中空纤维长度与内径对沉淀IgG单程切向流过滤临界通量及转化率的影响机制研究

为解决单克隆抗体(mAb)纯化中Protein A层析成本高的问题，研究人员通过单程切向流过滤(SPTFF)系统，探究了中空纤维长度(20-65 cm)和内径(0.5-1.0 mm)对沉淀IgG临界通量及转化率的影响，发现1.0 mm内径纤维可避免入口堵塞并实现90%高转化率，为沉淀法替代层析工艺提供了模块设计依据。

　　

随着单克隆抗体(mAb)上游培养滴度从0.1 g/L跃升至10 g/L，传统Protein A层析面临树脂结合容量不足和成本高昂的挑战。沉淀法因其高处理能力成为替代方案，但如何通过单程切向流过滤(SPTFF)实现高效浓缩与纯化仍是难题。美国FDA资助的研究团队通过系统考察中空纤维几何参数对沉淀IgG过滤性能的影响，为模块优化设计提供了关键数据。

研究采用通量阶梯法(flux-stepping method)，以锌离子(ZnCl₂)和聚乙二醇(PEG 3350)沉淀的人源IgG为模型，测试不同长度(20/41.5/65 cm)和内径(0.5/1.0 mm)的中空纤维模块。通过实时监测跨膜压力变化确定临界通量，并计算单程转化率(X=Q_p/Q_f)。

Effect of fiber inner diameter (ID)
0.5 mm内径纤维在20 cm长度时转化率最优，但65 cm模块因入口堵塞导致性能骤降。1.0 mm内径纤维虽初始转化率略低，但能完全避免堵塞，65 cm长纤维实现90%转化率，满足99%杂质去除(R=100)仅需1个洗涤阶段。

Conclusions
研究首次量化揭示：纤维内径通过影响剪切力调控沉淀层稳定性，1.0 mm ID可平衡通量与堵塞风险；长度增加虽提升膜面积但加剧入口效应，41.5 cm为0.5 mm纤维的临界长度。该发现为SPTFF系统设计提供了明确指导——采用较大内径(1.0 mm)与适度长度(40-65 cm)的组合，可同时实现高转化率与过程强化。

论文发表于《Separation and Purification Technology》，其创新性在于将传统用于澄清过滤的SPTFF技术拓展至沉淀蛋白领域，通过模块工程解决了高固含量物料易堵塞的核心问题。研究建立的几何参数-性能关联模型，为连续生物加工中替代Protein A的集成化纯化工艺开发奠定了基础。