过滤作为一种简单易行的固液分离手段，在生物制药行业领域中常用于目的产物的初级纯化过程，将产物与大分子蛋白等分离实现产物一定程度上的富集，为下游进一步的纯化过程提供便利。加上一次性深层过滤材料的不断发展，诸如Millistak、Sartorius等公司推出的新型一次性深层过滤膜包，降低了外源污染风险的同时减少了仪器清洗的成本，为纯化工艺的改良提供了新的思路，深层过滤焕发出新的生机。
深层过滤的滤材一般都是由纤维构成，过滤介质之间的通道通常都是十分曲折并十分细长的，正因为被过滤的杂质颗粒要比介质内部的空隙小，所以颗粒就会在纵向深度中被滤材捕获。在热运动和流体的动力作用下，通道壁面会流一些料液中的细小杂质颗粒，静电吸附以及表面张力会截留这些杂质颗粒[1]。
有了深层过滤技术这个概念就必然会有与之对应的表层过滤。由于两者进行过滤的机制不用，从而将它们划分成两种形式。表面过滤法是利用过滤介质表面或过滤过程中所生成的滤饼表面来拦截固体颗粒使固体与液体分离。这种过滤只能除去粒径大于滤饼孔道直径的颗粒，但并不要求过滤介质的孔道直径一定要小于被截留颗粒的直径。在一般情况下，过滤开始阶段会有少量小于介质通道直径的颗粒穿过介质混入滤液中，但颗粒很快在介质通道入口发生架桥现象,使小颗粒受到阻拦且在介质表面沉积形成滤饼。真正对颗粒起拦截作用的是滤饼，而过滤介质仅起着支承滤饼的作用[2]。不过当悬浮液的颗粒含量极少而不能形成滤饼时，固体颗粒只能依靠过滤介质的拦截而与液体分离；此时只有大于介质孔道直径的颗粒方能从液体中除去。
通过两者的对比我们不难发现，表层过滤使用时限制更大一些，因为它需要形成一定厚度的滤饼才能起到过滤的作用，而开始过滤时会有大量的杂质通过过滤介质进入滤液。因此这对于严格控制杂质含量的生物制药行业是绝对不允许的。若采用孔径比杂质蛋白小的过滤介质，则很容易导致堵塞等问题。相比之下，深层过滤技术有着巨大的优势。
深层过滤技术在细胞培养上清液的工艺级澄清中被广泛应用，用于去除细胞和细胞碎片。本实验中所使用的过滤器为MILLISTAK公司生产的MD0HC10FS1预过滤膜包和MA1HC10FS1精过滤膜包，它们是基于纤维素的深层过滤器，用于生物技术和制药工业中要求澄清与过滤的步骤。商业化生产的过滤器能够为各种应用（污水处理，空气净化，生物发酵的收获过程等）提供了不同的解决方案。深度过滤法的另一个优点是过滤装置选择的灵活性，在保证能耗在可接受范围内的同时，可以获得较高的固体储存能力[3]。在生产流程工艺中，常将深层过滤作为发酵液收获过程中的第一道工序，其过滤质量也对后续的纯化过程起着重要作用。并且在将发酵液进行深层过滤之前，会使用大量的水对过滤膜包进行长时间的冲洗将空气尽可能的排空，然后再使用缓冲液对膜包再进行长时间的冲洗。那么每次在进行过滤前耗费相当多数量的资源来处理过滤膜包有什么意义？空气排空程度和缓冲液顶洗方式对膜包的过滤效率有什么样的影响？怎样才能最大程度提高膜包的过滤效率？
另外，有实验研究表明，对各种带正电深深层过滤器滤膜吸附DNA的物理参数进行了评价时，降低或中和深度过滤器或膜电荷的缓冲液，以及阻碍疏水相互作用的缓冲液，被证明会影响它们的操作能力[4]。本实验的其中一个研究对象是深层过滤中缓冲液顶洗方式对蛋白质收
率的影响，因为蛋白质在溶液中往往是带有电荷的，与过滤介质之间也存在着静电吸附作用，类比于DNA可知，缓冲液也一定会对蛋白质的收率产生影响。本实验课题研究的另一个对象是深层过滤中空气排空对蛋白质收率的影响。由于深层过滤的过滤能力是依靠其过滤介质中过滤介质之间十分曲折且十分细长的通道，正因为被过滤的杂质颗粒要比介质内部的空隙小，所以颗粒就会在纵向深度中被滤材捕获，若过滤时溶液中混杂有气泡，必定会对这些细微的孔道产生阻塞作用，大大减少了有效截流面积，导致某处杂质的大量堆积使气泡不能释放，最终造成恶性循环。
由于可利用的文献资料有限，在空气排空及缓冲液顶洗方式对深层过滤的影响研究领域中还是一片空白，所以以上观点是在前人做过的类似实验基础上加以推测所得到的，具有一定的主观性。但是随着本实验的进行，根据实际情况和数据我会得出最后正确的结果，将蛋白质收率与缓冲液顶洗方式和空气排空程度用规律联系在一起。希望我最后的研究结果能够给生产领域的深层过滤技术改良提供一定的参考价值，对深层过滤蛋白质收率的提高做出一定的贡献。
参考文献:
[1]Shula, A. A. and Kandula, J. R., 2008, Harvest and recovery of monoclonal antibodies from large-scale mammalian cell culture. BioPharm International, May 2008, p. 34-45.
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