Εισαγωγή στην αρχή των συνιστωσών κοίλων ινών

1 φόντο

Τα συστατικά κοίλων ινών είναι ένας νέος τύπος υλικού ινών, ο οποίος αποτελείται από μια κοίλη δομή πολλαπλών στρωμάτων κυτταρίνης ή ορυκτών. Αυτό το υλικό έχει τα χαρακτηριστικά της χαμηλής πυκνότητας, της υψηλής ειδικής επιφάνειας και του υψηλού πορώδους, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως σε διήθηση, διαχωρισμό και προσρόφηση.

 

Τις τελευταίες δεκαετίες, τα συστατικά κοίλων ινών έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πολλούς τομείς όπως η βιοϊατρική, τα τρόφιμα και τα ποτά, η προστασία του περιβάλλοντος και η χημική βιομηχανία. Για παράδειγμα, στον τομέα της βιοϊατρικής, χρησιμοποιούνται συστατικά κοίλων ινών για την παρασκευή βιοφαρμακευτικών προϊόντων και βιοαντιδραστήρων. Στον τομέα της προστασίας του περιβάλλοντος, χρησιμοποιούνται συστατικά κοίλων ινών για επεξεργασία νερού, επεξεργασία λυμάτων και καθαρισμό αέρα.

 

Το φόντο των συστατικών κοίλων ινών είναι πολύ πλούσιο. Δεν έχει επαληθευτεί μόνο ευρέως σε εφαρμογές, αλλά έχει επίσης ένα βαθύ ερευνητικό ίδρυμα στους τομείς της επιστήμης των υλικών και της τεχνολογίας ινών. Λόγω της μοναδικής δομής και της απόδοσής του, τα συστατικά κοίλων ινών έχουν υψηλό δυναμικό και θα συνεχίσουν να διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στο μέλλον.

2. Αρχή

Ορισμός της τεχνολογίας διαχωρισμού μεμβράνης:

Μεμβράνη φίλτρου: ένα υλικό λεπτού φιλμ από πορώδη πολυμερή με ένα ή περισσότερα στρώματα.

Τεχνολογία διαχωρισμού μεμβράνης: Μια τεχνολογία διαχωρισμού που χρησιμοποιεί εξωτερικές συνθήκες όπως διαφορά πίεσης ή διαφορά συγκέντρωσης ως κινητήρια δύναμη για να επιτρέψει μόνο ορισμένες συγκεκριμένες ουσίες σε πολλαπλά συστατικά να περάσουν, ενώ άλλες ουσίες παρεμποδίζονται. Συνήθως χρησιμοποιείται στον διαχωρισμό, τον καθαρισμό και τη συγκέντρωση μιγμάτων.

 

Μέθοδος διήθησης:

Διόρθωση άμεσης ρεύματος: Επίσης γνωστή ως διήθηση αδιέξοδου, το υγρό τροφοδοσίας ρέει κάθετες στην επιφάνεια της μεμβράνης του φίλτρου, όλα τα υγρά περνούν μέσω του μέσου του φίλτρου και οι ρύποι διατηρούνται μέσα ή στην επιφάνεια της μεμβράνης του φίλτρου.

Για παράδειγμα: η διήθηση διευκρίνισης, η διήθηση, η διήθηση αποστείρωσης, η διήθηση απομάκρυνσης του ιού, το φίλτρο κενού, κυρίως συγκεντρωμένο στην κατηγορία μικροδιήθησης.

 

Διόρθωση εφαπτομενικής ροής: Επίσης γνωστή ως διήθηση διασταυρούμενης ροής, το υγρό τροφοδοσίας ρέει παράλληλα με την επιφάνεια της μεμβράνης του φίλτρου, μέρος του υγρού διέρχεται από το μέσο φίλτρου και οι ρύποι διατηρούνται στην επιφάνεια της μεμβράνης φίλτρου ή της παλινδρόμησης από το άλλο άκρο της μεμβράνης.

 

Για παράδειγμα: πακέτο μεμβράνης, υπερδιήθηση κοίλων ινών, επικεντρωμένη κυρίως στην κατηγορία της υπερδιήθησης.

Χαρακτηριστικά διήθησης TFF:

Η αρχή λειτουργίας της διήθησης εφαπτομενικής ροής (TFF) είναι ότι η λύση ρέει σε κατεύθυνση παράλληλη με τη μεμβράνη. Κάτω από την πίεση, τα μόρια μικρότερα από τους πόρους της μεμβράνης διέρχονται από τη μεμβράνη και γίνονται διαπερατά, ενώ τα μόρια μεγαλύτερα από τους πόρους της μεμβράνης διατηρούνται και συγκεντρώνονται.

 

Έννοιες που σχετίζονται με κοίλες ίνες:

Διαφορά διαμεμβρανικής πίεσης (TMP): Η μέση διαφορά πίεσης και στις δύο πλευρές της μεμβράνης είναι η κινητήρια δύναμη για να περάσει το υγρό μέσω της μεμβράνης. Διαδοχική διαφορά πίεσης=(pin + preturn) / 2- pperMeate

FLUX: Η ποσότητα υγρού που διέρχεται από τη μεμβράνη ανά μονάδα μεμβράνης ανά μονάδα χρόνου. LMH, L/(M2.H)

Κανονικοποιημένη ροή νερού (NWP: κανονικοποιημένη διαπερατότητα νερού): Η ροή του νερού σε πίεση μονάδας και τυπική θερμοκρασία. L/(M2.H.PSI)

Μοριακή αποκοπή βάρους (MWCO): Χαρακτηρίζει το μέγεθος πόρων της μεμβράνης υπερδιήθησης.

Ελάχιστος όγκος εργασίας: Ο ελάχιστος όγκος εργασίας του συστήματος διήθησης εφαπτομενικής ροής αναφέρεται στον όγκο του υγρού κυκλοφορίας που απαιτείται για τη λειτουργία του συστήματος υπό συγκεκριμένες συνθήκες ροής εφαπτομένης ροής. Ο ελάχιστος όγκος εργασίας εξαρτάται από τον όγκο συγκράτησης και τον ρυθμό ροής κυκλοφορίας του συστήματος και των εξαρτημάτων. Σε εφαρμογές υψηλής συγκέντρωσης, όπως η συγκέντρωση του ιού, ο ελάχιστος όγκος εργασίας είναι ένα σημαντικό θέμα και ο όγκος συγκέντρωσης της παλινδρόμησης στόχου πρέπει να είναι υψηλότερος από τον ελάχιστο όγκο εργασίας του συστήματος.

Ποσοστό διάτμησης: Ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας ροής του υγρού σε σχέση με την ακτίνα του καναλιού κυκλικής ροής. Σε αντίθεση με το πακέτο μεμβράνης, σε πειράματα κοίλων ινών, χρησιμοποιείται συνήθως ο ρυθμός διάτμησης αντί του ρυθμού εφαπτομενικής ροής για να χαρακτηρίσει τη ροή κυκλοφορίας παράλληλη με τη μεμβράνη.

Πόλωση συγκέντρωσης: Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας υπερδιήθησης, οι διαλυμένες ουσίες που δεν μπορούν να περάσουν από τη μεμβράνη συσσωρεύονται στην επιφάνεια της μεμβράνης υπό πίεση για να σχηματίσουν ένα στρώμα πηκτής. Η συγκέντρωση στην περιοχή κοντά στη διεπαφή μεμβράνης γίνεται υψηλότερη και υψηλότερη. Κάτω από τη δράση της κλίσης της συγκέντρωσης, η διάχυση της διαλελυμένης ουσίας από την επιφάνεια της μεμβράνης στο διάλυμα αυξάνεται, γεγονός που αυξάνει την αντίσταση του υγρού και την τοπική οσμωτική πίεση, με αποτέλεσμα τη μείωση της ροής.

Στρώμα πηκτής: Είναι ο κύριος παράγοντας στην αντίσταση των μεμβρανών υπερδιήθησης.

 

Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή μεμβρανών κοίλων ινών:

1 Επιλογή μορφής μεμβράνης: Για δείγματα που αποσαφηνίζονται, πλούσια σε σωματίδια, έχουν υψηλό ιξώδες και απαιτούν χαμηλή συγκέντρωση δύναμης διάτμησης, όπως μόρια μεγάλων σωματιδίων με χαμηλή σταθερότητα, οι μεμβράνες κοίλων ινών συνήθως επιλέγονται για διευκρίνιση/συγκέντρωση και διαδημοσίευση.

2. Επιλογή διαμέτρου ινών: 0. 1.

3. Επιλογή ακρίβειας διήθησης: Το μέγεθος πόρων της μεμβράνης κοίλων ινών θα επηρεάσει την ακρίβεια της διήθησης. Το κατάλληλο μέγεθος πόρου θα πρέπει να επιλεγεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις της συγκεκριμένης εφαρμογής για να εξασφαλιστεί η αποτελεσματική διήθηση της ουσίας -στόχου. Τα παρακάτω είναι αρκετές κοινές επιλογές εφαρμογής:

① Συγκέντρωση/διάσπαση: Προκειμένου να γίνει αποτελεσματικά η παρακολούθηση του μορίου στόχου και να εξασφαλιστεί η απόδοση, συνιστάται γενικά ένα μέγεθος πόρων μεμβράνης 1/{1}}/5 του μορίου δείγματος προορισμού. Ταυτόχρονα, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί το περιεχόμενο των ακαθαρσιών κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκέντρωσης και διαχείρισης, το μέγεθος των πόρων θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερο υπό την προϋπόθεση ότι η απόδοση του μορίου στόχου είναι εγγυημένη.

② Διευκρίνιση: Συνιστάται να επιλέξετε ένα μέγεθος πόρων μεμβράνης που είναι 5-10 φορές μεγαλύτερο από το μόριο -στόχο για να εξασφαλιστεί η απόδοση του μορίου στόχου όσο το δυνατόν περισσότερο, ειδικά εάν το δείγμα είναι πολύ "βρώμικο", θα πρέπει να επιλεγεί ένα μέγεθος πόρου μεμβράνης περισσότερο από 10 φορές.

③ Μοριακός διαχωρισμός: Εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε μια μεμβράνη διήθησης εφαπτομενικής ροής για να διαχωρίσετε δύο μόρια στόχου διαφορετικών μεγεθών, το μοριακό βάρος του μορίου στόχου θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 φορές διαφορετικό και η διαδημύρωση θα πρέπει να επαρκεί.

④ Συλλογή κυττάρων: Εάν η πρωτεΐνη στόχου εκφράζεται σε μια τσάντα Ε. Coli, το πρώτο βήμα για τη συλλογή των βακτηρίων είναι η χρήση μεμβράνης υπερδιήθησης των 500K/750K.

 

4. Αποτελεσματικό μήκος: Το χαρακτηριστικό ενίσχυσης της διαδικασίας των κοίλων ινών είναι ότι όσο το αποτελεσματικό μήκος διατηρείται συνεπής, μπορεί να πραγματοποιηθεί άμεση ενίσχυση της διαδικασίας. Ωστόσο, τα συστατικά διαφορετικά μήκη δεν μπορούν να ενισχυθούν γραμμικά λόγω της σημαντικής διαφοράς στην πτώση της πίεσης και στα δύο άκρα και η κατανομή της εσωτερικής πίεσης και της ροής του καναλιού ροής αλλάζει επίσης ανάλογα. Συνήθως, τα εξαρτήματα με μικρότερα μήκη καναλιών ροής τείνουν να επιλέγονται όταν αντιμετωπίζουν υλικά με υψηλό ιξώδες και υψηλή ρύπανση.

 

Εφαρμογή εξαρτημάτων κοίλων ινών

Περιοχές εφαρμογής:

Καθαρισμός, συγκέντρωση και αιμοκάθαρση εμβολίων

Καθαρισμός, συγκέντρωση και αιμοκάθαρση ιικών φορέων

Διευκρίνιση και διήθηση κυττάρων και βακτηρίων σε ζωμό ζύμωσης

Ανάκτηση και πλύση κυττάρων και βακτηρίων

Συγκέντρωση και αιμοκάθαρση πρωτεϊνών

Χαρακτηριστικά προϊόντος:

Χαμηλότερη ροή από τα πακέτα μεμβράνης

Απαλή στα υλικά

Απλό και ανοιχτό κανάλι ροής

Εύκολο στη συναρμολόγηση

Εύκολο να αδειάσω

Επιλογή MWCO:

Είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η επιλεκτικότητα του διαχωρισμού της μεμβράνης και ο κίνδυνος απόφραξης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θεραπείας. Επομένως, υπό την προϋπόθεση της εξασφάλισης της επιλεκτικότητας και της ροής, θα πρέπει να επιλεγούν οι μεμβράνες με σχετικά μικρούς πόρους όσο το δυνατόν περισσότερο για να μειωθεί η αργή είσοδος σωματιδίων ακαθαρσιών στους πόρους της μεμβράνης και να επεκτείνει τη διάρκεια ζωής. Τα κοινά σενάρια επεξεργασίας είναι τα εξής:

Συγκέντρωση ιού, καθαρισμός, αφαίρεση: 100kd, 300kd, 500kd, 750kd

Ανασυνδυασμένη πρωτεΐνη/διευκρίνιση αντισώματος: 500kd, 750kd

Συγκέντρωση βακτηρίων: 500kd, 750kd