在细胞培养、培养基储存、发酵、无菌液体转移以及真空操作等实验过程中，我们往往希望系统尽可能保持密闭，以降低环境污染物进入体系的风险。

但“密闭”并不意味着完全隔绝气体交换。

当液体被加入或排出容器，当培养体系持续发生气体交换，当储液瓶经历温度变化，或者当系统处于抽真空、加压等工作状态时，容器内部的气体体积和压力都会发生变化。如果空气无法顺利进出，可能出现容器变形、液体输送不稳定、过滤速度下降甚至系统运行异常；而如果直接将容器与外界环境连通，又会增加颗粒、微生物及其他污染物进入系统的风险。

这也构成了实验室通气过程中一个看似简单却非常典型的矛盾：

系统既需要“呼吸”，又不能毫无防护地向环境开放。

空气过滤器（通气过滤器）正是用于解决这一问题的一类过滤组件。

01 为什么密闭实验系统仍然需要通气？

一个常见的储液瓶可以帮助我们理解空气过滤器的作用。

假设液体不断从一个密闭容器中被泵出。如果没有空气进入，随着液体体积减少，容器内部会逐渐形成负压。对于柔性容器而言，可能表现为袋体或瓶体收缩；对于刚性容器而言，则可能造成液体输送速度下降，甚至影响泵送系统正常工作。

反过来，当液体被不断加入容器、体系升温或者内部产生气体时，如果气体无法释放，又可能形成正压。

最直接的解决办法当然是给容器留一个开口。

但开放式通气同时意味着，环境中的颗粒、微生物和气溶胶也获得了进入系统的通道。

因此，在许多实验室和生物工艺场景中，我们真正需要的并不是简单地“开一个孔”，而是建立一个：

允许气体通过、同时对外界污染建立过滤屏障的受控通气界面。

这正是空气过滤器最基本的工作逻辑。

02 什么是空气过滤器？

空气过滤器可理解为安装在容器、管路或设备气体接口上的过滤装置。

其主要作用通常包括：

• 支持空气或工艺气体进入和排出；
• 帮助平衡系统内部与外部压力；
• 减少环境颗粒及微生物通过通气口进入系统的风险；
• 在部分应用中保护真空管路或设备免受液体和污染物侵入；
• 为培养、储存、转移和发酵等过程提供更加可控的气体交换条件。

从外观上看，一些小型空气过滤器与常见的针式过滤器非常相似，但两者的设计重点并不完全相同。

液体过滤器主要关注液体样品通过膜时的截留效率、化学兼容性、蛋白吸附以及过滤回收率等因素；空气过滤器处理的主要是空气或气体，因此除了截留性能之外，还需要特别关注：

膜的疏水性、空气流量、压降、过滤面积以及液体侵入风险。

也正因为如此，空气过滤器不应简单理解成“用来过滤空气的针式过滤器”。

03 通气过程中真正需要解决的几个问题

外界污染进入系统

培养液、培养基、无菌水以及部分高纯试剂，在储存和使用过程中通常希望尽可能减少外界污染。

如果容器直接通过开放式气孔与环境相连，在空气进入容器的同时，也可能带入颗粒、微生物或气溶胶。

因此，对于要求较高的体系，空气进入系统之前往往需要首先经过过滤。

正压与负压变化

液体加入、排出、温度变化以及气体生成都会引起容器内部压力变化。

如果通气能力不足，可能导致：

• 容器膨胀或收缩；
• 液体输送速度降低；
• 泵送过程不稳定；
• 系统压力不断累积；
• 过滤或转移效率下降。

空气过滤器因此不单承担“截留”的作用，同时也是系统气体平衡的一部分。

液体接触过滤膜

实验过程中还经常出现另外一种情况：

容器倾斜、摇晃、液面过高或者形成冷凝液之后，液体可能直接接触空气过滤器。

如果过滤膜容易被水性液体润湿，其气体通过能力可能明显下降，甚至阻塞原本的通气路径。

因此，如何在允许空气通过的同时，尽量降低水性液体对膜的润湿，是空气过滤器设计中的一个关键问题。

这也解释了为什么疏水膜在这一领域如此常见。

04 为什么空气过滤器经常采用疏水膜？

PTFE 是空气过滤器中非常常见的一种膜材料。

其中一个重要原因就在于其天然疏水特性。

对于水性培养基、缓冲液或试剂体系而言，疏水膜能够在正常工作条件下帮助阻止液体直接进入膜孔，同时空气和其他气体仍可以通过。

因此可以将它简单理解为：

“让气体通过，同时尽量避免水性液体堵住这条通气路径。”

这对于培养瓶通气、储液容器通气、真空管路保护以及发酵系统等应用尤其重要。

市场上还可以看到疏水PES、PVDF等膜材料。不同膜材在疏水性能、气体流量、耐化学性、灭菌适应性以及具体应用环境方面存在差异。

因此，更准确的选型逻辑应该是：

先理解应用对气体过滤和液体阻隔的要求，再选择合适的膜材料。

而不是简单地看到“空气过滤器”，就默认必须选择某一种膜。

05 0.22 μm 是不是越小越好？

在通气过滤产品中，0.22 μm 是非常常见的孔径规格，尤其是在无菌通气和微生物污染控制要求较高的场景下。

但这并不意味着：

孔径越小，空气过滤器就一定越好。

过滤膜在提高截留能力的同时，也会对气体流动产生阻力。

因此实际应用中还需要考虑一个经常被忽略的重要指标——气体流量与压降。

假设一个较大的储液系统需要快速补充空气，如果过滤器有效过滤面积过小，或者气流阻力过高，即使膜孔径满足要求，系统仍然可能因为通气能力不足而形成明显负压。

所以空气过滤器的选型，本质上是多个性能之间的平衡：

孔径 × 过滤面积 × 气体流量 × 压降 × 滤膜

也就是说：

孔径决定“需要截留什么”，而过滤面积和气体流量则决定“系统能不能顺畅呼吸”。

对于不同应用而言，这两方面同样重要。

06 除了孔径，空气过滤器还应该关注什么？

选择空气过滤器时，可以从以下几个维度综合判断。

1. 膜材

需要考虑：

• 是否需要疏水膜；
• 所处理的气体及可能接触液体的化学性质；
• 是否存在溶剂或腐蚀性介质；
• 是否需要进行高温或其他形式的灭菌处理。

PTFE 在通气过滤中应用广泛，但并不是唯一选择。

2. 孔径

0.2 μm 常用于微生物污染控制要求较高的通气场景，0.45 μm 等规格也可用于其他气体过滤应用。

因此孔径应该根据具体过滤目标选择，而不是单纯追求更小。

3. 有效过滤面积

对于空气过滤器来说，这一点非常重要。

过滤面积越大，通常意味着能够提供更高的气体通量和更低的系统阻力。

小型培养瓶与大型储液容器对空气过滤器的气体流量要求显然不同，因此不能只依据孔径选择产品。

4. 气体流量与压降

如果过滤器阻力过高，系统可能无法及时完成压力平衡。

因此对于发酵、液体转移、储液系统或较高流量气体应用，气体流量和压降往往是非常值得关注的性能参数。

5.连接方式

空气过滤器最终需要成为系统的一部分，因此接口设计同样重要。

不同应用可能需要：

• 宝塔软管接头；
• Luer 接口；
• 不同尺寸软管连接；
• 不同进出口结构。

一个膜性能优秀但无法稳定连接到现有系统的过滤器，同样无法解决实际问题。

6. 无菌状态与灭菌方式

还需要区分两个容易混淆的概念：

产品是否以无菌状态提供，与产品是否适用于某种灭菌处理，并不是同一个问题。

实际选型时应进一步确认产品的包装状态、灭菌方式以及是否能够承受目标实验流程所要求的灭菌条件。

07 空气过滤器常见于哪些实验场景？

培养瓶及培养容器

细胞培养、微生物培养以及部分摇瓶培养过程中通常需要持续气体交换，同时又希望减少外界污染进入体系。

此时空气过滤器可以作为培养系统与外部环境之间的过滤界面。

培养基、缓冲液及无菌水储存

当液体从密闭储液容器中不断排出时，需要空气进入容器以维持压力平衡。

在通气口安装过滤器，可以在补充空气的同时降低环境污染直接进入储液体系的风险。

发酵及生物工艺系统

发酵过程通常涉及更持续、更复杂的气体交换，对过滤面积、流量、压降以及微生物截留能力的要求也更高。

在这类系统中，空气过滤器已经不再只是一个单独的耗材，而是整个气体管理系统的一部分。

真空管路保护

在部分真空应用中，疏水空气过滤器还可以安装于真空管路，用于降低水性液体、液滴或污染物进入下游设备的风险。

高压灭菌及容器压力平衡

部分耐高温空气过滤器还可以用于需要高压蒸汽灭菌的容器和系统，为灭菌、冷却等过程中产生的压力变化提供受控通气路径。

需要注意的是，不同产品能够承受的灭菌方式和循环次数并不相同，应以具体产品规格为准。

真正有效的过滤，从理解系统开始

空气过滤器可能只是实验系统中的一个小型耗材，但它承担的却是一个非常关键的任务：

在气体交换与污染控制之间建立平衡。

从培养瓶到储液系统，从真空管路到生物工艺设备，随着实验室系统越来越强调密闭化、标准化和污染控制，空气过滤器的角色也正在从简单的“空气过滤器”，逐渐转变为整个流体和气体管理系统中的重要功能组件。

因此，选择空气过滤器时，不应只关注 PTFE、0.2 μm 等单一参数，而需要综合考虑膜材、孔径、过滤面积、气体流量、压降、接口以及灭菌方式等因素。

好的空气过滤器，不只是把空气过滤干净，更应该让整个系统能够安全、稳定地“呼吸”。

关于欧尔赛斯

欧尔赛斯持续关注实验室样品前处理与过滤应用，通过不同过滤材料、规格及产品结构，为实验室和生命科学领域提供更加灵活的过滤耗材选择。

针对不同的空气过滤应用，我们不单关注过滤膜本身，也关注过滤器在实际系统中的气体流量、连接方式、使用环境以及与实验流程的匹配。

从一个过滤器，到整个过滤应用，我们希望帮助客户找到更加合适的解决方案。