접선 유동 여과

한외여과(Ultrafiltration)는 생물학적 활동을 보존하고 시간을 절약합니다. 단백질 정제 기술은 시료 농축 시의 화학 침전물 또는 버퍼 교환 시 투석과 같은 다양한 방법에서부터 한외여과 멤브레인을 사용하는 압력 구동식 정제 횡류 시스템으로 발전해 왔습니다. 한외여과(Ultrafiltration, UF) 기법은 기공 크기가 확실히 정의된 고분자 멤브레인을 사용하여 크기에 따라 분자를 분리합니다. 간단히 말하면 UF 절차는 유압을 사용하여 작은 분자는 UF 멤브레인을 통과하게 하고 큰 분자는 남겨두는 방식입니다.

화학 침전물은 단백질 샘플 농축 시 사용할 수 있으나 한외여과(Ultrafiltration)의 다른 점은 화학적 상호작용이 아닌 기계적 방식을 사용하므로 변성 용매나 염을 추가하지 않고 단백질 샘플을 농축할 수 있다는 점입니다. 투석 기술을 사용하는 버퍼 교환은 완충액을 대량 사용하며 이 용액에 작용하는 유일한 힘은 확산 작용이므로 작업 과정에 며칠이 걸릴 수 있습니다. 사용이 간편하고 사전 조립된 ultrafiltration 장치는 기타 여러 기법에서 요구되는 장기간 처리 과정 없이도 농축이나 버퍼 교환 절차를 신속하게 수행할 수 있습니다.

한외여과는 직접 유량 여과(DFF) 모드 또는 접선 유동 여과(TFF, 그림 1) 모드 두 개 중 하나에서 수행할 수 있습니다. DFF는 원심 분리기를 사용하는 소량(최대 30mL)에 적합하지만 DFF 기술은 멤브레인 파울링이라는 문제를 유발할 수 있습니다. 겔 레이어 형성을 줄이려면 유동 혼합 막대 구성(회분식 셀)을 사용하여 멤브레인의 업스트림 측에 횡류를 생성하거나 통제된 청정 공기 흐름을 생성하는 방식을 사용할 수 있습니다. 회분식 셀 작업은 UF 성능을 향상시키는 경향이 있지만 교반 속도 및 그 이후의 교반 수준이 스위프 범위의 반경에 따라 달라지는 막대의 스위프에 따라 달라지기 때문에 최적의 성능을 얻는 데는 여전히 한계가 있습니다. 

TFF(Tangential Flow Filtration)는 신속하고 효율적으로 생체 분자를 분리하고 정제하는 방법입니다. 이는 면역학, 단백질 화학, 분자 생물학, 생화학, 미생물학 등 다양한 생물학 분야에 적용할 수 있습니다. TFF는 샘플 용액(용량 범위 10mL ~ 수천 리터)을 농축하고 탈염하는 데 사용할 수 있습니다. 작은 생체 분자에서 큰 것을 분별하고, 세포 현탁액을 수확하고, 발효 브로스 및 세포 용해물을 정화하는 데 사용할 수 있습니다.

Tangential Flow Filtration을 사용하는 이유는?

1. 설치 및 사용 편의성  - TFF 장치를 튜브와 몇 가지 부속품을 이용해 펌프와 압력 게이지에 연결하고, 시료를 저장통에 넣은 후에 여과하면 됩니다.
2. 신속성과 효율성  - 설치가 더욱 간편하고 투석보다 훨씬 빠릅니다. 원심 분리 장치 또는 교반 셀 시스템을 사용할때 보다 농축시간이 매우 단축됩니다.
3. 한 시스템으로 두 단계 실행  - 같은 시스템에서 시료의 농축 및 희석 여과가 가능해 시간이 절약되며 제품 손실이 방지됩니다.
4. 스케일 업 또는 스케일 다운 가능  - 재질과 카세트 경로 길이 덕분에 파일럿 규모의 실험에서 정한 조건을 공정 규모의 용도에 적용할 수 있습니다. 10mL의 소량 샘플 용량이나 수천 리터의 대량 시료를 처리할 수 있는 TFF 장치입니다.
5. 경제성  - TFF 장치와 카세트는 세척 후 재사용 하거나 한번 사용 후 폐기할 수 있습니다. 간단한 완전성 검사를 실시하여 멤브레인과 실(seal)의 손상 여부를 확인할 수 있습니다.

관심 생체 분자 고려

관심 생체 분자, 즉 생성물을 분자량이 적은 오염 물질에서 분리하여 보관하거나, 분자량이 큰 오염 물질 및 미립자에서 통과시켜 정제할 수 있습니다. 

일반적으로, 분자량 컷오프(MWCO)가 있는 멤브레인은 보유할 단백질의 분자량보다 3~6배 작은 것을 선택해야 합니다. 기타 요인도 적절한 MWCO 선택에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어 유속(또는 처리 시간)이 중요한 고려 사항일 경우에는 이 범위에서 낮은 쪽(3x) MWCO를 선택하면 유속이 빨라집니다. 회수가 중요할 때는 좀더 조밀한(6x) 멤브레인을 선택하면 회수율이 최대가 됩니다 (유속 저하). 용질 보유 및 선택성은 막횡단 압력, 분자 모양 또는 구조, 용질 농도, 다른 용질의 존재 및 이온 조건과 같은 많은 요인에 따라 달라질 수 있으므로 이러한 값은 일반적인 지침으로 사용해야 합니다. 

당사의 멤브레인은 선택성이 우수해 회수율이 일반적으로 95%~99%입니다. 이러한 멤브레인은 공극 크기가 좁게 분포하므로 분자량이 멤브레인의 MWCO 미만인 분자의 잔류량이 최소화됩니다.

유체 특성 고려

시료 농도와 점도에 따라 공정 실험에 필요한 채널 유형이 결정됩니다. Pall의 Centramate TFF 장치는 스크린 또는 suspended-screen 구성 및 연구실 규모로 사용 가능하며 플러그 앤 플레이 Minimate EVO TFF 시스템은 저용량 용도에 폐쇄형 캡슐을 제공합니다. 일반적으로 화면 채널 구성은 미립자나 집합체가 없는 정제된 희석액에 사용됩니다. suspended-screen 채널 TFF 카세트는 점도가 높거나 미립자가 함유된 용액에서 성능이 우수합니다.

시료 용량과 처리 시간 고려

적합한 카세트 또는 장치 크기를 선택할 때는 시료의 전체 용량, 필요한 공정 시간, 원하는 시료의 최종 용량을 고려해야 합니다.

Minimate™ 시스템은 Minimate 캡슐과 함께 작동하여 최대 1000mL의 샘플 볼륨을 쉽게 처리합니다. 프로세스 개발 및 스케일업 용도를 위해 폴 라이프사이언스는 광범위한 TFF 홀더 및 카세트 라인을 제공합니다. 이러한 제품과 함께, 일반적으로 연구실에서 생성되는 용량을 기반으로 완벽한 대규모 생산용 TFF 시스템을 최적화할 수 있습니다.