High-Recovery Cell Broth Microfiltration with 0,22µm PES Cassette: A Case Study from Laboratory

1. Produktinformation

0,22 μm PES-membrankassett, 0,1 m² (N2PE2308GA04)

 

2. Experimentella resultat

600 mL cellfermenteringsbuljong bearbetades med en 0,22 μm, 0,1 m² membrankassett, koncentrerades ner till 100 mL, följt av diafiltrering med 5 diavolymer renat vatten (dvs 100 mL renat vatten per diafiltreringssteg, upprepat 5 gånger). Efter den 5:e diafiltreringen koncentrerades satsen till den slutliga volymen. Det totala experimentet tog 34 minuter, vilket gav 48 ml retentat och 1054,5 ml totalt permeat, med ett genomsnittligt flöde på 18,6 LMH. Under hela processen var retentatventilen helt öppen och TMP varierade från 0,2 till 0,85 bar. Fodergrumligheten var 131 NTU, permeatturbiditeten var 3,13 NTU.

Efter användning rengjordes kassetten och regenererades. Förändringen i vattenflöde visas i tabell 1.

 

Tabell 1: Vattenflödesåtervinningshastighet

	Matningsflöde (ml/min)	Matningstryck (bar)	Retentattryck (bar)	TMP(bar)	Permeatflödeshastighet (ml/min)	LMH	Fluxåtervinning (%)	Anmärkningar
Före användning	370	0.4	0	0.2	140	420	79	Retentatventilen är helt öppen
Efter rengöring	370	0.6	0	0.3	166	332		Retentatventilen är helt öppen

Obs: Fluxåtervinning beräknad som 332/420 ≈ 79%.

Integritetstest före och efter experiment

Tryckhållningstest godkänt

Processförhållanden under experimentet sammanfattas i tabell 2. Total körtid: 34 min.

 

Tabell 2: Processförhållanden över tid

Tid (min)	Foderflöde (ml/min)	Matningstryck (bar)	Röta. tryck (bar)	TMP(bar)	Permeatflöde (ml/min)	Anmärkningar
0	200	1.5	0	0.75	32	Start; retentatventil helt öppen; 500 ml foder
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	+100mLfeed har lagts till
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	100 ml kvar; starta den första diafiltreringen med 100 ml renat vatten
25	200	1.3-1.4	0	0.65-0.7
26	200	1.0-1.1	0	0.5-0.55	43	100 ml kvar; 2:a diafiltreringen (+100 ml renat vatten)
27	200	0.6	0	0.3
28	200	0.5	0	0.25	53	100 ml kvar; 3:e diafiltreringen (+100 mL renat vatten)
30	200	0.4	0	0.2	61	100 ml kvar; 4:e diafiltreringen (+100 mL renat vatten)
32	200	0.4	0	0.2	68	100 ml kvar; 5:e diafiltreringen (+100 mL renat vatten)
34						Slut: 48 ml retentat (turbiditet 345 NTU); totalt permeat 1054,5 ml (3,13 NTU); Koncentration permeat 493,5 ml (2,58 NTU); Första 3 diafiltreringen genomsyrar 305 ml (3,03 NTU); Sista 2 diafiltreringen genomsyrar 256 ml (3,01 NTU)

 

 

Koncentrationsfas: Matningstrycket minskade med tiden; tillsats av 100 ml matning fick trycket att öka och sedan stabiliseras. Permeatflödet sjönk från 33 ml/min till 11 ml/min (~33 % av initialt).

Diafiltreringsfas: Med renat vatten sjönk matningstrycket avsevärt och flödet ökade markant.

Total bearbetad volym: 1054,5 mL över 0,11 m² (0,1 m² nominellt + korrigering); total tid 34 min; medelpermeatflöde 31 ml/min → medelflöde 18,6 LMH.

 

 

Figur 2: Jämförelse av foder mot permeat-turbiditet (originalbild)

Fodergrumlighet 131 NTU, permeatturbiditet 3,13 NTU.

 

 

Figur 3: SDS-PAGE gelelektrofores

The SDS-PAGE result indicates target protein recovery >85 % av 0,22 μm mikrofiltreringskassetten.

3. Experimentella metoder

3.1 Installation

Installera systemet enligt figur 2

 

 

3.2 Vattenflödesmätning

Använd renat vatten som foder. Placera matarrör i foder, retentat och genomträng rören i avfallsbehållaren. Starta den peristaltiska pumpen, justera diafragmaventilen för att uppnå lämplig TMP tills retentat och permeat är neutrala (pH). Stoppa pumpen. Placera matnings-, retentat- och permeatrör i renat vatten, starta pumpen, våt membran i 15 min. Stoppa pumpen, öppna membranventilen. Mät vattenflödet: mata och retentatrör i renat vatten, justera till TMP1, samla upp permeat i 1 minut, beräkna flöde.

 

3.3 Integritetstest (tryckhållning / bubbeltest)

Ta bort matarröret från vattnet, placera retentatet och tränga ner i avfallet. Kör pumpen för att tömma vätska från ledningarna, stoppa pumpen. Stäng retentatventilen helt. Kör pumpen för att införa luft tills matningstrycket når 0,65 bar, stoppa pumpen. Observera tryckfallet under 10 minuter och kontrollera permeatporten för bubblor i vatten. Om inget tryckfall och inga bubblor → integritet OK. Om trycket faller och bubblor uppstår, mät luftdiffusionshastigheten med flödesmätare eller inverterad vattenfylld cylinder-; jämföra med referensvärdet för att bedöma integriteten. Öppna slutligen retentatventilen helt och ventilera ut luften.

 

3.4 Tangentiellt flödesfiltrering (TFF)

Bearbeta 600 mL celljäsningsbuljong med 0,22μm, 0,1 m² kassett, koncentrera till 100 mL, utför sedan diafiltrering med 5x volym renat vatten (100 mL varje steg). Efter den 5:e diafiltreringen, koncentrera ytterligare till slutlig volym. Efter experimentet, öppna retentatventilen helt, töm vätska för att återvinna retentatet.

 

3.5 Rengöring

3.5.1 Vattensköljning

Använd 10–20 l/m² renat vatten som foder. Mata röret i vatten, retentat och tränga in till avfall. Starta pumpen, justera TMP, kör tills matningsledningarna är tömda. Stoppa pumpen, öppna membranventilen.

3.5.2 Frätande rengöring

Använd 0,5 M NaOH som foder. Placera matnings-, retentat- och permeatrör i NaOH-lösningen. Starta pumpen, justera TMP, cirkulera i 30–60 min. Stoppa pumpen, öppna membranventilen.

 

3.6 Mätning av flöde efter-rengöring

Samma som 3.2, med samma TMP (TMP2=TMP1). Mät permeatvolymen under 1 minut och beräkna flödet.

 

3.7 Integritetstest efter-rengöring

Samma som 3.3.

 

3.8 Förvaring

Bered 0,1 M NaOH-lösning som lagringsmedium. Placera foder-, retentat- och permeatrör i lösningen. Starta pumpen, justera TMP, cirkulera i 5 minuter. Stoppa pumpen, öppna membranventilen. Ta bort kassetten från systemet och förvara i 0,1 M NaOH vid rumstemperatur.

 

Denna fallstudie visar effektiv mikrofiltrering av cellodlingsbuljong med hög-turbiditet med hjälp av en 0,22 µm PES-membrankassett. Viktiga fördelar:

High product recovery (>85 % av SDS-PAGE)

Snabb bearbetning – 34 minuter för 600 ml med diafiltrering

Utmärkt turbiditetsreduktion – från 131 NTU till 3,13 NTU permeat

God rengöringsförmåga – 79 % vattenflödesåtervinning efter enkel frätande rengöring

Integritetssäkring – godkänt tryckhållningstest före och efter användning

 

Kassetten bibehöll konsekvent prestanda, med diafiltrering som orsakade ett kraftigt fall i TMP och motsvarande flödesökning, vilket visade låg nedsmutsningsbenägenhet och enkel sköljning. Idealisk för att koncentrera och avsalta fermenteringsbuljonger, cellkultursupernatanter och andra bioprocessströmmar.