蠕動泵（Peristaltic Pump）是切向流過濾（TFF）系統(tǒng)中實現(xiàn)流體輸送和循環(huán)的核心組件之一，其獨特的工作原理和設計使其在生物制藥、食品加工等領域中具有不可替代的作用。以下從原理、功能、優(yōu)勢及實際應用角度詳細解析其作用。

一、蠕動泵的工作原理

蠕動泵通過周期性擠壓軟管實現(xiàn)流體輸送：

1. ?機械擠壓：泵頭中的滾輪或壓塊按順序擠壓彈性軟管，推動管內(nèi)流體單向流動。
2. ?無接觸傳輸：流體僅接觸軟管內(nèi)壁，避免泵體污染，適合無菌或高純度工藝。
3. ?流量可調(diào)：通過調(diào)節(jié)轉速（RPM）或更換不同管徑的軟管，精確控制流量（0.1 mL/min~50 L/min）。

二、在切向流中的關鍵作用

在TFF系統(tǒng)中，蠕動泵主要承擔以下功能：

1. ?驅動切向流動，提供剪切力

   • ?平行流動控制：通過調(diào)節(jié)泵速，控制料液沿膜表面流動的線速度（通常0.5~3 m/s），形成足夠的剪切力沖刷膜表面，防止顆粒沉積和膜堵塞。
   • ?動態(tài)抗污染：剪切力與跨膜壓力（TMP）協(xié)同作用，維持膜通量穩(wěn)定，延長膜壽命。

2. ?循環(huán)料液，維持系統(tǒng)連續(xù)性

   • ?閉路循環(huán)：將截留液（保留液）重新導入進料罐，形成循環(huán)回路，實現(xiàn)連續(xù)濃縮或透析。
   • ?高粘度處理：通過調(diào)節(jié)泵速適應高粘度料液（如細胞裂解液或脂質(zhì)體懸浮液），避免流動停滯。

3. ?調(diào)節(jié)跨膜壓力（TMP）?

   • ?壓力平衡：TMP由進液端壓力（泵輸出壓力）與濾液端壓力（背壓閥控制）共同決定。
   • ?優(yōu)化分離效率：通過調(diào)整泵速和背壓閥，維持TMP（通常1~5 bar），平衡通量與膜污染速率。

4. ?保障無菌性與生物相容性

   • ?無污染風險：流體僅接觸一次性軟管，避免交叉污染，符合cGMP要求。
   • ?溫和輸送：低剪切力模式（如使用寬滾輪）保護敏感生物制品（如細胞、外泌體）的活性。

三、與其他泵的對比

四、實際應用中的注意事項

1. ?軟管選擇

   • ?材質(zhì)：硅膠管（生物相容性高）、PharMed® BPT（耐酸堿、低蛋白吸附）。
   • ?壽命：定期更換（通常每50~200小時）以防止破裂或流量偏差。

2. ?脈動流的處理

   • 添加脈動緩沖器（如氣囊或阻尼器）平滑流量，避免膜表面剪切力波動。
   • 采用多滾輪設計（如3~8滾輪）減少脈沖幅度。

3. ?泵速與剪切力優(yōu)化

   • 高剪切力需求（如病毒純化）：提高泵速，但需避免損傷產(chǎn)物。
   • 低剪切力需求（如細胞灌流培養(yǎng)）：降低泵速，使用大管徑軟管。

4. ?規(guī)模擴展

   • ?線性放大：保持剪切力（通過相同線速度）和TMP恒定，僅增加膜面積。
   • ?多泵并聯(lián)：工業(yè)級TFF系統(tǒng)可能使用多臺蠕動泵同步運行。

五、典型應用場景

1. ?單克隆抗體生產(chǎn)

   • 使用蠕動泵循環(huán)抗體溶液，結合30 kDa超濾膜包濃縮至目標濃度。
   • 低速運行（避免抗體聚集），同時維持TMP在2~3 bar。

2. ?細胞灌流培養(yǎng)

   • 中空纖維TFF系統(tǒng)中，蠕動泵以低剪切模式連續(xù)移除代謝廢物，保留細胞。
   • 例如：Repligen XCell ATF系統(tǒng)，泵速根據(jù)細胞密度自動調(diào)節(jié)。

3. ?脂質(zhì)納米顆粒（LNP）純化

   • 高剪切力下（泵速>200 RPM）防止脂質(zhì)體聚集，同時通過100 kDa膜包去除游離mRNA。

六、優(yōu)缺點總結

七、未來發(fā)展方向

1. ?智能泵控系統(tǒng)：集成流量傳感器和反饋控制，實時調(diào)節(jié)泵速以穩(wěn)定TMP。
2. ?長壽命軟管材料：如TPU（熱塑性聚氨酯）提升耐化學性和耐磨性。
3. ?微型化設計：用于微流控TFF芯片，滿足基因治療等小體積高價值產(chǎn)品的需求。