Úvod do principu složek dutých vláken
1. pozadí
Komponenty dutých vláken jsou nový typ materiálu vlákna, který se skládá z duté struktury více vrstev celulózy nebo minerálů. Tento materiál má vlastnosti nízké hustoty, vysokou specifickou povrchovou plochu a vysokou porozitu, takže se široce používá při filtraci, separaci a adsorpci.
V posledních několika desetiletích se v mnoha oblastech, jako je biomedicína, potraviny a nápoje, ochrana životního prostředí a chemický průmysl, byly široce používány v mnoha oborech, jako je biomedicína, potraviny a nápoje, ochrana životního prostředí. Například v oblasti biomedicíny se komponenty dutých vláken používají k přípravě biofarmaceutických produktů a bioreaktorů. V oblasti ochrany životního prostředí se pro úpravu vody, čištění odpadních vod a čištění vzduchu používají složky dutých vláken.
Pozadí komponent dutých vláken je velmi bohaté. V aplikacích to byl nejen ověřen, ale má také hluboký výzkumný základ v oblasti materiálových věd a technologie vlákna. Díky své jedinečné struktuře a výkonu mají komponenty dutých vláken vysoký potenciál a v budoucnu budou i nadále hrát důležitou roli.
2. princip
Definice technologie separace membrány:
Filtrační membrána: tenký filmový materiál vyrobený z porézních polymerů s jednou nebo více vrstvami;
Technologie separace membrány: Technologie separace, která používá vnější podmínky, jako je rozdíl tlaku nebo rozdíl v koncentraci jako hnací síla, aby umožnily projít pouze určité specifické látky ve více složkách, zatímco jiné látky jsou zachyceny; Obvykle se používá při separaci, čištění a koncentraci směsí.
Filtrační metoda:
Přímá filtrace proudu: Také známá jako filtrace slepá ulička, proudí napájecí kapalina kolmo k povrchu filtrační membrány, všechny kapaliny procházejí filtračním médiem a znečišťující látky jsou zadržovány uvnitř nebo na povrchu filtrační membrány.
Například: Filtrace objasnění, prefiltrace, filtrace sterilizace, filtrace odstraňování virů, vakuový filtr, hlavně koncentrovaný v kategorii mikrofiltrace.
Filtrace tangenciálního toku: Také známá jako filtrace křížového toku, proudící kapalina teče rovnoběžně s povrchem filtrační membrány, část kapaliny prochází filtračním médiem a znečišťující látky jsou zadrženy na povrchu filtrační membrány nebo refluxu od druhého konce membrány.
Například: balíček membrány, ultrafiltrace dutých vláken, soustředěná hlavně v kategorii ultrafiltrace.
Rysy filtrace TFF:
Pracovní princip filtrace tangenciálního toku (TFF) je, že roztok proudí ve směru rovnoběžně s membránou. Pod tlakem molekuly menší než membránové póry procházejí membránou a stávají se permeátem, zatímco molekuly větší než póry membrány jsou zachovány a stávají se koncentrát.
Koncepty související s dutými vlákny:
Rozdíl transmembránového tlaku (TMP): Průměrný rozdíl tlaku na obou stranách membrány je hnací silou pro kapalinu projít membránou. Difference Transmesmebrane Tlasis=(pin + preurn) / 2- ppermeatte
Flux: Množství tekutiny, která prochází membránou na jednotku membránové plochy za jednotku času. LMH, L/(M2.H)
Normalizovaný tok vody (NWP: normalizovaná propustnost vody): tok vody při tlaku jednotky a standardní teplotu. L/(M2.H.PSI)
Cutoff molekulové hmotnosti (MWCO): charakterizuje velikost pórů ultrafiltrační membrány.
Minimální pracovní objem: Minimální pracovní objem filtračního systému tangenciálního toku odkazuje na objem cirkulující kapaliny potřebný pro provoz systému za specifických podmínek toku tangenciálního toku. Minimální pracovní objem závisí na průtoku retenčního a cirkulačního průtoku systému a komponent. V aplikacích s vysokou koncentrací, jako je koncentrace viru, je minimální pracovní objem důležitým hlediskem a objem koncentrace cílového refluxu musí být vyšší než minimální pracovní objem systému.
Rychlost smyku: Rychlost změny rychlosti průtoku tekutiny vzhledem k poloměru kanálu kruhového toku. Na rozdíl od balíčku membrány se v experimentech s dutými vlákny obvykle používají smyková rychlost namísto tangenciálního průtoku k charakterizaci cirkulačního toku rovnoběžného s membránou.
Polarizace koncentrace: Během procesu ultrafiltrace se soluty, které se nemohou procházet membránou, se hromadí na povrchu membrány pod tlakem, aby vytvořily gelovou vrstvu. Koncentrace v oblasti poblíž rozhraní membrány se zvyšuje a vyšší. Pod působením koncentračního gradientu se zvyšuje difúze solutu z povrchu membrány k roztoku, což zvyšuje odolnost proti tekutině a lokální osmotický tlak, což vede ke snížení toku.
Gelová vrstva: Je to hlavní faktor v odporu ultrafiltračních membrán.
Faktory, které je třeba zvážit při výběru membrán s dutými vlákny:
1. Volba membránové formy: U vzorků, které jsou objasněny, bohaté na částice, mají vysokou viskozitu a vyžadují nízkou koncentraci smykové síly, jako jsou molekuly viru velkých částic s nízkou stabilitou, jsou pro objasnění/koncentraci obvykle vybrány duté vlákniny;
2. Volba průměru vlákna: 0. 5mm Vnitřní průměr je preferován pro koncentraci/diafiltrace vzorku; 1. 0 MM Vnitřní průměr je preferován pro vyjasnění vzorku;
3. Volba přesnosti filtrace: Velikost pórů membrány dutých vláken ovlivní jeho přesnost filtrace. Vhodná velikost pórů by měla být vybrána podle požadavků konkrétní aplikace, aby byla zajištěna účinná filtrace cílové látky. Následuje několik běžných možností aplikace:
① Koncentrace/diafiltrace: Aby bylo možné účinně zachytit cílovou molekulu a zajistit výtěžek, se obecně doporučuje velikost membránové póry 1/{1}}/5 molekuly cílového vzorku. Současně, aby se minimalizoval obsah nečistot během procesu koncentrace a diafiltrace, měla by být velikost pórů co nejvíce nejvíce pod podmínkou, že je zaručen výnos cílové molekuly;
② Vyjasnění: Doporučuje se vybrat velikost membránových pórů, která je 5-10 časy větší než cílová molekula, aby byla zajištěna co nejvíce výnos cílové molekuly, zejména pokud je vzorek velmi „špinavý“, měla by být vybrána velikost membránového póru více než 10krát;
③ Molekulární separace: Pokud chcete použít filtrační membránu tangenciálního toku k oddělení dvou cílových molekul různých velikostí, měla by být molekulová hmotnost cílové molekuly nejméně 10krát odlišná a diafiltrace by měla stačit;
④ Sběr buněk: Pokud je cílový protein exprimován v tašce E. coli, prvním krokem ke sběru bakterií je použití ultrafiltrační membrány 500k/750k.
4. Efektivní délka: Funkce zesílení procesu dutých vláken je, že pokud je efektivní délka udržována konzistentní, lze provést přímé zesílení procesu. Komponenty různých délek však nelze lineárně amplifikovat kvůli významnému rozdílu v poklesu tlaku na obou koncích a podle toho se také změní vnitřní tlak a rozdělení průtoku průtokového kanálu. K ošetření materiálů s vysokou viskozitou a vysokým znečištěním se obvykle vybírají komponenty s délkami kanálu kratšího průtoku.
Aplikace komponent dutých vláken
Oblasti aplikace:
Čištění, koncentrace a dialýza vakcín
Čištění, koncentrace a dialýza virových vektorů
Objasnění a filtrace buněk a bakterií ve fermentačním vývaru
Zotavení a mytí buněk a bakterií
Koncentrace a dialýza proteinů
Funkce produktu:
Nižší tok než membránové balíčky
Jemný k materiálům
Jednoduchý a otevřený kanál toku
Snadno sestavitelné
Snadné vyprázdnění
Výběr MWCO:
Během procesu léčby je nutné zvážit selektivitu separace membrány a riziko zablokování. Proto by měly být pod předpokladem zajištění selektivity a toku membrány s relativně malými póry vybrány co nejvíce, aby se snížil pomalý vstup částic nečistot do membránových pórů a prodloužil životnost. Běžné scénáře zpracování jsou následující:
Koncentrace viru, čištění, odstranění: 100kd, 300kd, 500kd, 750 kD
Vysvětlení rekombinantního proteinu/protilátky: 500 KD, 750 kD
Koncentrace bakterií: 500 KD, 750 kD
