切向流過濾中的分子舞蹈與技術(shù)革新
時間：2024.05.20
探索科學世界，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常酷炫的科技——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)雅地引導蛋白質(zhì)們跳起它們的“舞蹈”。
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，它導致了過濾效率的下降。
那么，如何解決這個頭疼的問題呢？
1. 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，可能會導致蛋白分子結(jié)構(gòu)變化。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 溫度控制：當提高料液溫度（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。
7. 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)的物理化學性質(zhì)，減少其在膜表面的吸附。
1. 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，可能會導致蛋白分子結(jié)構(gòu)變化。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 溫度控制：當提高料液溫度（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。
7. 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：
1. 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)因熱應力而變性。
2. 控制流速：過高的剪切力可能會導致蛋白質(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。
3. 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。
4. 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
5. 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，從而降低變性的風險。
1. 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)因熱應力而變性。
2. 控制流速：過高的剪切力可能會導致蛋白質(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。
3. 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。
4. 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
5. 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：
（一）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。
（二）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險。
（一）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。
（二）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險。
（三）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）應為目標蛋白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）。
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）應為目標蛋白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）。
（四）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。科學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，因為科學是無限的，而好奇心則是驅(qū)動它前進的動力！
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。科學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，因為科學是無限的，而好奇心則是驅(qū)動它前進的動力！
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HOLVES提供不同類型的發(fā)酵罐知識、技術(shù)文章，例如：發(fā)酵罐發(fā)展歷史、發(fā)酵罐日常保養(yǎng)。在發(fā)酵罐產(chǎn)品更新方面，最新的新生代實驗室玻璃發(fā)酵罐，能滿足更多用戶的需求。
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