使用中空纤维洗滤，实现自动化换液（一）

洗滤是指使用切向流过滤（TFF）技术进行“漂洗”或从溶液中去除某种较小的分子（如杂质、盐离子、溶剂、小分子蛋白）。相对于透析膜管，洗滤操作速度更快，处理量更大。通过选择合适的膜，也可以进行缓冲液置换、调整颗粒粒径分布、改变盐离子浓度、并在澄清操作中最大可能地提高收率。缓冲液置换，即使用超滤膜快速、温和地改变蛋白溶液，是使用仕必纯中空纤维膜组件进行洗滤操作最常见的应用之一。

通过洗滤进行分馏（Fractionation）操作成功与否，取决于选择的膜是否合适。膜孔径必需足够大，以使小分子物质通过（进行分馏应用时），同时膜孔径也必需足够小，以截留大分子物质。仕必纯提供多种规格的膜产品，可在最佳条件下进行超滤和微滤处理。

切向流过滤通过将料液在中空纤维膜内循环流动来达到处理目的。纤维管壁上的膜孔允许小分子物质通过，而大分子物质被截留在循环料液中（图1）。通过向循环液流中补充置换缓冲液或清洗溶液，即可达到洗滤的目的。添加的缓冲液可与滤液流量相同（连续型洗滤），也可在达到一定浓度水平后，间歇性添加（非连续型洗滤）。在洗滤的过程中，溶液的组分逐渐从原始溶液向补充的缓冲液转移。

典型的TFF系统包括泵、压力监测设备、流量监测设备、样品容器、缓冲液容器以及中空纤维膜组件。泵使料液以一定的流量和剪切力在工艺流路中循环。为控制过滤的驱动力——跨膜压，需要监测膜组件进口、出口及滤液出口的压力。监测过滤流率是工艺放大和工艺优化的前提条件。

有很多方法可进行洗滤操作。使用中空纤维膜组件、软管和密封容器是进行连续型洗滤的有效方法。在连续型洗滤模式中，滤液排出会在样品容器中产生负压，洗滤缓冲液在负压作用下，以与滤液排出相同的速率补充到到样品容器（或工艺回路）。图2所示为典型的洗滤流路设置。

洗滤前浓缩

料液体积和完成洗滤所需缓冲液的量成正比。

为减少缓冲液用量和操作时间，提高效率，可以在洗滤前对样品进行浓缩。在切向流过滤操作时，如不向样品容器中补充缓冲液而收集滤液，即可达到浓缩目的。由于大分子被膜截留，浓度会相应增加。而可透过膜的小分子（盐离子或溶剂）浓度则保持不变。图3所示为浓缩示意图，样品体积降低为起始体积的一半，被截留的大分子的浓度增加一倍。

大分子浓度的增加可影响过滤流率及小分子的透过率。随着被截留分子在膜表面浓度的增加，滤液通过膜的阻力将变大，导致滤液流量降低，亦即工艺流量J降低（见公式1）。

J,(L/M²/hr)=滤液流量/膜面积         (公式1)

在某些应用中，随着膜表面截留分子浓度的提高，渗透性小分子通过膜的阻力会增大。小分子在滤液及进样中的相对浓度可用透过率表示（%T），透过率也可以在浓缩过程中通过测量进样和滤液中小分子的浓度计算而得。

T=C_滤液/C_进样 (2a)

T(%)=C_滤液/C_进样× 100 (2b)

公式2：透过系数(2a)和%透过率(2b)

了解浓缩对过滤流率及透过率的影响，对洗滤和分馏工艺的优化很有帮助。