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深層過濾器利用具有一定厚度的特定介質（就像海綿），去除顆粒、亞微顆粒、膠質物以及可溶的物質，從而地去除污染物。流體必須通過彎曲的路徑才能到達另一側。圖1顯示了介質中流體的流動。

 

 

邏輯上可以假設認為，粒徑大于過濾器孔徑的污染物質可以很容易地通過機械過濾去除。這種機制也稱為篩選、濾除或尺寸排阻。 

 

不過，DNA或HCP之類的污染物的去除并非如此直觀。的另一種純化機制是吸附，也就是借助電動力學或表面親和性吸附污染物。圖1中還顯示了中被吸附的顆粒。 

 

電荷修飾的介質中表現(xiàn)出的電動力學效果，可以去除亞微顆粒、膠質物以及溶解的污染物。深層介質的設計和制造中運用了各種孔隙結構和表面修飾。圖2 所示的是電荷修飾的深層介質與非電荷修飾的介質，在相同的條件下進行測試的結果。

 

 

結果顯示，兩種過濾器在大顆粒的機械去除方面效果一致，但是電荷修飾的過濾器可以更為有效地通過吸附去除亞微顆粒。孔隙的表面化學在污染物的去除過程中同樣發(fā)揮了重要的作用。要發(fā)揮去除機制，需要選擇孔隙表面能小于污染物表面能的過濾器。這樣，污染物在降低表面能的驅動之下，將結合至的孔隙表面，從而得以從液體流中去除。 

 

選擇*的，必須深入了解現(xiàn)有的商業(yè)化過濾器介質?，F(xiàn)有的介質種類繁多，至少包括： 

 

* 用于去除負電荷物質的正電荷修飾介質 

* 具有特殊吸附特性的碳填充介質 

* 用于去除脂質的高硅氧介質 

* 熱原敏感應用中使用的低熱原性介質 

 

的評估不具實際意義，因為沒有一種標準的污染物可以用于評估所有的過濾器，并應對細胞培養(yǎng)介質組成的復雜性。因此，每一項應用必須測試幾種過濾器。 

過濾器優(yōu)化的主要目標是讓過濾器的性能得到zui大化。在這方面，雙層產(chǎn)品在一個過濾器中具備了梯度的孔徑結構。較大孔徑的過濾器置于上游，其后是較細孔徑的過濾器。較大的污染物被上游的過濾層所截留，而較小的顆粒則由下游的過濾層去除。因此尺寸分布較廣的污染物通過一個步驟就可以去除。 

 

設計過濾的順序，*步是判斷需要去除或減少的物質，以及不需要去除的物質。對工藝及/或產(chǎn)品進行小規(guī)模的測試是非常重要的。在哺乳動物細胞培養(yǎng)的許多案例中，需要對各種電荷修飾的深度介質的孔徑進行測試。為了檢測過濾器的有效性，在過濾之前需要記錄一些數(shù)據(jù)，例如總細胞密度、活力、濁度、滴度。在優(yōu)化過程中，需要監(jiān)控每一個過濾器的壓差、濾液的重量/體積、濾液的濁度，直至達到zui終的壓差。需要記錄合并濾液的濁度、滴度、DNA濃度以及HCP濃度，并進行產(chǎn)品質量分析，從而決定*的過濾方案。 

 

對總細胞密度、活力以及濁度進行審核是了解批次間差異的快速方法。過濾前和過濾后的滴度數(shù)據(jù)可以顯示是否有產(chǎn)品留在過濾器中。每一批濾液的濁度可以作為濾液質量和有效性的指標，并且應當進行定性比較，尤其是下游使用了滅菌膜濾器的時候。 

 

如果濾液符合要求，那么隨后的步驟就是根據(jù)確定過濾序列的規(guī)模。通過分析壓降以及重量/體積數(shù)據(jù)，計算出通量并確定系統(tǒng)的規(guī)模。 

 

通量用一個標準化的值來表示，單位為體積/每個單位面積，通常記錄為升/平方米（L/m2）。過濾器的通量值可以用于判斷一定規(guī)模的過濾操作所需的過濾器的面積大小。 

 

例如，有1升液體需要使用25平方厘米的過濾器進行過濾。實驗完成之后，記錄為zui終壓降達到時過濾了0.85升（L）。 

 

隨后可以用該數(shù)據(jù)計算150升的批次所需的過濾表面，方法是用0.85L除以25cm2，得到0.034 L/cm2或340 L/m2。接下來，用目標批次的體積150L除以通量值340 L/m2，得到所需的過濾器面積為0.44m2。 

 

過濾器的通量值取決于特定的流速，以及所測試的的級別/孔徑。如果在小規(guī)模測試中記錄的流速是7ml/min，則150L的批次可以使用流速進行計算。方法是用流速7ml/min除以過濾器的面積25cm2，得到0.28 ml/cm2/min 或 168 LMH，這個單位就是經(jīng)常使用的“升每平方米每小時”。這個值可以用于計算任何規(guī)模的過濾操作的流速，方法是用過濾面積0.44m2乘以168 LMH（74.1 L/hr = 1.2 L/min）。需要注意的是，并不會總是得到所需面積0.44m2這個確切的值。應當重復計算可能的過濾器面積。使用模塊進行設計，通常推薦進行隨后的評估。 

 

這會使得過濾器面積過大，或需要使用安全系數(shù)，這是考慮到了潛在的工藝和批次間的差異。 

 

雖然每一種產(chǎn)品或工藝都是*的，不過一般而言下述說明是正確的： 

 

* 過濾器單位面積內采用較低的流速，則過濾器性能更高（L/m2）。 

 

* 孔徑較小并且電荷較高的介質可以更有效地去除DNA和HCP。 

 

* 細胞形態(tài)學、總細胞密度以及收獲物的活力對過濾器的性能都會產(chǎn)生影響。 

 

* 如果使用帶正電荷的介質，產(chǎn)品的等電點（pI）應當高于pH值，以獲得zui高的產(chǎn)品回收量。 

 

* 滯留體積、可量測性、工效學以及易用性等因素會隨特定的供應商而產(chǎn)生變動，確定過濾工藝時也應當加以考慮。 

 

針對一種產(chǎn)品設定過濾工藝時需要考慮眾多的因素——滴度、濁度、DNA/HCP以及過濾器性能。通過完成中、小規(guī)模的測試，并更加深入了解深層過濾的性能，則可以獲得穩(wěn)定可靠的工藝，這樣的工藝中產(chǎn)品質量穩(wěn)定，放大后具有可靠的結果，并且縮短了工藝周期時間。 

 

有時候在放大過程中會出現(xiàn)問題，對于這樣的情況有相對簡單地解決方案。以下是一些例子： 

 

案例1：初次實驗的成品收率為98%，但是現(xiàn)在卻僅為接近90%。過濾介質*一致，流速一致，產(chǎn)品/工藝也一致。這樣的差異如何解釋呢？ 

可能的解決方案：可能存在許多不同的根本原因，但是，很有可能與過濾器的預沖洗和后沖洗有關。基本上，產(chǎn)品可能沒有損失，只是被沖洗過濾器的緩沖液稀釋了?？梢赃M行質量平衡實驗，驗證是否屬于此類狀況。 

 

案例2：在包括了兩個階段的過濾操作中，終點壓降看起來比預期到得要早。 

 

可能的解決方案：兩個過濾器的上游都是用壓力計，顯示系統(tǒng)的壓降，第二個過濾器上游的壓力計將顯示此過濾器的壓降，可以從系統(tǒng)壓降中減去第二個過濾器的壓降得出*個過濾器的壓降。有可能記錄的是系統(tǒng)的壓降，而不是*個過濾器的壓降。需要注意的是，每一家供應商對zui大系統(tǒng)壓降以及單個過濾器的壓降都規(guī)定有具體的參數(shù)。 

 

案例3：計算過濾器的預清洗液數(shù)值時，這個值是供應商規(guī)定值的100倍。 

 

可能的解決方案：單位換算時可能存在錯誤。雖然1米等于100厘米，但是1平方米等于10,000平方厘米。關鍵在于檢查計算過程和單位換算，從而確保結果的準確性。