Introduksjon til prinsippet om hule fiberkomponenter

1. bakgrunn

Hul fiberkomponenter er en ny type fibermateriale, som består av en hul struktur av flere lag cellulose eller mineraler. Dette materialet har egenskapene til lav tetthet, høyt spesifikt overflateareal og høy porøsitet, så det er mye brukt i filtrering, separasjon og adsorpsjon.

 

I løpet av de siste tiårene har hule fiberkomponenter blitt mye brukt på mange felt som biomedisin, mat og drikke, miljøvern og kjemisk industri. For eksempel, i feltet biomedisin, brukes hule fiberkomponenter til å fremstille biofarmasøytiske produkter og bioreaktorer. Innen miljøvern brukes hule fiberkomponenter til vannbehandling, avløpsbehandling og luftrensing.

 

Bakgrunnen til hule fiberkomponenter er veldig rik. Det har ikke bare blitt verifisert mye i applikasjoner, men har også et dypt forskningsfundament innen materialvitenskap og fiberteknologi. På grunn av sin unike struktur og ytelse har hule fiberkomponenter et stort potensial og vil fortsette å spille en viktig rolle i fremtiden.

2. prinsipp

Definisjon av membran separasjonsteknologi:

Filtermembran: Et tynt filmmateriale laget av porøse polymerer med ett eller flere lag;

Membran separasjonsteknologi: En separasjonsteknologi som bruker eksterne forhold som trykkforskjell eller konsentrasjonsforskjell som en pådriver for å la bare visse spesifikke stoffer i flere komponenter passere gjennom, mens andre stoffer blir avskjært; vanligvis brukt i separasjon, rensing og konsentrasjon av blandinger.

 

Filtreringsmetode:

Rettstrømsfiltrering: Også kjent som blindvei-filtrering, strømmer fôrvæsken vinkelrett på overflaten av filtermembranen, alle væsker passerer gjennom filtermediet, og forurensninger holdes inne i eller på overflaten av filtermembranen.

For eksempel: avklaringsfiltrering, prefiltrering, steriliseringsfiltrering, virusfjerningsfiltrering, vakuumfilter, hovedsakelig konsentrert i kategorien mikrofiltrering.

 

Tangensiell strømningsfiltrering: Også kjent som tverrstrømningsfiltrering, strømmer fôrvæsken parallelt med overflaten av filtermembranen, en del av væsken passerer gjennom filtermediet, og miljøgifter holdes på overflaten av filtermembranen eller tilbakeløp fra den andre enden av membranen.

 

For eksempel: membranpakke, ultrafiltrering av hul fiber, hovedsakelig konsentrert i kategorien ultrafiltrering.

Funksjoner ved TFF -filtrering:

Arbeidsprinsippet for tangentiell strømningsfiltrering (TFF) er at løsningen flyter i en retning parallelt med membranen. Under trykket passerer molekyler mindre enn membranporene gjennom membranen og blir permeat, mens molekyler større enn membranporene blir beholdt og blir konsentrat.

 

Konsepter relatert til hule fibre:

Transmembran trykkforskjell (TMP): Den gjennomsnittlige trykkforskjellen på begge sider av membranen er drivkraften for at væsken skal passere gjennom membranen. Transmembrane trykkforskjell=(pin + preturn) / 2- ppermeate

Flux: Mengden væske som passerer gjennom membranen per membranområde per enhetstid. Lmh, l/(m2.h)

Normalisert vannfluks (NWP: Normalisert vannpermeabilitet): Fluksen av vann ved enhetstrykk og standardtemperatur. L/(m2.h.psi)

Molekylvektavskjæring (MWCO): Karakteriserer porestørrelsen på ultrafiltreringsmembranen.

Minimum arbeidsvolum: Minimum arbeidsvolum for tangensiell strømningsfiltreringssystem refererer til det sirkulerende væskevolumet som kreves for å betjene systemet under spesifikke tangensielle strømningsstrømningsbetingelser. Minimum arbeidsvolum avhenger av retensjonsvolumet og sirkulasjonsstrømningshastigheten til systemet og komponentene. I høykonsentrasjonsapplikasjoner, som viruskonsentrasjon, er det minste arbeidsvolumet en viktig vurdering, og målets reflukkonsentrasjonsvolum må være høyere enn det minste arbeidsvolumet til systemet.

Skjærhastighet: endringshastigheten for strømningshastigheten til væsken i forhold til radiusen til den sirkulære strømningskanalen. I motsetning til membranpakken, i hule fibereksperimenter, brukes skjærhastigheten vanligvis i stedet for den tangensielle strømningshastigheten for å karakterisere sirkulasjonsstrømmen parallelt med membranen.

Konsentrasjonspolarisering: Under ultrafiltreringsprosessen akkumuleres oppløste stoffene som ikke kan passere gjennom membranen på membranoverflaten under trykk for å danne et gellag. Konsentrasjonen i området nær membrangrensesnittet blir høyere og høyere. Under virkningen av konsentrasjonsgradienten øker diffusjonen av oppløsningen fra membranoverflaten til løsningen, noe som øker væskemotstanden og det lokale osmotiske trykket, noe som resulterer i en reduksjon i fluks.

Gellag: Det er hovedfaktoren i motstanden til ultrafiltreringsmembraner.

 

Faktorer du må vurdere når du velger hule fibermembraner:

1. Valg av membranform: For prøver som er avklart, rike på partikler, har høy viskositet og krever lav skjærkraftkonsentrasjon, så som store partikkelvirusmolekyler med lav stabilitet, hulke fibermembraner er vanligvis valgt for avklaring/konsentrasjon og diafiltrasjon;

2. Valg av fiberdiameter: 0. 5mm indre diameter er å foretrekke for prøvekonsentrasjon/diafiltrering; 1. 0 mm indre diameter er å foretrekke for prøveavklaring;

3. Valg av filtreringsnøyaktighet: Porestørrelsen på den hule fibermembranen vil påvirke dens filtreringsnøyaktighet. Den aktuelle porestørrelsen bør velges i henhold til kravene i den spesifikke applikasjonen for å sikre effektiv filtrering av målstoffet. Følgende er flere vanlige applikasjonsalternativer:

① Konsentrasjon/diafiltrering: For effektivt å avskjære målmolekylet og sikre utbyttet, anbefales en membranporestørrelse på 1/3-1/5 i målprøvemolekylet. Samtidig, for å minimere innholdet av urenheter under konsentrasjons- og diafiltreringsprosessen, bør porestørrelsen være så stor som mulig under forutsetning av at målmolekylutbyttet er garantert;

② Avklaring: Det anbefales å velge en membranporestørrelse som er 5-10 ganger større enn målmolekylet for å sikre målmolekylutbyttet så mye som mulig, spesielt hvis prøven er veldig "skitten", en membranporestørrelse på mer enn 10 ganger skal velges;

③ Molekylær separasjon: Hvis du vil bruke en tangensiell strømningsfiltreringsmembran for å skille to målmolekyler i forskjellige størrelser, skal molekylvekten til målmolekylet være minst 10 ganger forskjellig, og diakiltrasjonen skal være tilstrekkelig;

④ Cellsamling: Hvis målproteinet kommer til uttrykk i en E. coli -pose, er det første trinnet for å samle bakteriene å bruke en ultrafiltreringsmembran på 500K/750K.

 

4. Effektiv lengde: Prosessforsterkningsfunksjonen til hule fibre er at så lenge den effektive lengden holdes konsistent, kan direkte prosessforsterkning utføres. Imidlertid kan komponenter i forskjellige lengder ikke lineært forsterkes på grunn av den signifikante forskjellen i trykkfall i begge ender, og den indre trykk- og strømningshastighetsfordelingen av strømningskanalen endres også deretter. Vanligvis har komponenter med kortere strømningskanallengder en tendens til å bli valgt når du behandler materialer med høy viskositet og høy begroing.

 

Påføring av hule fiberkomponenter

Applikasjonsområder:

Rensing, konsentrasjon og dialyse av vaksiner

Rensing, konsentrasjon og dialyse av virale vektorer

Avklaring og filtrering av celler og bakterier i gjæringsbuljong

Gjenoppretting og vasking av celler og bakterier

Konsentrasjon og dialyse av proteiner

Produktfunksjoner:

Nedre fluks enn membranpakker

Skånsom mot materialer

Enkel og åpen flytkanal

Lett å montere

Lett å tømme

MWCO -utvalg:

Det er nødvendig å vurdere separasjonsselektiviteten til membranen og risikoen for blokkering under behandlingsprosessen. Derfor, under forutsetningen om å sikre selektivitet og fluks, bør membraner med relativt små porer velges så mye som mulig for å redusere den langsomme innføringen av urenhetspartikler i membranporene og forlenge levetiden. Vanlige behandlingsscenarier er som følger:

Viruskonsentrasjon, rensing, fjerning: 100kd, 300kd, 500kd, 750kd

Rekombinant protein/antistoffavklaring: 500kd, 750kd

Bakteriekonsentrasjon: 500kd, 750kd