DOMINANDO A FILTRAÇÃO TANGENCIAL: Da teoria à automação no laboratório
A filtração tangencial (TFF), também conhecida como filtração de fluxo cruzado, é uma técnica de separação física na qual uma membrana é empregada para separar biomoléculas com base em seu tamanho.
Diferente da filtração convencional (dead-end), na qual o fluxo do líquido é impulsionado diretamente contra a membrana (fluxo perpendicular gerando acúmulo de partículas e entupimento precoce), na TFF o material corre de forma paralela (tangencial) à superfície do filtro. Esse fluxo cruzado dinâmico atua como um sistema autolimpante contínuo da superfície filtrante, minimizando o entupimento (fouling) e a formação de camadas de gel, tornando a técnica mais rápida, eficiente, limpa e flexível.
APLICAÇÕES
As aplicações mais comuns nas áreas de biotecnologia, farmacêutica e de bioprocessos incluem:
Colheita de células (cell harvesting) e clarificação de lisados celulares.
Fracionamento de proteínas e purificação de intermediários.
Concentração de biomoléculas diluídas após etapas de cromatografia.
Processamento e purificação de anticorpos, proteínas recombinantes, mRNA, ácidos nucleicos e vetores virais.
FUNDAMENTOS
Os princípios fundamentais da filtração tangencial baseiam-se na divisão do fluxo de entrada em duas frações distintas:
O retentado: a porção do fluido que contém as moléculas maiores que os poros da membrana, a qual não atravessa o filtro e é recirculada de volta para o vaso de circulação.
O permeado (ou filtrado): a solução contendo as moléculas menores, água e solutos que conseguem transitar pelos poros da membrana, sendo coletada de maneira independente.
Os componentes típicos de um sistema TFF incluem um vaso ou reservatório de alimentação, bomba de alimentação, o filtro/membrana, linhas de retentado e permeado, medidores de pressão e um vaso coletor de permeado.
As membranas utilizadas são classificadas de duas formas principais: fibras ocas (hollow fiber) (compostas por pequenos tubos cilíndricos com membranas embutidas) e cassetes (cassettes ou flat sheet) (membranas planas empilhadas dentro de um invólucro com telas separadoras).
A depender do tamanho do poro da membrana, o processo divide-se em:
Microfiltração: Poros de 0,1 mícron ou maiores, utilizados para a separação de células grandes, detritos celulares e outras macromoléculas.
Ultrafiltração: Poros menores que 0,1 mícron, amplamente utilizados para reter e isolar proteínas e outras biomoléculas na faixa de tamanho de 3 kDa a 1000 kDa.
PRESSÃO TRANSMEMBRANA EM PROCESSOS TFF
A TMP (Pressão Transmembrana ou Transmembrane Pressure) é a força motriz média que impulsiona o solvente e os solutos menores a atravessarem os poros da membrana durante o processo de filtração tangencial.
É determinada pela diferença de pressão entre o lado de alimentação da membrana (onde corre o retentado) e o lado do filtrado (onde é coletado o permeado). Fisicamente, o sistema calcula a TMP em tempo real a partir das leituras de três sensores de pressão principais:
Pf (Pressão de Entrada ou Feed Pressure): Mede a pressão do fluido antes de entrar no filtro/membrana.
Pr (Pressão do Retentado ou Retentate Pressure): Mede a pressão do fluido concentrado na saída do filtro.
Pp (Pressão do Permeado ou Permeate Pressure): Mede a pressão na linha de coleta do filtrado.
O cálculo matemático padrão que define a TMP é expresso pela fórmula:
O controle estrito e a compreensão da TMP são vitais para o sucesso de qualquer bioprocesso por vários motivos práticos:
Determinação da Taxa de Filtração: A TMP é a força física que dita a velocidade do fluxo de permeado. Se ela for muito baixa, o processo de filtração ou concentração será extremamente demorado.
Prevenção de Entupimento e Camada de Gel: Caso a TMP seja excessivamente elevada, as proteínas e partículas serão empurradas com muita força contra a parede da membrana, compactando-as. Isso gera o entupimento precoce da superfície filtrante (fouling) e a rápida formação de uma barreira conhecida como "camada de gel polarizada", que bloqueia a filtração e prejudica severamente a eficiência geral do processo.
Otimização do Processo (TMP Optimization): Cada tipo de amostra e membrana possui um ponto ideal de operação onde o fluxo de filtração é maximizado antes de atingir o limite de polarização. Encontrar essa TMP ideal (através de testes automatizados de otimização de TMP) é crucial para desenhar um processo rápido e reprodutível.
Segurança Física das Membranas e Amostras: Pressões que ultrapassam os limites suportados pela membrana podem romper fisicamente as fibras ou cassetes de filtração. Por isso, os sistemas possuem alarmes de TMP configuráveis que pausam a operação imediatamente caso a pressão saia da faixa segura de trabalho.
Nos sistemas automáticos da Inscinstech (como o Unique AutoTFF™075, AutoTFF™3 e AutoPilot™10), a gestão da TMP não precisa ser feita manualmente. Os equipamentos utilizam uma Válvula de Pinçamento Automático (PCV) instalada na linha de retentado.
Ao estrangular ou liberar a saída do fluxo tangencial, a válvula altera dinamicamente a contrapressão do sistema. O software de controle utiliza algoritmos para ajustar a PCV de acordo com três modos de pressão constante:
Modo Automático (Auto Mode): O software ajusta de forma autônoma a bomba e a abertura da válvula de pinçamento para manter a TMP exatamente no valor definido pelo usuário.
Modo de Vazão Fixa (Fixed Fr): A bomba de alimentação opera em uma vazão constante pré-estabelecida, enquanto a válvula PCV abre ou fecha de forma autônoma para garantir que a TMP desejada seja mantida.
Modo Pinçamento Fixo (Fixed Pinch): A válvula PCV mantém uma porcentagem fixa de abertura e o sistema modula a velocidade da bomba para estabilizar a TMP alvo.
AUTOMAÇÃO COM A LINHA INSCINSTECH
A Inscinstech desenvolveu uma linha de sistemas automáticos de fluxo tangencial para cobrir todas as fases de bioprocesso, desde o desenvolvimento de receitas em escala laboratorial até pequenas produções comerciais:
Portfólio de Equipamentos: A linha conta com o Unique AutoTFF™075 e o Unique AutoTFF™3 (para escala laboratorial), e o Unique AutoTFF™Pilot10 (para escala piloto de produção de anticorpos ou proteínas recombinantes, operando em áreas de filtração de até 2,5 m²).
Flexibilidade de Configurações: Os modelos oferecem opções com bombas de alimentação do tipo peristáltica ou bombas de diafragma de alta precisão e baixo cisalhamento (Quattroflow®) para manter a integridade de proteínas e vírus.
Controle de Vazão de Permeado: Oferecem de modo opcional uma bomba de permeado na linha de filtragem para regular a taxa de extração do filtrado, o que diminui o fouling e retarda a formação da camada de gel polarizada na membrana, otimizando a eficiência.
Diafiltração e Alimentação Automática: Integrados com balanças de alta precisão que monitoram o peso do vaso de recirculação em tempo real, os sistemas realizam a adição dinâmica automática de tampão ou amostras com base em algoritmos PID, mantendo o balanço de massa estável sem intervenção manual.
Software Inteligente de Receitas: Controlados por computadores integrados com telas touchscreen executando Windows, seu software possui 9 blocos operacionais prontos de receitas (incluindo teste de fluxo de água, CIP, lavagem/enxágue, filtração, diálise e colheita/drenagem), permitindo que usuários criem receitas completas apenas "arrastando e soltando" os módulos na tela.
Monitoramento Online Completo: Os equipamentos suportam a integração opcional de sensores de condutividade, pH, UV e medidores de vazão, fornecendo um controle de processo holístico e atendendo aos rigorosos requisitos de rastreabilidade de dados e auditoria do setor farmacêutico.
REFERÊNCIAS
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