Inleiding tot het principe van holle vezelcomponenten
1. Achtergrond
Holle vezelcomponenten zijn een nieuw type vezelmateriaal, dat bestaat uit een holle structuur van meerdere lagen cellulose of mineralen. Dit materiaal heeft de kenmerken van lage dichtheid, een hoog specifiek oppervlak en hoge porositeit, dus het wordt veel gebruikt bij filtratie, scheiding en adsorptie.
In de afgelopen decennia zijn holle vezelcomponenten op grote schaal gebruikt op vele gebieden zoals biomedicine, voedsel en drank, milieubescherming en chemische industrie. Op het gebied van biomedicine worden bijvoorbeeld holle vezelcomponenten gebruikt om biofarmaceutische producten en bioreactoren te bereiden. Op het gebied van milieubescherming worden holle vezelcomponenten gebruikt voor waterbehandeling, afvalwaterzuivering en luchtzuivering.
De achtergrond van holle vezelcomponenten is erg rijk. Het is niet alleen op grote schaal geverifieerd in toepassingen, maar heeft ook een diepe onderzoeks basis op het gebied van materiaalwetenschappen en vezeltechnologie. Vanwege de unieke structuur en prestaties hebben holle vezelcomponenten een hoog potentieel en zullen ze in de toekomst een belangrijke rol blijven spelen.
2. Principe
Definitie van membraanscheidingstechnologie:
Filtermembraan: een dun filmmateriaal gemaakt van poreuze polymeren met een of meer lagen;
Membraanscheidingstechnologie: een scheidingstechnologie die externe omstandigheden zoals drukverschil of concentratieverschil gebruikt als een drijvende kracht om alleen bepaalde specifieke stoffen in meerdere componenten door te laten, terwijl andere stoffen worden onderschept; meestal gebruikt in de scheiding, zuivering en concentratie van mengsels.
Filtratiemethode:
Directe stroomfiltratie: ook bekend als doodlopende filtratie, de voedingsvloeistofstromen stromen loodrecht op het oppervlak van het filtermembraan, alle vloeistoffen passeren door het filtermedium en verontreinigende stoffen worden binnen of op het oppervlak van het filtermembraan behouden.
Bijvoorbeeld: verduidelijkingfiltratie, prefiltratie, sterilisatiefiltratie, virusverwijderingsfiltratie, vacuümfilter, voornamelijk geconcentreerd in de categorie microfiltratie.
Tangentiële stromingsfiltratie: ook bekend als cross-flow filtratie, de voedingsvloeistofstromen parallel aan het oppervlak van het filtermembraan, een deel van de vloeistof passeert door het filtermedium en verontreinigende stoffen worden vastgehouden op het oppervlak van het filtermembraan of reflux van het andere uiteinde van het membraan.
Bijvoorbeeld: membraanpakket, holle vezel ultrafiltratie, voornamelijk geconcentreerd in de categorie ultrafiltratie.
Kenmerken van TFF -filtratie:
Het werkende principe van tangentiële stroomfiltratie (TFF) is dat de oplossing in een richting van het membraan stroomt. Onder de druk passeren moleculen kleiner dan de membraanporiën door het membraan en worden permeaat, terwijl moleculen groter zijn dan de membraanporiën worden behouden en concentraat worden.
Concepten gerelateerd aan holle vezels:
Transmembraandrukverschil (TMP): het gemiddelde drukverschil aan beide zijden van het membraan is de drijvende kracht voor de vloeistof om door het membraan te gaan. Transmembraan drukverschil=(pin + preturn) / 2- ppermeate
Flux: de hoeveelheid vloeistof die door het membraan per membraangebied per eenheidstijd doorgaat. LMH, L/(M2.H)
Genormaliseerde waterflux (NWP: genormaliseerde waterpermeabiliteit): de flux van water bij eenheidsdruk en standaardtemperatuur. L/(m2.h.psi)
Molecuulgewicht Cutoff (MWCO): karakteriseert de poriegrootte van het ultrafiltratiemembraan.
Minimaal werkvolume: het minimale werkvolume van het tangentiële stroomfiltratiesysteem verwijst naar het circulerende vloeistofvolume dat nodig is om het systeem te bedienen onder specifieke tangentiële stroomomstandigheden. Het minimale werkvolume is afhankelijk van het retentievolume en de stroomsnelheid van het systeem en de componenten. Bij toepassingen met hoge concentratie, zoals virusconcentratie, is het minimale werkvolume een belangrijke overweging en moet het doelvolume van de doelrefluxconcentratie hoger zijn dan het minimale werkvolume van het systeem.
Afschuifsnelheid: de snelheid van verandering van de stroomsnelheid van de vloeistof ten opzichte van de straal van het cirkelvormige stroomkanaal. In tegenstelling tot het membraanpakket, wordt in holle vezelexperimenten meestal de afschuifsnelheid gebruikt in plaats van de tangentiële stroomsnelheid om de circulatiestroom parallel aan het membraan te karakteriseren.
Concentratiepolarisatie: tijdens het ultrafiltratieproces, de opgeloste stoffen die niet door het membraan kunnen passeren zich op het membraanoppervlak onder druk te accumuleren om een gellaag te vormen. De concentratie in het gebied in de buurt van de membraaninterface wordt steeds hoger. Onder de werking van de concentratiegradiënt neemt de diffusie van de opgeloste stof van het membraanoppervlak naar de oplossing toe, wat de vloeistofweerstand en lokale osmotische druk verhoogt, wat resulteert in een afname van flux.
Gellaag: het is de belangrijkste factor in de weerstand van ultrafiltratiemembranen.
Factoren om te overwegen bij het selecteren van holle vezelmembranen:
1. Keuze van membraanvorm: voor monsters die worden verduidelijkt, rijk aan deeltjes, hebben een hoge viscositeit en vereisen een lage afschuifkrachtconcentratie, zoals moleculen met grote deeltjesvirus met lage stabiliteit, holle vezelmembranen worden meestal geselecteerd voor opheldering/concentratie en diafiltratie;
2. Keuze van vezeldiameter: 0. 5 mm binnendiameter heeft de voorkeur voor monsterconcentratie/diafiltratie; 1. {0 mm binnendiameter heeft de voorkeur voor monsterverdeling;
3. Keuze van filtratienauwkeurigheid: de poriegrootte van het holle vezelmembraan heeft invloed op de nauwkeurigheid van de filtratie. De juiste poriegrootte moet worden geselecteerd op basis van de vereisten van de specifieke toepassing om een effectieve filtratie van de doelstof te garanderen. De volgende zijn verschillende veel voorkomende applicatie -opties:
① Concentratie/diafiltratie: om het doelmolecuul effectief te onderscheppen en de opbrengst te waarborgen, wordt een membraanpore -grootte van 1/3-1/5 van het doelmonstermolecuul in het algemeen aanbevolen. Tegelijkertijd moet de poriegrootte zo groot mogelijk zijn om de concentratie- en diafiltratieproces te minimaliseren tijdens de concentratie- en diafiltratieproces onder de voorwaarde dat de opbrengst van het doelmolecuul wordt gegarandeerd;
② verduidelijking: het wordt aanbevolen om een membraanpore -grootte te selecteren die 5-10 maal groter is dan het doelmolecuul om ervoor te zorgen dat de doelmolecuul zoveel mogelijk oplevert, vooral als het monster zeer "vies" is, moet een membraanporiëngrootte van meer dan 10 keer worden geselecteerd;
③ Moleculaire scheiding: als u een tangentieel stroomfiltratiemembraan wilt gebruiken om twee doelmoleculen van verschillende grootte te scheiden, moet het molecuulgewicht van het doelmolecuul ten minste 10 keer verschillend zijn en de diafiltratie moet voldoende zijn;
④ Celverzameling: als het doel -eiwit tot expressie wordt gebracht in een E. coli -tas, is de eerste stap om de bacteriën te verzamelen een ultrafiltratiemembraan van 500K/750K te gebruiken.
4. Effectieve lengte: het procesversterkingsfunctie van holle vezels is dat zolang de effectieve lengte consistent wordt gehouden, directe procesversterking kan worden uitgevoerd. Componenten van verschillende lengtes kunnen echter niet lineair worden geamplificeerd vanwege het significante verschil in drukval aan beide uiteinden, en de interne druk en stroomsnelheidsverdeling van het stroomkanaal veranderen ook dienovereenkomstig. Gewoonlijk worden componenten met kortere stroomkanaallengtes meestal geselecteerd bij het behandelen van materialen met een hoge viscositeit en hoge vervuiling.
Toepassing van holle vezelcomponenten
Toepassingsgebieden:
Zuivering, concentratie en dialyse van vaccins
Zuivering, concentratie en dialyse van virale vectoren
Verduidelijking en filtratie van cellen en bacteriën in gistingsbouillon
Herstel en wassen van cellen en bacteriën
Concentratie en dialyse van eiwitten
Productkenmerken:
Lagere flux dan membraanpakketten
Zachtaardig voor materialen
Eenvoudig en open stroomkanaal
Gemakkelijk te monteren
Makkelijk te leeg te maken
MWCO selectie:
Het is noodzakelijk om de scheidingsselectiviteit van het membraan en het risico op blokkade tijdens het behandelingsproces te overwegen. Daarom moeten onder het uitgangspunt van het waarborgen van selectiviteit en flux membranen met relatief kleine poriën zoveel mogelijk worden geselecteerd om de langzame invoer van onzuiverheidsdeeltjes in de membraanporiën te verminderen en de levensduur te verlengen. Veel voorkomende verwerkingsscenario's zijn als volgt:
Virusconcentratie, zuivering, verwijdering: 100kd, 300kd, 500kd, 750kd
Recombinant eiwit/antilichaam verduidelijking: 500kd, 750kd
Bacterieconcentratie: 500kd, 750kd
