在生物制药工业中,预过滤与膜过滤的比较是非常关键的。深层滤芯由于其结构特性,不适用于除菌过滤,而微孔膜折叠滤芯却能够胜任。这主要归因于两种类型过滤器在孔径分布和内部孔隙结构稳定性的差异。无论采用何种生产技术制造这些设备,都无法确保所有的孔隙具有相同尺寸。
人们一直在寻找有效去除悬浮颗粒(如有机体)的方法,因为这些颗粒具有相对均一的尺寸。因此,孔径分布越宽,颗粒穿透通过过滤器的可能性越高。
深层过滤器通常通过一定工艺将分散的颗粒或纤维掺入某些基质或固定形式中制备而成,这些成分构成了深层过滤器的结构。在制造过程中,需要使用不溶性微粒或纤维以及相当粘稠的分散介质,并且要均匀分散;基质的粘稠度、纤维优先排列方向、纤维不溶性等都是为了解决均匀分散的问题。在多孔膜铸液中不存在由浓度梯度导致扩散平衡趋势。
例如,在原理上,每根纖維被置于表面直至最终完成纖維垫構建。大體遵循随机定律放置,每根纖維之间形成了空间构成了過濾器中的孔隙,如图一所示,该模型体现了随机沉降,孔隙大小差异很大反映了局部密度高或低。由于隨機沉降,因此产生了宽泛范围内的大量不同大小の間距。此外熔炼和吹塑工艺也处理着随机放置的絲繩。
深層過濾器之間間距大小取決於絲繩垫厚度。一層較厚可以被看作是由連續薄層“單位垫”組成的一個系列,每一個連續層增加對複合材料之間隔效應,使得整體效果逐步縮小到一定值,這個過程可能是漸進式,但永遠無法達到薄膜結構穩定性及技術要求。
此外還有一點要注意的是,由於預過濾器必須受到某些製備工藝尤其是在壓力變化時(如壓差或者壓力脈衝)會影響它們。而這種情況下,一些薄膜過濾設備已經證明能夠承受高達72psi(5bar) 的壓差和壓力脈衝,並且仍然能夠滿足微生物截留與完整性測試。但另一方面,有一些深層過濾設備則可能受到損壞,其結構在這種條件下可能會鬆弛開來。
從字面意思來看,它們似乎可以通過其基質厚度範圍內去除任何污染物,但是實際上它們真正擅長的是表面截留。如果我們需要去除更大的污染物,那麼我們就需要找到前置過濾和終端處理為最佳組合以滿足預期截留率與處理能力需求。而如果我們想要提高表面截留性能,就只能通過改善多孔狀結構(非對稱)、增加有效面積或者將薄膜之前進行一次預過濾以保護它們來實現目標。
最後,我們還應該注意到,這兩種技術都有自己的優缺點:薄膜技術可接受完整性測試,而深層技術則不能出於這個原因而未接受完整性測試。因此,如果我們希望驗證薄膜技術性能並確保它符合標準規格,那麼就必須進行完整性測試,但對於那些用於澄清與精煉但不適用除菌目的的情況下的深層系統,這並不是必要的事情。
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