Úvod do princípu komponentov dutých vlákien
1. Pozadie
Komponenty dutých vlákien sú nový typ vláknového materiálu, ktorý pozostáva z dutej štruktúry viacerých vrstiev celulózy alebo minerálov. Tento materiál má charakteristiky nízkej hustoty, vysokej špecifickej plochy povrchu a vysokej pórovitosti, takže sa široko používa pri filtrácii, separácii a adsorpcii.
V posledných niekoľkých desaťročiach sa komponenty dutých vlákien široko používajú v mnohých oblastiach, ako je biomedicín, potraviny a nápoje, ochrana životného prostredia a chemický priemysel. Napríklad v oblasti biomedicínu sa zložky dutých vlákien používajú na prípravu biofarmaceutických výrobkov a bioreaktorov. V oblasti ochrany životného prostredia sa komponenty dutých vlákien používajú na úpravu vody, čistenie odpadových vôd a čistenie vzduchu.
Pozadie komponentov dutých vlákien je veľmi bohaté. V aplikáciách sa nielen overil, ale má aj hlboký výskumný základ v oblasti materiálových vedy a technológie vlákien. Vďaka svojej jedinečnej štruktúre a výkonu majú komponenty dutých vlákien vysoký potenciál a budú naďalej zohrávať dôležitú úlohu v budúcnosti.
2. Princíp
Definícia technológie separácie membrány:
Filter membrána: tenký filmový materiál vyrobený z poréznych polymérov s jednou alebo viacerými vrstvami;
Technológia separácie membrány: technológia separácie, ktorá využíva vonkajšie podmienky, ako je rozdiel tlaku alebo rozdiel koncentrácie ako hnacia sila, aby umožnila iba určité špecifické látky vo viacerých komponentoch, zatiaľ čo iné látky sú zachytené; zvyčajne sa používa pri separácii, čistení a koncentrácii zmesí.
Metóda filtrácie:
Filtrácia s jedným prúdom: Známe tiež ako slepá filtrácia, toky kvapaliny kvapaliny kolmú na povrch filtračnej membrány, všetky kvapaliny prechádzajú filtračným médiom a znečisťujúce látky sa zachovávajú vo vnútri alebo na povrchu filtračnej membrány.
Napríklad: objasnená filtrácia, predfiltrácia, filtrácia sterilizácie, filtrácia odstraňovania vírusu, vákuový filter, koncentrovaný hlavne v kategórii mikrofiltrácie.
Filtrácia tangenciálneho toku: Známy tiež ako filtrácia krížového toku, toky kvapaliny kvapaliny rovnobežne s povrchom filtračnej membrány, časť kvapaliny prechádza filtračným médiom a znečisťujúce látky sa zachovávajú na povrchu filtračnej membrány alebo refluxu z druhého konca membrány.
Napríklad: membránové balenie, ultrafiltrácia dutej vlákniny, hlavne koncentrovaná v kategórii ultrafiltrácie.
Vlastnosti filtrácie TFF:
Pracovný princíp filtrácie tangenciálneho toku (TFF) je to, že roztok tečie v smere rovnobežne s membránou. Pod tlakom prechádzajú molekuly menšie ako membránové póry membránou a stávajú sa permeátom, zatiaľ čo molekuly väčšie ako membránové póry sa zachovávajú a stávajú sa koncentrát.
Koncepty týkajúce sa dutých vlákien:
Rozdiel transmembránového tlaku (TMP): Priemerný rozdiel tlaku na oboch stranách membrány je hnacou silou, aby kvapalina prešla membránou. Transmembránový tlakový rozdiel=(pin + preturn) / 2- ppermeate
Tok: Množstvo tekutiny, ktorá prechádza cez membránu na jednotku membránovej plochy za jednotku času. LMH, L/(M2.H)
Normalizovaný tok vody (NWP: normalizovaná priepustnosť vody): Tok vody pri jednotkovom tlaku a štandardnej teplote. L/(m2.h.psi)
Cutoff molekulovej hmotnosti (MWCO): Charakterizuje veľkosť pórov ultrafiltračnej membrány.
Minimálny pracovný objem: Minimálny pracovný objem systému filtrácie tangenciálneho toku sa vzťahuje na objem cirkulujúcej kvapaliny potrebný na prevádzkovanie systému za špecifických podmienok tangenciálneho toku. Minimálny pracovný objem závisí od retenčného objemu a prietoku obehu systému a komponentov. V aplikáciách s vysokou koncentráciou, ako je koncentrácia vírusu, je minimálny pracovný objem dôležitým faktorom a objem koncentrácie cieľovej refluxu musí byť vyšší ako minimálny pracovný objem systému.
Rýchlosť šmyku: Rýchlosť zmeny rýchlosti prietoku tekutiny vzhľadom na polomer kruhového prietokového kanála. Na rozdiel od membránového balíka sa v experimentoch s dutinami vlákien zvyčajne používa šmyková rýchlosť namiesto tangenciálneho prietoku na charakterizáciu toku obehu rovnobežného s membránom.
Polarizácia koncentrácie: Počas procesu ultrafiltrácie sa rozpustené látky, ktoré nemôžu prejsť membránom, akumulujú sa na povrchu membrány pod tlakom, aby sa vytvorila gélová vrstva. Koncentrácia v oblasti blízko rozhrania membrány sa zvyšuje a vyššia. Pri pôsobení koncentračného gradientu sa zvyšuje difúzia rozpustenej látky z povrchu membrány k roztoku, čo zvyšuje rezistenciu na tekutinu a lokálny osmotický tlak, čo vedie k zníženiu toku.
Gélová vrstva: Je hlavným faktorom rezistencie ultrafiltračných membrán.
Faktory, ktoré je potrebné brať do úvahy pri výbere membrán s dutých vlákien:
1. Výber membránovej formy: Pre vzorky, ktoré sú vyčistené, bohaté na častice, majú vysokú viskozitu a vyžadujú nízku koncentráciu šmykovej sily, ako sú molekuly veľkých častíc s nízkou stabilitou, sa membrány z dutých vlákien zvyčajne vyberajú na vyčistenie/koncentráciu a diafiltráciu;
2. Výber priemeru vlákien: 0. 5 mm vnútorný priemer sa uprednostňuje pre koncentráciu vzorky/diafiltrácia; 1. 0 MM Vnútorný priemer sa uprednostňuje na objasnenie vzorky;
3. Výber presnosti filtrácie: Veľkosť pórov membrány dutej vlákniny ovplyvní jej presnosť filtrácie. Vhodný veľkosť pórov by sa mal zvoliť podľa požiadaviek konkrétnej aplikácie na zabezpečenie efektívnej filtrácie cieľovej látky. Nasleduje niekoľko bežných možností aplikácie:
① Koncentrácia/diafiltrácia: Na účinné zachytenie cieľovej molekuly a zabezpečenie výťažku sa všeobecne odporúča veľkosť membránovej veľkosti pórov 1/{1}}/5 cieľovej molekuly vzorky. Súčasne, aby sa minimalizoval obsah nečistôt počas procesu koncentrácie a diafiltrácie, veľkosť pórov by mala byť čo najväčšia pod podmienkou, že je zaručený výťažok cieľovej molekuly;
② Vysvetlenie: Odporúča sa vybrať veľkosť membránovej veľkosti pórov, ktorá je 5-10 krát väčšia ako cieľová molekula, aby sa zabezpečila čo najviac výťažku cieľovej molekuly, najmä ak je vzorka veľmi „špinavá“, mala by sa vybrať veľkosť pórov membrány viac ako 10 -krát;
③ Molekulárna separácia: Ak chcete použiť tangenciálnu filtráciu toku na oddelenie dvoch cieľových molekúl rôznych veľkostí, molekulová hmotnosť cieľovej molekuly by mala byť najmenej 10 -krát odlišná a diafiltrácia by mala byť dostatočná;
④ Zbierka buniek: Ak je cieľový proteín exprimovaný v taške E. coli, prvým krokom na zber baktérií je použitie ultrafiltračnej membrány 500k/750k.
4. Efektívna dĺžka: Vlastnosť amplifikácie procesu dutých vlákien je taká, že pokiaľ je efektívna dĺžka udržiavaná konzistentná, môže sa vykonať priama amplifikácia procesu. Komponenty rôznych dĺžok však nemožno lineárne zosilniť z dôvodu významného rozdielu v poklese tlaku na oboch koncoch a podľa toho sa tiež menia vnútorný tlak a rozdelenie prietoku prietokového kanála. Zvyčajne sa komponenty s kratšími dĺžkami prietokového kanála vyberajú pri ošetrení materiálov s vysokou viskozitou a vysokým znečistením.
Aplikácia komponentov dutých vlákien
Oblasti aplikácií:
Čistenie, koncentrácia a dialýza vakcín
Čistenie, koncentrácia a dialýza vírusových vektorov
Objasnenie a filtrácia buniek a baktérií vo fermentačnom vývaru
Zotavenie a pranie buniek a baktérií
Koncentrácia a dialýza proteínov
Vlastnosti produktu:
Nižší tok ako membránové balíčky
Jemné materiály
Jednoduchý a otvorený prietokový kanál
Ľahko zostaviteľné
Ľahko sa vyprázdni
Výber MWCO:
Počas procesu liečby je potrebné zvážiť separačnú selektivitu membrány a riziko zablokovania. Preto by sa podľa predpokladu zabezpečenia selektivity a toku mali čo najviac vyberať membrány s relatívne malými pórmi, aby sa znížil pomalý vstup častíc nečistôt do membránových pórov a predĺžil životnosť. Bežné scenáre spracovania sú nasledujúce:
Koncentrácia vírusu, čistenie, odstránenie: 100 kd, 300 kd, 500 kd, 750 kd
Objasnenie rekombinantného proteínu/protilátky: 500 kd, 750 kd
Koncentrácia baktérií: 500 kD, 750 kd
