Введение в принцип компонентов пологому волокну

1. Фон

Компоненты полого волокна представляют собой новый тип волоконного материала, который состоит из полой структуры нескольких слоев целлюлозы или минералов. Этот материал имеет характеристики низкой плотности, высокой удельной площади поверхности и высокой пористости, поэтому он широко используется в фильтрации, разделении и адсорбции.

 

За последние несколько десятилетий компоненты с полым волокном широко использовались во многих областях, таких как биомедицина, пищевые продукты и напитки, защита окружающей среды и химическая промышленность. Например, в области биомедицины компоненты полого волокна используются для приготовления биофармацевтических продуктов и биореакторов. В области охраны окружающей среды компоненты пологому волокну используются для очистки воды, очистки сточных вод и очистки воздуха.

 

Фон компонентов полого волокна очень богат. Он был не только широко проверен в приложениях, но также имеет глубокий исследовательский фонд в области материаловедения и технологии волокна. Благодаря своей уникальной структуре и производительности, компоненты полого волокна обладают высоким потенциалом и будут продолжать играть важную роль в будущем.

2. Принцип

Определение технологии отделения мембраны:

Мембрана фильтра: тонкий пленок, изготовленный из пористых полимеров с одним или несколькими слоями;

Технология разделения мембран: технология разделения, которая использует внешние условия, такие как разность давления или разность концентрации в качестве движущей силы, позволяющая проходить только определенные конкретные вещества в нескольких компонентах, в то время как другие вещества перехватываются; обычно используется в разделении, очистке и концентрации смесей.

 

Метод фильтрации:

Фильтрация постоянного тока. Также известная как тупиковая фильтрация, потоки подачи жидкости перпендикулярны поверхности мембраны фильтра, все жидкости проходят через фильтрующую среду, а загрязнители сохраняются внутри или на поверхности мембраны фильтра.

Например: фильтрация разъяснений, префильтрация, фильтрация стерилизации, фильтрация удаления вируса, вакуумный фильтр, в основном концентрированный в категории микрофильтрации.

 

Фильтрация тангенциального потока. Также известная как фильтрация поперечного потока, жидкость подаваемой жидкости параллельно поверхности фильтрационной мембраны, часть жидкости проходит через фильтрующую среду, а загрязнители сохраняются на поверхности мембраны фильтра или рефлюкса от другого конца мембраны.

 

Например: мембранная упаковка, ультрафильтрация полого волокна, в основном сконцентрированная в категории ультрафильтрации.

Особенности фильтрации TFF:

Принцип работы фильтрации тангенциального потока (TFF) заключается в том, что решение течет в направлении, параллельном мембране. Под давлением молекулы, меньшие, чем пор мембраны проходят через мембрану и становятся пермеатом, в то время как молекулы, большие, чем пор мембраны, сохраняются и становятся концентратом.

 

Концепции, связанные с пустыми волокнами:

Разница в трансмембранном давлении (TMP): средняя разность давления по обе стороны мембраны является движущей силой для прохождения жидкости через мембрану. Разница в трансмембранном давлении=(PIN + preturn) / 2- pperMeate

Поток: количество жидкости, которая проходит через мембрану на единицу площади мембраны за единицу времени. LMH, L/(M2.H)

Нормализованный поток воды (NWP: нормализованная проницаемость воды): поток воды при единичном давлении и стандартной температуре. L/(m2.h.psi)

Молекулярная среза (MWCO): характеризует размер пор мембрану ультрафильтрации.

Минимальный рабочий объем: минимальный рабочий объем системы фильтрации тангенциального потока относится к объему циркулирующей жидкости, необходимой для работы системы в определенных условиях тангенциального потока. Минимальный рабочий объем зависит от объема удержания и скорости потока циркуляции системы и компонентов. В приложениях с высокой концентрацией, таких как концентрация вируса, минимальный рабочий объем является важным фактором, и объем концентрации целевого рефлюкса должен быть выше, чем минимальный рабочий объем системы.

Скорость сдвига: скорость изменения скорости потока жидкости относительно радиуса канала кругового потока. В отличие от мембранного пакета, в экспериментах с полым волокном, скорость сдвига обычно используется вместо тангенциальной скорости потока для характеристики потока циркуляции, параллельной мембране.

Концентрационная поляризация: во время процесса ультрафильтрации растворенные вещества, которые не могут проходить через мембрану, накапливаются на поверхности мембраны под давлением, чтобы сформировать гель слой. Концентрация в области рядом с мембранным границей становится выше и выше. Под действием градиента концентрации диффузия растворенного вещества от поверхности мембраны к раствору увеличивается, что увеличивает сопротивление жидкости и локальное осмотическое давление, что приводит к снижению потока.

Гелевой слой: это основной фактор сопротивления ультрафильтрационных мембран.

 

Факторы, которые следует учитывать при выборе мембран с полым волокном:

1. Выбор мембранной формы: для выясненных образцов, богатых частицами, имеют высокую вязкость и требуют низкой концентрации силы сдвига, таких как молекулы вируса больших частиц с низкой стабильностью, мембраны с полыми волокнами обычно выбираются для разъяснения/концентрации и диафильтрации;

2. Выбор диаметра волокна: 0. 5 мм внутренний диаметр предпочтительнее для концентрации образца/диафильтрации; 1. 0 мм внутренний диаметр предпочтительнее для прояснения образца;

3. Выбор точности фильтрации: размер пор полый волоконно -волоконно -мембрана будет влиять на точность фильтрации. Соответствующий размер пор должен быть выбран в соответствии с требованиями конкретного приложения для обеспечения эффективной фильтрации целевого вещества. Ниже приведены несколько общих вариантов приложения:

① Концентрация/диафильтрация: для эффективного перехвата целевой молекулы и обеспечить выход, размер мембранной пор 1/3-1/5 целевой молекулы образца обычно рекомендуется. В то же время, чтобы свести к минимуму содержание примесей во время процесса концентрации и диафильтрации, размер пор должен быть максимально большим при условии, что выход молекулы целевой молекулы гарантирован;

② Разъяснение: рекомендуется выбрать размер мембранной пор, который составляет {0}} раз больше, чем целевая молекула, чтобы гарантировать, что целевая молекула будет максимально выбрать, особенно если образец очень «грязный», размер мембранной пор в более чем 10 раз следует выбрать;

③ Молекулярное разделение: если вы хотите использовать мембрану фильтрации тангенциального потока для разделения двух целевых молекул разных размеров, молекулярная масса молекулы -мишени должна быть как минимум в 10 раз, а диафильтрация должна быть достаточной;

④ Коллекция клеток. Если целевой белок экспрессируется в мешке E. coli, первым шагом для сбора бактерий является использование ультрафильтрационной мембраны 500K/750K.

 

4. Эффективная длина. Функция усиления процесса полых волокон заключается в том, что до тех пор, пока эффективная длина сохраняется последовательной, может быть выполнено прямое усиление процесса. Однако компоненты различных длин не могут быть линейно амплифицированы из -за значительной разницы в падении давления на обоих концах, а внутреннее давление и распределение расхода канала потока также соответственно изменяются. Обычно компоненты с более короткой длиной канала потока имеют тенденцию выбирать при обработке материалов с высокой вязкостью и высокой загрязнением.

 

Применение компонентов с полой волокном

Области применения:

Очистка, концентрация и диализ вакцин

Очистка, концентрация и диализ вирусных векторов

Разъяснение и фильтрация клеток и бактерий в ферментационном бульоне

Восстановление и промывание клеток и бактерий

Концентрация и диализ белков

Особенности продукта:

Нижний поток, чем мембранные пакеты

Нежный к материалам

Простой и открытый канал потока

Легко собирать

Легко опустошить

Выбор MWCO:

Необходимо рассмотреть селективность разделения мембраны и риск блокировки во время процесса лечения. Следовательно, в соответствии с тем, чтобы обеспечить селективность и поток, мембраны с относительно небольшими пор должны быть выбраны как можно больше, чтобы уменьшить медленный проникновение частиц примеси в порты мембраны и продлить срок службы. Общие сценарии обработки следующие:

Концентрация вируса, очистка, удаление: 100 кД, 300 кД, 500 кД, 750 кД

Рекомбинантный белок/разъяснение антител: 500 кД, 750 кД

Концентрация бактерий: 500 кД, 750 кД