想起聊這個題目純屬一時激動。幾天前，GE生命科學在微信上發了個「濾巨人」的免費過濾培訓課程的公告，而我曾在GE生命科學一起工作過的同事又在微信上提到了10多年前的往事。因為我曾對生物純化所需的兩大技術「過濾」和「層析」都有所涉及，卻又常常為層析是如此的「高大上」而過濾卻很不受重視不解，就隨口發了幾句感慨。另一位也曾是過去GE生命科學的同事調侃說「這就是當年洗腦的成果」，令我幡然醒悟。幾番微信往來，讓我有了為過濾寫點兒東西的想法，也就成就了此文。
應該說我對「膜」（membrane）還是頗有感情的。一方面膜是我初入生物製藥行業時最先接觸到的產品，另外，也是因為膜，我才有機會接觸到生物純化的兩大技術，在此領域謀生發展。多數人也許會從膜只是聯想到過濾，但實際上，膜在二十多年前就已被用於層析。所以，與膜結緣就使我不僅涉足了過濾，也參與了層析。鑑於此文的動因是過濾，我就還是集中聊聊與過濾有關的那些事吧。
剛開始接觸到「膜」，首先學習的是膜材質。坦率地說，大多數用戶買濾器，問價錢的多、問質量的多，問膜材質的少。而恰恰就是這個不為大家所關心的膜材質卻是過濾技術幾十年發展的核心。膜材質不僅會直接影響到生物純化的產率，也會影響到膜產品的使用和和清洗。濾膜最初是從濾紙發展而來的；早期濾膜與濾紙的差距也就是它們的孔徑不同，濾膜較小、濾紙較大。與濾紙材質相同，早期的濾膜材質是醋酸纖維素（cellulose）。醋酸纖維素的來源是木材、最大的優勢是親水。這使得醋酸纖維膜的非特性蛋白吸附量極低。親水材質對大多數生物純化工藝來說是件大好事，有利於使用者提高產率、增加回收。當然，對於那些需要膜蛋白吸附量高的應用（如快速孕檢之類），研發人員又創造了新材質Nitrocellulose（NC），以滿足市場需求。但是，醋酸纖維膜也有一個很大的缺點，就是脆、工藝加工性能不好。記得以前經常會碰到一些客戶抱怨他們用的濾器質量不好、總是洩漏。深究一下，他們用的多數產品都是醋酸纖維素材質的中空纖維濾器。為了提高過濾膜的物理性能，今天生物純化所用的膜製品大都是合成膜。現在市面上常見的尼龍、PVDF、PS和PES，都是合成膜的代表。相比於醋酸纖維素，合成材料的機械性能要好得多。合成膜製品通常都很結實、不易損壞，但事情總是有得有失。合成膜的材質都是疏水的，膜的非特性蛋白吸附量要比醋酸纖維膜高得多。為了減少合成膜的非特性蛋白吸附量，在過去幾十年中，研發人員除了不斷更新材質，就是在不斷開發新的表面活性劑，以便能使合成膜更親水。客戶在選擇濾器時，不妨了解一下濾器的材質，往往供應商是可以提供不同的選擇的。
聊過了膜材質，就聊聊膜孔徑。用於生物純化的濾器分微濾、超濾和納濾。膜孔徑的標註通常詞不達意，一個「公稱膜孔徑」（nominal membrane pore size），不知坑過多少聰明人。千萬不要認為供應商的膜孔徑是絕對的，這個「孔徑」不僅是「公稱」（就是差不多的意思），各個供應商檢驗其「公稱」膜孔徑的標準也各不相同。濾膜並不是在一張不透水的膜上打同樣尺寸的洞，而是濾膜上有無數個大小不一的孔；就算是同一公司不同批次的濾器，膜孔的大小、分布也有差異。當然，微濾膜製品中也有一種膜是有統一標準的，這就是除菌濾器。除菌濾器有統一標準的原因很簡單，因為這個標準是FDA定的、專為除菌而立，標準必須統一。誰不遵守，根本就通不過FDA驗證。記得曾有客戶問我，過濾產品為啥有的標0.2微米、有的標0.22微米。我趕緊誠惶誠恐地解釋：這就是個歷史的誤會。如果您買的是除菌濾器，重要的是「除菌級別」（sterilizing grade），廠家標0.2微米或0.22微米都沒關係，有FDA的質量檢驗方法管著呢。如果濾器不是「除菌級別」，標0.2微米還是0.22微米還是沒關係，因為這就是個「公稱」。如果客戶的濾器是用於保護層析柱，那您儘管放心，無論0.2微米還是0.22微米都好用，濾液都夠乾淨，層析柱也不會堵。
聊過了材質和孔徑，再說說應用。生物純化在各個生物公司大都有個共識：發酵罐算上遊，從放罐口以後就歸下遊管了。所以，不管目標產物是在細胞內還是細胞外，發酵液的固液分離一般是下遊純化的第一步。一旦說到固液分離，多數人首先想到的一定是離心機。我當初也是如此，從上學進實驗室的第一天就用離心機作固液分離。但事實上，儘管離心機（特別是連續流）是很多用戶的首選，過濾技術確也有著離心機所不具備的優點。在發酵液的固液分離中採用過濾技術的不僅普遍，有些還是必然，取決於工藝的要求。固液分離有些可以選深層過濾（depthfiltration），有些則以選用切向流過濾（crossflow filtration）更好。深層過濾器多採用含有硅藻土的濾紙而切向流則多採用中空纖維柱（或粗濾網的膜包）。如果目標產物是留存在細胞內的（後續需要細胞破碎的），那麼切向流就應該是首選而不能用深層過濾。因為在深層過濾時，細胞是留在濾紙中間的，無法回收、更無法實施細胞破碎提取目標產物。如果有切向流過濾，不僅細胞可以回收，還可以連續換液，從而不間斷地進行後續的細胞破碎。
近年來，過濾技術的另一大應用就是病毒去除。無論國內國外，無論單抗還是生物製品，FDA都對病毒去除提出了極為嚴格的要求。因此，除病毒濾器的市場需求也是水漲船高。儘管病毒去除的技術多種多樣，但過濾技術還是被公認最可靠、最為FDA倚重的技術。FDA明確要求在單抗生產工藝中必須要包含至少一步病毒過濾。甚至在血液製品的生產中，FDA也要求加入病毒過濾，以確保受眾生命安全。病毒過濾膜的孔徑極小，通常是由可去除得病毒尺寸說標註的；xxxx15指得是該濾器是為去除15nm的病毒所設計的。如此類推，標-20就是去除20nm，標-50就是去除50nm，非常簡單明確。由於微小病毒的實際尺寸已和單克隆抗體相差無幾，所以，除病毒過濾極為不易。這也造成了除病毒濾器的價格高昂。又因為這種確保生物製品安全的產品都是一次性使用，就成本而言，病毒過濾器已成為用戶的一大負擔；再加上過濾中可能的目標蛋白損失，用戶真心需要下功夫去研究、優化工藝參數以求提高效率、節約成本。
最後想聊的就是前面提到過的「超濾」（ultrafiltration）。中文「超濾」這個詞兒在過濾技術領域可算是個「異類」。不光「超」字於濾膜的孔徑無關（超濾膜的孔徑是納米級的），也與其運行方式無關（超濾的運行方式是切向流）。更令人迷惑的是切向流過濾工藝中還有一種特定方法也叫超濾，所以揭示起來有時著實讓人撓頭。超濾膜孔徑的標註用的不是長度單位，和除病毒濾器類似，超濾膜的孔徑是由其設計截留的蛋白分子量（molecularweight cut off， MWCO）來標註的。「繼承」濾膜孔經標註的傳統，細心的客戶還會發現：不同廠家生產的有同樣MWCO的超濾膜不僅膜孔的檢驗方法和標準不同，其在實際使用中的表現也不同。這事不僅說著拗口，在實際應用中更令人困惑；但無論拗口也好、 困惑也罷，事實就是如此。但雖然超濾產品各自為政，其在純化工藝中扮演的角色卻極其重要。不僅單抗濃縮多用超濾，病毒純化中用超濾更是好處多多。在這，我特想提醒用戶兩件事：因為超濾濃縮往往都是在純化工藝的最後，而這時客戶目標產品的濃度又相當高，任何一點損失都是純化初期任何一步都難於比擬的、相當可觀的。但是，在實踐中我又多次看到研發工程師為了提高捕獲（capture）層析柱1%的回收率而絞盡腦汁，卻對最後一步的超濾濃縮的工藝優化掉以輕心。再有就是超濾在病毒（特別是人苗和獸苗）純化中應用。在疫苗的生產中，疫苗的副作用（sideeffects）多是由宿主細胞殘留和宿主蛋白殘留所造成的，這些副作用又往往是推廣疫苗一大障礙。我就清楚地記得小時候接種疫苗發燒的情景，也聽到過獸醫需要保護才能為農戶家畜接種疫苗的傳聞。理論和實踐都證明了，如果客戶將超濾技術（多為中空纖維）運用於疫苗生產之中，對疫苗的質量的提高不僅有效而且經濟（高質量的疫苗的市場價格遠高於低質量的疫苗）。
這篇小文聊到了與過濾有關，但又常被人們忽視的一些問題。應該說，過濾技術既簡單又複雜，用好了利國利民、利人利己，很值得大家重視。不覺間拉拉雜雜寫了這麼多，但如果本文中所聊到的能為正在或將要使用過濾技術的人提供到些許幫助，我就頗感榮幸了。還是照以前說過的，本文中如有謬誤，敬請有識之士批評指正，在這就先謝了。
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