Вступ до принципу компонентів порожнистого волокна

1. Фон

Компоненти порожнистого волокна - це новий тип волоконного матеріалу, який складається з порожнистої структури множинних шарів целюлози або мінералів. Цей матеріал має характеристики низької щільності, високої специфічної площі поверхні та високої пористість, тому він широко використовується у фільтрації, розділенні та адсорбції.

 

За останні кілька десятиліть компоненти порожнистих волокон широко використовуються в багатьох галузях, таких як біомедицина, їжа та напої, захист навколишнього середовища та хімічна промисловість. Наприклад, у галузі біомедицини компоненти порожнистих волокон використовуються для приготування біофармацевтичних продуктів та біореакторів. У галузі захисту навколишнього середовища компоненти порожнистих волокон використовуються для очищення води, очищення стічних вод та очищення повітря.

 

Фон компонентів порожнистих волокон дуже багатий. Він не тільки був широко перевіряється в додатках, але й має глибокий науково -дослідний фонд у галузі матеріалознавства та технології волокон. Завдяки своїй унікальній структурі та продуктивності компоненти порожнистих волокон мають високий потенціал і продовжуватимуть відігравати важливу роль у майбутньому.

2. Принцип

Визначення технології поділу мембран:

Фільтр -мембрана: тонкий плівковий матеріал, виготовлений з пористих полімерів з одним або декількома шарами;

Технологія поділу мембран: Технологія поділу, яка використовує зовнішні умови, такі як різниця тиску або різниця концентрації як рушійна сила, що дозволяє проходити лише певні конкретні речовини в декількох компонентах, тоді як інші речовини перехоплені; Зазвичай використовується в поділі, очищенні та концентрації сумішей.

 

Метод фільтрації:

Фільтрація постійного струму: Також відома як тупикова фільтрація, подача рідини протікає перпендикулярно до поверхні фільтрувальної мембрани, всі рідини проходять через фільтрувальне середовище, а забруднювачі зберігаються всередині або на поверхні фільтрувальної мембрани.

Наприклад: роз'яснення фільтрації, префільтрація, фільтрація стерилізації, фільтрація видалення вірусів, вакуумний фільтр, в основному зосереджені в категорії мікрофільтрації.

 

Фільтрація тангенціального потоку: також відома як фільтрація перехресного потоку, кормова рідина протікає паралельно поверхні фільтрувальної мембрани, частина рідини проходить через фільтрувальне середовище, а забруднювачі зберігаються на поверхні фільтрувальної мембрани або відбиття з іншого кінця мембрани.

 

Наприклад: мембранний пакет, ультрафільтрація порожнистого волокна, в основному зосереджена в категорії ультрафільтрації.

Особливості фільтрації TFF:

Принцип робочого фільтрації тангенціального потоку (TFF) полягає в тому, що розчин тече в напрямку, паралельному мембрані. Під тиском молекули, менші, ніж мембранні пори проходять через мембрану і стають пермеатом, тоді як молекули, більші, ніж мембранні пори зберігаються і стають концентрату.

 

Концепції, пов'язані з порожнистими волокнами:

Трансмембранна різниця тиску (TMP): середня різниця тиску з обох боків мембрани є рушійною силою для проходження рідини через мембрану. Трансмембранна різниця тиску=(pin + preturn) / 2- ppermeate

Потік: кількість рідини, яка проходить через мембрану на одиницю мембранної площі за одиницю часу. LMH, L/(M2.H)

Нормалізований потік води (NWP: нормалізована проникність води): потік води при одиниці тиску та стандартної температури. L/(m2.h.psi)

Відсутність молекулярної маси (MWCO): характеризує розмір пор ультрафільтраційної мембрани.

Мінімальний об'єм роботи: мінімальний робочий об'єм системи фільтрації тангенціального потоку відноситься до об'єму циркулюючої рідини, необхідної для роботи системи в умовах конкретних тангенціальних потоків. Мінімальний об'єм роботи залежить від об'єму утримання та витрата потоку циркуляції системи та компонентів. У додатках з високою концентрацією, такими як концентрація вірусу, мінімальний об'єм робочої роботи є важливим фактором, а об'єм концентрації цільового рефлюксу повинен бути вищим, ніж мінімальний робочий об'єм системи.

Швидкість зсуву: швидкість зміни швидкості потоку рідини відносно радіусу кругового потоку каналу. На відміну від мембранного пакету, в експериментах з порожнистими волокнами частота зсуву зазвичай використовується замість тангенціальної швидкості потоку для характеристики потоку кровообігу, паралельного мембрани.

Поляризація концентрації: Під час процесу ультрафільтрації розчинники, які не можуть проходити через мембрану, накопичуються на поверхні мембрани під тиском, утворюючи гель -шар. Концентрація в області поблизу інтерфейсу мембрани стає вищою і вище. При дії градієнта концентрації дифузія розчиненого речовини від поверхні мембрани до розчину збільшується, що підвищує стійкість до рідини та локальний осмотичний тиск, що призводить до зниження потоку.

Гель -шар: Це головний фактор стійкості мембран ультрафільтрації.

 

Фактори, які слід враховувати при виборі мембран порожнистих волокон:

1. Вибір мембранної форми: для прояснених зразків, багатих частинками, мають високу в'язкість і потребують концентрації низької сили зсуву, таких як великі молекули вірусу частинок з низькою стабільністю, для роз'яснення/концентрації та діафільтрації зазвичай відбираються порожнисті волокна -мембрани;

2. Вибір діаметра волокна: 0. 5 мм внутрішній діаметр є кращим для концентрації/діафільтрації зразка; 1. 0 мм Внутрішній діаметр є кращим для роз'яснення зразка;

3. Вибір точності фільтрації: розмір пор порожнистої волоконної мембрани вплине на її точність фільтрації. Відповідний розмір пор повинен бути обраний відповідно до вимог конкретної програми для забезпечення ефективної фільтрації цільової речовини. Нижче наведено кілька поширених варіантів додатків:

① Концентрація/діаафільтрація: Для ефективного перехоплення молекули цільової та забезпечення виходу, розміру мембранної пор 1/3-1/5 молекули цільової зразка зазвичай рекомендується. У той же час, щоб мінімізувати вміст домішок під час процесу концентрації та діафільтрації, розмір пор повинен бути якомога більшим за умови, що вихід молекули цільової гарантується;

② Роз'яснення: Рекомендується вибрати розмір мембранних пор, який є 5-10 разів більшим, ніж молекула цільової, щоб забезпечити максимальну молекулу цілі, особливо якщо зразок дуже "брудний", слід вибрати розмір мембранних пор більше ніж 10 разів;

③ Молекулярне поділ: Якщо ви хочете використовувати мембрану дотичної потоку фільтрації для розділення двох цільових молекул різних розмірів, молекулярна маса молекули цілі повинна бути не менше 10 разів різною, а діафільтрація повинна бути достатньою;

④ Колекція клітин: Якщо цільовий білок експресується в мішку E. coli, першим кроком для збору бактерій є використання ультрафільтраційної мембрани 500 К/750 К.

 

4. Ефективна довжина: Особливість посилення процесу порожнистих волокон полягає в тому, що до тих пір, поки ефективна довжина не буде послідовною, може бути виконана пряма ампліфікація процесу. Однак компоненти різної довжини не можуть бути лінійно посилені через значну різницю падіння тиску на обох кінцях, а внутрішній тиск і розподіл швидкості потоку каналу також змінюються відповідно. Зазвичай компоненти з коротшою довжиною потокових каналів, як правило, вибираються при обробці матеріалів з високою в'язкістю та високою забрудненням.

 

Застосування компонентів порожнистого волокна

Області застосування:

Очищення, концентрація та діаліз вакцин

Очищення, концентрація та діаліз вірусних векторів

Роз'яснення та фільтрація клітин та бактерій у бульйоні бродіння

Відновлення та промивання клітин та бактерій

Концентрація та діаліз білків

Особливості продукту:

Нижній потік, ніж мембранні пакети

Ніжно до матеріалів

Простий і відкритий канал потоку

Легко зібрати

Легко порожній

Вибір MWCO:

Необхідно враховувати селективність поділу мембрани та ризик блокування під час процесу лікування. Тому під передумовою забезпечення селективності та потоку мембрани з відносно невеликими порами слід вибирати якомога більше, щоб зменшити повільне введення частинок домішок у мембранні пори та продовжити термін служби. Поширені сценарії обробки такі:

Концентрація вірусу, очищення, видалення: 100 кд, 300 кд, 500 кД, 750 кд

Роз'яснення рекомбінантного білка/антитіла: 500 кд, 750 кд

Концентрація бактерій: 500kd, 750kd