Bevezetés az üreges rostkomponensek elvéhez

1. háttér

Az üreges rostkomponensek egy új típusú rostanyag, amely több cellulóz vagy ásványi réteg üreges szerkezetéből áll. Ennek az anyagnak az alacsony sűrűségű, a magas specifikus felület és a magas porozitás jellemzői vannak, tehát széles körben használják a szűrésben, az elválasztásban és az adszorpcióban.

 

Az elmúlt néhány évtizedben az üreges rostkomponenseket számos területen széles körben használják, például az orvosbiológiai orvosok, az élelmiszerek és az italok, a környezetvédelem és a vegyiparban. Például a biomedicina területén az üreges rostkomponenseket használják a biofarmakon termékek és bioreaktorok előállításához. A környezetvédelem területén az üreges rost -alkatrészeket használják vízkezeléshez, szennyvízkezeléshez és légtisztításhoz.

 

Az üreges rost -alkatrészek háttere nagyon gazdag. Nemcsak az alkalmazásokban széles körben ellenőrizték, hanem mély kutatási alapokkal is rendelkezik az anyagtudomány és a rost technológia területén. Egyedülálló szerkezete és teljesítménye miatt az üreges rost -alkatrészek nagy potenciállal rendelkeznek, és továbbra is fontos szerepet játszanak a jövőben.

2. Elv

A membrán elválasztási technológia meghatározása:

Szűrőmembrán: Vékony fóliális anyag, amely porózus polimerekből készül, egy vagy több réteggel;

Membrán elválasztási technológia: Az olyan elválasztási technológia, amely külső körülményeket, például nyomáskülönbséget vagy koncentrációs különbséget használ hajtóerőként, hogy csak bizonyos specifikus anyagok több komponensen áthaladjanak, míg más anyagokat elfognak; Általában a keverékek elválasztására, tisztítására és koncentrációjára használják.

 

Szűrési módszer:

Egy közvetlen áramszűrés: Holtpont-szűrés néven is ismert, a takarmány-folyadék a szűrőmembrán felületére merőleges, az összes folyadék áthalad a szűrő tápközegen, és a szennyező anyagok megőrzik a szűrőmembrán belsejében vagy felületén.

Például: pontosítási szűrés, pre -szűrés, sterilizációs szűrés, vírus eltávolító szűrés, vákuumszűrő, elsősorban a mikrofiltráció kategóriájába koncentrálva.

 

Tangenciális áramlási szűrés: Keresztáramú szűrés néven is ismert, a takarmány-folyadék a szűrőmembrán felületével párhuzamosan áramlik, a folyadék egy része áthalad a szűrő tápközegen, és a szennyező anyagok a membrán másik végétől megőrzik a szűrőmembrán vagy reflux felületén.

 

Például: membráncsomag, üreges szál ultraszűrés, elsősorban az ultraszűrés kategóriájába koncentrálva.

A TFF -szűrés jellemzői:

A tangenciális áramlási szűrés (TFF) működési alapelve az, hogy az oldat a membránnal párhuzamos irányba áramlik. A nyomás alatt a membrán pórusoknál kisebb molekulák áthaladnak a membránon, és áthatolnak, míg a membrán pórusoknál nagyobb molekulák megtartanak és koncentrálódnak.

 

Az üreges szálakkal kapcsolatos fogalmak:

Transzmembrán nyomáskülönbség (TMP): A membrán mindkét oldalán az átlagos nyomáskülönbség a folyadék hajtóereje a membránon. Transzmembrán nyomáskülönbség=(PIN + Preturn) / 2- ppermeate

Flux: Az a folyadékmennyiség, amely áthalad a membránon egy egység membrán területén, egységenként. LMH, L/(M2.H)

Normalizált vízáram (NWP: Normalizált vízáteresztőképesség): A víz áramlása egységnyomáson és standard hőmérsékleten. L/(m2.h.psi)

Molekulatömeg -küszöb (MWCO): Az ultraszűrőmembrán pórusméretét jellemzi.

Minimális működési térfogat: A tangenciális áramlási szűrőrendszer minimális működési térfogata arra a keringő folyadékmennyiségre vonatkozik, amely a rendszer működéséhez szükséges a specifikus tangenciális áramlási körülmények között. A minimális működési térfogat a rendszer és az alkatrészek retenciós térfogatától és keringési áramlási sebességétől függ. A nagy koncentrációs alkalmazásokban, például a víruskoncentrációban a minimális működési térfogat fontos szempont, és a cél reflux koncentráció térfogatának magasabbnak kell lennie, mint a rendszer minimális működési térfogata.

Nyírási sebesség: A folyadék áramlási sebességének változási sebessége a kör alakú áramlási csatorna sugaraihoz viszonyítva. A membráncsomagtól eltérően, üreges szálkísérletekben, a nyírási sebességet általában a tangenciális áramlási sebesség helyett használják a membránnal párhuzamos keringési áramlás jellemzésére.

Koncentráció polarizáció: Az ultraszűrési folyamat során az oldott anyagok, amelyek nem tudnak átjutni a membránon, a membrán felületén nyomás alatt halmozódnak fel, hogy gélréteget képezzenek. A membrán interfész közelében lévő terület koncentrációja egyre magasabb. A koncentráció -gradiens hatása alatt az oldott anyag diffúziója a membrán felületétől az oldatig növekszik, ami növeli a folyadékrezisztenciát és a helyi ozmotikus nyomást, ami a fluxus csökkenését eredményezi.

Gélréteg: Ez az ultraszűrőmembránok ellenállásának fő tényezője.

 

Az üreges szálmembránok kiválasztásakor figyelembe veendő tényezők:

1. A membrán forma megválasztása: A tisztított, részecskékben gazdag minták esetében nagy a viszkozitású, és alacsony nyírási erő -koncentrációra van szükség, mint például az alacsony stabilitású nagy részecskavírus molekulák, az üreges rostmembránokat általában a pontosítás/koncentráció és a diefiltráció céljából választják ki;

2. A rost átmérőjének megválasztása: 0. Az 5 mm -es belső átmérő előnyös a minta koncentrációja/difiltrációja esetén; 1.

3. A szűrési pontosság megválasztása: Az üreges szálmembrán pórusmérete befolyásolja annak szűrési pontosságát. A megfelelő pórusméretet az adott alkalmazás követelményeinek megfelelően kell kiválasztani a céltartalom hatékony szűrésének biztosítása érdekében. Az alábbiakban számos általános alkalmazási lehetőség található:

① Koncentráció/diafiltráció: A célmolekula hatékony elfogása és a hozam biztosítása érdekében általában ajánlott a membrán pórusmérete 1/3-1/5 a célminta molekulájának. Ugyanakkor a szennyeződések tartalmának minimalizálása érdekében a koncentráció és a diafiltrációs folyamat során a pórusméretnek a lehető legnagyobb mértékben kell lennie abban a helyzetben, hogy a célmolekula hozama garantált;

② Tájékosítás: Javasoljuk, hogy válasszon egy membrán pórusméretet, amely 5-10 -kor nagyobb, mint a célmolekula, hogy a célmolekula minimalatizálódjon, különösen akkor, ha a minta nagyon "piszkos", 10 -nél nagyobb membrán pórusméretet kell kiválasztani;

③ Molekuláris elválasztás: Ha tangenciális áramlási szűrési membránt szeretne használni két különböző méretű célmolekulának elválasztására, akkor a célmolekula molekulatömegének legalább tízszeresének kell lennie, és a diafiltrációnak elegendőnek kell lennie;

④ Sejtgyűjtés: Ha a célfehérjét E. coli táskában expresszálják, akkor a baktériumok összegyűjtésének első lépése az 500K/750K ultraszűrőmembrán használata.

 

4. Hatékony hosszúság: Az üreges szálak folyamaterősítési tulajdonsága az, hogy mindaddig, amíg a tényleges hosszúság konzisztens, a közvetlen folyamaterősítés elvégezhető. A különböző hosszúságú komponensek azonban nem lehet lineárisan erősíteni, mivel mindkét végén a nyomásesés szignifikáns különbsége, és az áramlási csatorna belső nyomás- és áramlási sebesség -eloszlása ​​szintén megváltozik. Általában a rövidebb áramlási csatornahosszúságú alkatrészeket általában a nagy viszkozitású és magas szennyeződésű anyagok kezelésekor választják ki.

 

Üreges rost alkatrészek alkalmazása

Alkalmazási területek:

Vakcinák tisztítása, koncentrációja és dialízise

A vírusvektorok tisztítása, koncentrációja és dialízise

A sejtek és baktériumok tisztázása és szűrése a fermentációban

A sejtek és baktériumok visszanyerése és mosása

A fehérjék koncentrációja és dialízise

Termékjellemzők:

Alsó fluxus, mint a membráncsomagok

Szelíd az anyagokhoz

Egyszerű és nyitott áramlási csatorna

Könnyen összeszerelhető

Könnyen üríthető

MWCO kiválasztása:

Fontolni kell a membrán elválasztási szelektivitását és az elzáródás kockázatát a kezelési folyamat során. Ezért a szelektivitás és a fluxus biztosításának előfeltétele alatt a viszonylag kicsi pórusokkal rendelkező membránokat a lehető legnagyobb mértékben meg kell választani, hogy csökkentsék a szennyezősági részecskék lassú belépését a membrán pórusokba, és meghosszabbítsák a szolgálati élettartamot. A közös feldolgozási forgatókönyvek a következők:

Víruskoncentráció, tisztítás, eltávolítás: 100 kd, 300 kd, 500 kd, 750 kd

Rekombináns protein/antitest magyarázata: 500 kd, 750 kd

Baktériumkoncentráció: 500 kd, 750 kd