核酸作为生命的基本分子，存储、传递并表达遗传信息。这些生物分子是生物技术和分子生物学中不可或缺的工具。对核酸的操作，例如体外 RNA 和 DNA 合成，支撑着从基础研究到临床诊断、基因编辑、生物合成、药物开发及治疗学等多种应用。这些多样化应用的工作流程，在反应体系纯化和最终制剂阶段，通常需要将浓缩和透析过滤（或称缓冲液更换）作为关键步骤。这些步骤显著影响最终产物的质量、收率以及下游应用的效果。
例如，在体外 mRNA 合成工作流程中，浓缩和透析过滤对于 DNA 模板和 mRNA 的纯化至关重要。稀释的 DNA 模板需要被浓缩，并通过缓冲液交换去除过量的盐分或杂质，从而优化后续反应条件。同样，合成的 mRNA 也需要经过制剂处理，以适应细胞转染或储存等下游应用。
体外 mRNA 合成与纯化
同样地，在 DNA 处理工作流程中，即使经过纯化，为了在最佳条件下对 DNA 进行制剂，确保其结构完整性和在预期应用中的有效性，浓缩和脱盐步骤也是必需的。鉴于这些过程的重要性，在选择合适的核酸浓缩和透析过滤方法时，需要考虑浓缩与缓冲液交换效率、温和性、时间效率、可扩展性以及最终收率等因素。
下表展示了核酸透析过滤和最终制剂的各种技术，其中超滤法成为最合适的方法。然而，尽管是一种常用方法，使用死端设备的超滤（死端过滤或 DEF）受限于过滤速率低、可扩展性挑战、频繁的样品损失以及需要手动操作。
相比之下，采用切向流过滤（TFF）形式的超滤提供了更高的过滤速率和可扩展性。然而，传统的 TFF 系统通常体积庞大且滞留体积高，不适合实验室规模的应用。为了克服这些限制，Formulatrix 公司开发了 µPulse®——一款专为实验室规模的样品浓缩和缓冲液更换而设计的自动化、微型化 TFF 系统。
| 考量因素 | 沉淀法 | 柱色谱法 | 蒸发法 | 冻干法 |
超滤法 死端过滤 TFF |
|---|---|---|---|---|---|
| 浓缩效率 | |||||
| 透析过滤效率 | |||||
| 收率 | |||||
| 温和性 | |||||
| 可放大性 | |||||
| 处理时间 | |||||
| 成本效益 |
表：核酸浓缩与透析过滤方法对比
使用 µPulse - TFF 系统处理核酸
Formulatrix µPulse 是一款专为实验室规模应用设计的自动化、微型化 TFF 系统。它非常适合处理 RNA（siRNA、mRNA）、cDNA、线性 DNA 和质粒 DNA。通过将我们获得专利的微流控泵技术与 TFF 相结合，整个流体路径在过滤芯片上实现了微型化。这将死体积减少到仅 0.65 毫升，确保了最高的死体积回收率。
µPulse 的可自定义设置，包括可调压力和泵参数，提供了温和且高效的核酸处理体验。过滤芯片提供经修饰的聚醚砜（mPES）和再生纤维素（RC）膜，这些膜具有低污染特性，并与各种样品类型兼容。此外，µPulse 以无人值守的方式处理样品，速度比死端离心装置快 4 倍。
使用 aµtoPulse - TFF 系统进行高通量核酸处理
aµtoPulse® 是一款全自动、高通量的 TFF 系统，拥有全球最低的滞留体积，仅为 250 µL。每次运行可处理多达 54 个样品，最多可并行处理 4 个样品。设计灵活，可处理 0.5 mL 至 100 mL 的起始体积，并能将样品浓缩至 250 µL，精度为 ±25 µL。该系统支持多达四个外部缓冲液输入或板载锥形管，可实现自动化的多缓冲液透析过滤。
采用双泵的先进芯片设计，其渗透物流速比 µPulse 快 1.7 倍，同时最大限度地减少了剪切力。芯片提供 mPES（5-300 kDa）和 RC（5-100 kDa）膜，确保与广泛的样品兼容。
每个工作站提供独立的跨膜压力（0-32 psi）调节和监测，使用户能够完全控制过程的温和性与效率。直观的基于浏览器的软件支持远程方案设置、监控和控制，并提供符合 21 CFR Part 11 法规（适用于 GMP 环境）的安全数据管理。