La filtración de flujo tangencial (TFF) se usa en bioprocesos para separar, concentrar y purificar biomoléculas y partículas en solución, procesando volúmenes grandes con poca pérdida de muestra. Esta guía explica el principio de la TFF, la compara con la filtración frontal, describe los tipos de módulo y la diafiltración, y resume cómo elegir la membrana.
Filtración por membrana y lugar de la TFF
La filtración por membrana separa por exclusión de tamaño. Incluye ósmosis inversa (RO), nanofiltración (NF), ultrafiltración (UF), microfiltración (MF) y clarificación. Las más usadas en la industria son:
- Microfiltración: retiene partículas de 0,1 a 10 µm, como bacterias.
- Ultrafiltración: separa biomoléculas de 0,001 a 0,1 µm, como proteínas y virus. Se considera relativamente suave porque causa poca desnaturalización o inactivación, por lo que conviene para biomoléculas.
La TFF es la técnica predominante en ultrafiltración y se usa en biología molecular, bioquímica, inmunología, química de proteínas y microbiología.
TFF frente a filtración frontal
En la filtración tradicional, llamada de flujo directo o frontal (dead-end), la muestra atraviesa la membrana en dirección perpendicular. Las macromoléculas se acumulan en la superficie y forman una torta de filtración que engrosa con el tiempo, reduce la eficiencia y acorta la vida útil de la membrana.
En la TFF, la muestra circula en paralelo a la superficie de la membrana. Ese flujo barre la superficie mientras filtra, evita la acumulación de macromoléculas y reduce la polarización por concentración. Así se mantiene un caudal más estable y se prolonga la vida útil de la membrana.
Según la fuente, la TFF además:
- Permite concentrar y diafiltrar en el mismo proceso.
- Usa parámetros coherentes entre equipos de laboratorio y de producción, lo que facilita el escalamiento.
Elija el tipo de módulo
La TFF se puede aplicar con módulos de placa plana (también llamados casete o cápsula), de fibra hueca o enrollados en espiral. En la mayoría de los laboratorios se prefieren los de placa plana y fibra hueca.
| Placa plana (casete) | Fibra hueca | Enrollado en espiral | |
|---|---|---|---|
| Escalamiento fácil | Sí | Sí | No |
| Previene la polarización por concentración | Sí | No | Sí |
| Volumen de muestra | Alto | Muy alto | Bajo |
| Recomendado para | Biomoléculas en general; aguas residuales con alta carga contaminante o alta viscosidad | Sustancias sensibles al cizallamiento, como algunas enzimas y proteínas; aguas residuales con alta concentración de sólidos suspendidos | Muestras que requieren gran área de filtración, como alimentos y bebidas |
| Mantenimiento | Enjuague con solventes adecuados; drenaje y paso de aire | Enjuague con solventes adecuados; drenaje y paso de aire; retrolavado con solventes adecuados | Enjuague con solventes adecuados; limpieza in situ (CIP) |
Diafiltración continua o discontinua
La diafiltración es una técnica de ultrafiltración que hace pasar moléculas pequeñas a través de la membrana mientras las macromoléculas siguen circulando con solvente nuevo. Se usa para eliminar sales o intercambiar tampón, de forma similar a la diálisis por membrana.
- Discontinua: se agrega agua o tampón nuevo en volúmenes fijos, de forma manual y repetida, hasta lograr el intercambio deseado. La concentración de la muestra varía durante el proceso y el flujo de permeado puede bajar a medida que aumenta la concentración.
- Continua (a volumen constante): se agrega agua o tampón nuevo a la misma velocidad con que se genera el permeado, de modo que el volumen del sistema se mantiene constante. Reduce la probabilidad de destruir o desnaturalizar biomoléculas.
En un ejemplo de desalado de la fuente, la diafiltración continua elimina cerca del 99 % de la sal con 5 volúmenes de diafiltración (DV); la discontinua necesita 7 DV para el mismo resultado.
| Discontinua | Continua | |
|---|---|---|
| Adición de agua o tampón nuevo | Manual | Automática |
| Volumen de solvente requerido | Mayor | Menor |
| Recuperación de muestra | Menor | Mayor |
| Preservación de la estructura de la biomolécula | Menor | Mayor |
| Concentración en el mismo sistema | No | Sí |
Aplicaciones
- Concentración y desalado: proteínas, péptidos, ácidos nucleicos (ADN, ARN).
- Separación y purificación: enzimas, anticuerpos, proteínas recombinantes, virus, vacunas.
- Intercambio de tampón: eliminación de solvente, diálisis.
- Clarificación: lisados celulares, homogeneizados de tejido.
- Despirogenización: agua, tampones, medios de cultivo.
- Pretratamiento de muestras para cromatografía en columna.
- Recolección de células.
- Concentración de virus, como el virus oncolítico del sarampión.
- Uso clínico: hemodiálisis y purificación de hemoglobina.
- Purificación de biomoléculas como ADN, ARN o exosomas.
Seleccione la membrana
La membrana de TFF tiene una estructura muy distinta de la usada en filtración frontal. Defina tres puntos:
1. ¿Conservar o eliminar la molécula objetivo? Para concentrar, la membrana debe retenerla. Para diafiltrar, desalar o intercambiar tampón, debe dejar pasar lo que se quiere eliminar. Para una separación eficaz, los tamaños de las moléculas deben diferir al menos 10 veces.
2. Tamaño de la molécula objetivo. Se puede definir por peso molecular o por tamaño:
- Por peso molecular se usa el MWCO (corte de peso molecular) o el NMWL (límite nominal de peso molecular). El MWCO es el peso molecular más bajo (en daltons) de un soluto que la membrana retiene en un 90 %. Elija una membrana con MWCO de 1/3 a 1/6 del peso molecular de la molécula objetivo. Como ejemplo, la fuente cita la recomendación de un fabricante de cápsulas TFF: para una proteína de 300 kDa, una membrana de 100 kDa o 50 kDa.
- Por tamaño (diámetro, en µm), el tamaño de poro debe ser menor que la molécula objetivo.
- El peso molecular y el tamaño no son convertibles entre sí.
3. Recuperación deseada. Un MWCO de 1/3 del peso molecular objetivo procesa más rápido y puede bastar si se acepta una recuperación menor. Para una recuperación mayor, baje el MWCO hasta 1/6. El material también influye:
- Celulosa: mayor recuperación; resistencia moderada a NaOH. Recomendada cuando se requiere alta recuperación.
- PES (polietersulfona): puede unirse más a la muestra y reducir la recuperación; mayor resistencia al pH.
Los fabricantes de membranas suelen entregar curvas de selectividad para elegir la membrana adecuada.
Operación y vida útil de la membrana
El rendimiento de la TFF depende principalmente de la presión transmembrana (TMP) y del caudal de la bomba. Una TMP adecuada impulsa la filtración, y un caudal suficiente reduce el ensuciamiento y la formación de torta en la superficie. Limpie la membrana de forma oportuna y correcta después de cada uso.
Los casetes y cartuchos pueden ser de un solo uso o reutilizables. Los reutilizables se limpian y almacenan según las instrucciones del fabricante. Para decidir cuándo reemplazarlos, la fuente recomienda medir la permeabilidad normalizada al agua (NWP) antes del primer uso y después de cada ciclo de limpieza:
Tasa de recuperación de la membrana = NWP (después de la limpieza) / NWP (primer uso)
Equipo Rocker para TFF a escala de laboratorio
Rocker ofrece el sistema TFF Tanfil 100 para laboratorio. Según la fuente:
- Sistema integrado, listo para conectar y usar.
- Concentración y diafiltración en la misma corrida.
- Apto para bioprocesos, incluida la concentración de ADN y ARN.
- Escalamiento con los mismos parámetros que en producción.
- Permite monitorear y ajustar la presión del sistema para mantener un flujo estable.
- Certificaciones CE, RoHS y UKCA.
La fuente recomienda también el cartucho TFF de fibra hueca HansaBioMed.
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Consulte la configuración y variante en cada ficha antes de seleccionar el equipo.
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