Johdanto onttojen kuitukomponenttien periaatteeseen
1. Tausta
Ontto kuitukomponentit ovat uuden tyyppinen kuitumateriaali, joka koostuu monien selluloosan tai mineraalien monien kerroksien ontosta rakenteesta. Tällä materiaalilla on alhaisen tiheyden, korkean spesifisen pinta -alan ja korkean huokoisuuden ominaisuudet, joten sitä käytetään laajasti suodatuksessa, erottelussa ja adsorptiossa.
Muutaman viime vuosikymmenen aikana onttoja kuitukomponentteja on käytetty laajasti monilla aloilla, kuten biolääketiede, ruoka ja juoma, ympäristönsuojelu ja kemianteollisuus. Esimerkiksi biolääketieteen alalla onttoja kuitukomponentteja käytetään biofarmaseuttisten tuotteiden ja bioreaktorien valmistukseen. Ympäristönsuojelun alalla onttokuitukomponentteja käytetään vedenkäsittelyyn, jäteveden käsittelyyn ja ilmanpuhdistukseen.
Onttojen kuitukomponenttien tausta on erittäin rikas. Sitä ei ole vain varmennettu sovelluksissa, vaan sillä on myös syvä tutkimussäätiö materiaalitieteen ja kuitutekniikan aloilla. Onttojen kuitukomponenttien ainutlaatuisen rakenteen ja suorituskyvyn vuoksi on suuri potentiaali ja heillä on edelleen tärkeä rooli tulevaisuudessa.
2. periaate
Määritelmä kalvon erotustekniikka:
Suodatinkalvo: ohutkalvomateriaali, joka on valmistettu huokoisista polymeereistä yhdellä tai useammalla kerroksella;
Kalvojen erotustekniikka: erotustekniikka, joka käyttää ulkoisia olosuhteita, kuten paine -eroa tai pitoisuuseroa käyttövoimana, jotta tietyt spesifiset aineet mahdollistavat vain useissa komponenteissa, kun taas muut aineet sieppataan; Käytetään yleensä seosten erottelussa, puhdistamisessa ja pitoisuudessa.
Suodatusmenetelmä:
Suoravirran suodatus: Tunnetaan myös nimellä umpikujan suodatus, syöttöneste virtaa kohtisuorassa suodatinkalvon pintaan, kaikki nesteet kulkevat suodatinväliaineen läpi ja epäpuhtaudet säilytetään suodatinkalvon sisäpuolella tai pinnalla.
Esimerkiksi: selvennyssuodatus, esisuunnitteleminen, sterilointisuodatus, viruksen poistosuodatus, tyhjiösuodatin, joka on pääosin keskittynyt mikrofiltraation luokkaan.
Tangentiaalinen virtaussuodatus: Tunnetaan myös nimellä ristivirtaussuodatus, syöttöneste virtaa suodatinkalvon pinnan suuntaisesti, osa nesteestä kulkee suodatinväliaineen läpi ja epäpuhtaudet säilytetään suodatinkalvon pinnalla tai palautusjäähdytyksellä kalvon toisesta päästä.
Esimerkiksi: membraanipaketti, ontto kuidun ultrasuodatus, pääasiassa keskittyneenä ultrasuodatusluokkaan.
TFF -suodatuksen ominaisuudet:
Tangentiaalisen virtauksen suodatuksen (TFF) toimintaperiaate on, että liuos virtaa kalvon yhdensuuntaiseen suuntaan. Paineen alla kalvojen huokoset pienemmät molekyylit kulkevat kalvon läpi ja muuttuvat permeaatiksi, kun taas molekyylit, jotka ovat suurempia kuin kalvon huokoset säilytetään ja muuttuvat konsentraatteiksi.
Onttoihin kuituihin liittyvät käsitteet:
Kalvon läpäisypaineero (TMP): Membraanin molemmilla puolilla oleva keskimääräinen paineero on nesteen liikkeellepaneva voima kulkea kalvon läpi. Läpäisevä paine -ero=(PIN + PreOrturn) / 2- pperMeate
Flux: Kalvon läpi kulkevan nesteen määrä membraanialueella yksikköä kohti. LMH, L/(M2.H)
Normalisoitu vesivirta (NWP: Normalisoitu veden läpäisevyys): Veden virtaus yksikköpaineessa ja vakiolämpötilassa. L/(M2.H.PSI)
Molekyylipainon raja (MWCO): karakterisoi ultrafiltraatiokalvon huokoskoko.
Pienin työtilavuus: Tangentiaalinen virtaussuodatusjärjestelmän minimimääräinen työmäärä viittaa kiertävän nesteen tilavuuteen, jota tarvitaan järjestelmän käyttämiseen tietyissä tangentiaalisten virtausvirtausolosuhteissa. Pienin työtilavuus riippuu järjestelmän ja komponenttien retentiotilavuudesta ja verenkierron virtausnopeudesta. Korkean keskittymissovelluksissa, kuten viruspitoisuudessa, vähimmäismäärä on tärkeä näkökohta, ja kohteen palautusjäähdytyspitoisuuden määrän on oltava suurempi kuin järjestelmän minimitilavuus.
Leikkausnopeus: Nesteen virtausnopeuden muutosnopeus suhteessa pyöreän virtauskanavan säteeseen. Toisin kuin membraanipaketti, onttoissa kuitukokeissa leikkausnopeutta käytetään yleensä tangentiaalisen virtausnopeuden sijasta kiertovirtauksen karakterisoimiseksi kalvon suuntaisesti.
Konsentraatiopolarisaatio: Ulkomaitosprosessin aikana liuenneita aineita, jotka eivät pääse kulkeutumaan kalvon läpi, kerääntyvät kalvon pinnalle paineen alla geelikerroksen muodostamiseksi. Kalvorajapinnan lähellä olevan alueen konsentraatio on korkeampi ja korkeammalle. Konsentraatiogradientin vaikutuksella liuenneen aineen diffuusio kalvon pinnasta liuokseen kasvaa, mikä lisää nesteen vastustuskykyä ja paikallista osmoottista painetta, mikä johtaa vuon vähentymiseen.
Geelikerros: Se on tärkein tekijä ultrasuodatuskalvojen vastustuskykyyn.
Tekijät, jotka on otettava huomioon valittaessa onttoja kuitukalvoja:
1. Membraanimuodon valinta: Näytteille, jotka on kirkastettu, runsaasti hiukkasia, on korkea viskositeetti ja ne vaativat alhaisen leikkausvoimakonsentraation, kuten suuret hiukkasvirusmolekyylit, joilla on alhainen stabiilisuus, onttokuitukalvot valitaan yleensä selventämistä/konsentraatiota ja diafiltraatiota;
2. Kuidun halkaisijan valinta: 0. 5 mm Sisähalkaisija on edullinen näytteen pitoisuudelle/diafiltraatiolle; 1. 0 mm Sisähalkaisija on edullinen näytteen selventämiselle;
3. Suodatustarkkuuden valinta: Ontto kuitukalvon huokoskoko vaikuttaa sen suodatustarkkuuteen. Asianmukainen huokoskoko olisi valittava erityissovelluksen vaatimusten mukaisesti kohde -aineen tehokkaan suodatuksen varmistamiseksi. Seuraavassa on useita yleisiä sovellusvaihtoehtoja:
① Konsentraatio/diafiltraatio: Kohdimolekyylin tehokkaaseen sieppaamiseksi ja saannon varmistamiseksi suositellaan 1/3-1/5 kalvon huokoskoko 1/3-1/5. Samanaikaisesti epäpuhtauksien sisällön minimoimiseksi pitoisuus- ja diafiltraatioprosessin aikana huokoskoon tulisi olla mahdollisimman suuri sillä ehdolla, että kohdemolekyylin saanto on taattu;
② Selkeys: On suositeltavaa valita kalvon huokoskoko, joka on 5-10 kertaa suurempi kuin kohdemolekyyli, jotta kohdenmolekyyli saadaan mahdollisimman paljon, varsinkin jos näyte on erittäin "likainen", on valittu kalvon huokoskoko yli 10 kertaa;
③ Molekyylierottelu: Jos haluat käyttää tangentiaalista virtauksen suodatuskalvoa kahden erikokoisen kohdemolekyylin erottamiseen, kohdemolekyylin molekyylipainon tulisi olla vähintään 10 kertaa erilainen, ja diafiltraation tulisi olla riittävä;
④ Solujen keräys: Jos kohdeproteiini ekspressoituu E. coli -pussiin, ensimmäinen vaihe bakteerien keräämiseksi on käyttää ultrasuodatuskalvoa 500 k/750k.
4. Tehokas pituus: Onttojen kuitujen prosessin monistusominaisuus on, että niin kauan kuin tehokas pituus pidetään yhdenmukaisena, voidaan suorittaa suora prosessivahvistus. Eri pituuksien komponentteja ei kuitenkaan voida vahvistaa lineaarisesti, koska painepisarassa on merkittävä ero molemmissa päissä, ja myös virtauskanavan sisäinen paine ja virtausnopeuden jakautuminen muuttuvat vastaavasti. Yleensä komponentit, joilla on lyhyemmät virtauskanavan pituudet, valitaan yleensä käsitellessä materiaaleja, joilla on korkea viskositeetti ja korkea likaantuminen.
Onttokuitukomponenttien levitys
Sovellusalueet:
Rokotteiden puhdistaminen, pitoisuus ja dialyysi
Virusvektorien puhdistaminen, pitoisuus ja dialyysi
Solujen ja bakteerien selventäminen ja suodatus käymisliemessä
Solujen ja bakteerien palautuminen ja pesu
Proteiinien pitoisuus ja dialyysi
Tuoteominaisuudet:
Alempi vuoto kuin kalvopaketit
Lempeästi materiaaleihin
Yksinkertainen ja avoin virtauskanava
Helppo koota
Helppo tyhjentää
MWCO -valinta:
On tarpeen harkita kalvon erottelun selektiivisyyttä ja tukkeutumisriskiä hoitoprosessin aikana. Siksi selektiivisyyden ja vuon varmistamisessa on valittava membraanit, joilla on suhteellisen pienet huokoset, mahdollisimman paljon epäpuhtauspartikkelien hitaan pääsyn vähentämiseksi kalvohuokosiin ja pidentämään käyttöikä. Yleiset käsittelyskenaariot ovat seuraavat:
Viruksen pitoisuus, puhdistus, poisto: 100 kd, 300 kd, 500 kD, 750 kD
Rekombinanttiproteiini/vasta -aineiden selvennys: 500 kD, 750 kD
Bakteerikonsentraatio: 500 kD, 750 kD
