超滤原理及应用

刘毅MILLIPORECHINABIOPROCESSDIVISIONWhoisMillipore?密理博简介•创建于1954年,总部位于美国麻省波士顿，世界最早的膜生产商之一。•雇员超过6000人•专注于生物/制药及生命科学领域•分离纯化设备的领先者•拥有超过6500种产品•2006年销售额达到15亿美元讲座主要内容Millipore公司简介超滤技术原理与简单优化膜的结构和功能为分离工艺选择合适的膜超滤系统介绍切向流超滤的操作超滤技术在生物工程领域的应用WhoisMillipore?密理博简介•创建于1954年,总部位于美国麻省波士顿，世界最早的膜生产商之一。•雇员超过5800人•专注于生物/制药及生命科学领域•分离纯化设备的领先者•拥有超过6500种产品•2006年销售额达到15亿美元Millipore全球有7个符合ISO9000标准的制造工厂密理博产品范围:从实验室研发到生物制药的分离纯化,细胞培养及环境监测Bioprocess57%LifeScience23%LabWater20%小针剂型产品大输液产品滴眼剂生物制药澄清和预过滤系统最优化的预过滤配置，从实验室到放大生产MILLISTAK+传统的“大饼”型式MILLISTAK+先进的Pod形式LabPlant切向流超滤系统超滤系统、盒式膜包、膜——从小试到生产LabPlantPellicon2超滤膜实现了完全线性放大。层析系统控制系统、层析柱、层析介质——从小试到生产VantageL实验室级层析柱Prosep亲和层析填料Quickscale层析柱LabPlant除菌过滤产品及除病毒过滤产品过滤芯，Disposable囊式过滤器、膜片——从小试到生产实验室用各种除菌，除病毒过滤器Facility用呼吸器，空气过滤器料液用囊式过滤器炮筒式滤芯第四代完整性测试仪LabPlant全面的微生物监控解决方案Equinox无菌检验系统MAirT空气微生物检测仪MAirTCompressed压缩空气取样系统Milliflex-Plus液体过滤系统新的整合，新的技术---Celliance新的整合，新的技术---NovAsepticNovaSeptum取样装置新的整合，新的技术---Mobius无菌工艺:已经有超过800亿支无菌产品使用我公司的Durapore产品（2005）MilliporeProductsinMAbProcessesMillipore的产品在重组单抗生产中的应用MilliporeTFFsystemsareusedin9ofthetop10sellingmonoclonals.在目前上市销售的单抗前10位产品中有9个应用了MilliporeTFF系统。Millipore的产品在血制品生产中的应用产物–albumin,hemoglobin(64kD)–factorVIII&factorIX–immunoglobins(antibodies)–fibrinogen,plasminogen客户–Bayer:Kogenate(rFVIII)–Baxter:Recombinate(fFVIII)–Wyeth:Benefix(rFIX)–Biopure:(hemoglobin)–Abbott:Abbokinase(urokinase)迅速发展的疫苗行业3vaccinesin125years1800192519902002NumberofVaccines1020304016vaccinesin65years13Vaccinesin13yearsSmallpoxRabiesTyphoidTuberculosisDiptheria,Pertussis,InfluenzaTetanus,YellowFever,Rubella,Measles,etc.Hib,HepatitisA,B,MeningococcusPneumococcal,MeningC,aPertussis,.HillermanSalkPasteurEhrlich我们的部分客户Aventis-Pasteur,Pfizer,Bayer,Solvay,Wyeth,Merck,GSK等密理博中国1987年在中国开始设立办事处2000年在上海设立贸易有限公司在香港,上海,北京,广州,成都,沈阳等地都有办事处目前在中国的雇员超过100名（销售，维修，技术支持，工艺开发，系统工程师）密理博公司的服务领域包括：1.制药及生物工程领域2.生命科学研究领域ChangchunBeijingShanghaiGuangzhouHongKongChengduHarbinDalianJinanXianNanjingHangzhouWuhanFuzhouKunmingMillipore的技术人员队伍：技术开发支持–PDS工艺开发专员（processdevelopmentspecialist)–工艺技术解决方案-加速上市！系统设计/制造服务–高级系统设计工程师–针对特殊工艺要求的设计专业的售后服务–售后服务工程师(serviceengineer)验证支持服务–验证实验室（海外）–应用开发实验室（上海）–验证服务专员•工艺验证服务（过滤工艺）•质量验证服务（微生物控制）产业规模从实验室研发到大规模生产的顺利放大实验规模Howtogetfromhere…tothere?Millipore–您的战略合作伙伴forBio-Processing生物工程工艺微生物检验细胞培养验证服务澄清过滤除菌过滤病毒去除系统，工艺设计培训及技术支持层析微滤超滤反渗透/纳滤膜分离过程什么是超滤?超滤的应用范围A除热原应用：Depyrogenation:缓冲液/动物细胞培养基的热原去除生物样品分离纯化终产物除热原中药除热原样品透析/缓冲液转换B生物样品的分离纯化/浓缩应用：BioproductSeparation/Purification/Concentration:新药研发，小规模制备样品单抗，基因工程表达产物的分离疫苗，活性要求高的生物样品分离除杂质超滤分离，浓缩的应用处理珍贵的生物大分子样品C生物工艺的终产物的透析缓冲液更换：BioproductDiafiltrationOrBufferexchange:生物样品（培养/发酵表达产物，生物提取产物）的透析样品上层析柱前或洗脱后的缓冲液更换，及透析微滤实验：（0.1/0.22/0.45/0.65um)DMicro-filtrationApplication:发酵菌体的浓缩收集/更换缓冲液/洗濯（E.coli,Yeast等）菌体破碎后，澄清过滤细胞培养液的澄清/减菌中药提取液的澄清分离微滤之后，便可直接上层析柱！超滤的应用范围滤膜孔径分布0.1kD-2.0kD反渗透纳滤超滤微滤0.1-0.65µm1kD–1000kD0.001-0.10um0.001kD-0.5kD0.00005-0.001um过滤方式普通过滤(NFF)–滤芯形式或“死过滤”–流向是垂直于过滤介质的–所有的液体全部透过过滤介质–颗粒被截留在过滤膜内部或表面切向流过滤(TFF)–交叉流动过滤–流向是切向(平行)于过滤膜表面的–一小部分液体透过过滤介质–截留的颗粒从膜的表面被”扫除””普通过滤(死端过滤)液体流向膜表面切向流过滤(错流过滤)切向流速透过流速溶液浓度Cb膜表面膜表面浓度Cw料液浓度Cb膜表面膜表面浓度Cw料液切向流透过液切向流过滤(TFF)膜表面常规过滤(NFF)透过液超滤系统模型储罐夹具泵Pp透过液QT回流液PFPR回流阀透析/补料泵BasicTFFSystemLayout超滤系统示意图PermeateFlow透出液RetentateFlow回流液Membrane膜InletPressure进口压RetentatePressure回流压PermeatePressure透过压MixedTank混合罐CROSSFLOWBulkConcentrationCb溶液浓度WallConcentrationCw膜表面浓度FeedFlowPumpFlushMixedDiafiltrationBufferExchange透析,缓冲溶液置换RetentateValve回流阀HeatExchanger热交换器%Passage=透过率[]retentate[]permeatex100%Retention=100-%Passage截留率基本超滤术语Retentate回流液Permeate透过液%Passage透过率%Retention截留率体积/升112234567891011面积/平方米时间/小时Litres/(SquareMetrexHour)orLMH升/(平方米X小时)Flux:通量基本超滤术语TypicalFluxesMillipore超滤/微滤膜典型通量SoluteType&ObjectiveBestMembraneTypicalFluxLMHMammalian哺乳动物0.65um50-80Plant/insect植物/昆虫0.65/0.45um50Yeast酵母菌0.45um50-75E.Coli大肠杆菌0.2um25-50Lysateclarification细胞裂解液澄清300-1000kD10-20Proteinconcenrtration蛋白浓缩50-100kD40-80Proteinconcentration蛋白浓缩10-30kD20-40Soluteconcentration溶质浓缩1-8kD5-20StartVinitialFinishVfinalVCF=VinitialVfinalVolumetricConcentrationFactor体积浓缩因子基本超滤术语Yield=productrecoveredatendofprocess收率–Minuslosses损失最小化•losstopermeate/retentate透过液/回流液中的损失•adsorptiontomembrane膜吸附•unrecoverableproduct(holdup)无法回收的产物(死体积)FinishVfinal基本超滤术语TransmembranePressure跨膜压PressureDrop压降-PP2Tmp=PF+PRΔP=PF-PR=k.QPFeed(PF)Pretentate(PR)PFiltrate(PP)FeedFlowQFlux基本超滤操作参数Optimalcrossflowis3l/min-increasingcrossflowbeyondthisvaluedoesn'timprovefluxsignificantly.超滤参数优化-切向流速FindOptimalCrossflowatCinitial优化的流速Fluxvs.TMPandCrossflow(Q)010203040506001020304050607080TMP,psiFlux,lmhQ=4l/mQ=3l/mQ=2l/m超滤参数优化-TMPFindOptimalTMPatoneCrossflow优化的TMPFluxvs.TMP(atoneQ)polarizedoptimalTMPunpolarized0102030405060708090TMP,psi0102030405060Flux,lmhQ=3l/m膜的结构和功能RegeneratedCelluloseComposite30kDMembraneat2014x摘要膜的结构和材质微孔过滤(MF)超滤(UF)反渗透/纳滤(RO/NF)膜的关键特性分离工艺膜的选择膜的材质微孔过滤膜聚醚砜Polyethersulfone再生纤维素RegeneratedCellulose聚偏二氟乙烯PVDF-polyvinylidenefluoride聚碳酸酯Polycarbonate尼龙Nylon超滤膜聚醚砜Polyethersulfone再生纤维素RegeneratedCellulose聚偏二氟乙烯PVDF-polyvinylidenefluoride膜的材质–物理性质–可压性–弹性–韧性–化学性质–pH–溶剂–化学兼容性–热敏性质