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Picture resource from GE healthcare handbook

比較 hollow fiber vs cassette membrane 的pressure drop
對於濃縮高濃度單株抗體之影響

目的: 比較此兩種濾膜系統何者濃縮後可得到較高濃度的單株抗體(monoclonal antibody; mAb)。

實驗材料:
mAb: 142 kDa; isoelectric point: 8.16 in 5 mM acetate buffer at pH 5 with 20 mM NaCl

結果:

Figure.1 中空纖維膜比起匣式濾膜有較低的pressure drop

當抗體濃度低於100 g/L，匣式濾膜的filtrate flux較中空纖維膜高，但隨著濃縮抗體的濃度增加，兩者的filtrate flux就會趨近於相等(約在200 g/L mAb時)。然由圖中結果顯示，當抗體濃度達到約>150 g/L，匣式濾膜的pressure drop驟升；而中空纖維膜與匣式濾膜於相同抗體濃度的狀況下，pressure drop皆維持的比匣式濾膜來的低很多，且當pressure drup達到500 kPa時，中空纖維膜可得到較高濃度的抗體(~300 g/L)。
因此當需求濃度愈高，pressure drop就盡可能維持越低狀態，就越有辦法提升樣品濃度。

Figure.2 中空纖維膜長度 vs pressure drop

從Figure.2兩圖可看出，filtrate flux隨著中空纖維膜長度增加(20 cm, 40 cm, 65 cm)，而降低，pressure drop則隨長度增加而增加，這是因為進樣抗體液與膜表面間產生與進樣方向相反的阻力，此阻力會因濾膜長度增加(增加摩擦距離與時間)而增加，進而造成抗體從retentatet端出來時流速下降(壓力下降；pressure drop上升)，切向流速下降也造成filtrate flux的下降，因此長度愈長，濃縮所需時間較久且愈不利高濃度抗體的產生。

總結:

結論:

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由以上結果可看出若想透過濃縮得到相當高濃度的單株抗體，匣式濾膜因為結構的關係，提升抗體濃度有其先天的限制。而中空纖維膜則因樣品流向單純，有利於高濃度樣品的需求。至於長度的部分，選擇較短的中空纖維膜則有利於得到較高濃度的單株抗體。

參考資料: Ultrafiltration of highly concentrated antibody solutions: Experiments and modeling for the effects of module and buffer conditions. ( Biotechnol Prog. 2016 May;32(3):692-701.) 
 

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