Kiểm soát điều kiện vô trùng là yếu tố quyết định đến chất lượng của toàn bộ quá trình nuôi cấy vi sinh. Trong đó, việc hiểu đúng và chọn đúng các thiết bị lọc trong vi sinh không chỉ giúp tối ưu hiệu suất bioreactor mà còn bảo vệ toàn bộ quy trình khỏi nguy cơ nhiễm khuẩn. Bài viết dưới đây từ MT sẽ giúp bạn có cái nhìn toàn diện và thực tiễn về từng loại thiết bị lọc tiêu chuẩn đang được ứng dụng phổ biến hiện nay.
Bộ lọc khí (Gas Filters – Inlet/Outlet)
Trong hệ thống bioreactor, cả khí cấp vào và khí thải ra đều tiềm ẩn nguy cơ nhiễm khuẩn nếu không kiểm soát chặt chẽ. Bộ lọc khí đóng vai trò như “lá chắn vô trùng” ở cả đầu vào và đầu ra, giúp bảo vệ toàn bộ hệ thống khỏi tác nhân gây nhiễm. Một bộ lọc khí bao gồm:
Màng lọc PTFE và HEPA
Hai loại màng lọc được sử dụng phổ biến nhất trong ứng dụng lọc khí cho bioreactor là màng PTFE và màng HEPA. Cả hai đều có đặc tính kỵ nước, giúp ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm và các vi sinh vật có trong không khí.
Kích thước lỗ lọc tiêu chuẩn thường là 0,22 µm (dùng cho lọc vô trùng tuyệt đối) hoặc 0,45 µm (dùng cho lọc giảm tải vi khuẩn). Với kích thước lỗ 0,22 µm, màng có khả năng loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn, nấm mốc và hầu hết các hạt tạp chất có kích thước lớn hơn, đáp ứng tiêu chuẩn vô trùng trong nuôi cấy tế bào và lên men vi sinh.
Vỏ lọc (Filter Housing)
Vỏ bọc bên ngoài màng lọc cũng là một yếu tố không thể bỏ qua. Đối với quy mô phòng thí nghiệm, vỏ lọc thường được chế tạo từ Polycarbonate – vật liệu trong suốt, nhẹ, dễ kiểm tra trực quan và phù hợp với điều kiện thanh trùng autoclave.
Trong khi đó, ở quy mô công nghiệp hoặc các hệ thống yêu cầu độ bền cao, vỏ lọc bằng thép không gỉ là lựa chọn ưu tiên nhờ khả năng chịu nhiệt, chịu áp và tương thích với quy trình CIP/SIP (làm sạch và tiệt trùng tại chỗ).
Thiết bị lọc/tách tế bào (Cell Separation/Harvesting)
Sau giai đoạn nuôi cấy, việc thu hồi sinh khối hoặc sản phẩm đòi hỏi thiết bị có khả năng tách chọn lọc, không làm ảnh hưởng đến tế bào hay hoạt tính sản phẩm. Đây là bước downstream processing then chốt trong mọi quy trình sinh học.
Các thiết bị tách/lọc tế bào gồm có:
Màng siêu lọc (UF) và màng vi lọc (MF)
Công nghệ màng lọc được ứng dụng phổ biến trong giai đoạn thu hồi và tinh sạch sản phẩm. Màng siêu lọc hoạt động ở dải kích thước phân tử từ 1 – 100 kDa, phù hợp để cô đặc protein hoặc tách các đại phân tử. Màng vi lọc với kích thước lỗ từ 0,1 – 10 µm được dùng để loại bỏ tế bào vi khuẩn hay nấm men khỏi dịch nuôi cấy.
Hai dạng cấu hình phổ biến nhất là mô-đun màng sợi rỗng với diện tích màng lớn trong thể tích nhỏ, lý tưởng cho xử lý lượng dịch lớn và màng phẳng, thường dùng trong các ứng dụng quy mô nhỏ hơn hoặc trong thiết bị lọc kiểu cassette.
Bộ lọc dòng chảy ngang (Tangential Flow Filtration – TFF)
Khác với lọc trực tiếp dễ gây tắc nghẽn màng, TFF cho phép dòng dịch lỏng chạy song song với bề mặt màng thay vì xuyên thẳng qua màng. Nhờ đó, màng ít bị nghẽn và có tuổi thọ cao hơn.
Ưu điểm nổi bật của TFF là khả năng tách tế bào nhanh mà không gây tổn thương cơ học, đặc biệt phù hợp với tế bào động vật có vú và các dòng tế bào nhạy cảm.
Thiết bị lọc trong xử lý nước thải (MBR – Membrane Bioreactor)
Công nghệ MBR là sự kết hợp giữa xử lý sinh học (bể sinh học hiếu khí/kỵ khí) và tách lỏng-rắn bằng màng lọc, thay thế hoàn toàn cho bể lắng thứ cấp truyền thống. Thiết bị lọc trong xử lý nước thải có thể nhắc đến:
Màng MBR nhúng (Submerged Membrane)
Trong cấu hình nhúng chìm, module màng được đặt trực tiếp bên trong bể sinh học. Dịch lỏng được hút qua màng nhờ áp suất âm tạo bởi bơm hút, trong khi phần bùn hoạt tính, bao gồm toàn bộ quần thể vi sinh vật xử lý được giữ lại hoàn toàn trong bể. Ưu điểm của cấu hình này là tiết kiệm năng lượng và không gian lắp đặt.
Màng MBR đặt ngoài (Sidestream Membrane)
Màng MBR đặt ngoài sử dụng module màng riêng biệt, nối tiếp với bể sinh học thông qua hệ thống bơm tuần hoàn. Dịch hỗn hợp được bơm từ bể sang module màng, xử lý rồi trả phần bùn về bể. Dù tiêu tốn năng lượng hơn, cấu hình này cho phép kiểm soát và vệ sinh module màng dễ dàng hơn.
Dù áp dụng theo hình thức nào, màng MBR đều đảm bảo loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn và phần lớn mầm bệnh khỏi nước đầu ra, mang lại chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn tái sử dụng trong nhiều lĩnh vực.
Các phụ kiện kết nối
Một hệ thống lọc dù được trang bị màng lọc tốt đến đâu cũng sẽ kém hiệu quả nếu các điểm kết nối không đảm bảo độ kín. Trong thiết kế bioreactor, đầu nối ống có bậc là phụ kiện phổ biến để liên kết bộ lọc với hệ thống ống dẫn. Thiết kế có bậc tạo ra lực giữ cơ học giúp ống silicone hoặc ống Tygon bám chặt hơn, hạn chế hiện tượng tuột ống khi hệ thống hoạt động dưới áp.
Ngoài ra, việc lựa chọn phụ kiện phù hợp còn cần cân nhắc đến khả năng tương thích vật liệu, khả năng hấp nhiệt hoặc tiệt trùng bằng tia UV, cũng như thiết kế cho phép thay thế bộ lọc nhanh chóng mà không cần tháo toàn bộ hệ thống. Những yếu tố này tuy nhỏ nhưng ảnh hưởng trực tiếp đến tính liên tục và an toàn của quy trình vận hành.
Lưu ý: Việc lựa chọn các thiết bị lọc trong vi sinh phù hợp phụ thuộc vào 3 yếu tố cốt lõi: yêu cầu về mức độ vô trùng của quy trình, quy mô thể tích và đặc điểm sinh học của vi sinh vật hoặc tế bào đang nuôi cấy.
Hệ thống các thiết bị lọc trong vi sinh không chỉ là một phần hỗ trợ mà là xương sống của bất kỳ quy trình bioreactor nào. Hiểu rõ chức năng của từng loại thiết bị giúp nhà nghiên cứu và kỹ sư đưa ra quyết định lựa chọn chính xác, tiết kiệm chi phí và đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra. Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp thiết bị lọc vi sinh phù hợp cho hệ thống của mình, MT sẵn sàng đồng hành cùng bạn từ khâu tư vấn lựa chọn thiết bị đến hỗ trợ kỹ thuật vận hành.
Thông tin liên hệ:
- Hotline: 0767 067 567
- Địa chỉ: TK40/10 Đường Trần Hưng Đạo, Phường Cầu Ông Lãnh, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam.
- Email: infor@mtenequip.com
