İçi boş fiber bileşenler prensibine giriş

1. Arka plan

İçi boş fiber bileşenler, çoklu selüloz veya mineral katmanlarının içi boş bir yapısından oluşan yeni bir fiber malzemedir. Bu malzeme düşük yoğunluk, yüksek spesifik yüzey alanı ve yüksek gözeneklilik özelliklerine sahiptir, bu nedenle filtrasyon, ayırma ve adsorpsiyonda yaygın olarak kullanılır.

 

Son birkaç on yılda, içi boş fiber bileşenleri biyomıp, gıda ve içecek, çevre koruması ve kimya endüstrisi gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, biyomıp alanında, biyofarmasötik ürünler ve biyoreaktörler hazırlamak için içi boş fiber bileşenler kullanılır. Çevre koruması alanında, su arıtma, atık su arıtma ve hava saflaştırması için içi boş fiber bileşenler kullanılır.

 

İçi boş fiber bileşenlerin arka planı çok zengindir. Sadece uygulamalarda yaygın olarak doğrulanmış değil, aynı zamanda malzeme bilimi ve fiber teknolojisi alanlarında da derin bir araştırma temeline sahiptir. Benzersiz yapısı ve performansı nedeniyle, içi boş fiber bileşenler yüksek potansiyele sahiptir ve gelecekte önemli bir rol oynamaya devam edecektir.

2. İlke

Membran ayırma teknolojisinin tanımı:

Filtre Membran: Bir veya daha fazla katmanlı gözenekli polimerlerden yapılmış ince bir film malzemesi;

Membran Ayrılma Teknolojisi: Basınç Farkı veya Konsantrasyon Farkı gibi dış koşulları kullanan bir ayırma teknolojisi, diğer maddeler kesilirken, birden fazla bileşendeki sadece belirli maddelerin geçmesine izin vermek için bir itici güç olarak; Genellikle karışımların ayrılması, saflaştırılması ve konsantrasyonunda kullanılır.

 

Filtrasyon yöntemi:

Doğru akım filtrasyonu: çıkmaz filtrasyon olarak da bilinir, besleme sıvısı filtre zarının yüzeyine dik akar, tüm sıvılar filtre ortamından geçer ve kirleticiler filtre membranının içinde veya yüzeyinde tutulur.

Örneğin: arıtma filtrasyonu, prefiltrasyon, sterilizasyon filtrasyonu, virüs çıkarma filtrasyonu, vakum filtresi, esas olarak mikrofiltrasyon kategorisinde konsantre olmuştur.

 

Teğetsel akış filtrasyonu: Çapraz akış filtrasyonu olarak da bilinen besleme sıvısı, filtre membranının yüzeyine paralel akar, sıvının filtre ortamından geçer ve kirleticiler, filtre membranının yüzeyinde veya zarın diğer ucundan reflü tutulur.

 

Örneğin: Membran paketi, içi boş fiber ultrafiltrasyon, esas olarak ultrafiltrasyon kategorisinde yoğunlaşmıştır.

TFF Filtrasyon Özellikleri:

Teğetsel akış filtrasyonunun (TFF) çalışma prensibi, çözeltinin membrana paralel bir yönde akmasıdır. Basınç altında, membran gözeneklerinden daha küçük moleküller zardan geçer ve permeat haline gelirken, membran gözeneklerinden daha büyük moleküller tutulur ve konsantre olur.

 

İçi boş liflerle ilgili kavramlar:

Transmembran Basınç Farkı (TMP): Membranın her iki tarafındaki ortalama basınç farkı, sıvının membrandan geçmesi için itici kuvvettir. Transmembran Basınç Farkı=(pin + preturn) / 2- pperMeat

Akı: Birim zaman başına birim membran alanı başına membrandan geçen sıvı miktarı. LMH, L/(M2.H)

Normalize edilmiş su akısı (NWP: normalize edilmiş su geçirgenliği): Birim basınçta su akısı ve standart sıcaklık. L/(m2.h.psi)

Moleküler ağırlık kesimi (MWCO): Ultrafiltrasyon membranının gözenek boyutunu karakterize eder.

Minimum çalışma hacmi: Teğetsel akış filtrasyon sisteminin minimum çalışma hacmi, sistemi belirli teğetsel akış koşulları altında çalıştırmak için gereken dolaşımdaki sıvı hacmini ifade eder. Minimum çalışma hacmi, sistem ve bileşenlerin tutma hacmine ve dolaşım akış hızına bağlıdır. Virüs konsantrasyonu gibi yüksek konsantrasyon uygulamalarında, minimum çalışma hacmi önemli bir husustur ve hedef reflü konsantrasyon hacmi, sistemin minimum çalışma hacminden daha yüksek olmalıdır.

Kesme hızı: Sıvının akış hızının dairesel akış kanalının yarıçapına göre değişim hızı. Membran paketinin aksine, içi boş fiber deneylerde, tevstal akış hızı yerine, membrana paralel dolaşım akışını karakterize etmek için genellikle kesme hızı kullanılır.

Konsantrasyon Polarizasyonu: Ultrafiltrasyon işlemi sırasında, zardan geçemeyen çözünenler, bir jel tabakası oluşturmak için basınç altında membran yüzeyi üzerinde birikir. Membran arayüzünün yakınındaki alandaki konsantrasyon daha da yükseliyor. Konsantrasyon gradyanının etkisi altında, çözünen maddenin membran yüzeyinden çözeltiye difüzyonu artar, bu da sıvı direncini ve lokal ozmotik basıncını arttırır, bu da akıda bir azalmaya neden olur.

Jel tabakası: Ultrafiltrasyon membranlarının direncinde ana faktördür.

 

İçi boş elyaf zarlarını seçerken dikkate alınması gereken faktörler:

1. Membran formu seçimi: Netleştirilmiş, parçacıklar bakımından zengin, yüksek viskoziteye sahip olan ve düşük stabiliteye sahip büyük partikül virüsü molekülleri gibi düşük kesme kuvveti konsantrasyonu gerektiren numuneler için genellikle arıtma/konsantrasyon ve diafiltrasyon için seçilir;

2. Lif çapı seçimi: 0. Numune konsantrasyonu/diafiltrasyonu için 5mm iç çap tercih edilir; 1. 0 mm iç çap numune açıklaması için tercih edilir;

3. Filtrasyon Doğruluğu Seçimi: İçi boş elyaf zarının gözenek boyutu filtrasyon doğruluğunu etkileyecektir. Uygun gözenek boyutu, hedef maddenin etkili filtrasyonunu sağlamak için spesifik uygulamanın gereksinimlerine göre seçilmelidir. Aşağıdakiler birkaç yaygın uygulama seçeneği:

① Konsantrasyon/diafiltrasyon: Hedef molekülü etkili bir şekilde engellemek ve verimi sağlamak için, hedef numune molekülünün 1/3-1/5'lik bir membran gözenek boyutu genellikle önerilir. Aynı zamanda, konsantrasyon ve diyafiltrasyon işlemi sırasında safsızlıkların içeriğini en aza indirmek için, gözenek boyutu, hedef molekül veriminin garanti edilmesi koşulunda mümkün olduğunca büyük olmalıdır;

② Açıklama: Hedef molekülün mümkün olduğunca verimini sağlamak için hedef molekülden daha büyük 5-10} kat daha büyük bir membran gözenek boyutunun seçilmesi önerilir, özellikle numune çok "kirli" ise, 10 kattan fazla bir membran gözenek boyutu seçilmelidir;

③ Moleküler ayırma: Farklı boyutlardaki iki hedef molekülü ayırmak için teğetsel bir akış filtrasyon membranı kullanmak istiyorsanız, hedef molekülün moleküler ağırlığı en az 10 kat farklı olmalı ve diyafiltrasyon yeterli olmalıdır;

④ Hücre toplama: Hedef protein bir E. coli torbasında eksprese edilirse, bakterileri toplamanın ilk adımı 500K/750K'lık bir ultrafiltrasyon membranı kullanmaktır.

 

4. Etkili Uzunluk: İçi boş liflerin işlem amplifikasyon özelliği, etkili uzunluk tutarlı tutulduğu sürece, doğrudan işlem amplifikasyonu gerçekleştirilebilmesidir. Bununla birlikte, her iki uçtaki basınç düşüşündeki önemli fark nedeniyle farklı uzunluklardaki bileşenler doğrusal olarak amplifiye edilemez ve akış kanalının iç basınç ve akış hızı dağılımı da buna göre değişir. Genellikle, daha kısa akış kanalı uzunluklarına sahip bileşenler, yüksek viskozite ve yüksek kirlenme ile tedavi edilirken seçilme eğilimindedir.

 

İçi boş fiber bileşenlerin uygulanması

Uygulama Alanları:

Aşı saflaştırma, konsantrasyonu ve diyaliz

Viral vektörlerin saflaştırılması, konsantrasyonu ve diyaliz

Fermantasyon et suyunda hücre ve bakterilerin açıklanması ve filtrelenmesi

Hücrelerin ve bakterilerin iyileşmesi ve yıkanması

Proteinlerin konsantrasyonu ve diyaliz

Ürün Özellikleri:

Membran paketlerinden daha düşük akı

Malzemelere Nazik

Basit ve açık akış kanalı

Montajı kolay

Boşluğu kolay

MWCO Seçimi:

Membranın ayırma seçiciliğini ve tedavi işlemi sırasında tıkanma riskini dikkate almak gerekir. Bu nedenle, seçicilik ve akı sağlama öncülünde, nispeten küçük gözeneklere sahip membranlar, safsızlık parçacıklarının membran gözeneklerine yavaş girişini azaltmak ve servis ömrünü uzatmak için mümkün olduğunca çok seçilmelidir. Ortak işleme senaryoları aşağıdaki gibidir:

Virüs konsantrasyonu, saflaştırma, çıkarma: 100kd, 300kd, 500kd, 750kd

Rekombinant protein/antikor açıklaması: 500KD, 750kd

Bakteri Konsantrasyonu: 500KD, 750KD