Einführung in das Prinzip der Hohlfaserkomponenten

1. Hintergrund

Hohlfaserkomponenten sind eine neue Art von Fasermaterial, die aus einer hohlen Struktur mehrerer Zellulose- oder Mineralienschichten besteht. Dieses Material hat die Eigenschaften von geringer Dichte, hoher spezifischer Oberfläche und hoher Porosität, sodass es in Filtration, Trennung und Adsorption häufig verwendet wird.

 

In den letzten Jahrzehnten wurden in vielen Bereichen wie Biomedizin, Lebensmittel und Getränke, Umweltschutz und chemische Industrie weit verbreitet. Zum Beispiel werden im Bereich der Biomedizin die Komponenten der hohlen Faser verwendet, um biopharmazeutische Produkte und Bioreaktoren herzustellen. Im Bereich des Umweltschutzes werden Hohlfaserkomponenten zur Wasserbehandlung, Abwasserbehandlung und Luftreinigung verwendet.

 

Der Hintergrund der Hohlfaserkomponenten ist sehr reich. Es wurde nicht nur in Anwendungen weitgehend verifiziert, sondern hat auch eine Deep Research Foundation in den Bereichen Materialienwissenschaft und Fasertechnologie. Aufgrund seiner einzigartigen Struktur und Leistung haben Hohlfaserkomponenten ein hohes Potenzial und werden in Zukunft weiterhin eine wichtige Rolle spielen.

2. Prinzip

Definition der Membran -Trennungstechnologie:

Filtermembran: Ein dünnes Filmmaterial aus porösen Polymeren mit einer oder mehreren Schichten;

Membran -Trennungstechnologie: Eine Trennungstechnologie, die externe Bedingungen wie Druckdifferenz oder Konzentrationsdifferenz als Antriebskraft verwendet, um nur bestimmte bestimmte Substanzen in mehreren Komponenten durchzugehen, während andere Substanzen abgefangen werden; Normalerweise in der Trennung, Reinigung und Konzentration von Gemischen verwendet.

 

Filtrationsmethode:

Gleichstromfiltration: Die Futtermittelflüssigkeit, auch als Sackgasse-Filtration bezeichnet, fließt senkrecht zur Oberfläche der Filtermembran, alle Flüssigkeiten gehen durch das Filtermedium und die Schadstoffe werden in oder auf der Oberfläche der Filtermembran aufbewahrt.

Zum Beispiel: Klärungsfiltration, Präfiltration, Sterilisationsfiltration, Filtration der Virusentfernung, Vakuumfilter, hauptsächlich in der Kategorie der Mikrofiltration konzentriert.

 

Tangentiale Durchflussfiltration: Auch als Querstrobfiltration bezeichnet, fließt die Futtermittelflüssigkeit parallel zur Oberfläche der Filtermembran, ein Teil der Flüssigkeit durch das Filtermedium, und die Schadstoffe werden vom anderen Ende der Membran auf der Oberfläche der Filtermembran oder des Flusses aufbewahrt.

 

Zum Beispiel: Membranpaket, Hohlfaser -Ultrafiltration, hauptsächlich in der Kategorie der Ultrafiltration konzentriert.

Merkmale der TFF -Filtration:

Das Arbeitsprinzip der Tangentialflussfiltration (TFF) ist, dass die Lösung in einer Richtung parallel zur Membran fließt. Unter dem Druck gehen Moleküle, die kleiner als die Membranporen sind, durch die Membran und werden durchdrungen, während Moleküle, die größer als die Membranporen sind, zurückgehalten werden und Konzentrat werden.

 

Konzepte im Zusammenhang mit hohlen Fasern:

Transmembrandruckdifferenz (TMP): Die durchschnittliche Druckdifferenz auf beiden Seiten der Membran ist die Antriebskraft, damit die Flüssigkeit durch die Membran verläuft. Transmembrandruckdifferenz=(Pin + Preturn) / 2- ppermeate

Fluss: Die Flüssigkeitsmenge, die durch die Membran pro Membranbereich der Einheit pro Zeit durchläuft. LMH, L/(M2.H)

Normalisierter Wasserfluss (NWP: Normalisierte Wasserpermeabilität): Der Wasserfluss bei Einheitendruck und Standardtemperatur. L/(m2.h.psi)

Molekulargewicht Cutoff (MWCO): Charakterisiert die Porengröße der Ultrafiltrationsmembran.

Mindestanarbeitsvolumen: Das minimale Arbeitsvolumen des Tangential -Flus -Filtrationssystems bezieht sich auf das zirkulierende Flüssigkeitsvolumen, das für den Betrieb des Systems unter bestimmten Tangentialflussdurchflussbedingungen erforderlich ist. Das minimale Arbeitsvolumen hängt vom Aufbewahrungsvolumen und der Zirkulationsdurchflussrate des Systems und der Komponenten ab. Bei Hochkonzentrationsanwendungen wie der Viruskonzentration ist das minimale Arbeitsvolumen eine wichtige Überlegung, und das Ziel-Reflux-Konzentrationsvolumen muss höher sein als das minimale Arbeitsvolumen des Systems.

Schergeschwindigkeit: Die Änderungsrate der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids relativ zum Radius des kreisförmigen Durchflusskanals. Im Gegensatz zum Membranpaket wird die Schergeschwindigkeit in hohlen Faserversagen normalerweise anstelle der tangentialen Flussrate verwendet, um den Zirkulationsfluss parallel zur Membran zu charakterisieren.

Konzentrationspolarisation: Während des Ultrafiltrationsprozesses akkumulieren die gelösten Stoffe, die die Membran nicht durch die Membranoberfläche verlaufen, unter Druck, eine Gelschicht zu bilden. Die Konzentration im Bereich in der Nähe der Membrangrenzfläche wird immer höher. Unter der Wirkung des Konzentrationsgradienten nimmt die Diffusion des gelösten Stoffes von der Membranoberfläche zur Lösung zu, was den Flüssigkeitsbeständigkeit und den lokalen osmotischen Druck erhöht, was zu einer Abnahme des Flusses führt.

Gelschicht: Es ist der Hauptfaktor für den Widerstand von Ultrafiltrationsmembranen.

 

Faktoren, die bei der Auswahl von Hohlfasermembranen berücksichtigt werden müssen:

1. Auswahl der Membranform: Bei Proben, die geklärt sind, die an Partikeln reichhaltig sind, haben eine hohe Viskosität und erfordern eine geringe Scherkraftkonzentration, wie z.

2. Auswahl des Faserdurchmessers: 0. 5mm Innendurchmesser wird für die Probenkonzentration/Diafiltration bevorzugt; 1. 0 mm Innendurchmesser wird zur Klärung der Stichproben bevorzugt;

3. Auswahl der Filtrationsgenauigkeit: Die Porengröße der Hohlfasermembran beeinflusst ihre Filtrationsgenauigkeit. Die entsprechende Porengröße sollte gemäß den Anforderungen der spezifischen Anwendung ausgewählt werden, um eine effektive Filtration der Zielsubstanz sicherzustellen. Im Folgenden finden Sie einige gängige Anwendungsoptionen:

① Konzentration/Diafiltration: Um das Zielmolekül effektiv abzufangen und die Ausbeute sicherzustellen, wird im Allgemeinen eine Membranporengröße von 1/3-1/5 des Zielprobenmoleküls empfohlen. Gleichzeitig sollte die Porengröße unter der Bedingung so groß wie möglich sein, um den Gehalt an Verunreinigungen während des Konzentrations- und Diafiltrationsprozesses zu minimieren, unter der Bedingung, dass die Ausbeute des Zielmoleküls garantiert ist.

② Klärung: Es wird empfohlen, eine Membran -Porengröße auszuwählen, die 5-10 -Anfachen größer als das Zielmolekül ist, um sicherzustellen, dass das Zielmolekül so viel wie möglich ergibt, insbesondere wenn die Probe sehr "schmutzig" ist, sollte eine Membranporengröße von mehr als 10 -mal ausgewählt werden.

③ Molekulare Trennung: Wenn Sie eine tangentiale Flussfiltrationsmembran verwenden möchten, um zwei Zielmoleküle unterschiedlicher Größen zu trennen, sollte das Molekulargewicht des Zielmoleküls mindestens das 10 -fache unterschiedlich sein, und die Diafiltration sollte ausreichend sein.

④ Zellsammlung: Wenn das Zielprotein in einem E. coli -Beutel exprimiert wird, besteht der erste Schritt zur Erfassung der Bakterien darin, eine Ultrafiltrationsmembran von 500k/750k zu verwenden.

 

4. Effektive Länge: Das Prozessverstärkungsmerkmal von Hohlfasern besteht darin, dass solange die effektive Länge konsistent gehalten wird, eine direkte Prozessverstärkung durchgeführt werden kann. Komponenten unterschiedlicher Längen können jedoch aufgrund des signifikanten Unterschieds des Druckabfalls an beiden Enden nicht linear verstärkt werden, und die interne Druck- und Durchflussratenverteilung des Durchflusskanals ändert sich ebenfalls entsprechend. Normalerweise werden Komponenten mit kürzeren Durchflusskanallängen bei der Behandlung von Materialien mit hoher Viskosität und hoher Verschmutzung ausgewählt.

 

Anwendung von Hohlfaserkomponenten

Bewerbungsbereiche:

Reinigung, Konzentration und Dialyse von Impfstoffen

Reinigung, Konzentration und Dialyse von viralen Vektoren

Klärung und Filtration von Zellen und Bakterien in der Fermentationsbrühe

Erholung und Waschen von Zellen und Bakterien

Konzentration und Dialyse von Proteinen

Produktfunktionen:

Niedrigerer Fluss als Membranpakete

Sanft zu Materialien

Einfacher und offener Flusskanal

Leicht zu montieren

Leicht zu leeren

MWCO -Auswahl:

Es ist notwendig, die Trennungsselektivität der Membran und das Risiko einer Blockierung während des Behandlungsprozesses zu berücksichtigen. Daher sollten Membranen mit relativ kleinen Poren so weit wie möglich ausgewählt werden, um den langsamen Eintritt von Verunreinigungspartikeln in die Membranporen zu verringern und die Lebensdauer zu verlängern. Häufige Verarbeitungsszenarien sind wie folgt:

Viruskonzentration, Reinigung, Entfernung: 100 kd, 300 kd, 500 kd, 750 kd

Rekombinantes Protein/Antikörper -Klärung: 500 kd, 750 kd

Bakterienkonzentration: 500 kd, 750 kd