图1 Automated EZP过滤系统

澄清过滤是生物制药行业中，对细胞收获液进行分离，获取有效成分的重要步骤。3M推出的Automated EZP是由PLC控制的、全自动一次性深层过滤系统，适用于生物制药行业中收获液批量高于6000L的澄清过滤，具有降低综合过滤成本的优势。过滤介质有单层、双层两种，分别有17和19种不同过滤精度可选择。通过改性，过滤介质表面带有正电荷，对去除带有负电的细胞碎片、DNA等澄清效果明显。产品有适用于小试、生产中试及批量生产的不同型号。

在过去的十几年里，采用一次性技术设计的过滤系统，在批量较小的生物制药工艺中发展迅速，然而到目前为止，对批量较大的生产工艺（>6000L/批），如何最大化地使用一次性消耗品，例如生物反应器、过滤系统及其配件，仍然是一个技术挑战。

大型一次性使用的过滤系统，使一次性技术在高批量的工艺中得以继续发扬，并且与传统不锈钢过滤系统相比，显示了其经济优势。在未来几年里，这种经济优势会加快该技术在生物制药领域的应用和发展。

2009年，3M发布了Zetaplus Encapsulated System(简称EZP)， 一次性使用的深层过滤系统，对细胞收获液的单次澄清过滤处理能力达到2000L。在生物制药的生产工艺中，澄清过滤是从细胞培养液中，分离细胞及细胞碎片，获取有效成分的重要步骤。

2011年，3M发布了新型一次性全自动深层过滤系统Automated EZP，该过滤系统在批量高于6000L的澄清过滤工艺中，具有明显经济优势。

设计优势

Automated EZP一次性全自动过滤系统的设计优势在于人体工学设计的支架。在进行安装和拆卸过滤单元时，支架可调节到水平状态；进行过滤或者排出料液时，支架可调整为垂直状态。过滤时，垂直状态占用最小空间，拆卸时可尽量减少料液残留并充分利用过滤介质。该支架可灵活放置3~5组Automated EZP过滤模堆，每个模堆包含7个一次性的过滤单元（见图1）。

图2 适用于小试、中试到生产的不同型号

Automated EZP过滤系统可放置5组EZP模堆，即35个可抛弃式过滤单元，过滤单元内过滤介质为双层的，总过滤面积可达到56m2，单层过滤介质总过滤面积达到87.5m2。

支架从水平位置转动到垂直位置，是通过PLC控制的电机完成的，每组过滤模堆的底部都安装有电子电机来进行定位。5组模堆在转盘上固定，绕中心柱从水平转动到垂直位置，由1个独立的电机带动，当7个过滤单元安装在1个模堆上后，1个特殊设计、带有管道和压力表的一次性折叠设备会被安装在每个模堆上。

模堆及转盘的机械运动，以及压力监测装置，均由PLC控制。PLC、电机启动装置及接线柱都安装在一个密封的不锈钢盒内，固定在过滤系统的支架上。操作人员可以通过10"的触摸屏来进行控制和监测全部的操作。

选择过滤系统时，需要从小试、中试到生产的准确选型、成本分析以及工艺参数和过滤系统的放大等方面考虑。3M在2012年初，发布了3款小试用囊式过滤器E0170、E0340和E1020，其有效过滤面积分别为170cm2、340cm2和1020cm2，专供系统放大使用（见图2）。

经济优势

对比传统的不锈钢过滤系统，一次性全自动的过滤系统Automated EZP无需在线清洗（CIP）以及清洗验证，节省了过滤的时间及产品的成本。尤其是当批次量增加的时候，客户在一次性抛弃式过滤单元的额外花费远高于在线清洗的节省费用。

为更好地理解Automated EZP的经济优势，3M过滤部门技术服务工程师，根据在客户端的应用经验，与传统不锈钢过滤系统做了对比分析。

对比了具有5个过滤模堆的Automated EZP过滤系统及传统不锈钢过滤系统的过滤成本：假设过滤的批次量为10000L，每平方过滤介质面积上过滤量225L，安全系数为1.25。其他费用包括，每升过滤液的成本约为：注射用水2美金，缓冲液2.5美金，及每小时90美金的劳动力费用。设备投资、折旧，以及降低交叉污染、过滤系统占地面积小、工艺洁净度等未在统计在对比分析中（如图3）。

图3 具有5个过滤模堆的Automated EZP与传统不锈钢过滤系统的成本对比分析

对过滤批次量为10000L的料液，使用一次性全自动的Automated EZP成本高于传统不锈钢过滤器，但是在线清洗、缓冲液、注射用水、以及劳动力所节省的成本比传统不锈钢过滤器减少了7%，从而降低了综合的运行成本。

一次性全自动深层过滤系统Automated EZP所带来的最大经济优势是，节省了在线清洗CIP及验证的费用，氢氧化钠、水及清洁指示剂核黄素、还有劳动力成本，同时在这个对比中，没有考虑废弃料液排放的费用，并且一次性全自动深层过滤系统Automated EZP也可以替代离心机，从而节省因此而带来的成本。

双层及单层过滤单元对比

一次性全自动深层过滤系统Automated EZP配备的过滤介质为Zetaplus EXT系列，分为双层和单层2种过滤单元。Zetaplus EXT双层过滤单元，共有19种不同精度可选择，每个过滤单元内过滤介质的面积达到1.6m2。双层 Zetaplus EXT为完全独立2层的过滤介质，上层过滤介质比下层过滤介质孔径更为开放。这种结构提高了过滤介质的容污能力，避免系统过早堵塞，有助于延长滤芯使用寿命。

Zetaplus EXT单层过滤单元，共有17种不同精度可选择，每个过滤单元内，过滤介质的面积为2.5m2。

在多数情况下，双层过滤的效果优于单层过滤。Zetaplus EXT过滤介质拦截污染物的原理主要有2种，一是机械拦截，利用孔径、过滤介质的深度及多孔过滤通道来拦截液体中体积较大的杂质；二是静电吸附，通过表面改性实现。通过改性的Zetaplus EXT过滤介质，其表面带有正电荷，可吸附去除带有负电的杂质。Zetaplus EXT系列的双层过滤介质，对去除带有负电的病毒、DNA、细菌内毒素、细胞碎片等，比单层过滤介质具有明显优势。因为双层过滤介质厚度增加，延长了杂质在过滤介质内部的滞留时间，从而使杂质与过滤介质内表面接触时间增加，提高了静电吸附的效果。

深层过滤在细胞收获液的第一步澄清过滤中，是不可或缺的重要步骤，机械拦截起到了主要的作用。此时，因单个过滤单元所包含的过滤介质面积大的优势，单层比双层的过滤效果更好。细胞收获液的澄清过滤工艺中，需考虑细胞密度、细胞存活率来设计过滤系统，通常使用2级过滤，第一级采用过滤面积大的单层过滤单元，第二级采用精密的双层过滤单元，以提高过滤的经济效益。

结语

3M新型一次性全自动深层过滤系统Automated EZP是适用于批次量高于6000L的生物制药工艺中澄清过滤的最佳选择。通过对比，该过滤系统可降低批次量10000L的澄清过滤工艺的综合过滤成本。该过滤系统具备单层、双层过滤介质设计，使澄清过滤有更多选择。产品可提供从小试、中试到量产的不同型号，为工艺参数设计及系统放大提供帮助。