Lọc tiếp tuyến quy mô phòng thí nghiệm

Trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu sinh học, dược phẩm và công nghệ thực phẩm, lọc tiếp tuyến đang trở thành giải pháp tiêu chuẩn cho các quy trình cô đặc, tinh sạch và phân tách mẫu có độ chính xác cao. Nhờ cơ chế dòng chảy song song với bề mặt màng, hệ thống lọc tiếp tuyến quy mô phòng thí nghiệm giúp giảm tắc nghẽn, duy trì hiệu suất ổn định và đảm bảo tính lặp lại của kết quả . Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ nguyên lý hoạt động, các công nghệ phổ biến, cấu tạo hệ thống và tiêu chí lựa chọn lọc tiếp tuyến phù hợp cho phòng thí nghiệm.

Giới thiệu chung về lọc tiếp tuyến quy mô phòng thí nghiệm

Lọc tiếp tuyến (Tangential Flow Filtration – TFF) quy mô phòng thí nghiệm là một trong những công nghệ tách – tinh sạch – cô đặc mẫu quan trọng nhất hiện nay trong các lĩnh vực như công nghệ sinh học, dược phẩm, thực phẩm, môi trường và nghiên cứu vật liệu. Khác với lọc truyền thống (dead-end filtration), lọc tiếp tuyến cho phép dòng mẫu chảy song song với bề mặt màng, giúp hạn chế tắc nghẽn, duy trì thông lượng ổn định và đảm bảo tính lặp lại cao.

Trong thực tế phòng thí nghiệm, TFF thường được sử dụng cho các quy trình như: cô đặc protein, tinh sạch enzyme, thu hồi virus, phân tách tế bào, lọc vi sinh hoặc tiền xử lý mẫu trước phân tích. Theo báo cáo của Merck Millipore và Sartorius, hơn 70% các quy trình phát triển sinh phẩm ở quy mô nhỏ đều sử dụng TFF ngay từ giai đoạn R&D để đảm bảo khả năng scale-up sau này.

Việc đầu tư hệ thống lọc tiếp tuyến quy mô phòng thí nghiệm không chỉ phục vụ nghiên cứu trước mắt, mà còn đóng vai trò “mô phỏng thu nhỏ” cho các hệ thống pilot và sản xuất công nghiệp.

>>> Đọc thêm: Phân loại các loại housing lọc phổ biến hiện nay

Nguyên lý hoạt động của lọc tiếp tuyến trong phòng thí nghiệm

Nguyên lý cốt lõi của lọc tiếp tuyến là dòng chảy song song (tangential flow) với bề mặt màng lọc. Mẫu lỏng được bơm tuần hoàn qua module màng; một phần dung môi và các phân tử nhỏ hơn kích thước lỗ màng sẽ đi qua màng (permeate), trong khi các phân tử lớn hơn được giữ lại và tiếp tục tuần hoàn (retentate).

Cơ chế này mang lại ba lợi ích kỹ thuật quan trọng:

1. Giảm fouling (bám bẩn màng): lực cắt của dòng chảy giúp cuốn trôi cặn bám.
2. Duy trì hiệu suất ổn định: thông lượng ít suy giảm theo thời gian.
3. Kiểm soát chính xác quá trình: dễ điều chỉnh áp suất xuyên màng (TMP), tốc độ dòng và độ cô đặc.

Các công nghệ lọc tiếp tuyến phổ biến ở quy mô phòng thí nghiệm

Tùy vào mục tiêu nghiên cứu và đặc tính mẫu, lọc tiếp tuyến trong phòng thí nghiệm thường sử dụng ba nhóm công nghệ chính:

Lọc vi lọc (Microfiltration – MF)

MF sử dụng màng có kích thước lỗ từ 0,1–1,0 µm, phù hợp để loại bỏ tế bào, vi khuẩn hoặc hạt rắn lơ lửng. Ứng dụng phổ biến gồm thu hồi sinh khối, làm trong dịch nuôi cấy hoặc tiền xử lý trước UF.

Lọc siêu lọc (Ultrafiltration – UF)

UF là công nghệ được sử dụng nhiều nhất trong phòng thí nghiệm, với ngưỡng cắt phân tử (MWCO) từ 1–300 kDa. UF thích hợp cho cô đặc protein, enzyme, polysaccharide và virus. Theo Sartorius, UF chiếm hơn 60% ứng dụng TFF quy mô lab trong lĩnh vực công nghệ sinh học.

Lọc nano (Nanofiltration – NF)

NF ít phổ biến hơn ở quy mô phòng thí nghiệm, nhưng được sử dụng khi cần tách muối đa hóa trị, phân tử nhỏ hoặc dung môi đặc thù. NF thường xuất hiện trong nghiên cứu vật liệu, môi trường hoặc hóa học ứng dụng.

Việc lựa chọn đúng công nghệ màng ngay từ đầu giúp giảm sai lệch dữ liệu và tăng độ tin cậy cho kết quả nghiên cứu.

Cấu tạo hệ thống lọc tiếp tuyến quy mô phòng thí nghiệm

Một hệ thống lọc tiếp tuyến phòng thí nghiệm tiêu chuẩn thường bao gồm các thành phần chính sau:

• Bơm tuần hoàn: thường là bơm nhu động hoặc bơm màng, đảm bảo dòng chảy ổn định và không làm biến tính mẫu.
• Module màng lọc: có thể là cassette phẳng, hollow fiber hoặc cartridge mini, dễ thay thế và vệ sinh.
• Cảm biến áp suất: theo dõi TMP để tránh làm hỏng màng và mẫu.
• Bình chứa retentate & permeate: cho phép thu hồi và phân tích riêng biệt.
• Khung và hệ điều khiển: từ thủ công đến bán tự động hoặc tích hợp phần mềm ghi dữ liệu.

Tiêu chí lựa chọn hệ thống lọc tiếp tuyến cho phòng thí nghiệm

Để lựa chọn hệ thống lọc tiếp tuyến phù hợp, bạn thường cân nhắc đồng thời các tiêu chí kỹ thuật và vận hành:

• Mục tiêu ứng dụng: cô đặc, tinh sạch hay trao đổi dung môi.
• Dải thể tích mẫu: từ vài chục mL đến vài chục lít.
• Loại màng & MWCO: phù hợp với kích thước phân tử cần tách.
• Khả năng scale-up: tương thích với hệ pilot hoặc công nghiệp.
• Độ tin cậy nhà cung cấp: thương hiệu uy tín, tài liệu kỹ thuật rõ ràng, hỗ trợ sau bán hàng.

Ưu và nhược điểm cần cân nhắc:

• Ưu điểm: hiệu suất cao, kiểm soát tốt, tiết kiệm mẫu, dễ mở rộng.
• Nhược điểm: chi phí đầu tư ban đầu cao hơn lọc thường, yêu cầu người vận hành có kiến thức kỹ thuật.

Lọc tiếp tuyến quy mô phòng thí nghiệm không chỉ là một thiết bị nghiên cứu, mà còn là nền tảng kỹ thuật cho nhiều quy trình trong lĩnh vực sinh học, dược phẩm và công nghệ cao. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động, công nghệ áp dụng và các tiêu chí lựa chọn phù hợp sẽ giúp phòng thí nghiệm nâng cao hiệu quả nghiên cứu, đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu và sẵn sàng cho việc mở rộng quy mô trong tương lai.

Để lựa chọn và triển khai hệ thống lọc tiếp tuyến quy mô phòng thí nghiệm phù hợp với từng mục tiêu nghiên cứu, việc hợp tác với đơn vị có chuyên môn và kinh nghiệm là yếu tố then chốt. MT là đơn vị cung cấp giải pháp và thiết bị lọc tiếp tuyến đáng tin cậy, hỗ trợ phòng thí nghiệm tối ưu hiệu suất vận hành và sẵn sàng cho lộ trình mở rộng quy mô trong tương lai.