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深層過濾器利用具有一定厚度的特定介質（就像海綿），去除顆粒、亞微顆粒、膠質物以及可溶的物質，從而地去除污染物。流體必須通過彎曲的路徑才能到達另一側。圖1顯示了介質中流體的流動。

 

 

邏輯上可以假設認為，粒徑大于過濾器孔徑的污染物質可以很容易地通過機械過濾去除。這種機制也稱為篩選、濾除或尺寸排阻。 

 

不過，DNA或HCP之類的污染物的去除并非如此直觀。的另一種純化機制是吸附，也就是借助電動力學或表面親和性吸附污染物。圖1中還顯示了中被吸附的顆粒。 

 

電荷修飾的介質中表現出的電動力學效果，可以去除亞微顆粒、膠質物以及溶解的污染物。深層介質的設計和制造中運用了各種孔隙結構和表面修飾。圖2 所示的是電荷修飾的深層介質與非電荷修飾的介質，在相同的條件下進行測試的結果。

 

 

結果顯示，兩種過濾器在大顆粒的機械去除方面效果一致，但是電荷修飾的過濾器可以更為有效地通過吸附去除亞微顆粒。孔隙的表面化學在污染物的去除過程中同樣發揮了重要的作用。要發揮去除機制，需要選擇孔隙表面能小于污染物表面能的過濾器。這樣，污染物在降低表面能的驅動之下，將結合至的孔隙表面，從而得以從液體流中去除。 

 

選擇*的，必須深入了解現有的商業化過濾器介質。現有的介質種類繁多，至少包括： 

 

* 用于去除負電荷物質的正電荷修飾介質 

* 具有特殊吸附特性的碳填充介質 

* 用于去除脂質的高硅氧介質 

* 熱原敏感應用中使用的低熱原性介質 

 

的評估不具實際意義，因為沒有一種標準的污染物可以用于評估所有的過濾器，并應對細胞培養介質組成的復雜性。因此，每一項應用必須測試幾種過濾器。 

過濾器優化的主要目標是讓過濾器的性能得到zui大化。在這方面，雙層產品在一個過濾器中具備了梯度的孔徑結構。較大孔徑的過濾器置于上游，其后是較細孔徑的過濾器。較大的污染物被上游的過濾層所截留，而較小的顆粒則由下游的過濾層去除。因此尺寸分布較廣的污染物通過一個步驟就可以去除。 

 

設計過濾的順序，*步是判斷需要去除或減少的物質，以及不需要去除的物質。對工藝及/或產品進行小規模的測試是非常重要的。在哺乳動物細胞培養的許多案例中，需要對各種電荷修飾的深度介質的孔徑進行測試。為了檢測過濾器的有效性，在過濾之前需要記錄一些數據，例如總細胞密度、活力、濁度、滴度。在優化過程中，需要監控每一個過濾器的壓差、濾液的重量/體積、濾液的濁度，直至達到zui終的壓差。需要記錄合并濾液的濁度、滴度、DNA濃度以及HCP濃度，并進行產品質量分析，從而決定*的過濾方案。 

 

對總細胞密度、活力以及濁度進行審核是了解批次間差異的快速方法。過濾前和過濾后的滴度數據可以顯示是否有產品留在過濾器中。每一批濾液的濁度可以作為濾液質量和有效性的指標，并且應當進行定性比較，尤其是下游使用了滅菌膜濾器的時候。 

 

如果濾液符合要求，那么隨后的步驟就是根據確定過濾序列的規模。通過分析壓降以及重量/體積數據，計算出通量并確定系統的規模。 

 

通量用一個標準化的值來表示，單位為體積/每個單位面積，通常記錄為升/平方米（L/m2）。過濾器的通量值可以用于判斷一定規模的過濾操作所需的過濾器的面積大小。 

 

例如，有1升液體需要使用25平方厘米的過濾器進行過濾。實驗完成之后，記錄為zui終壓降達到時過濾了0.85升（L）。 

 

隨后可以用該數據計算150升的批次所需的過濾表面，方法是用0.85L除以25cm2，得到0.034 L/cm2或340 L/m2。接下來，用目標批次的體積150L除以通量值340 L/m2，得到所需的過濾器面積為0.44m2。 

 

過濾器的通量值取決于特定的流速，以及所測試的的級別/孔徑。如果在小規模測試中記錄的流速是7ml/min，則150L的批次可以使用流速進行計算。方法是用流速7ml/min除以過濾器的面積25cm2，得到0.28 ml/cm2/min 或 168 LMH，這個單位就是經常使用的“升每平方米每小時”。這個值可以用于計算任何規模的過濾操作的流速，方法是用過濾面積0.44m2乘以168 LMH（74.1 L/hr = 1.2 L/min）。需要注意的是，并不會總是得到所需面積0.44m2這個確切的值。應當重復計算可能的過濾器面積。使用模塊進行設計，通常推薦進行隨后的評估。 

 

這會使得過濾器面積過大，或需要使用安全系數，這是考慮到了潛在的工藝和批次間的差異。 

 

雖然每一種產品或工藝都是*的，不過一般而言下述說明是正確的： 

 

* 過濾器單位面積內采用較低的流速，則過濾器性能更高（L/m2）。 

 

* 孔徑較小并且電荷較高的介質可以更有效地去除DNA和HCP。 

 

* 細胞形態學、總細胞密度以及獲物的活力對過濾器的性能都會產生影響。 

 

* 如果使用帶正電荷的介質，產品的等電點（pI）應當高于pH值，以獲得zui高的產品回量。 

 

* 滯留體積、可量測性、工效學以及易用性等因素會隨特定的供應商而產生變動，確定過濾工藝時也應當加以考慮。 

 

針對一種產品設定過濾工藝時需要考慮眾多的因素——滴度、濁度、DNA/HCP以及過濾器性能。通過完成中、小規模的測試，并更加深入了解深層過濾的性能，則可以獲得穩定可靠的工藝，這樣的工藝中產品質量穩定，放大后具有可靠的結果，并且縮短了工藝周期時間。 

 

有時候在放大過程中會出現問題，對于這樣的情況有相對簡單地解決方案。以下是一些例子： 

 

案例1：初次實驗的成品率為98%，但是現在卻僅為接近90%。過濾介質*一致，流速一致，產品/工藝也一致。這樣的差異如何解釋呢？ 

可能的解決方案：可能存在許多不同的根本原因，但是，很有可能與過濾器的預沖洗和后沖洗有關。基本上，產品可能沒有損失，只是被沖洗過濾器的緩沖液稀釋了。可以進行質量平衡實驗，驗證是否屬于此類狀況。 

 

案例2：在包括了兩個階段的過濾操作中，終點壓降看起來比預期到得要早。 

 

可能的解決方案：兩個過濾器的上游都是用壓力計，顯示系統的壓降，第二個過濾器上游的壓力計將顯示此過濾器的壓降，可以從系統壓降中減去第二個過濾器的壓降得出*個過濾器的壓降。有可能記錄的是系統的壓降，而不是*個過濾器的壓降。需要注意的是，每一家供應商對zui大系統壓降以及單個過濾器的壓降都規定有具體的參數。 

 

案例3：計算過濾器的預清洗液數值時，這個值是供應商規定值的100倍。 

 

可能的解決方案：單位換算時可能存在錯誤。雖然1米等于100厘米，但是1平方米等于10,000平方厘米。關鍵在于檢查計算過程和單位換算，從而確保結果的準確性。