مقدمة لمبدأ مكونات الألياف المجوفة

1. الخلفية

مكونات الألياف المجوفة هي نوع جديد من مواد الألياف ، يتكون من بنية مجوفة لطبقات متعددة من السليلوز أو المعادن. تحتوي هذه المادة على خصائص الكثافة المنخفضة ، ومساحة سطح محددة عالية ، ومسامية عالية ، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في الترشيح والفصل والامتصاص.

 

في العقود القليلة الماضية ، تم استخدام مكونات الألياف المجوفة على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الطب الحيوي والغذاء والمشروبات وحماية البيئة والصناعة الكيميائية. على سبيل المثال ، في مجال الطب الحيوي ، يتم استخدام مكونات الألياف المجوفة لإعداد منتجات المستحضرات الصيدلانية البيولوجية والمفاعلات الحيوية. في مجال حماية البيئة ، يتم استخدام مكونات الألياف المجوفة لمعالجة المياه ، ومعالجة مياه الصرف الصحي ، وتنقية الهواء.

 

خلفية مكونات الألياف المجوفة غنية للغاية. لم يتم التحقق منه على نطاق واسع في التطبيقات ، ولكن لديه أيضًا أساس أبحاث عميق في مجالات علوم المواد وتكنولوجيا الألياف. نظرًا لهيكله وأدائه الفريد ، فإن مكونات الألياف المجوفة لها إمكانات عالية وستستمر في لعب دور مهم في المستقبل.

2. مبدأ

تعريف تكنولوجيا فصل الغشاء:

غشاء التصفية: مادة فيلم رقيقة مصنوعة من البوليمرات المسامية مع طبقة واحدة أو أكثر ؛

تقنية فصل الغشاء: تقنية فصل تستخدم الظروف الخارجية مثل اختلاف الضغط أو اختلاف التركيز كقوة دافعة للسماح فقط ببعض المواد المحددة في مكونات متعددة للمرور ، بينما يتم اعتراض مواد أخرى ؛ عادة ما تستخدم في الفصل والتنقية وتركيز الخلائط.

 

طريقة الترشيح:

ترشيح التيار المباشر: المعروف أيضًا باسم الترشيح المسدود ، يتدفق سائل التغذية بشكل عمودي على سطح غشاء المرشح ، تمر جميع السوائل عبر وسط المرشح ، ويتم الاحتفاظ بالملوثات داخل أو على سطح غشاء المرشح.

على سبيل المثال: ترشيح التوضيح ، الترشيح المسبق ، ترشيح التعقيم ، ترشيح إزالة الفيروس ، مرشح الفراغ ، يتركز بشكل رئيسي في فئة الترشيح الميكروي.

 

ترشيح التدفق العرضي: المعروف أيضًا باسم ترشيح التدفق المتقاطع ، يتدفق سائل التغذية الموازي لسطح غشاء المرشح ، وجزء من السائل يمر عبر وسط المرشح ، ويتم الاحتفاظ بالملوثات على سطح غشاء المرشح أو الجزر من الطرف الآخر من الغشاء.

 

على سبيل المثال: حزمة الغشاء ، الترشيح الفائق الألياف المجوفة ، والتي تتركز بشكل رئيسي في فئة الترشيح الفائق.

ميزات ترشيح TFF:

مبدأ العمل لترشيح التدفق العرضي (TFF) هو أن المحلول يتدفق في اتجاه موازٍ للغشاء. تحت الضغط ، تمر الجزيئات أصغر من مسام الغشاء عبر الغشاء وتصبح تتخلل ، في حين يتم الاحتفاظ بالجزيئات أكبر من مسام الغشاء وتصبح تركيزًا.

 

المفاهيم المتعلقة بالألياف المجوفة:

فرق ضغط الغشاء (TMP): متوسط ​​اختلاف الضغط على جانبي الغشاء هو القوة الدافعة للسائل لتمرير الغشاء. اختلاف ضغط الغشاء=(pin + preturn) / 2- ppermeate

التدفق: كمية السوائل التي تمر عبر الغشاء لكل وحدة غشاء لكل وحدة زمنية. LMH ، L/(M2.H)

تدفق الماء الطبيعي (NWP: نفاذية الماء الطبيعي): تدفق الماء عند ضغط الوحدة ودرجة الحرارة القياسية. L/(M2.H.PSI)

قطع الوزن الجزيئي (MWCO): يميز حجم المسام لغشاء الترشيح الفائق.

الحد الأدنى لحجم العمل: يشير الحد الأدنى لحجم العمل لنظام ترشيح التدفق العرضي إلى حجم السائل المتداول المطلوب لتشغيل النظام في ظل ظروف تدفق عرضية محددة. يعتمد الحد الأدنى لحجم العمل على حجم الاحتفاظ ومعدل تدفق الدورة الدموية للنظام والمكونات. في تطبيقات التركيز العالي ، مثل تركيز الفيروس ، فإن الحد الأدنى لحجم العمل هو اعتبار مهم ، ويجب أن يكون حجم تركيز الارتجاع المستهدف أعلى من الحد الأدنى لحجم العمل للنظام.

معدل القص: معدل تغيير سرعة التدفق للسائل بالنسبة إلى نصف قطر قناة التدفق الدائري. على عكس حزمة الغشاء ، في تجارب الألياف المجوفة ، يتم استخدام معدل القص عادة بدلاً من معدل التدفق العرضي لتوصيف تدفق الدورة الدموية الموازية للغشاء.

استقطاب التركيز: أثناء عملية الترشيح الفائق ، تتراكم المذابات التي لا يمكن أن تمر عبر الغشاء على سطح الغشاء تحت الضغط لتشكيل طبقة هلام. يزداد التركيز في المنطقة بالقرب من واجهة الغشاء أعلى وأعلى. تحت عمل التدرج التركيز ، يزداد انتشار المذاب من سطح الغشاء إلى المحلول ، مما يزيد من مقاومة السوائل والضغط التناضحي المحلي ، مما يؤدي إلى انخفاض في التدفق.

طبقة هلام: إنه العامل الرئيسي في مقاومة أغشية الترشيح الفائق.

 

عوامل يجب مراعاتها عند اختيار أغشية الألياف المجوفة:

1.

2. اختيار قطر الألياف: 0. يفضل القطر الداخلي 5 مم لتركيز العينة/التشويه ؛ 1. 0 mm يفضل القطر الداخلي لتوضيح العينة ؛

3. اختيار دقة الترشيح: سيؤثر حجم مسام الغشاء الألياف المجوف على دقة الترشيح. يجب تحديد حجم المسام المناسب وفقًا لمتطلبات التطبيق المحدد لضمان الترشيح الفعال للمادة المستهدفة. فيما يلي العديد من خيارات التطبيق الشائعة:

① التركيز/التشويش: من أجل اعتراض الجزيء الهدف بشكل فعال وضمان العائد ، يوصى عمومًا بحجم مسام الغشاء 1/3-1/5 من جزيء العينة المستهدف. في الوقت نفسه ، من أجل تقليل محتوى الشوائب أثناء عملية التركيز والترشيح ، يجب أن يكون حجم المسام أكبر قدر الإمكان في حالة ضمان عائد الجزيء المستهدف ؛

② التوضيح: يوصى بتحديد حجم مسام الغشاء الذي يكون أكبر من الجزيء المستهدف لضمان عائد الجزيء المستهدف قدر الإمكان ، خاصةً إذا كانت العينة "قذرة" للغاية ، يجب تحديد حجم مسام الغشاء الذي يزيد عن 10 مرات ؛

③ الفصل الجزيئي: إذا كنت ترغب في استخدام غشاء ترشيح التدفق العرضي لفصل جزيئين مستهدفين من أحجام مختلفة ، فيجب أن يكون الوزن الجزيئي للجزيء المستهدف مختلفًا على الأقل 10 مرات ، ويجب أن يكون التريئة المشتركة كافية ؛

④ مجموعة الخلايا: إذا تم التعبير عن البروتين المستهدف في حقيبة E. coli ، فإن الخطوة الأولى لجمع البكتيريا هي استخدام غشاء الترشيح الفائق من 500 كيلو/750 ألف.

 

4. الطول الفعال: ميزة تضخيم العملية للألياف المجوفة هي أنه طالما أن الطول الفعال يتم الحفاظ عليه ثابتًا ، يمكن تنفيذ تضخيم العملية المباشر. ومع ذلك ، لا يمكن تضخيم مكونات الأطوال المختلفة خطيًا بسبب الاختلاف الكبير في انخفاض الضغط في كلا الطرفين ، كما يتغير توزيع الضغط الداخلي ومعدل التدفق لقناة التدفق وفقًا لذلك. عادة ، تميل المكونات ذات أطوال قناة التدفق الأقصر إلى تحديدها عند علاج المواد ذات اللزوجة العالية والتلوث العالي.

 

تطبيق مكونات الألياف المجوفة

مجالات التطبيق:

التنقية والتركيز وغسيل الكلى من اللقاحات

التنقية والتركيز وغسيل الكلى من المتجهات الفيروسية

توضيح وترشيح الخلايا والبكتيريا في مرق التخمير

استرداد وغسل الخلايا والبكتيريا

تركيز وغسيل الكلى من البروتينات

ميزات المنتج:

تدفق أقل من حزم الغشاء

لطيف للمواد

قناة التدفق البسيطة والمفتوحة

من السهل التجميع

من السهل فارغ

اختيار MWCO:

من الضروري النظر في انتقائية الفصل للغشاء وخطر الانسداد أثناء عملية العلاج. لذلك ، في ظل فرضية ضمان الانتقائية والتدفق ، يجب اختيار الأغشية ذات المسام الصغيرة نسبيًا قدر الإمكان لتقليل الدخول البطيء لجزيئات الشوائب إلى مسام الغشاء وتوسيع عمر الخدمة. سيناريوهات المعالجة الشائعة هي كما يلي:

تركيز الفيروس ، التنقية ، الإزالة: 100 كيلومتر ، 300 كيلومتر ، 500 كيلومتر ، 750 كيلومتر

توضيح البروتين/الأجسام المضادة المؤتلف: 500 كيلو دال

تركيز البكتيريا: 500 كيلومتر ، 750 كيلو دالتون