TFFメンブレンカセットの孔径範囲はどのくらいですか？
バイオテクノロジー、製薬、食品および飲料の加工、さらには水処理の分野で働いたことがある人なら、おそらく TFF (タンジェンシャル フロー フィルトレーション) 膜カセットに遭遇したことがあるでしょう。この分野を初めて使用する場合、最初に尋ねる質問の 1 つは、「これらのものの孔径の範囲はどれくらいですか?」ということです。長年 TFF カセットを供給してきた者として、私はいつもこの質問を受けますが、それは画一的な答えではありません。難解な専門用語は使わず、現場で何が機能するのか (何が機能しないのか) を見てきたサプライヤーからの本当の話をしてみましょう。
まず、これを単純にしてみましょう。 TFF は液体を膜表面と平行にポンプで送り出すことで機能するため、小さな粒子のみが通過 (透過液) し、大きな粒子は後ろに残ります (保持液)。どれが分離されるかを決定するのは細孔のサイズです。現在、その範囲は静的なものではなく、精密濾過 (MF) から限外濾過 (UF) にまで及び、一部の特殊なモデルではナノ濾過 (NF) の領域にも少し入っています。しかし、ここで混乱が生じるため、具体的に説明しましょう。
まずは大きな端である精密濾過 TFF カセットから始めます。当社のクライアントのほとんどは、溶液から細胞、細菌、大きな細胞破片などを分離する必要があるときに、最初に MF に手を伸ばします。ここでの細孔サイズは通常、0.1 マイクロメートル (μm) から 10 μm の間になります。ちょっと待って、それは範囲が広いですよね？毎日出荷される一般的なものに絞り込んでみましょう。哺乳類細胞を濾過する場合（モノクローナル抗体産生など）、0.1 um ～ 0.22 um がスイートスポットです。なぜ？細菌の大きさは約 0.5 um なので、滅菌濾過の標準は 0.22 um です。そのため、当社の人気の 0.22 um 精密濾過カセットはまさにそれに合わせて設計されています。より小さな細菌やさらに大きな細胞凝集体を扱う場合は、0.45 um までステップアップするのが理にかなっており、これも当社の MF ラインの別のオプションです。
では、サイズを小さくする必要がある場合はどうすればよいでしょうか?そこで限外濾過が登場します。UF TFF カセットには、物理的μm ではなく分子量カットオフ (MWCO) で測定される細孔があり、これは考え方が異なります。 MWCO は膜が保持する最小分子のサイズで、通常はキロダルトン (kDa) で表されます。当社の UF 範囲は 1 kDa (小さなタンパク質の濃縮に最適) から始まり、最大 1000 kDa まであり、抗体のような大きなタンパク質に有効です。しかし、問題はここにあります。多くの人が MF と UF を混同しています。そのため、MF の細孔は優れた顕微鏡で確認できるほど大きいのに対し、UF の細孔は非常に小さいため、個々の穴として測定することはできません。
より深く掘り下げる前に、なぜ毛穴のサイズがそれほど重要なのかについて話しましょう。間違ったものを選択すると、製品が浸透できなくなるか（孔が大きすぎる場合）、濾過速度が大幅に低下する（孔が小さすぎる場合、汚れが増えます）ことになります。バイオテクノロジーの新興企業が、0.45 um が必要なときに 0.1 um のカセットを使用したため、数週間の作業を無駄にしているのを見てきました。彼らは小さい方が良いと考えていましたが、小さな孔が細胞の破片で詰まり続けました。そのため、用途に合わせた細孔サイズは交渉の余地がありません。
それでは、カセットの詳細について説明しましょう。それは私が最もよく知っていることです。当社の MF ラインには、フラット シート カセットから使い捨てオプションまでのすべてが含まれており、0.1 um ～ 10 um の範囲をカバーする細孔サイズがあります。 0.1um 精密濾過カセットは、タンパク質を通過させながら細胞や破片を捕捉するため、標的タンパク質を失わずに細胞培養上清を清澄するのに最適です。最終滅菌ステップを行う場合は、0.22 um のものが最適です。細菌の 99.999% を除去することがテストされているため、汚染を心配する必要はありません。ビールの清澄や酵母の除去などの産業用途には、当社のフラット精密濾過カセット (使い捨てカセットよりも高い流量を処理できる) があり、これに最適な 1.0 um と 5.0 um があります。
待ってください。孔径だけが要因ではなく、膜の材質も影響するということにも触れておきたいと思います。ほとんどの MF および UF カセットには、耐久性があり、孔径が一定で、汚れがつきにくいため、ポリエーテルスルホン (PES) などを使用しています。ただし、特定の化学物質については、わずかに異なる孔径プロファイルを持つ PVDF または混合セルロース エステル (MCE) のオプションを提供しています。たとえば、当社の精密濾過膜ラインには、水の検査によく使用される MCE 膜が含まれており、孔径は 0.45 um や 0.8 um で、飲料水中の微生物を捕捉するのに最適です。
もう 1 つのポイント: TFF カセットの細孔サイズについて尋ねられると、「公称」細孔サイズと「絶対」細孔サイズのことを忘れてしまうことがよくあります。公称サイズは平均サイズ、絶対サイズは保持される粒子の最大サイズです。当社のカセットはすべて、一貫した絶対細孔サイズを持つようにテストされているため、スケールアップしても驚くようなことはありません。これは大きな問題です。研究室規模のフィルターにはわずかにばらつきのある細孔が含まれる可能性がありますが、当社の製品グレードのカセットは厳格な品質管理のもとで製造されているため、バッチ内のすべてのカセットの細孔サイズの範囲は同じになります。
これをすべて文脈で理解するために、いくつかの一般的なアプリケーションを取り上げましょう。生物製剤を処理している場合: UF から開始して抗体 (100 kDa MWCO) を濃縮し、次に UF カセットで研磨し、場合によっては 0.22 um MF カセットを使用した最終滅菌ステップを行います。食品および飲料の場合: 1.0 um フラット シート カセットを使用してフルーツ ジュースを清澄して果肉を除去するか、0.5 um カセットを使用してビールを濾過して透明でさわやかな味わいを実現します。環境試験の場合: 当社の 0.45 um 精密ろ過カセットを使用して、水サンプル中の大腸菌群を捕集します。これらはすべて、これまで話してきた範囲に当てはまります。
さて、私がいつも受ける質問に答えましょう。この範囲外の孔径を持つ TFF カセットを入手できますか? MF の場合、上限は約 10 um です。これより大きいものは通常、TFF カセットではなく、デプス フィルターなどの別のタイプのフィルターです。 UF の場合、MWCO の下限は約 1 kDa、上限は 1000 kDa です。 1 kDa 未満はナノ濾過で、小さな有機分子を脱塩または除去するために使用されます。NF カセットも提供していますが、それは別のカテゴリです。
汚れは毛穴のサイズに関係しているので、汚れについても触れておく必要があります。孔が詰まると有効孔径が小さくなり、濾過が遅くなります。これに対抗するために、当社ではオープンチャネル流路を備えたカセットを設計しているため、液体がまっすぐではなく膜を横切って移動し、細孔に破片が詰まる可能性が減ります。そのため、適切な細孔サイズを選択したとしても、カセットの設計が重要になります。たとえば、当社の精密濾過フラットシート カセットは、使い捨てカセットよりも広いチャネルを備えているため、より粘性の高い溶液 (濃縮細胞ライセートなど) をあまり汚れることなく処理できます。
結局のところ、TFF 膜カセットの孔径範囲は、NF の特殊なオプションを使用すると、およそ 0.1 um (MF) から 0.001 um 未満 (UF、MWCO から換算した場合) までになります。ただし、重要なのは、その範囲を特定のアプリケーションに適合させることです。単に利用可能な最小または最大のものを選択するのではありません。必要な孔径がわからない場合は、それを私たちがここで解決します。私たちは、小規模な新興企業から大規模な製薬会社に至るまで、何百ものクライアントと協力して、プロセスに適したカセットを選択してきました。細胞清澄用の 0.1um 精密濾過カセット、工業規模用のフラット精密濾過カセット、またはタンパク質濃縮用のカスタム UF カセットが必要な場合でも、当社が対応します。
推測をやめて、自分のプロセスに適したカセットを入手する準備ができたら、当社のチームに連絡してニーズについてチャットしてください。当社は画一的なソリューションを提供するわけではありません。TFF セットアップが可能な限り効率的であることを確認するために、細孔サイズのオプション、膜材質、流量について喜んでご案内します。プレッシャーはありません。このゲームに長く携わり、何がうまくいくかを知っているサプライヤーからの本当のアドバイスだけです。
参考文献
- タンジェンシャル フロー フィルトレーション: 原理と実践、第 2 版、M. Cheryan、1998 年
- 精密濾過膜の技術と応用、J. Li、2010 年
- Pall Corporation TFF カセット製品ガイド、2022 年
- 「孔径と MWCO: 膜ろ過の主な違い」、バイオプロセス インターナショナル、2021 年