Въведение в принципа на компонентите на кухите влакна
1. Предистория
Компонентите на кухите влакна са нов тип влакна, който се състои от куха структура на множество слоеве целулоза или минерали. Този материал има характеристиките на ниската плътност, високата специфична повърхностна площ и високата порьозност, така че се използва широко при филтриране, разделяне и адсорбция.
През последните няколко десетилетия компонентите на кухите влакна се използват широко в много области като биомедицина, храни и напитки, опазване на околната среда и химическа промишленост. Например, в областта на биомедицината се използват компоненти на кухите влакна за приготвяне на биофармацевтични продукти и биореактори. В областта на опазването на околната среда компонентите на кухите влакна се използват за обработка на вода, пречистване на отпадни води и пречистване на въздуха.
Фонът на кухите компоненти на влакната е много богат. Той не само е бил широко проверен в приложенията, но също така има дълбока изследователска основа в областта на материалознанието и технологията за влакна. Поради своята уникална структура и производителност, компонентите на кухите влакна имат висок потенциал и ще продължат да играят важна роля в бъдеще.
2. Принцип
Определение на технологията за разделяне на мембраната:
Филтърна мембрана: тънък филмов материал, изработен от порести полимери с един или повече слоя;
Технология за разделяне на мембраната: технология за разделяне, която използва външни условия, като разлика в налягането или разлика в концентрацията като движеща сила, за да позволи само определени специфични вещества в множество компоненти да преминат, докато други вещества са прихванати; обикновено се използва при разделяне, пречистване и концентрация на смеси.
Метод на филтрация:
Филтрация на директен ток: Известна също като филтрация на задънена улица, течността на подаването тече перпендикулярно на повърхността на филтърната мембрана, всички течности преминават през филтърната среда, а замърсителите се задържат вътре или на повърхността на филтърната мембрана.
Например: филтриране на изясняване, префилтрация, филтрация на стерилизация, филтриране на вируса, вакуум филтър, концентриран главно в категорията на микрофилтрацията.
Филтрация на тангенциален поток: Известна също като филтриране на напречен поток, течността на захранването тече успоредно на повърхността на филтърната мембрана, част от течността преминава през филтърната среда и замърсителите се задържат на повърхността на филтърната мембрана или рефлукс от другия край на мембраната.
Например: мембранен пакет, ултрафилтрация на кухи влакна, концентрирана главно в категорията на ултрафилтрация.
Характеристики на TFF филтриране:
Принципът на работа на филтрацията на тангенциалния поток (TFF) е, че разтворът тече в посока, успоредна на мембраната. Под налягането молекулите, по -малки от мембранните пори, преминават през мембраната и стават пермеатни, докато молекулите, по -големи от мембранните пори, се запазват и стават концентрат.
Концепции, свързани с кухи влакна:
Трансмембранна разлика в налягането (TMP): Средната разлика на налягането от двете страни на мембраната е движещата сила за преминаване на течността през мембраната. Трансмембранна разлика в налягането=(ПИН + Греб) / 2- pperMeate
Поток: Количеството течност, което преминава през мембраната на единица мембрана за единица време. LMH, L/(M2.h)
Нормализиран воден поток (NWP: Нормализирана водна пропускливост): потокът на вода при единично налягане и стандартна температура. L/(m2.h.psi)
Молекулно прекъсване на теглото (MWCO): характеризира размера на порите на ултрафилтрационната мембрана.
Минимален работен обем: Минималният работен обем на системата за филтриране на тангенциалния поток се отнася до циркулиращия обем на течността, необходим за експлоатация на системата при специфични условия на потока на потока. Минималният работен обем зависи от обема на задържане и дебита на циркулацията на системата и компонентите. При приложения с висока концентрация, като концентрация на вируси, минималният работен обем е важно съображение и обемът на концентрацията на целевия рефлукс трябва да бъде по-висок от минималния работен обем на системата.
Скорост на срязване: Скоростта на промяна на скоростта на потока на течността спрямо радиуса на канала на кръговия поток. За разлика от мембранния пакет, при експерименти с кухи влакна, скоростта на срязване обикновено се използва вместо тангенциалната скорост на потока, за да се характеризират потока на циркулацията, успоредно на мембраната.
Поляризация на концентрация: По време на процеса на ултрафилтрация разтворените вещества, които не могат да преминат през мембраната, се натрупват върху повърхността на мембраната под налягане, за да образуват гел слой. Концентрацията в зоната в близост до мембранния интерфейс става все по -висока и по -висока. При действието на градиента на концентрацията дифузията на разтвореното вещество от повърхността на мембраната към разтвора се увеличава, което увеличава устойчивостта на течността и локалното осмотично налягане, което води до намаляване на потока.
Гел слой: Той е основният фактор за устойчивостта на ултрафилтрационните мембрани.
Фактори, които трябва да се вземат предвид при избора на мембрани от кухи влакна:
1. Избор на мембранна форма: За проби, които са изяснени, богати на частици, имат висок вискозитет и се нуждаят от ниска концентрация на силата на срязване, като големи молекули на вируса на частици с ниска стабилност, мембраните на кухите влакна обикновено се избират за изясняване/концентрация и диафилтрация;
2. Избор на диаметър на влакната: 0. Вътрешният диаметър 5 мм е предпочитан за концентрация/диафилтрация на пробата; 1. 0 mm Вътрешен диаметър е предпочитан за изясняване на пробата;
3. Избор на точност на филтриране: Размерът на порите на мембраната на кухите влакна ще повлияе на точността му на филтриране. Подходящият размер на порите трябва да бъде избран в съответствие с изискванията на конкретното приложение, за да се гарантира ефективната филтрация на целевото вещество. По -долу са няколко общи варианта на приложение:
① Концентрация/диафилтрация: За да се прихване ефективно целевата молекула и да се осигури добив, обикновено се препоръчва размер на порите на мембраната 1/3-1/5 от молекулата на целевата проба. В същото време, за да се сведе до минимум съдържанието на примесите по време на процеса на концентрация и диафилтрация, размерът на порите трябва да бъде възможно най -голям при условие, че добивът на целевата молекула е гарантиран;
② Пояснение: Препоръчва се да изберете размер на мембраната на порите, който е 5-10 пъти по -голям от целевата молекула, за да се гарантира, че целевата молекула дават колкото е възможно повече, особено ако пробата е много „мръсна“, трябва да се избере размер на мембранната пора повече от 10 пъти;
③ Молекулярно разделяне: Ако искате да използвате мембрана за филтриране на тангенциален поток, за да разделите две целеви молекули с различни размери, молекулното тегло на целевата молекула трябва да бъде поне 10 пъти по -различно и диафилтрацията трябва да е достатъчна;
④ Клетъчна колекция: Ако целевият протеин се експресира в торбичка E. coli, първата стъпка за събиране на бактериите е използването на ултрафилтрационна мембрана от 500K/750K.
4. Ефективна дължина: характеристиката на усилването на процеса на кухите влакна е, че докато ефективната дължина се поддържа постоянна, може да се извърши директно усилване на процеса. Въпреки това, компонентите с различна дължина не могат да бъдат линейно усилени поради значителната разлика в спада на налягането в двата края, а вътрешното налягане и разпределението на скоростта на дебита също се променят съответно. Обикновено компонентите с по -къси дължини на канала на потока са склонни да бъдат избрани при обработка на материали с висок вискозитет и високо замърсяване.
Прилагане на компоненти на кухи влакна
Области на кандидатстване:
Пречистване, концентрация и диализа на ваксините
Пречистване, концентрация и диализа на вирусни вектори
Изясняване и филтриране на клетки и бактерии във ферментационен бульон
Възстановяване и измиване на клетки и бактерии
Концентрация и диализа на протеини
Характеристики на продукта:
По -нисък поток от мембранните пакети
Нежно към материалите
Прост и канал с отворен поток
Лесен за сглобяване
Лесен за изпразване
Избор на MWCO:
Необходимо е да се разгледа селективността на разделянето на мембраната и риска от блокиране по време на процеса на лечение. Следователно, при предположението за осигуряване на селективност и поток, мембраните със сравнително малки пори трябва да бъдат избрани колкото е възможно повече, за да се намали бавното влизане на примесните частици в мембранните пори и да се удължи живота на експлоатацията. Общите сценарии за обработка са както следва:
Концентрация на вируса, пречистване, отстраняване: 100kd, 300kd, 500kd, 750kd
Рекомбинантно изясняване на протеин/антитела: 500kD, 750kD
Концентрация на бактерии: 500kd, 750kd
