切向流过滤 (TFF)，也称为错流过滤，因其坚固耐用、可放大性和多功能性， 在生物工艺开发领域日益受到重视。 切向流过滤是指进料流沿切向流过膜表面，这有助于持续清除积聚的物质，从而最大限度地减少膜污染。这一独特特性使其在生物工艺中得到广泛应用。

在生物工艺开发领域，TFF 在下游工艺中具有一些重要的应用，包括：

• 澄清 - TFF 可用于在发酵后将细胞或细胞碎片与其余培养液分离，从而产生含有目标生物分子的澄清液体。

• 浓缩 - TFF 通常用于浓缩目标生物分子的稀释溶液。其原理是，水和小分子溶质通过膜，同时截留较大的生物分子，从而提高其在截留液中的浓度。

• 洗滤/缓冲液置换 - TFF 也可用于置换溶液的缓冲液或去除细小污染物。这通常是层析法等其他处理步骤之前或之后的重要步骤。

TFF中的重要方面

• 膜选择 - 切向流过滤中使用的膜类型至关重要。膜材料、孔径和表面特性的选择需要根据进料流特性和目标产品进行优化。膜应具有耐进料和清洗液的化学性质，具有适合分离任务的孔径，并能够保持高通量。

• 操作参数 - 应调整跨膜压、错流速度和温度等操作条件，以实现最佳性能。必须在实现高通量、保持产品质量和膜寿命之间取得平衡。

• 剪切敏感性 - 应评估产品的剪切敏感性。某些生物产品（例如细胞或某些蛋白质）在高剪切条件下可能会受损，从而影响产品收率和质量。可能需要调整错流速度以适应这些敏感性。

• 工艺集成 - TFF 工艺应与上游工艺兼容，并促进后续下游步骤的进行。此外，TFF 系统配置（无论是单级还是多级）均应符合工艺要求。

• 可放大性 - 开发或中试规模期间建立的参数应有效转化为更大规模的操作，以确保成功规模放大。

• 成本 -  应评估TFF的资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX）。这包括膜和TFF设备的成本、能源成本以及膜更换或清洗的成本。

• 清洁与维护 -  有效的清洁方案对于维持膜的性能和使用寿命至关重要。应开发并优化在线清洗 (CIP) 方法，这些方法可能涉及反冲洗、化学清洗或其他策略。

• 监管考虑 -  对于用于食品、制药或医疗应用的生物工艺，TFF 工艺应符合监管标准，包括与产品纯度、污染控制和工艺验证相关的标准。

TFF的优势

• 最大程度减少膜污染      -  在TFF中，进料流与过滤膜表面平行，从而防止颗粒物在膜上积聚，显著降低膜污染程度。这一特性确保膜在长期运行期间保持稳定性能。

• 高产物回收率 - 切向流过滤系统可提供高产物回收率。由于产物和截留物流沿同一方向流动，与普通（死端）过滤方法相比，产物损失的风险更低。

• 工艺灵活性 - TFF 可同时浓缩和纯化生物产品，从而提高整体工艺效率。TFF 用途广泛，可适应各种原料特性，适用于蛋白质浓缩、细胞收获和病毒过滤等各种应用。

• 可放大性 - 切向流过滤系统可轻松从实验室规模放大到工业规模，是生物工艺开发的理想选择。在开发或中试规模中确定的参数可迁移至更大规模的系统，从而减少工艺放大所需的时间和成本。

• 控制剪切率 - 在 TFF 中，可以通过调节进料流速来精确控制剪切率，这对于处理剪切敏感的生物分子或细胞至关重要。

• 连续操作 - TFF 设计用于连续操作，适用于大规模工业生产。这可以提高生产力并提高设备利用效率。
       
  

TFF的挑战

• 操作复杂性 -  TFF 系统的操作通常比普通（死端）过滤系统更复杂。它们需要精确控制多个参数，例如跨膜压力、错流速度和温度，以确保最佳性能。

• 初始投资较高 - 由于需要专用设备和膜，TFF 系统的安装成本可能较高。这包括能够提供 TFF 所需高进料流速的泵的成本，以及为维持最佳运行条件而配备的可靠控制系统的成本。

• 膜污染和浓差极化 - 尽管与死端过滤相比，TFF 的污染程度有所降低，但 TFF 中仍然可能发生膜污染，尤其是在处理复杂的生物原料时。此外，还可能发生浓差极化，即溶质在膜表面积聚，并可能导致过滤性能随时间推移而下降。

• 能耗 - TFF 系统通常比普通过滤需要更高的能耗，因为需要较高的错流流速来维持跨膜的切向流。

• 剪切应力 - 虽然可以控制 TFF 中的剪切速率，但高剪切速率可能对剪切敏感的细胞或分子有害，可能导致产品降解或丧失活力。

• 维护要求 - 需要定期清洁和维护TFF系统，以确保其长期稳定的性能。根据原料的复杂程度和污垢的性质，维护可能涉及反冲洗、化学清洗，甚至更换膜。