آشنایی با اصل اجزای فیبر توخالی

1 پس زمینه

اجزای فیبر توخالی نوع جدیدی از مواد فیبر هستند که از ساختار توخالی چندین لایه سلولز یا مواد معدنی تشکیل شده است. این ماده از ویژگی های چگالی کم ، سطح سطح خاص و تخلخل بالا برخوردار است ، بنابراین به طور گسترده ای در تصفیه ، جداسازی و جذب استفاده می شود.

 

در چند دهه گذشته ، اجزای فیبر توخالی در بسیاری از زمینه ها از جمله زیست پزشکی ، مواد غذایی و آشامیدنی ، حفاظت از محیط زیست و صنایع شیمیایی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال ، در زمینه زیست پزشکی ، از اجزای فیبر توخالی برای تهیه محصولات بیو دارویی و بیوراکتورها استفاده می شود. در زمینه حفاظت از محیط زیست ، از اجزای فیبر توخالی برای تصفیه آب ، تصفیه فاضلاب و تصفیه هوا استفاده می شود.

 

زمینه اجزای فیبر توخالی بسیار غنی است. این نه تنها در برنامه های کاربردی تأیید شده است ، بلکه یک بنیاد تحقیقاتی عمیق در زمینه های علوم مواد و فناوری فیبر نیز دارد. با توجه به ساختار و عملکرد منحصر به فرد ، اجزای فیبر توخالی از پتانسیل بالایی برخوردار هستند و همچنان نقش مهمی در آینده دارند.

2. اصل

تعریف فناوری جدایی غشای:

غشای فیلتر: یک فیلم فیلم نازک ساخته شده از پلیمرهای متخلخل با یک یا چند لایه.

فناوری جداسازی غشای: یک فناوری جدایی که از شرایط خارجی مانند اختلاف فشار یا اختلاف غلظت به عنوان یک نیروی محرک استفاده می کند تا فقط مواد خاص خاصی را در اجزای مختلف منتقل کند ، در حالی که سایر مواد رهگیری می شوند. معمولاً در جداسازی ، تصفیه و غلظت مخلوط ها استفاده می شود.

 

روش تصفیه:

فیلتراسیون جریان مستقیم: همچنین به عنوان فیلتراسیون بن بست ، همچنین مایع خوراک عمود بر سطح غشای فیلتر جریان می یابد ، تمام مایعات از محیط فیلتر عبور می کنند و آلاینده ها در داخل یا روی سطح غشای فیلتر حفظ می شوند.

به عنوان مثال: تصفیه شفاف سازی ، پیش فیلتراسیون ، تصفیه عقیم سازی ، تصفیه حذف ویروس ، فیلتر خلاء ، که عمدتا در دسته ریزگردها متمرکز شده است.

 

فیلتراسیون جریان مماس: همچنین به عنوان فیلتراسیون جریان متقابل شناخته می شود ، مایع خوراک به موازات سطح غشای فیلتر جریان می یابد ، بخشی از مایع از محیط فیلتر عبور می کند و آلاینده ها از قسمت دیگر غشای فیلتر یا ریفلاکس از انتهای دیگر غشای حفظ می شوند.

 

به عنوان مثال: بسته غشایی ، Ultrafiltration فیبر توخالی ، که به طور عمده در دسته اولترافیلتراسیون متمرکز شده است.

ویژگی های تصفیه TFF:

اصل کار فیلتراسیون جریان مماس (TFF) این است که محلول در جهت موازی با غشای جریان می یابد. تحت فشار ، مولکول های کوچکتر از منافذ غشایی از غشای عبور می کنند و نفوذ می کنند ، در حالی که مولکول های بزرگتر از منافذ غشای حفظ می شوند و کنسانتره می شوند.

 

مفاهیم مربوط به الیاف توخالی:

اختلاف فشار transmembrane (TMP): میانگین اختلاف فشار در هر دو طرف غشاء ، نیروی محرکه برای عبور مایع از غشای است. اختلاف فشار transmembrane=(پین + پیش فرض) / 2- pperMeate

شار: مقدار سیال که از غشای در هر واحد غشای واحد در هر واحد عبور می کند. LMH ، L/(M2.H)

شار آب عادی (NWP: نفوذپذیری آب عادی): شار آب در فشار واحد و دمای استاندارد. l/(m2.h.psi)

قطع وزن مولکولی (MWCO): اندازه منافذ غشای اولترافیلتراسیون را مشخص می کند.

حداقل حجم کار: حداقل حجم کار سیستم تصفیه جریان مماس به حجم مایع در گردش است که برای کار با سیستم در شرایط جریان مماس خاص مورد نیاز است. حداقل حجم کار بستگی به حجم احتباس و سرعت گردش گردش سیستم و اجزای آن دارد. در کاربردهای با غلظت بالا ، مانند غلظت ویروس ، حداقل حجم کار یک نکته مهم است و حجم غلظت ریفلاکس هدف باید بالاتر از حداقل حجم کار سیستم باشد.

میزان برشی: میزان تغییر سرعت جریان سیال نسبت به شعاع کانال جریان دایره ای. بر خلاف بسته غشایی ، در آزمایش های فیبر توخالی ، معمولاً از میزان برشی به جای سرعت جریان مماس استفاده می شود تا جریان گردش خون به موازات غشای مشخص شود.

قطبش غلظت: در طی فرآیند اولترافیلتراسیون ، املاح هایی که نمی توانند از طریق غشای عبور کنند بر روی سطح غشای تحت فشار جمع می شوند تا یک لایه ژل تشکیل دهند. غلظت منطقه در نزدیکی رابط غشایی بیشتر و بیشتر می شود. تحت عمل گرادیان غلظت ، انتشار املاح از سطح غشای تا محلول افزایش می یابد ، که باعث افزایش مقاومت سیال و فشار اسمزی موضعی می شود و در نتیجه کاهش شار می شود.

لایه ژل: این عامل اصلی در مقاومت غشاهای اولترافیلتراسیون است.

 

عواملی که باید هنگام انتخاب غشاهای فیبر توخالی در نظر بگیرید:

1. انتخاب فرم غشای: برای نمونه هایی که روشن می شوند ، سرشار از ذرات ، ویسکوزیته بالایی دارند و به غلظت نیروی برشی کم نیاز دارند ، مانند مولکول های ویروس ذرات بزرگ با پایداری کم ، غشای فیبر توخالی معمولاً برای شفاف سازی/غلظت و دیافیلتراسیون انتخاب می شوند.

2. انتخاب قطر فیبر: {1}}}. قطر داخلی 5 میلی متر برای غلظت نمونه/دیافیلتراسیون ترجیح داده می شود. 1. {4}} mm قطر داخلی برای شفاف سازی نمونه ترجیح داده می شود.

3. انتخاب دقت تصفیه: اندازه منافذ غشای فیبر توخالی بر دقت تصفیه آن تأثیر می گذارد. اندازه منافذ مناسب باید با توجه به الزامات کاربرد خاص انتخاب شود تا از تصفیه مؤثر ماده هدف اطمینان حاصل شود. موارد زیر چندین گزینه مشترک برنامه وجود دارد:

① غلظت/دیافیلتراسیون: به منظور رهگیری مؤثر مولکول هدف و اطمینان از عملکرد ، اندازه منافذ غشایی 1/{1}}/5 از مولکول نمونه هدف به طور کلی توصیه می شود. در عین حال ، به منظور به حداقل رساندن محتوای ناخالصی ها در طی فرایند غلظت و دیافیلتراسیون ، اندازه منافذ باید تحت این شرط که عملکرد مولکول هدف تضمین شود ، تا حد امکان بزرگ باشد.

② شفاف سازی: توصیه می شود اندازه منافذ غشایی را انتخاب کنید که {0}}}} برابر بیشتر از مولکول هدف باشد تا از عملکرد مولکول هدف تا حد ممکن اطمینان حاصل شود ، به خصوص اگر نمونه بسیار "کثیف" باشد ، اندازه منافذ غشایی بیش از 10 بار باید انتخاب شود.

re جداسازی مولکولی: اگر می خواهید از یک غشای فیلتراسیون جریان مماس برای جدا کردن دو مولکول هدف در اندازه های مختلف استفاده کنید ، وزن مولکولی مولکول هدف باید حداقل 10 برابر متفاوت باشد و دیافیلتراسیون باید کافی باشد.

④ جمع آوری سلول: اگر پروتئین هدف در یک کیسه E. coli بیان شود ، اولین قدم برای جمع آوری باکتری ها استفاده از یک غشای Ultrafiltration 500k/750k است.

 

4. طول مؤثر: ویژگی تقویت فرایند الیاف توخالی این است که تا زمانی که طول مؤثر سازگار باشد ، می توان تقویت مستقیم فرآیند را انجام داد. با این حال ، اجزای طول های مختلف به دلیل تفاوت معنی داری در افت فشار در هر دو انتها ، به صورت خطی تقویت نمی شوند ، و فشار داخلی و توزیع سرعت جریان کانال جریان نیز بر این اساس تغییر می کند. معمولاً اجزای دارای طول کانال جریان کوتاه تر هنگام درمان مواد با ویسکوزیته زیاد و رسوب زیاد انتخاب می شوند.

 

استفاده از اجزای فیبر توخالی

مناطق کاربردی:

تصفیه ، غلظت و دیالیز واکسن ها

تصفیه ، غلظت و دیالیز بردارهای ویروسی

شفاف سازی و تصفیه سلول ها و باکتری ها در آبگوشت تخمیر

بهبود و شستشوی سلول ها و باکتری ها

غلظت و دیالیز پروتئین ها

ویژگی های محصول:

شار پایین تر از بسته های غشایی

ملایم به مواد

کانال جریان ساده و باز

مونتاژ آسان

خالی کردن آسان

انتخاب MWCO:

لازم است انتخاب جداسازی غشای و خطر انسداد در طی فرآیند درمانی را در نظر بگیرید. بنابراین ، طبق فرض اطمینان از انتخاب و شار ، غشایی با منافذ نسبتاً کوچک باید تا حد امکان انتخاب شوند تا ورود آهسته ذرات ناخالصی به منافذ غشایی کاهش یابد و عمر خدمات را گسترش دهد. سناریوهای پردازش مشترک به شرح زیر است:

غلظت ویروس ، تصفیه ، حذف: 100kd ، 300kd ، 500kd ، 750kd

توضیح پروتئین/آنتی بادی نوترکیب: 500 کیلو دالتون ، 750 کیلو دالتون

غلظت باکتریها: 500 کیلو دالتون ، 750 کیلو دالت