Alternierende Tangentialstromfiltration

Die alternierende Tangentialflussfiltration (ATF) ist eine Filtrationsmethode, die in einer Vielzahl industrieller Anwendungen eingesetzt wird, um die gewünschten Partikel aus einer Probe zu reinigen. Diese Technik ist eine optimierte Version der Tangentialflussfiltration (TFF), so dass es sinnvoll ist, zunächst ein Verständnis für diese ursprüngliche Technologie zu entwickeln.

Was ist Tangentialstromfiltration?

Durchflussweg der Tangentialstromfiltration

Die Tangentialstromfiltration (TFF) ist eine weit verbreitete Trennmethode, bei der die Partikel nicht direkt durch eine Membran, sondern tangential (parallel) zu einem Filter fließen. Bei dieser Methode werden die Partikel (das Permeat) effektiv vom Rest des Flusses (dem Retentat) getrennt, ohne dass der Filter schnell verstopft. Dies verhindert die Ansammlung von Partikeln und ermöglicht eine vollständigere Entfernung des Permeats aus dem Strom.

Wie funktioniert die Tangentialstromfiltration?

Bei der TFF wird ein Druckunterschied über einen Filter angelegt, während eine Probe kontinuierlich daran vorbeifließt. Wenn die Partikel den Filter passieren, bewirkt der Überdruck auf der Permeatseite, dass die Partikel hindurchgezogen werden. Das Retentat hingegen zirkuliert weiter durch das System, bis das gesamte Permeat entfernt ist.

Was ist die alternierende Tangentialstromfiltration?

Die alternierende Tangentialstromfiltration verwendet eine ähnliche Technik wie die TFF. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die ATF ein Perfusionsverfahren ist, das die Filterverschmutzung minimieren soll.

Bei ATF wird das Permeat in einen Auffangbehälter abgeleitet, während eine Membranpumpe das Retentat abwechselnd mit Über- und Unterdruck über die Membran hin- und herbewegt. Das Retentatkehrt zwischen jedem Zyklus Retentatin den Bioreaktor zurück und vermischt sich mit der nächsten zu filternden Flüssigkeitscharge. ATF ist ideal, um das gewünschte Produkt im Permeat zu sammeln, da das Retentat kontinuierlich zurück in den Bioreaktor gedrückt wird.

Der Wechselstrom des Retentats reinigt den Filter, so dass er viel länger oder für größere Chargen eingesetzt werden kann als entsprechende TFF-Filter.

Filtercharakterisierung bei der Tangentialflussfiltration

Hohlfasermembranen und Kassettenmembranen sind die beiden gängigsten Membranen für die Durchflussfiltration. Hohlfasermembranen sind zylindrisch, wobei die Membran als Fasern in den Zylinder eingebettet ist. Die Flüssigkeit fließt durch den Zylinder, wobei an beiden Enden des Zylinders Anschlüsse zur Trennung von Permeat und Retentat vorhanden sind. Kassettenmembranschichten werden gestapelt und durch Siebe getrennt. Die Flüssigkeit strömt durch die Schichten und das Permeat wird seitlich abgeleitet, während das Retentat weiterfließt.

Membranen werden nach ihrer durchschnittlichen Porengröße klassifiziert. Die in der Bioprozessindustrie verwendeten Membranen werden im Allgemeinen entweder für die Mikrofiltration oder die Ultrafiltration verwendet. Mikrofiltrationsmembranen haben Poren mit einem Durchmesser von mehr als 0,1 µm und werden im Allgemeinen verwendet, um Proteine und andere kleine Moleküle von Zellen zu trennen (die größeren Zellen werden im Retentat verworfen). Ultrafiltrationsmembranen haben Poren mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 µm und werden häufig zur Konzentration von Proteinen verwendet. Die Proteine befinden sich in diesem Fall im Retentat, während Wasser und verschiedene kleine gelöste Stoffe im Permeat zurückbleiben.

Vorteile der Tangentialstromfiltration gegenüber Dead-End-Methoden

Bei der Dead-End-Filtration fließen die Proben direkt durch eine Membran, was oft zu einem verstopften Filter führt. Der tangentiale Fluss der TFF verhindert Verstopfungen und ist viel schneller und effizienter als herkömmliche Filtrationsmethoden.

Bei der TFF kann der Flussstrom mit dem gewünschten Produkt so oft wie nötig durch das System geleitet werden, um eine vollständige Trennung von Permeat und Retentat zu erreichen. Dieses Verfahren kann auch zur Reinigung des Filters verwendet werden, indem reiner Puffer durch das System geleitet wird.

Wie bei der Dead-End-Filtration bestimmt die Größe der Membranporen, welche Partikel die Membran passieren können. Die Porengröße kann optimiert werden, um die gewünschten Partikel entweder im Permeat oder im Retentat zu isolieren.

Anwendungen, die Tangentialstromfiltration verwenden

• Wenn eine Zentrifugation nicht möglich oder nicht praktikabel ist, ist die TFF eine bequeme Methode zur Zellgewinnung. Die Mikrofiltrationsmembranen halten die ganzen Zellen zurück und ermöglichen gleichzeitig eine selektive Rückgewinnung des Überstandes.
• Nach der Zelllyse ist die TFF für die Lysatklärung nützlich, um Trümmer wie unlysierte Zellen und Membranfragmente zu entfernen. Dies wird häufig als Zwischenreinigungsschritt vor der Chromatographie durchgefü
• Kleinere und größere Proteine können mit Ultrafiltrationsmembranen getrennt werden. Die Proteine müssen von ausreichend unterschiedlicher Größe sein, damit die Membran die Komponenten angemessen filtern kann.
• Während bei der Chromatographie häufig eine Verdünnung der Proteinproben erforderlich ist, können die Endprodukte eine höhere Konzentration erfordern. In diesem Fall kann die Ultrafiltration das Permeat entfernen, während die Proteine in einer höheren Konzentration zurü

Massendurchfluss für alternierende und tangentiale Filtration

Bidirektionale Massendurchflussregler, die Luft strömen lassen, können zwischen Überdruck und Vakuum wechseln, um mit der Membranpumpe in der ATF-Anlage zu arbeiten. Vakuum kann verwendet werden, um die Flüssigkeit durch den Filter für die anfängliche Permeat/Retentat-Trennung zu ziehen, und Überdruck, um das Retentat in den Reaktor zurückzuführen.