รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับหลักการของส่วนประกอบเส้นใยกลวง

1. พื้นหลัง

ส่วนประกอบของเส้นใยกลวงเป็นวัสดุเส้นใยชนิดใหม่ซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างกลวงของเซลลูโลสหรือแร่ธาตุหลายชั้น วัสดุนี้มีลักษณะของความหนาแน่นต่ำพื้นที่ผิวจำเพาะสูงและรูพรุนสูงดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการกรองการแยกและการดูดซับ

 

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาส่วนประกอบของเส้นใยกลวงได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลาย ๆ ด้านเช่นชีวการแพทย์อาหารและเครื่องดื่มการปกป้องสิ่งแวดล้อมและอุตสาหกรรมเคมี ตัวอย่างเช่นในสาขาของ biomedicine ส่วนประกอบของเส้นใยกลวงจะใช้ในการเตรียมผลิตภัณฑ์ชีวเวชภัณฑ์และเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ ในด้านการป้องกันสิ่งแวดล้อมส่วนประกอบของเส้นใยกลวงจะใช้สำหรับการบำบัดน้ำการบำบัดน้ำเสียและการฟอกอากาศ

 

พื้นหลังของส่วนประกอบเส้นใยกลวงนั้นอุดมไปด้วยมาก ไม่เพียง แต่ได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวางในการใช้งานเท่านั้น แต่ยังมีรากฐานการวิจัยที่ลึกซึ้งในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีไฟเบอร์ เนื่องจากโครงสร้างและประสิทธิภาพที่เป็นเอกลักษณ์ส่วนประกอบของเส้นใยกลวงมีศักยภาพสูงและจะยังคงมีบทบาทสำคัญในอนาคต

2. หลักการ

คำจำกัดความของเทคโนโลยีการแยกเมมเบรน:

เมมเบรนตัวกรอง: วัสดุฟิล์มบาง ๆ ที่ทำจากโพลีเมอร์ที่มีรูพรุนที่มีหนึ่งชั้นขึ้นไป;

เทคโนโลยีการแยกเมมเบรน: เทคโนโลยีการแยกที่ใช้เงื่อนไขภายนอกเช่นความแตกต่างของความดันหรือความแตกต่างของความเข้มข้นเป็นแรงผลักดันเพื่อให้เพียงสารเฉพาะบางอย่างในหลาย ๆ องค์ประกอบที่จะผ่านในขณะที่สารอื่น ๆ ถูกดักจับ; มักจะใช้ในการแยกการทำให้บริสุทธิ์และความเข้มข้นของสารผสม

 

วิธีการกรอง:

การกรองกระแสโดยตรง: หรือที่เรียกว่าการกรองแบบตายจุดสิ้นสุดการไหลของของเหลวฟีดจะตั้งฉากกับพื้นผิวของเยื่อหุ้มกรองของเหลวทั้งหมดผ่านสื่อตัวกรองและมลพิษจะถูกเก็บไว้ภายในหรือบนพื้นผิวของเยื่อหุ้มกรอง

ตัวอย่างเช่น: การกรองการชี้แจง, การกรองล่วงหน้า, การกรองการทำหมัน, การกรองการกำจัดไวรัส, ตัวกรองสูญญากาศส่วนใหญ่เข้มข้นในหมวดหมู่ของการกรองไมโครฟิล์ม

 

การกรองการไหลแบบสัมผัส: หรือที่เรียกว่าการกรองข้ามการไหลของเหลวฟีดไหลขนานกับพื้นผิวของเมมเบรนตัวกรองส่วนหนึ่งของของเหลวผ่านสื่อกรองและมลพิษจะถูกเก็บไว้บนพื้นผิวของเยื่อหุ้มกรอง

 

ตัวอย่างเช่น: แพ็คเกจเมมเบรน, การกรองไฟเบอร์กลวง, ส่วนใหญ่เข้มข้นในหมวดหมู่ของการกรอง ultrafiltration

คุณสมบัติของการกรอง TFF:

หลักการทำงานของการกรองการไหลแบบสัมผัส (TFF) คือการแก้ปัญหาจะไหลในทิศทางขนานกับเมมเบรน ภายใต้แรงกดดันโมเลกุลที่เล็กกว่ารูขุมขนเมมเบรนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และกลายเป็นซึมซับในขณะที่โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่ารูขุมขนเมมเบรนจะถูกเก็บไว้และมีสมาธิ

 

แนวคิดที่เกี่ยวข้องกับเส้นใยกลวง:

ความแตกต่างของแรงดันเมมเบรน (TMP): ความแตกต่างของความดันเฉลี่ยทั้งสองด้านของเมมเบรนคือแรงผลักดันให้ของเหลวผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ความแตกต่างของความดัน Transmembrane=(pin + preturn) / 2- ppermeate

ฟลักซ์: ปริมาณของของเหลวที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ต่อพื้นที่เมมเบรนต่อหน่วยเวลา lmh, l/(m2.h)

ฟลักซ์น้ำปกติ (NWP: การซึมผ่านของน้ำปกติ): ฟลักซ์ของน้ำที่ความดันหน่วยและอุณหภูมิมาตรฐาน l/(m2.h.psi)

การตัดน้ำหนักโมเลกุล (MWCO): อธิบายขนาดรูขุมขนของเมมเบรน ultrafiltration

ปริมาณการทำงานขั้นต่ำ: ปริมาณการทำงานขั้นต่ำของระบบกรองการไหลแบบสัมผัสหมายถึงปริมาณของเหลวหมุนเวียนที่จำเป็นในการใช้งานระบบภายใต้เงื่อนไขการไหลแบบสัมผัสที่เฉพาะเจาะจง ปริมาณการทำงานขั้นต่ำขึ้นอยู่กับปริมาณการเก็บรักษาและอัตราการไหลเวียนของระบบและส่วนประกอบ ในการใช้งานที่มีความเข้มข้นสูงเช่นความเข้มข้นของไวรัสปริมาณการทำงานขั้นต่ำเป็นการพิจารณาที่สำคัญและปริมาณความเข้มข้นของการไหลย้อนเป้าหมายจะต้องสูงกว่าปริมาณการทำงานขั้นต่ำของระบบ

อัตราการเฉือน: อัตราการเปลี่ยนแปลงของความเร็วการไหลของของเหลวเมื่อเทียบกับรัศมีของช่องไหลแบบวงกลม ซึ่งแตกต่างจากแพ็คเกจเมมเบรนในการทดลองเส้นใยกลวงอัตราการเฉือนมักจะใช้แทนอัตราการไหลแบบสัมผัสเพื่อระบุลักษณะการไหลเวียนของการไหลเวียนขนานกับเมมเบรน

ความเข้มข้นโพลาไรเซชัน: ในระหว่างกระบวนการกรอง ultrafiltration ตัวละลายที่ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์สะสมบนพื้นผิวเมมเบรนภายใต้ความดันเพื่อสร้างชั้นเจล ความเข้มข้นในพื้นที่ใกล้กับส่วนต่อประสานเมมเบรนจะสูงขึ้นเรื่อย ๆ ภายใต้การกระทำของการไล่ระดับความเข้มข้นการแพร่กระจายของตัวถูกละลายจากพื้นผิวเมมเบรนไปยังสารละลายเพิ่มขึ้นซึ่งจะเพิ่มความต้านทานของของเหลวและความดันออสโมติกในท้องถิ่นส่งผลให้ฟลักซ์ลดลง

เลเยอร์เจล: มันเป็นปัจจัยหลักในการต้านทานของเยื่อหุ้มกริ่ง ultrafiltration

 

ปัจจัยที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกเยื่อหุ้มเส้นใยกลวง:

1. ทางเลือกของรูปแบบเมมเบรน: สำหรับตัวอย่างที่มีการชี้แจงอุดมไปด้วยอนุภาคมีความหนืดสูงและต้องการความเข้มข้นของแรงเฉือนต่ำเช่นโมเลกุลของไวรัสอนุภาคขนาดใหญ่ที่มีความเสถียรต่ำเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงมักจะถูกเลือกเพื่อการชี้แจง/ความเข้มข้น

2. ตัวเลือกของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย: 0. เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 5 มม. เป็นที่ต้องการสำหรับความเข้มข้นของตัวอย่าง/การกรอง; 1. 0 mm เส้นผ่านศูนย์กลางภายในเป็นที่ต้องการสำหรับการชี้แจงตัวอย่าง;

3. ทางเลือกของความแม่นยำในการกรอง: ขนาดรูขุมขนของเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงจะส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการกรอง ควรเลือกขนาดรูขุมขนที่เหมาะสมตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชันเฉพาะเพื่อให้แน่ใจว่าการกรองที่มีประสิทธิภาพของสารเป้าหมาย ต่อไปนี้เป็นตัวเลือกแอปพลิเคชันทั่วไปหลายประการ:

①ความเข้มข้น/diafiltration: เพื่อที่จะสกัดกั้นโมเลกุลเป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพและให้แน่ใจว่าผลผลิตขนาดรูขุมขนเมมเบรน 1/3-1/5 ของโมเลกุลตัวอย่างเป้าหมายแนะนำโดยทั่วไป ในเวลาเดียวกันเพื่อลดเนื้อหาของสิ่งสกปรกในระหว่างกระบวนการสมาธิและการกรองขนาดรูขุมขนควรมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ภายใต้เงื่อนไขที่รับประกันผลผลิตโมเลกุลเป้าหมาย

②การชี้แจง: ขอแนะนำให้เลือกขนาดรูขุมขนเมมเบรนที่มีขนาดใหญ่กว่าโมเลกุลเป้าหมายเพื่อให้แน่ใจว่าโมเลกุลเป้าหมายให้ผลผลิตมากที่สุดเท่าที่จะทำได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากตัวอย่างมีขนาดรูขุมขนเมมเบรนมากกว่า 10 เท่า

③การแยกโมเลกุล: หากคุณต้องการใช้เมมเบรนกรองการไหลแบบสัมผัสเพื่อแยกโมเลกุลเป้าหมายสองโมเลกุลที่มีขนาดต่างกันน้ำหนักโมเลกุลของโมเลกุลเป้าหมายควรแตกต่างกันอย่างน้อย 10 เท่าและการกรองควรเพียงพอ

④การรวบรวมเซลล์: หากโปรตีนเป้าหมายแสดงในถุง E. coli ขั้นตอนแรกในการรวบรวมแบคทีเรียคือการใช้เมมเบรน ultrafiltration ที่ 500K/750K

 

4. ความยาวที่มีประสิทธิภาพ: คุณสมบัติการขยายกระบวนการของเส้นใยกลวงคือตราบใดที่ความยาวที่มีประสิทธิภาพยังคงอยู่ในสภาพที่สอดคล้องกันการขยายกระบวนการโดยตรงสามารถทำได้ อย่างไรก็ตามส่วนประกอบของความยาวที่แตกต่างกันไม่สามารถขยายได้เชิงเส้นเนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการลดลงของแรงดันที่ปลายทั้งสองและการกระจายความดันภายในและอัตราการไหลของช่องสัญญาณการไหลก็เปลี่ยนไป โดยปกติส่วนประกอบที่มีความยาวช่องสัญญาณการไหลที่สั้นกว่ามักจะถูกเลือกเมื่อรักษาวัสดุที่มีความหนืดสูงและมีการเปรอะเปื้อนสูง

 

การประยุกต์ใช้ส่วนประกอบเส้นใยกลวง

พื้นที่แอปพลิเคชัน:

การทำให้บริสุทธิ์ความเข้มข้นและการล้างไตของวัคซีน

การทำให้บริสุทธิ์ความเข้มข้นและการล้างไตของเวกเตอร์ไวรัส

การชี้แจงและการกรองเซลล์และแบคทีเรียในน้ำซุปหมัก

การกู้คืนและการล้างเซลล์และแบคทีเรีย

ความเข้มข้นและการล้างไตของโปรตีน

คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์:

ฟลักซ์ต่ำกว่าแพ็คเกจเมมเบรน

อ่อนโยนต่อวัสดุ

ช่อง Flow ที่เรียบง่ายและเปิด

ง่ายต่อการประกอบ

ว่างเปล่าง่าย

การเลือก MWCO:

มีความจำเป็นที่จะต้องพิจารณาการเลือกสรรการเลือกของเมมเบรนและความเสี่ยงของการอุดตันในระหว่างกระบวนการรักษา ดังนั้นภายใต้หลักฐานของการสร้างความมั่นใจในการเลือกและฟลักซ์เยื่อหุ้มเซลล์ที่มีรูขุมขนค่อนข้างเล็กควรได้รับการคัดเลือกให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อลดการเข้ามาของอนุภาคที่ไม่เจือปนช้าลงในรูขุมขนเมมเบรนและยืดอายุการใช้งาน สถานการณ์การประมวลผลทั่วไปมีดังนี้:

ความเข้มข้นของไวรัสการทำให้บริสุทธิ์การกำจัด: 100kd, 300kd, 500kd, 750kd

การชี้แจงโปรตีน/แอนติบอดี recombinant: 500kd, 750kd

ความเข้มข้นของแบคทีเรีย: 500kd, 750kd