Sissejuhatus õõnsate kiudkomponentide põhimõttesse

1. Taust

Õõneskiudkomponendid on uut tüüpi kiudaine materjal, mis koosneb mitme kihi tselluloosi või mineraalide õõnestruktuurist. Sellel materjalil on madala tihedusega, kõrge spetsiifilise pindala ja kõrge poorsusega omadused, nii et seda kasutatakse laialdaselt filtreerimise, eraldamise ja adsorptsiooni korral.

 

Viimastel aastakümnetel on paljudes valdkondades laialdaselt kasutatud õõnes kiu komponente, nagu biomeditsiin, toit ja jook, keskkonnakaitse ja keemiatööstus. Näiteks biomeditsiini valdkonnas kasutatakse biofarmatseutiliste toodete ja bioreaktorite valmistamiseks õõnsa kiudude komponente. Keskkonnakaitse valdkonnas kasutatakse veetöötlemiseks, reoveepuhastuseks ja õhu puhastamiseks õõnsa kiu komponente.

 

Õõneskiudkomponentide taust on väga rikas. Seda ei ole rakendustes mitte ainult laialdaselt kontrollitud, vaid sellel on ka sügav uurimistöö sihtasutus materjaliteaduse ja kiudainete tehnoloogia valdkonnas. Oma ainulaadse struktuuri ja jõudluse tõttu on õõnsa kiudkomponentidel suur potentsiaal ja nad mängivad tulevikus jätkuvalt olulist rolli.

2. põhimõte

Membraani eraldamise tehnoloogia määratlus:

Filtrimembraan: õhuke kilematerjal, mis on valmistatud ühe või mitme kihiga poorsetest polümeeridest;

Membraani eraldamise tehnoloogia: eraldamistehnoloogia, mis kasutab väliseid tingimusi, näiteks rõhu erinevust või kontsentratsiooni erinevust liikumapaneva jõuna, et võimaldada mitmetes komponentides ainult teatud spetsiifilisi aineid, samas kui muud ained on pealtkuulatud; tavaliselt kasutatakse segude eraldamisel, puhastamisel ja kontsentratsioonil.

 

Filtreerimismeetod:

DITALOOL Filtreerimine: tuntud ka kui ummikseisu filtreerimine, filtrimembraani pinnaga risti voolab toitevedelik, kõik vedelikud läbivad filteröötme ja saasteained säilitatakse filtrimembraani sees või pinnal.

Näiteks: selgituste filtreerimine, eelfiltratsioon, steriliseerimise filtreerimine, viiruse eemaldamise filtreerimine, vaakumfilter, mis on peamiselt kontsentreeritud mikrofiltratsiooni kategooriasse.

 

Tangentsiaalse voolu filtreerimine: tuntud ka kui ristvoolu filtreerimist, voolab söödavedelik paralleelselt filtrimembraani pinnaga, osa vedelikust läbi filtri söötme ja saasteained säilitatakse filtrimembraani pinnal või refluksis membraani teisest otsast.

 

Näiteks: membraanpakett, õõneskiust ultrafiltratsioon, mis on koondunud peamiselt ultrafiltreerimise kategooriasse.

TFF -filtreerimise omadused:

Tangentsiaalse voo filtreerimise (TFF) tööpõhimõte on see, et lahendus voolab membraaniga paralleelses suunas. Rõhu all läbivad membraani poorid väiksemad molekulid läbi membraani ja muutuvad permeaadiks, samas kui membraani pooridest suuremad molekulid säilitatakse ja muutuvad kontsentraatideks.

 

Kontseptsioonid, mis on seotud õõnsate kiududega:

Transmembraan rõhu erinevus (TMP): membraani mõlemal küljel on keskmine rõhu erinevus vedeliku liikumapanevaks jõud membraani läbivateks. Transmembraan rõhu erinevus=(pin + pretour) / 2- ppermeate

Voog: vedeliku kogus, mis läbib membraani membraaniühiku kohta ajaühiku kohta. LMH, L/(M2.H)

Normaliseeritud veevoog (NWP: Normaliseeritud vee läbilaskvus): vee voog ühiku rõhul ja standardtemperatuuril. L/(m2.h.psi)

Molekulmassi piir (MWCO): iseloomustab ultrafiltratsioonimembraani pooride suurust.

Minimaalne töömaht: tangentsiaalse voolu filtreerimissüsteemi minimaalne töömaht viitab tsirkuleeriva vedeliku mahule, mis on vajalik süsteemi kasutamiseks spetsiifilistes tangentsiaalse voolu tingimustes. Minimaalne töömaht sõltub süsteemi ja komponentide peetumismahust ja ringluse voolukiirusest. Suure kontsentratsiooniga rakendustes, näiteks viiruse kontsentratsioon, on oluline töömaht oluline kaalutlus ja sihtmärgi refluksi kontsentratsiooni maht peab olema kõrgem kui süsteemi minimaalne töömaht.

Nihkekiirus: vedeliku voolukiiruse muutumise kiirus võrreldes ümmarguse voolukanali raadiuse suhtes. Erinevalt membraanipaketist kasutatakse õõneskiudude katsetes nihkekiirust tavaliselt tangentsiaalse voolukiiruse asemel membraaniga paralleelse ringluse voolu iseloomustamiseks.

Kontsentratsiooni polarisatsioon: ultrafiltreerimisprotsessi ajal kogunevad lahustunud ained, mis membraani läbi ei pääse, membraani pinnale rõhu all, moodustades geelkihi. Kontsembraanliidese lähedal asuv kontsentratsioon muutub üha kõrgemale. Kontsentratsioonigradiendi toimel suureneb lahustunud aine difusioon membraani pinnalt lahusele, mis suurendab vedeliku takistust ja lokaalset osmootset rõhku, mille tulemuseks on voo vähenemine.

Geeli kiht: see on ultrafiltratsioonimembraanide vastupidavuse peamine tegur.

 

Õõnsa kiudmembraanide valimisel tuleb arvestada:

1. Membraanivormi valik: selgitatud, osakeste osas rikkalike proovide jaoks on kõrge viskoossus ja vajavad madala nihkejõu kontsentratsiooni, näiteks madala stabiilsusega osakeste viiruse molekulid, tavaliselt valitakse täpsustamiseks/kontsentratsiooniks ja diafiltreerimiseks õõneskiust membraanid;

2. kiudude läbimõõdu valik: 0. Proovi kontsentratsiooni/diafiltratsiooniks on eelistatud 5mm sisemise läbimõõtur; 1. {0 mm sisemise läbimõõt on eelistatud proovi selgitamiseks;

3. filtreerimise täpsuse valik: õõnsa kiudmembraani pooride suurus mõjutab selle filtreerimise täpsust. Pooride suurus tuleks valida vastavalt konkreetse rakenduse nõuetele, et tagada sihtaine efektiivne filtreerimine. Järgnevalt on esitatud mitu tavalist rakenduse võimalust:

① Kontsentratsioon/diafiltratsioon: sihtmolekuli tõhusaks peatamiseks ja saagise tagamiseks on üldiselt soovitatav membraani pooride suurus 1/3-1/5. Samal ajal peaks kontsentratsiooni ja diafiltreerimisprotsessi ajal lisandite sisalduse minimeerimiseks pooride suurus olema võimalikult suur tingimusel, et sihtmolekuli saagis on tagatud;

② Selgitus: on soovitatav valida membraani pooride suurus, mis on 5-10 korda suurem kui sihtmolekul, et tagada sihtmolekuli saagi võimalikult palju, eriti kui proov on väga "määrdunud", tuleks valida membraani pooride suurus rohkem kui 10 korda;

③ Molekulaarne eraldamine: kui soovite kasutada kahe erineva suurusega sihtmolekuli eraldamiseks tangentsiaalse voolu filtreerimismembraani, peaks sihtmolekuli molekulmass olema vähemalt 10 korda erinev ja diafiltratsioon peaks olema piisav;

④ rakkude kogumine: kui sihtvalk ekspresseerub E. coli kotis, on esimene samm bakterite kogumiseks kasutada ultrafiltreerimismembraani 500k/750K.

 

4. Efektiivne pikkus: õõnsate kiudude protsessi võimendamise tunnus on see, et seni, kuni efektiivne pikkus on ühtlane, saab teha otsese protsessi võimendamise. Erineva pikkusega komponente ei saa siiski lineaarselt võimendada, kuna rõhulanguse olulised erinevused mõlemas otsas ning voolukanali siserõhk ja voolukiiruse jaotus muutuvad ka vastavalt. Tavaliselt valitakse kõrge viskoossuse ja suure saastumisega materjalide töötlemisel lühema voolukanali pikkusega komponendid.

 

Õõneskiudkomponentide rakendamine

Rakendusalad:

Vaktsiinide puhastamine, kontsentratsioon ja dialüüs

Viirusvektorite puhastamine, kontsentratsioon ja dialüüs

Rakkude ja bakterite selgitamine ja filtreerimine kääritamispuljongis

Rakkude ja bakterite taastumine ja pesemine

Valkude kontsentratsioon ja dialüüs

Tooteomadused:

Madalam voog kui membraanipaketid

Materjalidele õrn

Lihtne ja avatud voolukanal

Lihtne kokku panna

Lihtne tühjendada

MWCO valik:

Raviprotsessi ajal on vaja kaaluda membraani eraldamise selektiivsust ja ummistuse riski. Seetõttu tuleks selektiivsuse ja voolu tagamise eeldusel valida võimalikult palju suhteliselt väikeste pooridega membraanid, et vähendada lisandite osakeste aeglast sisenemist membraani pooridesse ja pikendada kasutusaega. Ühised töötlemisstsenaariumid on järgmised:

Viiruse kontsentratsioon, puhastamine, eemaldamine: 100 kD, 300kd, 500kd, 750kd

Rekombinantne valk/antikehade selgitus: 500kd, 750kd

Bakterite kontsentratsioon: 500kd, 750kd