Medical practices evolved over millennia, from ancient civilizations like Egypt and Mesopotamia to the groundbreaking
中空纖維(Hollow Fiber)是一種具有空腔結構的纖維材料,其內部為空心通道,外壁為多孔或致密的高分子膜。這種獨特結構賦予其高比表面積、優異的傳質性能和機械強度。中空纖維以切向壓力為推動力,過濾掉微粒、細菌或者攔截目標物,具有選擇透過性,在生物醫學、生物工程和環保等領域有廣泛應用。 產品優勢 ●開放式流道,容塵量高 ●膜均一性好,各種孔徑齊全 ●靈活模塊化,便于線性放大 ●剪切力小,尤為適合敏感的蛋白類產品以及病毒類處理 中空纖維系統中的剪切力對生物制品的生產、純化和穩定性具有重要影響,尤其是在生物制藥(如單克隆抗體、疫苗、重組蛋白)和細胞治療等領域。適當的剪切力可以促進傳質和混合,但過高的剪切力可能導致生物制品失活、聚集或細胞損傷。 中空纖維的核心特點在于其開放的流道結構。與內部結構復雜的平板膜包不同,它沒有類似平板膜包中篩網對流體力學的復雜影響,剪切力主要取決于流速與纖維半徑。這一特性使得我們可以通過調節這兩個參數來有效控制剪切力范圍,不僅為處理剪切力敏感型樣品提供了溫和環境,也便于評估樣品本身的剪切力耐受性。 中空纖維剪切力(剪切速率)計算公式 γ=4Q/nπr3 γ-剪切速率(s?1) Q-切向流速 n-纖維管數量 r-纖維管內徑 該公式表明,剪切速率與切向流速成正比,與纖維管數量和纖維管內徑的立方成反比。在實際應用中,可通過調整流速、纖維管規格等參數來控制剪切力,以滿足不同工藝需求。 剪切力對生物制品的直接影響 (1)蛋白質/抗體變性或聚集 機制: 高剪切力(如湍流、空化作用)可能導致蛋白質構象變化,暴露出疏水區域,引發聚集。 在過濾、超濾或灌流培養過程中,剪切力可能破壞蛋白質的天然結構。 案例: 單克隆抗體(mAb)在高速泵送或膜過濾時易形成聚集體,影響藥效和安全性。 (2)細胞損傷(哺乳動物細胞、微生物細胞) 機制: 哺乳動物細胞(如CHO細胞)對剪切敏感,高剪切力可導致細胞膜破裂、凋亡或代謝異常。 微生物(如大腸桿菌)在高剪切環境中可能發生裂解,釋放內毒素。 關鍵閾值: 哺乳動物細胞:通常耐受<50–100dyn/cm2(灌流培養)。 紅細胞:>1500s-1可能導致溶血(如血液透析)。 (3)病毒/外泌體等納米顆粒的破壞 機制: 病毒載體(如AAV、慢病毒)或外泌體在剪切力作用下可能破裂,降低感染效率或治療效果。 案例: 基因治療中,病毒載體通過中空纖維系統純化時需控制剪切力以避免滴度損失。 (4)膜污染與產物損失 機制: 高剪切力可能導致細胞碎片或蛋白質在膜表面沉積,堵塞膜孔,降低傳質效率。 剪切力誘導的吸附(如抗體在膜表面的非特異性結合)可能降低產物回收率。 優化策略:降低剪切力負面影響 (1)系統設計優化 降低流速:采用低剪切泵(如蠕動泵)或優化流道設計(如漸擴管道)。 纖維選擇:增大纖維內徑以減少壁面剪切力(但需權衡傳質效率)。 使用表面改性膜(如親水涂層)減少蛋白質吸附。 (2)工藝參數控制 灌流培養:控制灌流速率(如1–3RV/day)以避免細胞損傷。 采用交替切向流(ATF)技術,減少恒定高剪切力。 純化階段:超濾/透析時采用低TMP(<1bar)和低流速。 (3)添加劑保護 穩定劑:添加糖類(如海藻糖)、表面活性劑(如Pluronic F68)減少蛋白質聚集。 細胞保護劑:血清或聚合物(如聚乙烯醇)降低剪切敏感性。 (4)在線監測與建模 傳感器監測:實時檢測剪切力(如壁面剪切應力傳感器)。 CFD模擬:通過計算流體動力學(CFD)預測高剪切區域并優化流場。 中空纖維在生物制品應用中憑借其低剪切設計展現出顯著優勢,尤其適合處理剪切力敏感的物質(如蛋白質、病毒載體和細胞)。其切向流過濾(TFF)通過平行流動降低跨膜壓力(TMP),減少流體剪切力,從而避免產物變性或損傷。模塊化設計支持線性放大,確保從實驗室到生產規模的剪切力參數一致,維持產物活性穩定。此外,親水化膜材料(如PES、PVDF)和低剪切泵(如隔膜泵)的協同使用進一步減少摩擦和吸附,提高回收率(如AAV純化回收率>90%)。綜上所述,中空纖維以低剪切、高可控性和可擴展性成為生物制品下游處理的理想選擇,特別適用于高價值、高敏感性產品的生產。 關于九齡 九齡科技是一家專注于生物制藥下游澄清、分離、純化的生產型國家高新技術企業;產品廣泛用于單抗、疫苗、診斷、血液制品、血清、內毒素等生物制品的過濾過程;九齡科技有“平板膜包與切向流過濾裝置”、“中空纖維柱”、“除病毒過濾器”、“深層膜堆”、“除菌過濾器”、“超濾離心管”等產品,并擁有眾多產品生產線,從小型一次性實驗室過濾到生產型過濾系統,完全滿足試驗與生產的各項需求。九齡科技期待與您的合作!