Medical practices evolved over millennia, from ancient civilizations like Egypt and Mesopotamia to the groundbreaking
中空纖維（Hollow Fiber）是一種具有空腔結(jié)構(gòu)的纖維材料，其內(nèi)部為空心通道，外壁為多孔或致密的高分子膜。這種獨特結(jié)構(gòu)賦予其高比表面積、優(yōu)異的傳質(zhì)性能和機械強度。中空纖維以切向壓力為推動力，過濾掉微粒、細(xì)菌或者攔截目標(biāo)物，具有選擇透過性，在生物醫(yī)學(xué)、生物工程和環(huán)保等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。 產(chǎn)品優(yōu)勢 ●開放式流道，容塵量高 ●膜均一性好，各種孔徑齊全 ●靈活模塊化，便于線性放大 ●剪切力小，尤為適合敏感的蛋白類產(chǎn)品以及病毒類處理 中空纖維系統(tǒng)中的剪切力對生物制品的生產(chǎn)、純化和穩(wěn)定性具有重要影響，尤其是在生物制藥（如單克隆抗體、疫苗、重組蛋白）和細(xì)胞治療等領(lǐng)域。適當(dāng)?shù)募羟辛梢源龠M傳質(zhì)和混合，但過高的剪切力可能導(dǎo)致生物制品失活、聚集或細(xì)胞損傷。 中空纖維的核心特點在于其開放的流道結(jié)構(gòu)。與內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的平板膜包不同，它沒有類似平板膜包中篩網(wǎng)對流體力學(xué)的復(fù)雜影響，剪切力主要取決于流速與纖維半徑。這一特性使得我們可以通過調(diào)節(jié)這兩個參數(shù)來有效控制剪切力范圍，不僅為處理剪切力敏感型樣品提供了溫和環(huán)境，也便于評估樣品本身的剪切力耐受性。 中空纖維剪切力（剪切速率）計算公式 γ=4Q/nπr3 γ-剪切速率（s?1） Q-切向流速 n-纖維管數(shù)量 r-纖維管內(nèi)徑 該公式表明，剪切速率與切向流速成正比，與纖維管數(shù)量和纖維管內(nèi)徑的立方成反比。在實際應(yīng)用中，可通過調(diào)整流速、纖維管規(guī)格等參數(shù)來控制剪切力，以滿足不同工藝需求。 剪切力對生物制品的直接影響 (1)蛋白質(zhì)/抗體變性或聚集 機制： 高剪切力（如湍流、空化作用）可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)構(gòu)象變化，暴露出疏水區(qū)域，引發(fā)聚集。 在過濾、超濾或灌流培養(yǎng)過程中，剪切力可能破壞蛋白質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)。 案例： 單克隆抗體（mAb）在高速泵送或膜過濾時易形成聚集體，影響藥效和安全性。 (2)細(xì)胞損傷（哺乳動物細(xì)胞、微生物細(xì)胞） 機制： 哺乳動物細(xì)胞（如CHO細(xì)胞）對剪切敏感，高剪切力可導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂、凋亡或代謝異常。 微生物（如大腸桿菌）在高剪切環(huán)境中可能發(fā)生裂解，釋放內(nèi)毒素。 關(guān)鍵閾值： 哺乳動物細(xì)胞：通常耐受<50–100dyn/cm2（灌流培養(yǎng)）。 紅細(xì)胞：>1500s-1可能導(dǎo)致溶血（如血液透析）。 (3)病毒/外泌體等納米顆粒的破壞 機制： 病毒載體（如AAV、慢病毒）或外泌體在剪切力作用下可能破裂，降低感染效率或治療效果。 案例： 基因治療中，病毒載體通過中空纖維系統(tǒng)純化時需控制剪切力以避免滴度損失。 (4)膜污染與產(chǎn)物損失 機制： 高剪切力可能導(dǎo)致細(xì)胞碎片或蛋白質(zhì)在膜表面沉積，堵塞膜孔，降低傳質(zhì)效率。 剪切力誘導(dǎo)的吸附（如抗體在膜表面的非特異性結(jié)合）可能降低產(chǎn)物回收率。 優(yōu)化策略：降低剪切力負(fù)面影響 (1)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化 降低流速：采用低剪切泵（如蠕動泵）或優(yōu)化流道設(shè)計（如漸擴管道）。 纖維選擇：增大纖維內(nèi)徑以減少壁面剪切力（但需權(quán)衡傳質(zhì)效率）。 使用表面改性膜（如親水涂層）減少蛋白質(zhì)吸附。 (2)工藝參數(shù)控制 灌流培養(yǎng)：控制灌流速率（如1–3RV/day）以避免細(xì)胞損傷。 采用交替切向流（ATF）技術(shù)，減少恒定高剪切力。 純化階段：超濾/透析時采用低TMP（<1bar）和低流速。 (3)添加劑保護 穩(wěn)定劑：添加糖類（如海藻糖）、表面活性劑（如Pluronic F68）減少蛋白質(zhì)聚集。 細(xì)胞保護劑：血清或聚合物（如聚乙烯醇）降低剪切敏感性。 (4)在線監(jiān)測與建模 傳感器監(jiān)測：實時檢測剪切力（如壁面剪切應(yīng)力傳感器）。 CFD模擬：通過計算流體動力學(xué)（CFD）預(yù)測高剪切區(qū)域并優(yōu)化流場。 中空纖維在生物制品應(yīng)用中憑借其低剪切設(shè)計展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，尤其適合處理剪切力敏感的物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、病毒載體和細(xì)胞）。其切向流過濾（TFF）通過平行流動降低跨膜壓力（TMP），減少流體剪切力，從而避免產(chǎn)物變性或損傷。模塊化設(shè)計支持線性放大，確保從實驗室到生產(chǎn)規(guī)模的剪切力參數(shù)一致，維持產(chǎn)物活性穩(wěn)定。此外，親水化膜材料（如PES、PVDF）和低剪切泵（如隔膜泵）的協(xié)同使用進一步減少摩擦和吸附，提高回收率（如AAV純化回收率>90%）。綜上所述，中空纖維以低剪切、高可控性和可擴展性成為生物制品下游處理的理想選擇，特別適用于高價值、高敏感性產(chǎn)品的生產(chǎn)。 關(guān)于九齡 九齡科技是一家專注于生物制藥下游澄清、分離、純化的生產(chǎn)型國家高新技術(shù)企業(yè)；產(chǎn)品廣泛用于單抗、疫苗、診斷、血液制品、血清、內(nèi)毒素等生物制品的過濾過程；九齡科技有“平板膜包與切向流過濾裝置”、“中空纖維柱”、“除病毒過濾器”、“深層膜堆”、“除菌過濾器”、“超濾離心管”等產(chǎn)品，并擁有眾多產(chǎn)品生產(chǎn)線，從小型一次性實驗室過濾到生產(chǎn)型過濾系統(tǒng)，完全滿足試驗與生產(chǎn)的各項需求。九齡科技期待與您的合作！