Lil' Tuna 的回收率指标为 96% 以上,本文用三组实验检验不同板型、蛋白和起始浓度下能否达到。BSA 换液占满一块 Unfilter 96,hIgG 换液使用一块 Unfilter 24。另取 0.1、1、10 mg/mL 三个浓度的 hIgG,各用 Unfilter 96 的 8 孔。三组都换入 PBS,目标交换率 96%。各组平均交换率 96.6%–99.7%,平均回收率 96.2%–100%,换液前后的粒径接近。
hIgG(人 IgG)用 0.9% NaCl 复溶,标称浓度 0.1、1 和 10 mg/mL。BSA(牛血清白蛋白)用 PBS 复溶到 10 mg/mL。样品按各组体积加入预润湿的再生纤维素(RC)膜耗材,换入 PBS。
实验 / 样品 / 起始缓冲液 / 耗材 / 孔数
满板换液:样品 BSA 10 mg/mL;起始缓冲液 PBS;耗材 Unfilter 96,10 kDa;孔数 96
中等体积:样品 hIgG 10 mg/mL;起始缓冲液 0.9% NaCl;耗材 Unfilter 24,30 kDa;孔数 24
不同起始浓度:样品 hIgG 0.1 / 1 / 10 mg/mL;起始缓冲液 0.9% NaCl;耗材 Unfilter 96,30 kDa;孔数 每个浓度 8
三组实验的样品和耗材。目标缓冲液均为 PBS,膜材质均为 RC。
换液参数:三组都用 0.5–50 mg/mL 蛋白的默认参数:每轮去除 66% 体积,700 rpm 振摇,目标交换率 96%。运行总时长、起始和终末体积由 Lil' Tuna 测得,交换率由软件计算。
浓度与粒径:换液前后的蛋白浓度和粒径都在 Stunner 上测,扣缓冲液空白。E1% 取 IgG 13.7、BSA 6.67。粒径用 DLS(动态光散射)测,报告 144° 散射角下的 Z-average 直径。缓冲液粘度取系统默认值:PBS 0.92 cP,0.9% NaCl 0.905 cP;两者折射率都取 1.334(25 °C)。
回收率:体积取 Lil' Tuna 测得的起始和终末体积,浓度取 Stunner 测得的起始和终末浓度,按下式计算:
% 回收率 = (终末体积 × 终末浓度)÷(起始体积 × 起始浓度)× 100
Lil' Tuna 用压力式 UF/DF(超滤 / 渗滤)换液。每轮先用超声传感器测每孔体积。随后样品降入腔室,腔室充气加压,同时振摇,滤液穿过孔底的膜流出。振摇使流速快而均匀,膜面不易发生物质堆积(膜污染)。
过滤后再测一次体积,补入新缓冲液。下一轮的时长按上一轮去除的液量自动调整,每一步的截留液体积都已知。循环重复进行,直至达到目标交换率和目标体积,最后可选浓缩一步。
起始蛋白浓度等因素都会改变流速。运行中超声传感器逐孔跟踪体积变化,实时调整循环时长,让每孔都达到目标。每次运行的设置约需 15 分钟手动操作。
Figure 2. 压力式 UF/DF 循环。左侧为三种耗材;每轮依次为测体积、加压并混匀过滤、再测体积、补缓冲液,循环到目标交换率和体积,最后可选浓缩。
Unfilter 96 和 Unfilter 24 都是 SBS 板型。Una 是单根耗材,一次可运行 1–6 根。三种耗材都有 RC 膜,RC 与蛋白的相互作用小。Una 另有 PES(聚醚砜)膜,供更适合 PES 的样品选用。
耗材 / 每次样品数 / 单孔体积 / RC 膜 MWCO / PES 膜 MWCO
Unfilter 96:每次样品数 最多 96;单孔体积 100–450 µL;RC 膜 MWCO 3、10、30、100 kDa;PES 膜 MWCO —
Unfilter 24:每次样品数 最多 24;单孔体积 0.45–8 mL;RC 膜 MWCO 10、30、100 kDa;PES 膜 MWCO —
Una:每次样品数 1–6;单孔体积 0.45–8 mL;RC 膜 MWCO 10、30、100 kDa;PES 膜 MWCO 30、100 kDa
三种耗材的规格。MWCO 为截留分子量。
Figure 3. Unfilter 96(A)、Unfilter 24(B)和 Una(C)。
10 mg/mL BSA 在一块 Unfilter 96(10 kDa)的全部 96 孔中换入 PBS。终末体积和交换率都在目标值的 4% 以内,平均回收率高于目标(Table 1)。96 孔中有 95 孔回收率 ≥96%。BSA 的 Z-average 直径换液前为 7.1 nm,换液后为 7.2 ± 0.3 nm。
指标 / 起始 / 目标 / 终末
填充体积(µL):起始 428 ± 9.7;目标 450;终末 441 ± 15
交换率(%):起始 —;目标 96;终末 99.7 ± 0.3
回收率(%):起始 —;目标 ≥96;终末 100 ± 2
Z-average 直径(nm):起始 7.1;目标 —;终末 7.2 ± 0.3
Table 1. BSA 用 Unfilter 96(10 kDa)从 PBS 换入 PBS。终末值和起始填充体积为 96 孔平均值 ± 1 个标准差。
第一轮候选分子或配方筛选之后,样品数通常减少,单个样品的体积变大。Unfilter 24 每孔 0.45–8 mL,适合这一阶段的样品。
10 mg/mL hIgG 在 Unfilter 24(30 kDa)的 24 孔中从 0.9% NaCl 换入 PBS(Table 2)。平均交换率 96.6 ± 0.3%,平均回收率 100 ± 1%,24 孔的回收率都高于 96%。Z-average 直径换液前为 12.6 nm,换液后为 13.3 ± 0.4 nm。
指标 / 起始 / 目标 / 终末
填充体积(mL):起始 7.7 ± 0.03;目标 8;终末 7.2 ± 0.08
交换率(%):起始 —;目标 96;终末 96.6 ± 0.3
回收率(%):起始 —;目标 ≥96;终末 100 ± 1
Z-average 直径(nm):起始 12.6;目标 —;终末 13.3 ± 0.4
Table 2. hIgG 用 Unfilter 24(30 kDa)从 0.9% NaCl 换入 PBS。起始填充体积和终末值为 24 孔平均值 ± 1 个标准差。
0.1、1 和 10 mg/mL hIgG 各 8 孔,在 Unfilter 96(30 kDa)中从 0.9% NaCl 换入 PBS。三个浓度的运行时间都不到 2.2 小时(Figure 4)。终末浓度都接近起始浓度,平均交换率 96.7%–98.7%,平均回收率 96.2%–98.3%。
Figure 4. 0.1、1、10 mg/mL hIgG 在 Unfilter 96(30 kDa)中换液的总运行时间。
起始浓度 / 终末浓度(mg/mL) / 交换率(%) / 回收率(%)
0.1 mg/mL:终末浓度(mg/mL) 0.1 ± 0.002;交换率(%) 96.7 ± 0.3;回收率(%) 97 ± 2
1 mg/mL:终末浓度(mg/mL) 1.0 ± 0.03;交换率(%) 98.7 ± 0.5;回收率(%) 98.3 ± 2.6
10 mg/mL:终末浓度(mg/mL) 10.5 ± 0.2;交换率(%) 98.5 ± 1.2;回收率(%) 96.2 ± 2.2
Figure 4(续). 各浓度的终末浓度、交换率和回收率,为 8 孔平均值 ± 1 个标准差。
借助 SBS 板型和软件 API,换液流程可以接入液体处理和板处理机器人。每孔一次性使用,交叉污染风险低。仪器设置和自动化接入的演示见 Lil' Tuna 换液 Webinar。