millipore超滤膜包面积选择

生物制药工业中超滤膜包的选择——面积的确定

超滤膜的选择简单来说，可以分三步：孔径的选择、材质的选择和面积的确定。

选择了超滤膜的孔径和材质，我们需要确定合适的面积。面积过小，处理料液需要相当长的时间；面积过大，成本提高，同时系统的死体积增加。计算超滤膜面积，我们需要先引入通量这个单位。通量(Flux)的单位是升/(平方米×小时)即LMH。它的含义是单位膜面积上的流速。由于滤膜的流速与膜面积相关，通量的概念消除了面积因素，这样不同膜面积的流速就可以通过通量相互比较，我们在计算膜面积时会经常用到这个单位。由于Millipore的Pellicon系列超滤膜(包括Biomax和Ultracel)是完全线性放大的，因此小试时的通量数据可以用来直接放大。

图1 通量的概念

以下是不同孔径的超滤或切向流微滤膜对几种常见料液的通量情况：

表1 不同样品最合适的膜及常见通量情况

通过上表中的数据再结合我们需要超滤的产品批量和工艺时间，我们可以大致推算出所需的滤膜面积。当然，表中的数据仅仅作为参考，实际工艺中的通量情况可能与表中的数据有很大差异。所以在选择膜面积时最好咨询Millipore的工艺开发专家，他们会根据实际情况给出合适的建议。

以下我们以一个例子说明如何计算超滤膜面积。

我们需要对一个100kDa的蛋白进行10倍浓缩，和5倍透析，产品批量是100L，要求整个超滤工艺在2小时之内完成。假设我们用30K 0.1m2的膜包做了一个小试实验，浓缩时平均的流量为50ml/min，透析时的平均流量为80ml/min。我们计算一下这个工艺放大以后所需要的超滤膜面积。

首先我们需要把流量转换成通量：

浓缩时平均通量＝(50ml/min)×(60min)/(0.1m2)/(1000ml)=30 LMH

透析时平均通量＝(80ml/min)×(60min)/(0.1m2)/(1000ml)=48 LMH

然后我们分别计算浓缩和透析时超滤膜的液体透过量：

浓缩时透过量＝100L-100L/10＝90L

透析时透过量＝5×100L/10＝50 L

最后我们可以分别计算出浓缩和透析时所需的超滤膜面积：

浓缩所需最小面积＝90L/30LMH/2h＝1.5m2

透析所需最小面积＝50L/48LMH/2h＝0.52m2

浓缩和透析工艺总共所需最小超滤膜面积为2.02m2。由于产品可能存在批间差异，通常需要配置1.2~1.5的安全系数。因此，推荐超滤膜面积为2.5，安全系数为1.24。

从这个例子我们可以看出，产品的批量不能直接用于计算膜面积。超滤膜面积的计算还需要结合产品的浓缩和透析工艺。简单来说，超滤膜面积与超滤膜的透过液体积有关。此外，超滤膜面积还与工艺时间和透过液通量有关。