קרום סיבים חלולים, מהם היישומים והיתרונות בסינון?

מהי קרום סיבים חלול?

קרום סיבים חלולים (HFM) הוא חומר מחסום שקוף סינטטי המורכב מאינספור סיבים חלולים זעירים. סיבים עדינים אלה מאופיינים בערוצים החלולים הפנימיים שלהם ומכוסים במיקרופוריות. הם מסננים את החלקיקים הזורמים דרכם לפי גודל המיקרופוריות, ומאפשרים רק מולקולות בגודל מסוים או קטנות יותר לעבור, תהליך המבוסס על תקן ניתוק המשקל המולקולרי (MWCO). מכיוון שהוא פותח לראשונה לאוסמוזה הפוכה בשנות השישים, היישום של ממברנות סיבים חלולים התרחב לטיפול במים, התפלה, תרבית תאים והנדסת רפואה והנדסת רקמות. ביישומים מסחריים, קרום זה משולב בדרך כלל באלמנט המסנן, ומספק אמצעי יעיל להפרדה מדויקת של נוזלים.

מה עקרון הסינון של עמודי סיבים חלולים?

העיקרון העובד של רכיבי עמודות סיבים חלולים מבוסס על טכנולוגיית סינון ממברנה. בקיצור, עמודי סיבים חלולים עשויים ממברנות המשמשות לסינון לעמודים חלולים. כאשר הפילטרט זורם באמצע קרום הסיבים החלול, טכנולוגיית סינון הזרימה המשיק (TFF) משמשת להשגת הפרדה יעילה של מולקולות גדולות ומולקולות קטנות. TFF מאפשר לחומרים לזרום במקביל למשטח הממברנה במקום ישירות דרך הממברנה, ובכך להפחית את הסיכון לחסימה ולשפר את יעילות הסינון.

כאשר הנוזל עובר דרכו, נקבוביות הממברנה מאפשרות רק מולקולות בגודל מסוים לעבור, ואילו מולקולות או חלקיקים גדולים יותר נשמרים. תהליך הפרדה זה כרוך בדרך כלל בסינון בגודל פיזי, ויכול להיות כרוך גם בהפרדה סלקטיבית של זיקה כימית. גודל הנקבוביות בממברנה קובע אילו חומרים יכולים לעבור. קוטר הנקבוביות הללו הוא בדרך כלל בטווח של כמה ננומטרים לכמה מיקרון, שניתן להתאים אישית בהתאם לצרכי היישום. עבור יישומים הדורשים הסרת חיידקים ונגיפים, ממברנות סיבים חלולים יכולים להיות נקבוביות קטנות מספיק כדי לספק פונקציות מיקרו -פילטרציה או אולטרה סינון.

 

מבוא לרכיבי עמודות סיבים חלולים

רכיבי עמוד הסיבים החלולים כוללים:

1. קרום סיבים חלולים: זהו החלק הליבה של עמוד הסיבים החלולים, המורכב מממברנות סיבים חלולים מרובים העשויים מחומר MPES ואחראי להפרדת חומרים במהלך תהליך הסינון. ממברנות סיבים חלולים הם לרוב מבנים א -סימטריים, המורכבים משכבת ​​משטח עדינה ושכבת תמיכה נקבובית.

2. דיור: עשוי מחומר פוליסולפוני שקוף עמיד בפני קורוזיה, הוא משמש להגנה על הסיבים הפנימיים ולשמירה על שלמות המבנה.

3. יציאת הזנה/Realentate: עשויה פוליסולפונה לבנה, הממוקמת בחלקו העליון/התחתון של העמודה, המשמשת להנחיית נוזלים אל תוך עמוד הסיבים ומחוצה לה.

4. יציאת מחלחל: עשויה פוליסולפונה לבנה, הממוקמת בצד העמוד, שם הנוזל המסונן משאיר את הממברנה.

5. כובעי קצה: סגור את שני קצוות צרור הסיבים כדי להבטיח שהנוזל יכול לעבור רק בחלק הפנימי של הסיב החלול.

6. כלבי ים פנימיים: עשויים שרף פוליאוריטן/אפוקסי, עוטפים כל עמוד סיבים חלול, מספק אתר תמיכה לעמודת הסיבים החלולים, ובידוד לחלוטין את תעלת זרימת ההזנה ואת תעלת הזרימה המחלחלת.

7. טבעות O/SEALs: עשויות מסיליקון, כדי להבטיח כי אין דליפת נוזלים בעמודה ולשמור על שלמות המערכת הסגורה.

רכיבים אלה בעמודת הסיבים החלולים פועלים יחד כדי להבטיח את היעילות והאמינות של תהליך הסינון, המתאימים למגוון יישומי תעשייה ומעבדה.

 

מהם היתרונות של סיבים חלולים?

1. קצב זרימה גבוה ויכולת טעינה גבוהה.

ממברנות סיבים חלולים הם בעלי יחס שטח פנים גבוה לנפח, מה שאומר שהם יכולים לעבד כמויות גדולות של נוזלים בחלל קטן. באופן ספציפי, הם יכולים: (1) להגדיל את יכולת העיבוד: בציוד באותו נפח, ממברנות סיבים חלולים יכולים לעבד יותר נוזלים בגלל שטח הפנים הגדול יותר שלהם, וזה חשוב במיוחד ליישומים תעשייתיים הדורשים עיבוד כמויות גדולות של נוזלים. (2) שפר את יעילות ההפרדה: שטח פנים גדול יותר פירושו הזדמנויות רבות יותר לנוזל ליצור קשר עם הממברנה, וחילופי חומרים תכופים ויעילים יותר במהלך תהליך ההפרדה. זה לא רק משפר את יעילות ההפרדה, אלא גם מבטיח את איכות המוצר והטהרה של המוצר הסופי.

2. כוח גזירה קל ונמוך.

לממברנות סיבים חלולים יש מבנה תעלת זרימה צינורית פתוחה נטולת מסך, שנמנע מסערה לא סדירה ואלימה במהלך זרימת נוזלים ביולוגיים, כך שיש להם כוח גזירה נמוך יותר. מצבים קלים יכולים למנוע ביעילות את הצבירה והשינויים בקונפורמציה של מקרומולקולות ביולוגיות כמו חלבונים, המועילים להגנה על שלמות מקרומולקולות כמו חלבונים ויראליים ושיפור תפוקת הפעילות של דגימות היעד.

בכמה תהליכי ייצור ביו -תרופות, לשלב ה- TFF יש דרישות מיוחדות, וכתוצאה מכך שיעורי התאוששות נמוכים, כולל סתימה, לחץ מוגזם, רגישות לגזירה של מולקולת היעד או צמיגות גבוהה.

3. פעולה פשוטה וייצור קל.

עמודי קרום סיבים חלולים נועדו להשיג פיתוח וייצור תרופות פשוטות ומהירות יותר על ידי צמצום שלבי פעולת הציוד כמו הרטבה ועיקור. עמודי קרום חד פעמי מבטלים את הצורך בפתרונות ניקוי ואימות ניקוי.

4. חידוש.

ניתן לנקות ולהתחדש עמודות סיבים חלולים באמצעות 0. 5M NaOH. פשוט על ידי הפצת תמיסת NaOH דרך עמוד הסיבים החלולים, ניתן להסיר ביעילות את המשקעים המחוברים למשטח הממברנה, ובכך להחזיר במהירות את יעילות הסינון המקורית שלה, ובכך להימנע מהעלות הגבוהה של החלפת קרום תכופה.

5. ביצועי הגברה לינאריים אמינים.

נתיב הזרימה הצינורי הסיבי החלול הוא פשוט, אובדן ירידת לחץ זרימת הנוזל הוא קטן, ולחץ הממברנה של TMP אחיד לאורך נתיב הזרימה, אשר תורם לשיפור השימוש בשטח הממברנה הכולל. מודל מכניקת נתיב הזרימה הצינורית הבוגרת מספק בסיס תיאורטי מושלם להגברה לינארית ישירה ומבטיח את שיעור ההצלחה של הגברת התהליך.

 

יישומים אופייניים של עמודי סיבים חלולים

עמודי סיבים חלולים ממלאים תפקיד חיוני בתעשיות הביוטכנולוגיה והתרופות, ואזורי היישום שלהם רחבים, בעיקר כולל:

1. טיהור וריכוז החיסונים: עמודי סיבים חלולים יכולים לרכז תכשירים לחיסון ולהגדיל את הריכוז שלהם בתוצר הסופי, תוך הסרת מיקומי מולקולות קטנות לא רצויות באמצעות דיאליזה לשיפור טוהר ובטיחות החיסונים.

2. טיהור וריכוז הווקטורים הנגיפיים: בטיפול גנטי והתפתחות חיסונים, טוהר גבוה של וקטורים נגיפיים הוא חובה. עמודי סיבים חלולים יכולים להפריד ביעילות וקטורים נגיפיים באמצעות מיון בגודל פיזי, לשמור על שלמותם ופעילותם ולהסיר מולקולות קטנות באמצעות דיאליזה לשיפור יעילות הטיהור.

3. הבהרה וסינון של תאים וחיידקים במרק התסיסה: עמודי סיבים חלולים יכולים להסיר במהירות תאים וחיידקים מהתערובת הביולוגית המיוצרת על ידי תסיסה, עכירות ברורה ולספק חומרי התחלה נקיים לשלבי מיצוי וטיהור עוקבים.

4. התאוששות ושטיפה של תאים וחיידקים: לאחר תרבית התא ותהליך התסיסה המיקרוביאלית, יש לשחזר תאים לצורך ניתוח נוסף או מיצוי מוצרים. עמודי סיבים חלולים יכולים לאסוף ביעילות תאים ולהסיר זיהומים ממדיום התרבות תוך מתן סביבת כביסה עדינה לשמירה על שלמות התא.

5. ריכוז חלבון ודיאליזה: עמודי סיבים חלולים חשובים במיוחד בהנדסת חלבונים. הם לא יכולים רק לרכז פתרונות חלבון, אלא גם להסיר מלחים וזיהומים של מולקולות קטנות אחרות, וזה חיוני להתפתחות וייצור של תרופות חלבון.

אזורי יישום אלה מדגימים את הרבגוניות והיעילות של עמודי סיבים חלולים בתהליכי ביו -מודרניים, ובכך ממלאים תפקיד מפתח בהכנה, ניקוי ועיבוד של מוצרים ביולוגיים.