TFF 什麼時候需要自動化?

從關鍵製程參數與手動操作痛點解析自動化需求

本文解析 TFF 的關鍵參數、手動痛點，以及導入全自動化 TFF 系統的最佳契機與評估指標。

內容大綱

TFF 常見應用與製程目的
TFF 製程需要關注哪些參數？
手動 TFF 通常涉及哪些操作？
為什麼 TFF 做到一定程度後會變得更難控制？
從手動操作到自動化：TFF 自動化需求如何產生？(手動與自動化 TFF 比較)
什麼時候需要 TFF 自動化？
從單一參數控制到完整製程自動化：Challenge Dream AUTO 全自動切向流過濾系統
常見問題 (FAQ)

TFF 常見應用與製程目的

TFF（Tangential Flow Filtration，切向流過濾）廣泛應用於生物製程與生命科學研究，常見於 Protein、Monoclonal Antibody（mAb）、EV / Exosome、Adeno-Associated Virus （AAV，腺相關病毒）、Lentiviral Vector（LV，慢病毒載體）及 Nucleic Acid 等樣品的濃縮、滲濾 （diafiltration）、Buffer Exchange 與純化流程。

不同應用雖然製程目的不同，但 TFF 操作普遍需要依據樣品特性、濾膜條件及製程需求，控制流速、壓力、跨膜壓差（TMP）、濃縮體積、Diafiltration及滲透通量（permeate flux）等條件。當製程時間延長、操作步驟增加，或對製程製程一致性與資料追溯性的要求提高時，人工介入與監測負荷也會逐漸增加。

延伸閱讀：欲了解 TFF 的基本原理、濃縮與滲濾等概念，可參考〈切向流過濾｜濾膜不堵、還能同時進行濃縮與滲濾，是什麼黑科技？〉。

TFF 製程

TFF 製程需要關注哪些參數？

TFF 的製程表現除受到濾膜及樣品特性影響外，操作條件亦是重要因素。流速、壓力、跨膜壓差與滲透通量等參數會彼此影響，並可能隨樣品濃度與製程進行而產生變化。因此，TFF 並非單純設定操作條件後即可完成，而需要依據實際製程狀態進行適當監測與控制。

手動 TFF 通常涉及哪些操作？

典型的手動 TFF 流程包含樣品準備與導入、啟動循環、設定流速與壓力、監測製程狀態、進行濃縮，以及於滲濾階段補充 Buffer，最後依目標濃度、體積或 DV 結束製程。以下流程圖以實驗室常見操作方式呈現，實際條件仍應依樣品特性與設備設定調整。

手動切向流操作是由操作人員直接執行流量、壓力、濃縮終點及 Buffer 添加等操作，並不代表製程控制較差。對於製程簡單、時間短或仍處於早期方法開發階段的應用，手動操作仍具有足夠的彈性。

為什麼 TFF 做到一定程度後會變得更難控制？

隨著濃縮進行，回流體積（Retentate Volume）下降、樣品濃度提高，樣品黏稠度及膜面狀態可能隨之改變，使壓力（Pressure）、TMP 與滲透通量 （Permeate Flux） 發生變化。因此，TMP 並非越高就代表過濾效率越高；過高的TMP可能加劇濃差極化與膜污染的問題，實際操作條件仍需依樣品、膜材、MWCO、膜面積及製程目標進行最佳化。

另一項常見的人工介入點是濃縮終點判定。例如將樣品由 5 L 濃縮至 500 mL，手動操作時可能需要持續確認重量、液位或體積，待達到終點體積（Final Volume） 後停止幫浦，再進行管路切換或後續製程。當這類判斷與操作需要在每次實驗中重複執行時，TFF 的挑戰就不再只是如何過濾，而是如何穩定控制整個製程。

手動操作 TFF 的痛點：

從手動操作到自動化：TFF 自動化需求如何產生？

TFF 自動化的目的，不只是讓設備開始運轉，而是將原本需要操作人員持續監測、判斷與執行的工作，轉換為系統可以自動執行或控制的流程。自動化程度可依人工介入程度區分為手動、半自動化與全自動化，並依實際製程需求選擇。

因此，在評估 TFF 自動化設備時，關鍵問題不只是「是否具備自動化」，而是哪些製程環節可以被自動監測、控制或執行。

手動與自動化 TFF 比較：

全自動化進一步整合沖洗、進樣、濃縮等製程步驟，由系統依設定流程自動執行，降低製程中的人工介入與監測需求，並提升操作一致性與製程資料完整性。

什麼時候需要 TFF 自動化？

TFF 並不存在單一的樣品體積或製程時間門檻，可以直接判定「必須導入自動化」。較合理的判斷方式，是從實際製程需求評估人工介入頻率、製程複雜度、製程一致性、操作時間及資料管理需求，以下為評估TFF自動化相關因素。

1. 製程時間較長：操作人員需要長時間監控設備與製程狀態。
2. 製程參數需要持續調整：當製程狀態變化，需要頻繁監測與調整操作條件，如流速、壓力等。
3. Diafiltration 次數較多：需要反覆進行 Buffer Exchange 或補液。
4. 對重現性要求較高：當相同製程需反覆執行，開始建立Process Development、SOP或多人操作時。
5. 對製程資料的要求提高：當需要比較不同批次、建立製程參數或進行資料追溯時。
6. TFF 使用頻率較高：人工操作逐漸形成固定且重複性的人力成本。
7. 具有 Scale-up 需求：希望建立具備明確操作條件、可記錄且具重現性的製程。

從單一參數控制到完整製程自動化：Challenge Dream AUTO 全自動切向流過濾系統

當 TFF 製程從單次濃縮演變為多階段操作時，包含 滲濾（DF）、緩衝液置換（Buffer Exchange）、沖洗（Flush）、清潔（Cleaning）及流路切換，自動化的需求也不再只是單純「TMP控制」。

RONE 代理的 Challenge Dream AUTO 系列整合 TMP、壓力、重量及其他製程訊號（如流量、導電度、pH等），並可透過程序執行濃縮（Concentration）、滲濾、清潔、補液、流路切換等步驟，提供多元彈性及最小化人工介入。

• 自動 TMP 控制 （Automatic TMP Control）
  依設定自動調整 TMP，提高製程穩定性及再現性，並降低人工監測與調整需求

• 流程自動化 （Process Automation）
  整合濃縮、滲濾、換液等多種製程步驟，減少人工切換

• 自動化流路控制（Automatic Flow-Path Switching）
  依設定及製程需求，自動執行不同製程階段的流路切換，降低人工介入與操作

• 電子化資料管理，符合 FDA 21 CFR Part 11
  支援電子紀錄、Audit Trai與權限管理，確保資料完整性及可追溯性

• 從研發到量產，可線性放大（From Research to Process Scale）
  Dream 系列支援從 20 mL至數千公升的製程需求。另有一次性流路（SU）機種，降低交叉污染風險
  
  
• 支援連續式外泌體生產，無縫銜接實驗室到商業化規模

常見問題 (FAQ)

Q1: 手動 TFF 和自動化 TFF 有什麼差別？

A1: 手動 TFF 主要由操作人員負責流速、壓力、樣品體積及製程進度的監測與調整；半自動化 TFF 可透過重量感測等方式，在達到設定條件時自動觸發設備啟停；全自動化 TFF 則進一步整合潤洗、進樣、濃縮及製程切換等步驟，由系統依設定條件自動執行。。

Q2: TFF 自動化後，是否完全不需要人為監測？

A2: 不一定，需視設備的自動化程度與控制功能而定。半自動化系統主要降低特定操作的人工介入，仍可能需要人員參與其他流程；全自動化系統則可將潤洗、進樣、濃縮及流程切換等步驟整合並自動執行，以大幅降低製程中的人工監測與操作需求。即使是全自動化系統，實際操作仍應依設備設計、製程條件及安全要求確認必要的人員管理範圍。

Q3: 如何判斷是否需要導入 TFF 自動化？

A3: 可從製程時間、人工介入頻率、製程複雜度及一致性要求進行判斷。例如 TFF 若需要長時間監控、頻繁調整 TMP 或流速、反覆進行 Diafiltration、依重量或體積判斷濃縮終點，或需要重複執行相同製程，便可進一步評估自動化需求。若僅有特定環節需要降低人工操作，也可以優先考慮半自動化，而不一定需要導入完整全自動化系統。

Q4: TFF 自動化可以自動控制哪些製程步驟？

A4: 依設備設計與自動化程度不同，可控制的項目有所差異，常見包括進樣、濃縮、Buffer 添加、潤洗、流速控制、TMP 控制、製程終點判定及流路切換等。因此，評估自動化設備時，建議不要只確認「是否自動化」，而應進一步確認哪些製程步驟可以自動執行、哪些參數可以自動控制，以及哪些環節仍需要人工介入。

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參考文獻

1. Rocker Scientific，〈切向流過濾｜濾膜不堵、還能同時進行濃縮與滲濾，是什麼黑科技？〉
2. Lüken, A. et al. (2021). Automated tangential-flow diafiltration device. HardwareX, 10, e00200.
3. A Review of Tangential Flow Filtration: Process Development and Applications in the Pharmaceutical Industry. Organic Process Research & Development, 2023.
4. Single pass tangential flow filtration: Critical operational variables, fouling, and main current applications. Separation and Purification Technology, 2022.
5. Rocker Scientific，Tanfil 100 TFF 切向流過濾系統產品資料。