超滤是一种压力驱动的过滤过程，利用孔径范围在0.01至0.1微米之间的半透膜。孔径大小定义了膜的标称截留分子量，即能被该膜有效截留的颗粒的最小分子量。
超滤技术广泛应用于样品浓缩、渗滤（缓冲液置换、脱盐）以及粒径分级。这些过程是任何涉及大分子的制备级纯化工作流程中不可或缺的环节，旨在将大分子维持在合适的浓度和适宜的缓冲液环境中，以确保其最佳功能。
超滤模式
超滤主要有两种基本模式：
死端过滤
在死端过滤中，料液垂直于膜表面流动，过滤压力由离心力产生。死端过滤装置仅有料液流和滤出液流，而截留液不进行再循环。这种方式将全部料液推挤通过膜，小分子在滤出液侧被收集。
死端过滤
这种模式的简易性使其成为小规模操作和实验室研究的常用选择。然而，使用死端装置进行超滤存在局限性：由于滤饼层的形成，过滤速率较低，且难以放大规模。由于其为手动操作，常伴随样品损失。此外，狭窄的纤维/通道会严重堵塞，导致这些装置/膜难以清洗。
切向流过滤
切向流过滤采用错流构型，料液被泵送平行于膜表面流动，同时垂直于滤出液方向。与死端过滤不同，切向流过滤需要三个独立的工艺流路：料液、滤出液和截留液。为了获得高的传质速率，必须在紧邻膜的区域保持高的切向流速和/或湍流。这种切向流速和湍流有助于防止膜表面形成滤饼层，从而最终避免通量下降。
切向流过滤
传统切向流过滤系统的基本组件包括储液罐、泵、膜、连接这些组件的管路以及压力表。位于膜前和膜后的压力表分别监测进料压力和回流压力，通过产生的跨膜压差来调节过滤速率，该压力驱动小分子通过膜孔。
切向流过滤组件
中空纤维组件
该组件利用大量中空、窄直径（0.1-2毫米）的膜管束。料液在管内被泵送，小分子透过管壁。这种开放的流道由于适中的错流速率而将剪切应力降至最低，使其成为处理剪切敏感产品的理想选择。然而，中空纤维效率较低，因为需要高泵送能力才能实现高通量。
中空纤维组件
螺旋卷式组件
螺旋卷式组件
螺旋卷式组件由交替的膜层和间隔层缠绕在中心管上构成。料液沿轴向泵入膜壳，而滤出液透过膜层，径向螺旋状流向中心管。与中空纤维相比，间隔网能增强湍流，提高效率。螺旋卷式组件的主要缺点在于它不是线性可放大的，因为在不同规模之间必须改变进料流道长度（膜壳长度）或滤出液流道长度（膜壳宽度）。尽管如此，其低成本和大的膜表面积使其成为大规模食品和饮料应用的绝佳选择。
平板膜组件
平板膜组件由单层或堆叠的多层膜片（可能夹有间隔网）组成，封装在一个密封单元内。该组件膜填充密度高，单位占地面积能提供显著的膜表面积。施加在膜一侧的料液流过通道，滤出液从另一侧收集。平板膜组件是处理剪切敏感料液的更好选择，并提供高流速和易于清洗的优点。
平板膜组件
总的来说，切向流过滤有效解决了死端过滤相关的局限性，如缺乏可放大性、过滤速率低、样品聚集和损失等问题。然而，传统的切向流过滤系统体积庞大，流体路径较长，导致死体积高，使其不适合实验室规模的应用。因此，一种占地面积小、死体积最小的自动化切向流过滤系统非常适合实验室研究和实验。
The µPulse：自动化、微型化的切向流过滤系统
aµtoPulse：高通量样品浓缩与渗滤系统
aµtoPulse® 是一款全自动、高通量的切向流过滤系统，具有全球最低的250微升死体积。它每轮可处理多达54个样品，最多可并行处理4个样品。设计灵活，可处理起始体积在0.5毫升到100毫升之间的样品，并能将样品浓缩至250微升，精度达±25微升。系统支持最多四个外部缓冲液输入或台上锥形管，可实现自动化多缓冲液渗滤。
先进的芯片设计配备双泵，其滤出液流速比µPulse快达1.7倍，同时最大限度减少了剪切力，这对精细样品尤为重要。芯片提供mPES膜（5-300 kDa）和RC膜（5-100 kDa），确保与多种样品的兼容性。
每个工位都提供独立的跨膜压（0-32 psi）调节和监控，让用户完全控制工艺的温和性与效率。直观的、基于浏览器的软件支持远程方案设置、监控和控制，其安全的数据管理功能符合GMP环境下21 CFR Part 11的要求。
| 膜截留分子量 （kDa） | 分子/颗粒大小 （nm） | 蛋白质 （kDa） | 双链核酸 （bp） | 单链核酸 （bs） |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 3-5 | 15-30 | 25-50 | 50-95 |
| 10 | 5-9 | 30-90 | 50-145 | 90-285 |
| 30 | 9-15 | 90-180 | 145-285 | 285-570 |
| 50 | 15-30 | 150-300 | 240-475 | 475-950 |
| 100 | 30-90 | 300-900 | 475-1450 | 950-2900 |
| 300 | 90-200 | 900-1800 | 1450-2900 | 2900-5700 |
表：针对各种生物分子的膜截留分子量选择
适用于广泛的科学工作流程
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