola holoʻokoʻa a me ka hana o ka membrane.

Ka Hoʻohuihui ʻIonic:ʻO ka hoʻohui ʻana i kekahi mau ʻano ionic (Na⁺, Zn²⁺, K⁺) e hōʻemi paha i ka haumia ma ka hoʻololi ʻana i nā mana electrostatic a me ka hydration ma waena o nā protein a me nā membrane. Eia nō naʻe, hoʻolaha pinepine nā ions e like me Ca²⁺ i ka hōʻuluʻulu ʻana a hoʻonui i ka hiki ke haumia.

Nā Laʻana:

I ka wā o ka kānana kahe transverse, e ʻike ka hānai waiwai i nā protein kaumaha molekala kiʻekiʻe a me ka viscosity kiʻekiʻe i ka emi wikiwiki o ke kahe ʻana, e hoʻonui ana i nā hana hoʻomaʻemaʻe a me nā hoʻololi.
Ke loaʻa ka silica colloidal i ka wai hānai a ua waikawa ʻia, hoʻoikaika ʻia ka hōʻiliʻili ʻana a me ka waiho ʻana o ka silica, e hoʻonui nui ana i ka nui o ka haumia a me ka hoʻemi ʻana i ka hana o ka membrane.

I ka hōʻuluʻulu manaʻo, ʻo ka hoʻomaopopo ʻana i ka pilina ma waena o ka viscosity o ka hopena, nā ʻano fouling, a me nā ʻano hānai he mea nui ia no ka hoʻonui ʻana i ka nui o ka ultrafiltration, ka hōʻemi ʻana i ka fouling membrane, a me ka hoʻonui ʻana i ke ola o ka membrane.

ʻO ka Polarization Concentration a me kāna Hoʻokele

He aha ka Polarization Hoʻohuihui?

ʻO ka polarization concentration ka hōʻiliʻili kūloko o ka solute i mālama ʻia—e like me nā protein—ma ka membrane/solution interface i ka wā o ka ultrafiltration. I loko o ke ʻano o nā hopena protein, i ka wā e kahe ana ka wai e kūʻē i ka membrane semi-permeable, ʻo nā protein i hōʻole ʻia e ka membrane e hōʻiliʻili pinepine i loko o kahi papa palena lahilahi e pili ana i ka ʻili. ʻO kēia hōʻiliʻili ʻana ka hopena i kahi gradient concentration kiʻekiʻe: kiʻekiʻe ka protein concentration ma ka membrane, ʻoi aku ka haʻahaʻa ma ka bulk solution. Hiki ke hoʻohuli ʻia ka hanana a hoʻomalu ʻia e nā mana hydrodynamic. Kū ia i ka ʻokoʻa o ka membrane fouling, kahi e pili ana i ka waiho mau ʻana a i ʻole ka adsorption i loko a i ʻole ma luna o ka membrane.

Pehea e hoʻonui ai ka polarization concentration i ka viscosity a me ka fouling

Ma ka ʻili o ka membrane, ʻo ka hōʻiliʻili mau ʻana o nā protein e hana i kahi papa palena e hoʻonui ai i ka nui o ka solute kūloko. Loaʻa i kēia ʻelua hopena koʻikoʻi:

Hoʻonui kūloko i ka Viscosity:I ka piʻi ʻana o ka nui o ka protein kokoke i ka membrane, piʻi pū ka viscosity o ka hopena protein ma kēia microregion. Hoʻopilikia ka viscosity kiʻekiʻe i ka lawe hope ʻana o ka solute mai ka membrane, e hoʻonui hou ana i ka gradient concentration a hana i kahi loop feedback o ka hoʻonui ʻana i ke kūʻē ʻana i ke kahe. ʻO ka hopena kēia i ka emi ʻana o ka permeate flux a me ka koi ikehu kiʻekiʻe no ka kānana hoʻomau.

Ka Hoʻomaʻamaʻa ʻana i ka Membrane Fouling:ʻO ke kiʻekiʻe o ka protein kokoke i ka membrane e hoʻonui i ka hiki ke hōʻuluʻulu ʻia o ka protein a, i kekahi mau ʻōnaehana, ka hoʻokumu ʻia ʻana o kahi papa gel. Ke ālai nei kēia papa i nā pores membrane a hoʻonui hou aku i ke kūʻē ʻana i ke kahe. Ua mākaukau kēlā mau kūlana no ka hoʻomaka ʻana o ka fouling hiki ʻole ke hoʻihoʻi ʻia, kahi e hōʻuluʻulu ai ka protein a hoʻopaʻa kino a kemika paha i ka matrix membrane.

Ua hōʻoia ka hana kiʻi hoʻokolohua (e laʻa, ka microscopy electron) i ka hōʻuluʻulu wikiwiki ʻana o nā hui protein nanosized ma ka membrane, hiki ke ulu i nā waihona koʻikoʻi inā ʻaʻole mālama pono ʻia nā hoʻonohonoho hana.

Nā Hoʻolālā e Hoʻēmi i ka Polarization Hoʻohuihui

ʻO ka hoʻokele ʻana i ka polarization concentration i ka ultrafiltration protein concentration a i ʻole ka transverse flow filtration e pono ai i kahi ala pālua: ka hoʻoponopono ʻana i ka hydrodynamics a me ka hoʻonohonoho ʻana i nā ʻano hana.

Hoʻonui i ka wikiwiki o ke kahe ʻana:
ʻO ka hoʻokiʻekiʻe ʻana i ka wikiwiki o ke kahe ʻana e hoʻonui i ke kahe tangential ma waena o ka membrane, e paipai ana i ka shear a me ka lahilahi ʻana o ka papa palena concentration. ʻOi aku ka ikaika o ka shear sweep i nā protein i hōʻiliʻili ʻia mai ka ʻili o ka membrane, e hōʻemi ana i ka polarization a me ka pilikia o ka fouling. No ka laʻana, ʻo ka hoʻohana ʻana i nā mixers static a i ʻole ka hoʻokomo ʻana i ka gas sparging e hoʻopilikia i ka papa solute, e hoʻomaikaʻi nui ana i ka permeate flux a me ka pono i ke kaʻina hana kānana transverse flow.

Ke hoʻololi nei i nā palena hana:

Kaomi Transmembrane (TMP):ʻO TMP ka ʻokoʻa o ke kaomi ma waena o ka membrane a me ka ikaika hoʻokele no ka ultrafiltration. Eia nō naʻe, ʻo ka hoʻokuke ʻana iā TMP i luna e hoʻolalelale i ka kānana hiki ke hoʻihoʻi i hope ma ka hoʻoikaika ʻana i ka polarization concentration. ʻO ka pili ʻana i ka pae kaomi transmembrane maʻamau—ʻaʻole i ʻoi aku ma mua o nā palena i hoʻonohonoho ʻia no ka protein ultrafiltration—kōkua i ka pale ʻana i ka nui o ka solute buildup a me ka piʻi ʻana o ka viscosity kūloko.

Ka helu ʻokiʻoki:ʻO ka wikiwiki o ke kahe ʻana, kahi hana o ka wikiwiki o ke kahe ʻana a me ka hoʻolālā ʻana o ke kahawai, he kuleana koʻikoʻi ia i ka dinamika o ka lawe ʻana o ka solute. Mālama ka shear kiʻekiʻe i ka papa polarization i lahilahi a neʻe, e ʻae ana i ka hoʻohou pinepine ʻana o ka ʻāpana i hoʻopau ʻia e ka solute kokoke i ka membrane. ʻO ka hoʻonui ʻana i ka wikiwiki o ka shear e hōʻemi i ka manawa e hōʻiliʻili ai nā protein a hoʻemi i ka piʻi ʻana o ka viscosity ma ka interface.

Nā Waiwai Hānai:ʻO ka hoʻoponopono ʻana i nā waiwai o ka hopena protein e hiki mai ana—e like me ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i ka viscosity o ka hopena protein, ka hoʻemi ʻana i ka nui o ka aggregate, a i ʻole ka kaohi ʻana i ka pH a me ka ikaika ionic—hiki ke kōkua i ka hōʻemi ʻana i ka nui a me ka hopena o ka polarization concentration. Hiki i ka feed pretreatment a me nā hoʻololi formulation ke hoʻonui i ka hana membrane ultrafiltration a hoʻolōʻihi i ke ola o ka membrane ma ka hoʻemi ʻana i ke alapine o ka hoʻomaʻemaʻe membrane.

Laʻana Noi:
ʻO kahi hale hana e hoʻohana ana i ka kānana kahe tangential (TFF) e hoʻohui i nā antibodies monoclonal e hoʻopili pono i nā wikiwiki cross-flow i hoʻonohonoho pono ʻia a mālama i ka TMP i loko o kahi puka makani paʻa. Ma ka hana ʻana pēlā, hoʻemi nā mea hana i ka polarization concentration a me ka fouling membrane, e hōʻemi ana i ka alapine hoʻololi membrane a me nā pōʻaiapuni hoʻomaʻemaʻe—e hoʻohaʻahaʻa pololei ana i nā kumukūʻai hana a hoʻomaikaʻi i ka hua huahana.

ʻO ka hoʻoponopono kūpono a me ka nānā ʻana i kēia mau loli—me ke ana ʻana i ka viscosity o ka hopena protein manawa maoli—he mea nui ia no ka hoʻonui ʻana i ka hana o ka hoʻohuihui ultrafiltration a me ka hoʻēmi ʻana i nā hopena maikaʻi ʻole e pili ana i ka polarization concentration i ka hana ʻana i ka protein.

Ke hoʻonui nei i ka Ultrafiltration no nā hoʻonā protein Vicosity kiʻekiʻe

6.1. Nā Hana Maikaʻi Loa o ka Hana

ʻO ka mālama ʻana i ka hana ultrafiltration kūpono me nā hopena protein viscosity kiʻekiʻe e pono ai kahi kaulike akahele ma waena o ke kaomi transmembrane (TMP), ka nui o ka protein, a me ka viscosity o ka hopena. Hoʻopili pololei ʻo TMP—ka ʻokoʻa o ke kaomi ma waena o ka membrane—i ka nui o ka nui o ka protein ultrafiltration a me ke kiʻekiʻe o ka fouling membrane. I ka wā e hana ai i nā hopena viscous e like me nā monoclonal antibodies a i ʻole nā protein serum kiʻekiʻe, ʻo kekahi hoʻonui nui ʻana o TMP e hoʻonui mua i ka flux, akā hoʻolalelale koke ia i ka fouling a me ka hōʻiliʻili protein ma ka ʻili o ka membrane. Ke alakaʻi nei kēia i kahi kaʻina hana kānana i hoʻopilikia ʻia a paʻa ʻole, i hōʻoia ʻia e nā haʻawina kiʻi e hōʻike ana i nā papa protein mānoanoa e hana ana ma ka TMP kiʻekiʻe a me nā nui o ka protein ma luna o 200 mg/mL.

ʻO ke ala kūpono loa e pili ana i ka holo ʻana o ka ʻōnaehana kokoke, akā ʻaʻole e ʻoi aku ma mua o ka TMP koʻikoʻi. I kēia manawa, ua hoʻonui ʻia ka huahana akā ʻo ka pilikia o ka haumia hiki ʻole ke hoʻihoʻi ʻia e mau ana ka liʻiliʻi. No nā viscosities kiʻekiʻe loa, hōʻike nā ʻike hou i ka hōʻemi ʻana i ka TMP a me ka hoʻonui ʻana i ke kahe o ka hānai (transverse flow filtration) e kōkua i ka hoʻēmi ʻana i ka polarization concentration a me ka waiho ʻana o ka protein. No ka laʻana, hōʻike nā haʻawina ma ka Fc-fusion protein concentration i nā hoʻonohonoho TMP haʻahaʻa e kōkua i ka mālama ʻana i ka flux paʻa me ka hōʻemi ʻana i ka nalowale o ka huahana.

He mea koʻikoʻi ka hoʻonui mālie a me ke ʻano o ka nui o ka protein i ka wā o ka ultrafiltration. Hiki i nā ʻanuʻu hoʻonui koke ke koi i ka hopena i loko o kahi ʻano viscosity kiʻekiʻe me ka wikiwiki loa, e hoʻonui ana i nā pilikia hōʻuluʻulu a me ke koʻikoʻi o ka fouling. Akā, ʻo ka hoʻonui mālie ʻana i nā pae protein e ʻae ai i nā ʻano hana e like me TMP, ka wikiwiki o ke kahe ʻana, a me ka pH e hoʻoponopono ʻia ma ke ʻano like, e kōkua ana i ka mālama ʻana i ke kūpaʻa o ka ʻōnaehana. Hōʻoia nā haʻawina hihia enzyme ultrafiltration ʻo ka mālama ʻana i nā kaomi hana haʻahaʻa i kēia mau pae e hōʻoia i ka hoʻonui ʻia ʻana o ka nui, e hoʻemi ana i ka emi ʻana o ka flux a pale aku i ka pono o ka huahana.

6.2. Ka pinepine o ka hoʻololi ʻana i ka membrane a me ka mālama ʻana

ʻO ke alapine (frequency) o ka hoʻololi ʻana o ka membrane i ka ultrafiltration ua pili pono ia i nā hōʻailona o ka haumia a me ka emi ʻana o ke kahe. Ma mua o ka hilinaʻi wale ʻana i ka emi ʻana o ke kahe e like me ke ʻano o ka hopena o ke ola, ʻo ka nānā ʻana i ke kūʻē ʻana o ka haumia kikoʻī—he ana helu e hōʻike ana i ke kūʻē i kau ʻia e nā mea i hōʻiliʻili ʻia—ua hōʻoia ʻia he ʻoi aku ka hilinaʻi, ʻoiai hoʻi i nā hānai protein-hui ʻia a i ʻole protein-polysaccharide, kahi e hiki ai i ka haumia ke hana wikiwiki a koʻikoʻi.

He mea koʻikoʻi nō hoʻi ka nānā ʻana i nā hōʻailona haumia hou aʻe. ʻO nā hōʻailona ʻike ʻia o ka waiho ʻana o ka ʻili, ke kahe permeate like ʻole, a i ʻole ka hoʻonui mau ʻana o TMP (ʻoiai ka hoʻomaʻemaʻe ʻana) he mau hōʻailona ia o ka haumia holomua e kū mua ana i ka hāʻule ʻana o ka membrane. ʻO nā ʻano hana e like me ke alualu ʻana i ka index fouling i hoʻololi ʻia (MFI-UF) a me ka hoʻopili ʻana me ka hana membrane e hiki ai ke hoʻonohonoho wānana o ka hoʻololi ma mua o nā loli reactive, no laila e hoʻemi ana i ka downtime a me ka kaohi ʻana i nā kumukūʻai mālama.

ʻAʻole wale ka hōʻiliʻili ʻana o ka mea haumia organik akā ʻo ka palaho hoʻi, ʻoiai i nā kaʻina hana e holo ana ma ka pH kiʻekiʻe a i ʻole me nā paʻakai kiʻekiʻe. Pono e hoʻokumu ʻia nā nānā mau a me nā hana hoʻomaʻemaʻe kemika e hoʻokele i ka palaho a me ka waiho ʻana o ka mea haumia. Ke ʻike ʻia ka palaho e pili ana i ka palaho, pono e hoʻoponopono ʻia ka pinepine o ka hoʻomaʻemaʻe ʻana o ka membrane a me nā manawa hoʻololi e hōʻoia i ka lōʻihi o ke ola o ka membrane a me ka hana mau o ka membrane ultrafiltration. He mea nui ka mālama pono a hoʻonohonoho ʻia no ka hōʻemi ʻana i ka hopena o kēia mau pilikia a me ka hoʻolōʻihi ʻana i ka hana pono.

6.3. Ka Mana Hana a me ke Ana ʻana o ka Viscosity Inline

He mea nui ka ana pololei a manawa maoli o ka viscosity o ka hopena protein no ka kaohi ʻana i ke kaʻina hana i ka ultrafiltration, ʻoiai ke piʻi nei ka nui a me nā viscosities. Hāʻawi nā ʻōnaehana ana viscosity inline i ka nānā mau ʻana, e ʻae ana i ka manaʻo koke a me ka hiki ke hoʻoponopono i nā hoʻoponopono dynamic i nā palena o ka ʻōnaehana.

Ua hoʻololi nā ʻenehana hou i ke ʻano o ke ana ʻana o ka mānoanoa o ka hopena protein:

ʻO ka Raman Spectroscopy me ka kānana ʻana o KalmanʻO ka loiloi Raman manawa maoli, i kākoʻo ʻia e nā kānana Kalman i hoʻonui ʻia, e hiki ai ke nānā pono i ka nui o ka protein a me ka haku mele buffer. Hoʻonui kēia ʻano hana i ka ʻike a me ka pololei, e kākoʻo ana i ka automation kaʻina hana no ka nui o ka ultrafiltration a me ka diafiltration.

ʻO ka Viscometry Capillary Kinematic AutomatedMa ka hoʻohana ʻana i ka ʻike kamepiula, ana kēia ʻenehana i ka mānoanoa o ka hopena, e lanakila ana i nā hewa manual a hāʻawi i ka nānā hou ʻia ʻana, multiplexed ma nā kahawai hana he nui. Ua hōʻoia ʻia no nā ʻano protein maʻamau a paʻakikī a hoʻemi i ke komo ʻana i ka wā o ka pae hoʻohuihui ultrafiltration.

Nā Mea Hana Rheology MicrofluidicHāʻawi nā ʻōnaehana Microfluidic i nā ʻikepili rheological kikoʻī a hoʻomau, ʻoiai no nā hopena protein viscosity kiʻekiʻe ʻole-Newtonian. He mea waiwai nui kēia i ka hana lāʻau lapaʻau, ke kākoʻo ʻana i nā hoʻolālā ʻenehana loiloi kaʻina hana (PAT) a me ka hoʻohui ʻana me nā loop feedback.

ʻO ka hoʻokele kaʻina hana me ka hoʻohana ʻana i kēia mau mea hana e hiki ai ke hoʻokō ʻia nā loop feedback no ka hoʻoponopono manawa maoli o TMP, ka helu hānai, a i ʻole ka wikiwiki o ke kahe ʻana i ka pane ʻana i nā loli viscosity. No ka laʻana, inā ʻike ka inline sensing i ka piʻi koke ʻana o ka viscosity (ma muli o ka hoʻonui ʻana o ka nui a i ʻole ka hōʻuluʻulu ʻana), hiki ke hoʻemi ʻia ka TMP a hoʻokiʻekiʻe ʻia paha ka wikiwiki o ke kahe e kaupalena i ka hoʻomaka ʻana o ka polarization nui i ka ultrafiltration. ʻAʻole wale kēia ʻano hana e hoʻolōʻihi i ke ola o ka membrane akā kākoʻo pū kekahi i ka maikaʻi o ka huahana ma o ka hoʻokele ʻana i nā mea e pili ana i ka viscosity o nā hopena protein me ka dynamically.

ʻO ke koho ʻana o ka ʻenehana nānā viscosity kūpono loa e pili ana i nā koi kikoʻī o ka noi ultrafiltration, me ka laulā viscosity i manaʻo ʻia, ka paʻakikī o ka hoʻohui ʻana o ka protein, nā pono hoʻohui, a me ke kumukūʻai. ʻO kēia mau holomua i ka nānā ʻana i ka manawa maoli a me ka kaohi ʻana i ke kaʻina hana ikaika ua hoʻomaikaʻi nui i ka hiki ke hoʻomaikaʻi i ka ultrafiltration no nā hopena protein viscosity kiʻekiʻe, e hōʻoiaʻiʻo ana i ka paʻa o ka hana a me ka hua huahana kiʻekiʻe.

Ka Hoʻoponopono ʻana i nā Pilikia a me nā Pilikia Maʻamau i ka Protein Ultrafiltration

7.1. Nā Hōʻailona, nā Kumu, a me nā Lāʻau Lapaʻau

Hoʻonui ʻia ke kaomi transmembrane

ʻO ka piʻi ʻana o ke kaomi transmembrane (TMP) i ka wā o ka ultrafiltration e hōʻike ana i ka ulu ʻana o ke kūʻē ma waena o ka membrane. He pololei nā hopena o ke kaomi transmembrane ma ka ultrafiltration: ʻo ka pae kaomi transmembrane maʻamau e pili ana i ke kaʻina hana, akā hoʻomau ka hoʻonui ʻana i ka noiʻi pono. ʻElua mau kumu maʻamau e kū nei:

ʻOi aku ka mānoanoa o ka hopena protein:I ka piʻi ʻana o ka mānoanoa o nā hopena protein—ʻo ka mea maʻamau ma ka nui o ka protein ultrafiltration kiʻekiʻe—e piʻi ana ke kaomi e pono ai no ke kahe ʻana. Hōʻike ʻia kēia i ka hoʻohuihui hope loa a me nā ʻanuʻu diafiltration kahi i ʻoi aku ka mānoanoa o nā hopena.
Ka haumia ʻana o ka membrane:Hiki i nā mea hoʻoheheʻe e like me nā hōʻiliʻili protein a i ʻole nā hui polysaccharide-protein ke hoʻopili a ālai paha i nā pores membrane, e hopena ana i kahi piʻi wikiwiki o ka TMP.

Nā lāʻau lapaʻau:

Hoʻohaʻahaʻa i ka TMP a hoʻonui i ka kahe hānaiʻO ka hōʻemi ʻana i ka TMP me ka hoʻonui ʻana i ka wikiwiki o ka hānai e hōʻemi ana i ka polarization concentration a me ka hoʻokumu ʻana o ka papa gel, e paipai ana i ka flux paʻa.
Ka hoʻomaʻemaʻe mau ʻana o ka membraneE hoʻokumu i kahi alapine hoʻomaʻemaʻe membrane kūpono e wehe i nā mea haumia i hōʻiliʻili ʻia. E nānā i ka pono ma o ke ana ʻana i ka mānoanoa o ka hopena protein ma hope o ka hoʻomaʻemaʻe ʻana.
E hoʻololi i nā membrane kahikoPono paha ka hoʻonui pinepine ʻana i ka hoʻololi ʻana o ka membrane inā ʻaʻole lawa ka hoʻomaʻemaʻe ʻana a i ʻole ua hiki i ke ola o ka membrane.

Ka emi ʻana o ka helu o ka loli: Lāʻau Diagnostic

ʻO ka emi mau ʻana o ke kahe ʻana i ka wā o ka pae hoʻohuihui ultrafiltration e hōʻike ana i nā hopohopo no ka huahana. E hahai i kēia ʻano hana diagnostic:

E nānā i ka TMP a me ka mānoanoa:Inā ua hoʻonui ʻia nā mea ʻelua, e nānā inā he haumia a i ʻole ke alo o ka papa gel.
E nānā i ka haku mele a me ka pH o ka meaʻai:Hiki i nā hoʻololi ʻana ma ʻaneʻi ke hoʻololi i ka mānoanoa o nā hopena protein a paipai i ka haumia.
E loiloi i ka hana o ka membrane:ʻO ka hōʻemi ʻana o ka permeate flux ʻoiai ka hoʻomaʻemaʻe ʻana he hōʻailona ia o ka hōʻino ʻia ʻana o ka membrane a i ʻole ka haumia hiki ʻole ke hoʻihoʻi ʻia.

Nā Hoʻonā:

E hoʻonui i ka mahana, ka pH, a me ka ikaika ionic i ka meaʻai e hōʻemi i ka haumia a me ka polarization concentration i ka ultrafiltration.
E hoʻohana i nā modula membrane i hoʻololi ʻia i ka ʻili a i ʻole e wili ana e hoʻopilikia i nā papa gel a hoʻihoʻi i ke kahe.
E hana i ke ana maʻamau o ka mānoanoa o ka hopena protein e wānana i nā loli e pili ana i ke kahe ʻana.

Ka Hoʻoheheʻe wikiwiki ʻana a i ʻole ka Hoʻokumu ʻana o ka Papa Gel

ʻO ka hoʻokumu wikiwiki ʻana o ka papa gel ka hopena o ka polarization nui loa ma ka ʻili o ka membrane. He mea maʻalahi loa ke kaomi transmembrane transverse flow filtration (TFF) ma lalo o nā kūlana hānai kiʻekiʻe-viscosity a i ʻole nā kūlana hānai protein kiʻekiʻe.

Nā Hoʻolālā Hoʻēmi:

E hoʻopili i nā ʻili membrane hydrophilic i hoʻopiʻi maikaʻi ʻole ʻia (e like me nā membrane Polyvinylidene fluoride [PVDF]) e hōʻemi i ka nakinaki ʻana a me ka hoʻopili ʻana o ka protein.
E mālama mua i ka meaʻai me ka hoʻohana ʻana i ka coagulation a i ʻole electrocoagulation e wehe i nā mea haumia kiʻekiʻe ma mua o ka ultrafiltration.
Hoʻohui i nā mea hana mechanical e like me nā modula e wili ana i ke kaʻina hana kānana kahe transverse e hōʻemi i ka mānoanoa o ka papa keke a hoʻopaneʻe i ka hoʻokumu ʻia ʻana o ka papa gel.

7.2. Ke hoʻololi nei i ka loli o ka hānai

Pono nā ʻōnaehana ultrafiltration protein e hoʻololi i ka loli o nā waiwai protein hānai a i ʻole ka hoʻohuihui ʻana. Hiki i nā mea e pili ana i ka viscosity o nā hopena protein—e like me ka hoʻohuihui buffer, ka nui o ka protein, a me ke ʻano o ka aggregation—ke hoʻololi i ke ʻano o ka ʻōnaehana.

Nā Hoʻolālā Pane

Ka nānā ʻana i ka mānoanoa a me ka haku mele manawa maoli:E hoʻolaha i nā mea ʻike loiloi in-line (Raman spectroscopy + Kalman filtering) no ka ʻike wikiwiki ʻana i nā loli hānai, e ʻoi aku ka maikaʻi ma mua o nā ʻano UV a i ʻole IR kahiko.
Ka mana hana hoʻololi:E hoʻoponopono i nā hoʻonohonoho palena (ka nui o ke kahe ʻana, TMP, koho membrane) i ka pane ʻana i nā loli i ʻike ʻia. No ka laʻana, ʻo ka hoʻonui ʻia ʻana o ka viscosity o ka protein solution e koi aku i ka TMP haʻahaʻa a me nā helu shear kiʻekiʻe.
Koho ʻana o ka membrane:E hoʻohana i nā membrane me ka nui o ka pore a me ke kemika o ka ʻili i hoʻomaikaʻi ʻia no nā waiwai hānai o kēia manawa, e kaulike ana i ka paʻa ʻana o ka protein a me ke kahe ʻana.
Ka mālama mua ʻana i ka hānai:Inā hoʻoulu ka loli koke ʻana o ke ʻano o ka meaʻai i ka haumia, e hoʻokomo i nā ʻanuʻu coagulation a kānana paha ma mua o ka ultrafiltration.

Nā Laʻana:

I ka bioprocessing, pono nā hoʻololi buffer a i ʻole nā loli i nā hōʻuluʻulu antibody e hoʻoulu i ka TMP a me nā hoʻoponopono kahe ma o ka ʻōnaehana kaohi.
No ka chromatography-linked ultrafiltration, hiki i nā algorithms adaptive mixing-integer optimization ke hōʻemi i ka loli a hoʻemi i nā kumukūʻai hana me ka mālama ʻana i ka hana membrane ultrafiltration.

ʻO ka nānā mau ʻana i ke ana ʻana o ka mānoanoa o ka hopena protein a me ka hoʻoponopono koke ʻana i nā kūlana hana e kōkua i ka hoʻonui ʻana i ka nui o ka ultrafiltration, mālama i ka throughput, a hōʻemi i ka fouling membrane a me ka polarization concentration.

Nā Nīnau i Nīnau Pinepine ʻia

8.1. He aha ka pae maʻamau no ke kaomi transmembrane i ka ultrafiltration o nā hopena protein?

ʻO ka pae maʻamau o ke kaomi transmembrane (TMP) i loko o nā ʻōnaehana hoʻohuihui protein ultrafiltration e pili ana i ke ʻano o ka membrane, ka hoʻolālā module, a me nā ʻano hānai. No ka hapa nui o nā kaʻina hana ultrafiltration protein, mālama pinepine ʻia ʻo TMP ma waena o 1 a 3 bar (15-45 psi). Hiki i nā waiwai TMP ma luna o 0.2 MPa (ma kahi o 29 psi) ke pilikia i ka hōʻino ʻia o ka membrane, ka haumia wikiwiki, a me ka pōkole o ke ola o ka membrane. I nā noi biomedical a me bioprocessing, ʻaʻole pono e ʻoi aku ka TMP i ʻōlelo ʻia ma mua o 0.8 bar (~12 psi) e pale aku i ka haki ʻana o ka membrane. No nā kaʻina hana e like me ka transverse flow filtration, ʻo ka noho ʻana i loko o kēia pae TMP e pale aku i ka pono o ka hua a me ka protein.

8.2. Pehea ka hopena o ka mānoanoa o nā hopena protein i ka hana ultrafiltration?

Hoʻopilikia pololei ka mānoanoa o ka hopena protein i ka hana o ka hoʻohuihui ultrafiltration. Hoʻonui ka mānoanoa kiʻekiʻe i ke kū'ē ʻana o ke kahe a hoʻokiʻekiʻe i ka TMP, e hopena ana i ka emi ʻana o ka permeate flux a me ka wikiwiki o ka membrane fouling. Hōʻike ʻia kēia hopena me nā monoclonal antibodies a i ʻole nā protein Fc-fusion ma ke kiʻekiʻe kiʻekiʻe, kahi e piʻi ai ka viscosity ma muli o nā pilina protein-protein a me nā hopena hoʻouka. Hoʻomaikaʻi ka hoʻokele a me ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka viscosity me nā excipients a i ʻole nā lāʻau enzymatic i ka flux, hoʻemi i ka fouling, a ʻae i nā ʻāpana kiʻekiʻe aʻe i hiki ke hoʻokō ʻia i ka wā o ka ultrafiltration concentration. He mea koʻikoʻi ka nānā ʻana i ke ana ʻana o ka mānoanoa o ka hopena protein no ka mālama ʻana i ka hana pono.

8.3. He aha ka polarization concentration a no ke aha he mea nui ia ma TFF?

ʻO ka polarization concentration i ka ultrafiltration ka hōʻiliʻili ʻana o nā protein ma ka ʻili o ka membrane, e hana ana i kahi gradient ma waena o ka hopena nui a me ka interface membrane. I ka kānana kahe transverse, alakaʻi kēia i ka hoʻonui ʻia o ka viscosity kūloko a me ka emi ʻana o ka flux reversible. Inā waiho ʻole ʻia, hiki iā ia ke hoʻolaha i ka membrane fouling a hōʻemi i ka pono o ka ʻōnaehana. ʻO ka hoʻoponopono ʻana i ka polarization concentration i ka ultrafiltration e pili ana i ka hoʻonui ʻana i nā helu cross-flow, TMP, a me ke koho membrane e mālama i kahi papa polarization lahilahi. Mālama ka mana pololei i ka throughput kiʻekiʻe a me ka pilikia fouling haʻahaʻa.

8.4. Pehea e hoʻoholo ai i ka wā e pani ai i kaʻu membrane ultrafiltration?

E hoʻololi i ka membrane ultrafiltration ke ʻike ʻoe i ka emi nui ʻana o ka throughput (flux), ka piʻi mau ʻana o ka TMP ʻaʻole hiki i ka hoʻomaʻemaʻe maʻamau ke hoʻoponopono, a i ʻole ka haumia i ʻike ʻia ma hope o ka hoʻomaʻemaʻe ʻana. ʻO nā hōʻailona ʻē aʻe e pili ana i ka nalowale o ke koho ʻana (ka hōʻole ʻana i nā protein i manaʻo ʻia e like me ka mea i manaʻo ʻia) a me ka hiki ʻole ke hoʻokō i nā kikoʻī hana. ʻO ka nānā ʻana i ka pinepine o ka hoʻololi ʻana o ka membrane me ka flux maʻamau a me ka hoʻāʻo koho ʻana ke kumu no ka hoʻonui ʻana i ke ola o ka membrane i nā kaʻina hana hoʻohuihui ultrafiltration solution protein.

8.5. He aha nā palena hana e hiki iaʻu ke hoʻololi e hōʻemi i ka haumia o ka protein ma TFF?

ʻO nā ʻōnaehana hana koʻikoʻi e hōʻemi i ka haumia o ka protein i ka kānana kahe transverse:

E mālama i ka wikiwiki kūpono o ke kahe ʻana e hōʻemi i ka hōʻiliʻili ʻana o ka protein kūloko a hoʻokele i ka polarization o ka nui.
E hana i loko o ka pae TMP i ʻōlelo ʻia, ma ke ʻano he 3–5 psi (0.2–0.35 bar), e pale aku i ka leakahe nui o ka huahana a me ka hōʻino ʻana o ka membrane.
E hoʻopili i nā kaʻina hana hoʻomaʻemaʻe membrane maʻamau e hōʻemi i ka haumia hiki ʻole ke hoʻi hou ʻia.
E nānā a, inā pono, e mālama mua i ka hopena hānai e kāohi i ka mānoanoa (no ka laʻana, me ka hoʻohana ʻana i nā lāʻau enzymatic e like me ka pectinase).
E koho i nā mea membrane a me nā nui o nā pore (MWCO) kūpono no ka nui o ka protein i makemake ʻia a me nā pahuhopu hana.

ʻO ka hoʻohui ʻana i ka hydrocyclone prefiltration a i ʻole ka enzymatic pretreatment hiki ke hoʻomaikaʻi i ka hana o ka ʻōnaehana, ʻoi aku hoʻi no nā hānai viscosity kiʻekiʻe. E nānā pono i ka haku mele ʻana o ka hānai a hoʻoponopono i nā hoʻonohonoho me ka dynamically e hōʻemi i ka fouling membrane a hoʻonui i ka pae hoʻohuihui ultrafiltration.