Lors de la sélection d'un système de filtration à flux tangentiel (TFF), devrions-nous utiliser une cartouche à fibres creuses ou une membrane à cassette plate ?
La filtration à flux tangentiel (TFF) est largement utilisée dans le traitement pharmaceutique biopharmaceutique et chimique en tant que technologie clé pour l'échange et la purification de tampon. Parmi tous les composants du processus, le choix de la cassette à membrane ou du module à fibres creuses est particulièrement critique.
Tout d’abord, une brève introduction aux modules à fibres creuses et aux cassettes à membrane :
Module à fibres creuses :
La solution d'alimentation s'écoule axialement à travers la lumière des fibres creuses, tandis que le perméat traverse radialement la paroi de la membrane.
Cassette à membrane :
Plusieurs membranes plates-en feuilles sont empilées, généralement séparées par des écrans ou des espaceurs d'écoulement qui créent des canaux d'écoulement tangentiels pour améliorer le transfert de masse.
1. Comparaison des paramètres de performance clés
A. Efficacité du flux/transfert de masse (vitesse de traitement)
Les cassettes à membrane permettent généralement d'obtenir un flux plus élevé et des temps de traitement plus courts.
La structure espaceur/écran crée des turbulences à la surface de la membrane, réduisant ainsi la formation de couche de gel et améliorant l'efficacité du transfert de masse et les performances globales du flux.
Les modules à fibres creuses fournissent généralement un flux légèrement inférieur mais plus stable.
Leurs canaux d'écoulement ouverts réduisent la résistance hydraulique, ce qui les rend moins sujets à un encrassement soudain lors du traitement de flux d'alimentation à haute -solide ou à haute-viscosité.
Exemple de cas :
Dans le traitement UF/DF de l'ARNm LNP-, des études ont montré que dans des conditions de TMP identiques (inférieures ou égales à 5 psi) et des paramètres d'alimentation identiques, les cassettes à membrane présentaient un flux significativement plus élevé, tandis que les modules à fibres creuses offraient un cisaillement plus faible mais un débit légèrement réduit.
B. Force de cisaillement (impact sur les particules, les virus et les biomolécules)
Les modules à fibres creuses sont généralement considérés comme plus doux.
Leur conception à canal ouvert-signifie que le cisaillement suit principalement le comportement d'écoulement tubulaire standard et peut être contrôlé quantitativement via le débit et le diamètre intérieur des fibres, ce qui les rend adaptés aux matériaux-sensibles au cisaillement.
Les cassettes à membrane introduisent un cisaillement supplémentaire en raison de la structure d'espacement.
Bien que cela améliore le transfert de masse, cela peut également augmenter les contraintes de cisaillement localisées.
C. Résistance à l'encrassement/manipulation de matières solides élevées et de viscosité élevée
Les modules à fibres creuses présentent des avantages plus évidents lors du traitement de matériaux à haute teneur en -solides-visqueux.
Le chemin d'écoulement ouvert réduit la résistance du fluide et aide à maintenir un flux stable dans des conditions d'alimentation exigeantes.
Les cassettes à membrane sont généralement plus adaptées aux applications contenant des matières solides faibles-à-moyennes, pour lesquelles un débit élevé et un traitement plus rapide sont des priorités.
Leur conception améliorée de transfert de masse peut offrir d'excellentes performances, même si les systèmes très visqueux ou à haute teneur en solides-peuvent connaître une baisse de flux plus rapide en fonction du matériau de la membrane, du MWCO/taille des pores et des conditions de traitement.
D. Chute de pression et fenêtre de fonctionnement (TMP et pression d'alimentation)
Dans les systèmes à fibres creuses, la chute de pression et le cisaillement peuvent être contrôlés par le diamètre de la fibre, sa longueur et son débit transversal.
Des diamètres de fibres plus petits augmentent le cisaillement, tandis que des trajets d'écoulement plus longs augmentent la chute de pression.
Dans la pratique, les systèmes TFF à fibres creuses sont généralement conçus et mis à l'échelle à l'aide de calculs basés sur TMP-.
E. Facteur de concentration, taux de récupération et volume de rétention-
Les cassettes à membrane sont souvent plus avantageuses pour les applications à forte concentration et à facteurs de concentration élevés.
L'expérience de l'industrie suggère que les cassettes à membrane offrent une structure plus compacte, une meilleure résistance à la pression, une capacité de concentration plus élevée et une récupération de produit souvent plus élevée que les systèmes à fibres creuses.
Les modules à fibres creuses peuvent avoir des volumes de rétention-plus importants en fonction de la conception du module et de la configuration du système, ce qui peut être plus critique lors du traitement de petits lots de matériaux-de grande valeur.
F. Fiabilité et durée de vie : rupture de fibre ou maintenance
L’un des risques potentiels des systèmes à fibres creuses est la rupture des fibres et la fragilité structurelle.
L'expérience pratique a montré que les fibres creuses peuvent occasionnellement se briser et que certaines structures de pores (telles que les structures en forme de doigt-) peuvent être plus susceptibles d'être endommagées.
Les cassettes à membrane nécessitent également un entretien approprié, mais leur durée de vie peut être assez longue avec des procédures de nettoyage et de stockage appropriées.
Il est important d’éviter de dessécher la membrane et de la régénérer rapidement après un encrassement.
G. Utilisation unique-, stérilité et mise à l'échelle-
Les modules de fibres creuses à usage unique-sont de plus en plus populaires car ils sont généralement fournis pré-humidifiés, stérilisés aux rayons gamma et prêts à l'emploi, ce qui réduit considérablement les exigences de validation du nettoyage.
Ils peuvent également évoluer efficacement du développement en laboratoire jusqu'à la fabrication à grande échelle.
Logique d'évolution- :
Les modules à fibres creuses et les cassettes à membrane peuvent être étendus en augmentant la surface de la membrane ou en faisant fonctionner plusieurs unités en parallèle. La documentation des produits à fibres creuses souligne également que plusieurs tailles sont disponibles, permettant une mise à l'échelle simple-du laboratoire à l'échelle de production.
2. Tableau de comparaison des sélections
Cassettes à fibres creuses Dimension
