“ 本文以赛多利斯超滤产品线为例介绍了超滤的应用和超滤膜的选择。”
本文2549字,阅读完毕大约需要十分钟。
01
—
超滤的应用
超滤(Ultrafiltration)是一种膜分离技术，它的特点是使用不对称多孔膜，根据分子的大小来分离溶液中的大分子物质与小分子物质。超滤尤其适用于大分子溶液的浓缩、不同种类分子的纯化以及溶剂交换等。超滤法是一种温和的、非变性的物理方法，比其它分离方法具有效率更高、更灵活的优点。
超滤法的典型应用
-
对蛋自质、酶、DNA、单克隆抗体、免疫球蛋白进行浓缩和脱盐 -
药物、激素分析 -
从PCR扩增的DNA中去除引物 -
去除标记的氨基酸和核苷酸 -
HPLC样品制备 -
样品的除蛋白 -
从生物体液、发酵肉汤培养基中纯化抗生素、激素、药物 -
从细胞悬液、裂解液中回收生物分子对蛋白质、酶、细胞、DNA、生物分子、抗体和免疫球蛋白进行常规意义的实脸室浓缩和脱盐 -
哺乳动物细胞的收集 -
清洗细胞、纯化病毒、去除细胞碎片、除热原
浓缩
使用超滤来增加所需大分子溶质的浓度，即大分子被超滤膜截留而小分子和溶剂可自由通过，从而达到浓缩的目的。
浓缩
梯度分离
梯度分离
脱盐/纯化
脱盐即从大分子溶液中去除盐、非水性溶剂和小分子物质的过程。通过换缓冲液，可以最有效地去除溶液中的小分子物质，并逐渐分离纯化出大分子物质。具体方法为：在溶液进行超滤的同时，不断向溶液中补充缓冲液，补充缓冲液的速度与溶液滤过速度相同，使体系始终保持恒定，这种方法又称透析超滤法。
脱盐纯化
02
—
选择合适的操作方式
用于超滤的操作方式，选择范围非常广泛。选用何种操作方式主要根据样品处理量、实验室现有设备、滤过速度、用户的实验要求等综合指标来决定。
离心
(处理量从100ul到l00ml)
通过离心力，使溶液中的小分子溶质和溶剂透过超滤膜，被收集在滤过液收集管中，而大分子溶质则被超滤膜截留在样品浓缩管中。该方式的特点是操作简便，滤过速度快。
Sartonus提供了10种规格的浓缩离心管，处理量从100ul到l00ml。
加压离心
(处理量从5ml到50ml)
加压离心是Sartorius公司特有的操作方式，将浓缩离心管加压后再放入离心机里离心，比单独离心快30-50%，是最快的浓缩方式。
Vivaspin 20和Vivacell 70也可以按照这种方式进行操作。
加压
(处理量从5ml到250ml)
用压缩空气或惰性气体作为超滤的动力，超滤的同时通过振荡来避免浓差极化，提高超滤速度。Vivaspin 20、Vivacell 70、Vivacell 100和Vivacell 250适用于这种操作方式，加压后静置即可完成超滤。当需要快速超滤时，可在加压后放在摇床上，边振荡边超滤。
切向流
(处理量从100ml到5L以上)
使用蠕动泵送液，溶液沿与超滤膜平行的方向回旋流动，可避免浓差极化，提高超滤速度。
Vivaflow 50和Vivaflow 200是专为这种操作方式设计的。
溶剂吸附
(处理量从1ml到20ml)
该方式在超滤膜后加纤维素吸附垫，以吸附力作为超滤的动力，不需要任何附加设备。溶剂和小分子溶质在吸附力的作用下透过超滤膜，而大分子物质则被截留浓缩。Vivapore是专用于这种操作方式的，有5种规格可供选择，样品处理量从Iml到20ml。
03
—
超滤膜的选择
选择超滤膜主要根据膜的材质、截留分子量以及综合性能等，但是应注意，膜的最终性能还取决于所需进行超滤的溶液的特性，我们建议用户用不同的膜进行试验，以选出最适合的膜。
-
聚醚砜(Polyethersulfone)
-
三醋酸纤维素(Cellulose Triacetate)
这种膜亲水性强，非特异性吸附极低，溶剂和小分子溶质在滤过时不会因被膜吸附而产生损失，因此在样品清洗、除蛋白以及其它需要回收滤过液的操作中，建议使用三醋酸纤维素膜。
- Hydrosart®Hydrosart超滤膜的基本特性与再生纤维素类似，Hydrosart在具有极低的蛋白吸附特性的同时，又具有高流速和高通量的特性，是免疫球蛋白浓缩和脱盐的理想用膜
04
—
不同膜的性能比较
| 超滤膜 | 首选应用 |
| 聚醚砜超滤膜 pH 1-14 3,000 MWCO5,000 MWCO10,000 MWCO30,000 MWCO50,000 MWCO100,000 MWCO |
层析柱洗脱液的浓缩/脱盐 |
| 三醋酸纤维素超滤膜 pH 4-8
5,000 MWCO 10,000 MWCO 20,000 MWCO |
游离/结合药物研究；滤过液的分析研究 |
| Hydrosart® 超滤膜 pH 1-14 2,000 MWCO5,000 MWCO10,000 MWCO30,000 MWCO |
层析柱洗脱液的浓缩/脱盐/Hydrosart®超滤膜可线形放大到生产 |
05
—
超滤膜选择指南
Sartorius公司的Vivascience系列超滤产品，采用了先进设计和低吸附材质，同时具有超滤速度快和收率高的优点，当超滤器的大小和膜的截留分子
量选择适当时，回收浓度大于0.1mg/ml的溶质，收率可达90%以上。大部分样品损失是由于滤膜表面和样品容器的非特异性吸附引起的。
滤膜吸附
滤膜表面样品的吸附量，与样品的性质以及所选用的滤膜材质有关，一般为2-10 μg/cm2。如果研究的对象是滤过液，由于其滤过时要穿过滤膜的整个内部结构，所以吸附量相对较大，为20-100 μg/cm2。通常截留分子量高的膜吸附较高，而截留分子量低的膜吸附较低。
容器吸附
生产超滤器时，通过选用低吸附材质，精细抛光，已最大限度地降低了吸附性，但仍有一些溶质会被容器内壁吸附。与滤膜吸附相比，这种吸附的比例很小，但当容器内壁的表面积相对较大时，也可能成为产品损失的主要原因。
如何提高收率
当需要较高的收率时，尤其当研究的样品对象在微克范围时，Sartorius建议
用户考虑以下几点：
- 根据样品处理量，选择最小可用的超滤容器，可以充分利用Vivascience
产品滤过速度快的优势。在小容器中反复添加样品，反复超滤。
- 在适用范围内，选截留分子量最低的膜。
- 如果可能，使用水平转头代替角转头离心，这样可减少在离心过程中溶液与离心管接触的表面积。
- 将压力或离心力降低到大约最大推荐数值的一半。
- 避免过度浓缩。最终体积越小，越难得到完全回收。如果可能，在第一次回收后，用一滴或多滴缓冲液润洗容器，然后再次回收。
- 用溶于蒸馏水中的5%SDS、Tween20或TritonX预先浸泡超滤容器过夜，然后在使用前彻底润洗。
| 应用 | <5,000 | 10,000 | 30,000 | 50,000 | 100,000 | >300,000 |
| 细菌 |
|
|
||||
| DNA片段 |
|
|
|
|
||
| 酶 |
|
|
||||
| 生长因子 |
|
|
||||
| 免疫球蛋白 |
|
|
|
|||
| 核酸 |
|
|
|
|
|
|
| 单克隆抗体 |
|
|
|
|||
| 寡核苷酸 |
|
|||||
| 肽 |
|
|||||
| 病毒 |
|
|
|
|||
| 酵母菌 |
|
|
为了得到最高的收率，所选滤膜的MWCO，要小于或等于所需截留分子大小的一半。
