Υψηλή-Μικροδιήθηση ζωμού κυττάρων ανάκτησης με κασέτα PES 0,22 μm: Μελέτη περίπτωσης από εργαστήριο

1. Πληροφορίες προϊόντος

Κασέτα μεμβράνης PES 0,22 μm, 0,1 m² (N2PE2308GA04)

 

2. Πειραματικά Αποτελέσματα

600 mL ζωμού κυτταρικής ζύμωσης υποβλήθηκαν σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας μια κασέτα μεμβράνης 0,22 μm, 0,1 m², συμπυκνώθηκε στα 100 mL, ακολουθούμενη από διαδιήθηση με 5 διαόγκους καθαρού νερού (δηλαδή, 100 mL καθαρού νερού ανά βήμα διαδιήθησης, επαναλαμβανόμενες 5 φορές). Μετά την 5η διαδιήθηση, η παρτίδα συμπυκνώθηκε στον τελικό όγκο. Το συνολικό πείραμα διήρκεσε 34 λεπτά, αποδίδοντας 48 mL κατακράτημα και 1054,5 mL ολικού διηθήματος, με μέση ροή 18,6 LMH. Καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας, η βαλβίδα συγκράτησης ήταν πλήρως ανοιχτή και το TMP κυμαινόταν από 0,2 έως 0,85 bar. Η θολότητα τροφοδοσίας ήταν 131 NTU, η θολότητα διήθησης ήταν 3,13 NTU.

Μετά τη χρήση, η κασέτα καθαρίστηκε και αναγεννήθηκε. Η αλλαγή στη ροή του νερού φαίνεται στον Πίνακα 1.

 

Πίνακας 1: Ρυθμός ανάκτησης ροής νερού

	Ρυθμός ροής τροφοδοσίας (mL/min)	Πίεση τροφοδοσίας (bar)	Πίεση συγκράτησης (bar)	TMP (μπάρα)	Ρυθμός ροής διαπέρασης (mL/min)	LMH	Ανάκτηση ροής (%)	Παρατηρήσεις
Πριν από τη χρήση	370	0.4	0	0.2	140	420	79	Συγκρατήστε τη βαλβίδα πλήρως ανοιχτή
Μετά τον καθαρισμό	370	0.6	0	0.3	166	332		Συγκρατήστε τη βαλβίδα πλήρως ανοιχτή

Σημείωση: Ανάκτηση ροής υπολογισμένη ως 332/420 ≈ 79%.

Δοκιμή ακεραιότητας πριν και μετά το πείραμα

Η δοκιμή διατήρησης πίεσης πέρασε

Οι συνθήκες διεργασίας κατά τη διάρκεια του πειράματος συνοψίζονται στον Πίνακα 2. Συνολικός χρόνος εκτέλεσης: 34 λεπτά.

 

Πίνακας 2: Συνθήκες διαδικασίας με την πάροδο του χρόνου

Χρόνος (λεπτά)	Ροή τροφοδοσίας (mL/min)	Πίεση τροφοδοσίας (bar)	Μουσκεύω. πίεση (bar)	TMP (μπάρα)	Ροή διείσδυσης (mL/min)	Παρατηρήσεις
0	200	1.5	0	0.75	32	Αρχή; βαλβίδα συγκράτησης πλήρως ανοιχτή. Τροφοδοσία 500 mL
5	200	1.2-1.4	0	0.6-0.7	33
10	200	1.0	0	0.5
10	200	1.6	0	0.8	25	+100Προστέθηκε mLfeed
15	200	1.6	0	0.8	15
20	200	1.6-1.7	0	0.8-0.85	11
22	200	1.6-1.7	0	0.8-0.85	25	Απομένουν 100 mL. ξεκινήστε την 1η διαδιήθηση με 100 mL καθαρού νερού
25	200	1.3-1.4	0	0.65-0.7
26	200	1.0-1.1	0	0.5-0.55	43	Απομένουν 100 mL. 2η διαδιήθηση (+100 mL καθαρού νερού)
27	200	0.6	0	0.3
28	200	0.5	0	0.25	53	Απομένουν 100 mL. 3η διαδιήθηση (+100 mL καθαρού νερού)
30	200	0.4	0	0.2	61	Απομένουν 100 mL. 4η διαδιήθηση (+100 mL καθαρού νερού)
32	200	0.4	0	0.2	68	Απομένουν 100 mL. 5η διαδιήθηση (+100 mL καθαρού νερού)
34						Τέλος: 48 mL συγκράτησης (θολότητα 345 NTU). ολικό διήθημα 1054,5 mL (3,13 NTU); Συγκέντρωση διαπέρασης 493,5 mL (2,58 NTU); Οι πρώτες 3 διαδιήθηση διαπερνούν 305 mL (3,03 NTU). Τα 2 τελευταία διαδιηθήματα διαπερνούν 256 mL (3,01 NTU)

 

 

Φάση συγκέντρωσης: Η πίεση τροφοδοσίας μειώθηκε με την πάροδο του χρόνου. Η προσθήκη 100 mL τροφοδοσίας προκάλεσε αύξηση της πίεσης και στη συνέχεια σταθεροποίηση. Η ροή του διηθήματος μειώθηκε από 33 mL/min σε 11 mL/min (~33% της αρχικής).

Φάση διαδιήθησης: Με το καθαρισμένο νερό, η πίεση τροφοδοσίας μειώθηκε σημαντικά και η ροή αυξήθηκε σημαντικά.

Συνολικός επεξεργασμένος όγκος: 1054,5 mL πάνω από 0,11 m² (0,1 m² ονομαστική + διόρθωση). συνολικός χρόνος 34 λεπτά; μέση ροή διηθήματος 31 mL/min → μέση ροή 18,6 LMH.

 

 

Σχήμα 2: Σύγκριση θολότητας τροφοδοσίας και διείσδυσης (αρχική εικόνα)

Θολότητα τροφοδοσίας 131 NTU, θολότητα διείσδυσης 3,13 NTU.

 

 

Εικόνα 3: Ηλεκτροφόρηση γέλης SDS-PAGE

The SDS-PAGE result indicates target protein recovery >85% από την κασέτα μικροδιήθησης 0,22μm.

3. Πειραματικές Μέθοδοι

3.1 Εγκατάσταση

Εγκαταστήστε το σύστημα όπως φαίνεται στην Εικόνα 2

 

 

3.2 Μέτρηση ροής νερού

Χρησιμοποιήστε καθαρό νερό ως τροφή. Τοποθετήστε το σωλήνα τροφοδοσίας στην τροφοδοσία, συγκρατήστε και περάστε τους σωλήνες στο δοχείο απορριμμάτων. Εκκινήστε την περισταλτική αντλία, ρυθμίστε τη βαλβίδα διαφράγματος για να επιτύχετε το κατάλληλο TMP έως ότου το συγκρατημένο υλικό και το διήθημα είναι ουδέτερα (pH). Σταματήστε την αντλία. Τοποθετήστε τους σωλήνες τροφοδοσίας, συγκρατήστε και διεισδύστε σε καθαρό νερό, εκκινήστε την αντλία, βρέξτε τη μεμβράνη για 15 λεπτά. Διακοπή αντλίας, ανοιχτή βαλβίδα διαφράγματος. Μετρήστε τη ροή νερού: τροφοδοτήστε και συγκρατήστε τους σωλήνες σε καθαρό νερό, προσαρμόστε σε TMP1, συλλέξτε το διήθημα για 1 λεπτό, υπολογίστε τη ροή.

 

3.3 Δοκιμή ακεραιότητας (δοκιμή διατήρησης πίεσης / δοκιμή φυσαλίδων)

Αφαιρέστε το σωλήνα τροφοδοσίας από το νερό, τοποθετήστε το συγκρατητήρα και διεισδύστε στα απόβλητα. Λειτουργήστε την αντλία για να αδειάσετε το υγρό από τις γραμμές, σταματήστε την αντλία. Κλείστε πλήρως τη βαλβίδα συγκράτησης. Λειτουργήστε την αντλία για να εισάγετε αέρα έως ότου η πίεση τροφοδοσίας φτάσει τα 0,65 bar, σταματήστε την αντλία. Παρατηρήστε την πτώση πίεσης για 10 λεπτά και ελέγξτε τη θύρα διείσδυσης για φυσαλίδες στο νερό. Εάν δεν υπάρχει πτώση πίεσης και δεν υπάρχουν φυσαλίδες → ακεραιότητα ΟΚ. Εάν εμφανιστούν πτώσεις πίεσης και εμφανιστούν φυσαλίδες, μετρήστε το ρυθμό διάχυσης αέρα με ροόμετρο ή ανεστραμμένο κύλινδρο-γεμάτο νερό. συγκρίνετε με την τιμή αναφοράς για να αξιολογήσετε την ακεραιότητα. Τέλος, ανοίξτε πλήρως τη βαλβίδα συγκράτησης και εξαερώστε τον αέρα.

 

3.4 Διήθηση εφαπτομενικής ροής (TFF)

Επεξεργαστείτε ζωμό κυτταρικής ζύμωσης 600 mL με κασέτα 0,22 μm, 0,1 m², συμπυκνώστε στα 100 mL και, στη συνέχεια, εκτελέστε διαδιήθηση με καθαρό νερό 5× όγκο (100 mL κάθε βήμα). Μετά την 5η διαδιήθηση, συμπυκνώστε περαιτέρω στον τελικό όγκο. Μετά το πείραμα, ανοίξτε πλήρως τη βαλβίδα συγκράτησης, αποστραγγίστε το υγρό για να ανακτήσετε το συγκρατούμενο υλικό.

 

3.5 Καθαρισμός

3.5.1 Ξέπλυμα με νερό

Χρησιμοποιήστε 10–20 L/m² καθαρό νερό ως τροφή. Τροφοδοτήστε τον σωλήνα σε νερό, συγκρατήστε και διεισδύστε στα απόβλητα. Εκκινήστε την αντλία, ρυθμίστε το TMP, τρέξτε μέχρι να αποστραγγιστούν οι γραμμές τροφοδοσίας. Διακοπή αντλίας, ανοιχτή βαλβίδα διαφράγματος.

3.5.2 Καυστικό καθάρισμα

Χρησιμοποιήστε 0,5 M NaOH ως τροφή. Τοποθετήστε τα σωληνάρια τροφοδοσίας, συγκρατήστε και διαποτίστε το στο διάλυμα NaOH. Εκκινήστε την αντλία, ρυθμίστε το TMP, κυκλοφορήστε για 30–60 λεπτά. Διακοπή αντλίας, ανοιχτή βαλβίδα διαφράγματος.

 

3.6 Μετά{1}}μέτρηση ροής νερού καθαρισμού

Ίδιο με το 3.2, χρησιμοποιώντας το ίδιο TMP (TMP2=TMP1). Μετρήστε τον όγκο του διηθήματος για 1 λεπτό και υπολογίστε τη ροή.

 

3.7 Δοκιμή ακεραιότητας μετά{1}}καθαρισμού

Το ίδιο με το 3.3.

 

3.8 Αποθήκευση

Παρασκευάστε διάλυμα NaOH 0,1 M ως μέσο αποθήκευσης. Τοποθετήστε τα σωληνάρια τροφοδοσίας, συγκρατήστε και διεισδύστε στο διάλυμα. Εκκινήστε την αντλία, ρυθμίστε το TMP, κυκλοφορήστε για 5 λεπτά. Διακοπή αντλίας, ανοιχτή βαλβίδα διαφράγματος. Αφαιρέστε την κασέτα από το σύστημα και αποθηκεύστε σε 0,1 M NaOH σε θερμοκρασία δωματίου.

 

Αυτή η μελέτη περίπτωσης καταδεικνύει αποτελεσματική μικροδιήθηση ζωμού κυτταροκαλλιέργειας υψηλής θολότητας χρησιμοποιώντας μια κασέτα μεμβράνης PES 0,22 μm. Βασικά οφέλη:

High product recovery (>85% από το SDS-PAGE)

Ταχεία επεξεργασία – 34 λεπτά για 600 mL με διαδιήθηση

Εξαιρετική μείωση θολότητας – από 131 NTU σε 3,13 NTU διείσδυση

Καλή ικανότητα καθαρισμού - 79% ανάκτηση ροής νερού μετά από απλό καυστικό καθαρισμό

Διασφάλιση ακεραιότητας – επιτυχής δοκιμή διατήρησης πίεσης πριν και μετά τη χρήση

 

Η κασέτα διατήρησε σταθερή απόδοση, με τη διαδιήθηση να προκαλεί απότομη πτώση της TMP και την αντίστοιχη αύξηση της ροής, επιδεικνύοντας χαμηλή τάση ρύπανσης και εύκολο ξέβγαλμα. Ιδανικό για συμπύκνωση και αφαλάτωση ζωμών ζύμωσης, υπερκειμένων κυτταροκαλλιέργειας και άλλων ροών βιοδιεργασίας.