Membrana de fibra buida, quines són les aplicacions i els avantatges en la filtració?
Què és una membrana de fibra buida?
La membrana de fibra buida (HFM) és un material de barrera translúcida sintètica composta per infinitat de fibres buides. Aquestes fibres fines es caracteritzen pels seus canals buits interns i estan cobertes de micropores. Es projecten les partícules que hi flueixen per la mida dels micropores, permetent que només passin molècules d’una certa mida o més petites, un procés basat en l’estàndard de tall de pes molecular (MWCO). Com que es va desenvolupar per primera vegada per a l’osmosi inversa als anys seixanta, l’aplicació de membranes de fibra buida s’ha expandit al tractament de l’aigua, dessalinització, cultiu cel·lular i medicina i enginyeria de teixits. En aplicacions comercials, aquesta membrana s’integra generalment a l’element del filtre, proporcionant un mitjà eficaç per a la separació precisa de líquids.
Quin és el principi de filtració de les columnes de fibra buida?
El principi de treball dels components de columna de fibra buida es basa en la tecnologia de filtració de membranes. En resum, les columnes de fibra buida estan fetes de membranes utilitzades per a la filtració en columnes buides. Quan el filtrat flueix pel mig de la membrana de fibra buida, la tecnologia de filtració de flux tangencial (TFF) s’utilitza per aconseguir una separació efectiva de molècules grans i molècules petites. TFF permet que les substàncies flueixin paral·leles a la superfície de la membrana en lloc de directament a través de la membrana, reduint així el risc de bloqueig i millorant l'eficiència de filtració.
Quan el fluid passa, els porus de la membrana només permeten que les molècules d’una certa mida passin, mentre que es conserven molècules o partícules més grans. Aquest procés de separació sol implicar un cribratge de mida física i també pot implicar una separació selectiva de l’afinitat química. La mida dels porus de la membrana determina quines substàncies poden passar. El diàmetre d’aquests porus sol estar en el rang d’uns quants nanòmetres a uns quants micres, que es poden personalitzar segons les necessitats de l’aplicació. Per a aplicacions que requereixen l’eliminació de bacteris i virus, les membranes de fibra buida poden tenir porus prou petits per proporcionar funcions de microfiltració o ultrafiltració.
Introducció als components de la columna de fibra buida
Els components de la columna de fibra buida inclouen:
1. Membrana de fibra buida: aquesta és la part central de la columna de fibra buida, que es compon de múltiples membranes de fibra buida feta de material MPES i és responsable de la separació de substàncies durant el procés de filtració. Les membranes de fibra buida són principalment estructures asimètriques, que consisteixen en una capa superficial fina i una capa de suport porosa.
2.
3. Port d’alimentació/retentat: fet de polisulfona blanca, situada a la part superior/inferior de la columna, utilitzada per guiar el líquid dins i fora de la columna de fibra.
4. Permeat el port: fet de polisulfona blanca, situada al costat de la columna, on el líquid filtrat deixa la membrana.
5. CAPS END: tanqueu els dos extrems del paquet de fibra per assegurar -se que el fluid només pot passar per l’interior de la fibra buida.
6. SEALS INTERS: Fabricat en poliuretà/epoxi, embolicar cada columna de fibra buida, proporcionar un lloc de suport per a la columna de fibra buida i aïllar completament el canal de flux d’alimentació i el canal de flux de permeat.
7. O-RINGS/SEALS: feta de silicona, per assegurar-se que no hi ha fuites de fluids a la columna i mantenir la integritat del sistema tancat.
Aquests components de la columna de fibra buida treballen junts per assegurar l’eficiència i la fiabilitat del procés de filtració, adequats per a diverses aplicacions industrials i de laboratori.
Quins avantatges té les fibres buides?
1. Alt cabal i alta capacitat de càrrega.
Les membranes de fibra buida tenen una proporció de superfície elevada i volum, cosa que significa que poden processar grans quantitats de líquid en un espai reduït. Concretament, poden: (1) augmentar la capacitat de processament: En els equips del mateix volum, les membranes de fibra buida poden processar més fluids a causa de la seva superfície més gran, que és particularment important per a aplicacions industrials que requereixen processament de grans quantitats de líquids. (2) Millorar l'eficiència de separació: una superfície més gran significa més oportunitats perquè el fluid es posi en contacte amb la membrana i un intercanvi de materials més freqüent i eficaç durant el procés de separació. Això no només millora l’eficiència de separació, sinó que també garanteix la qualitat i la puresa del producte final.
2. Força de cisallament lleu i baixa.
Les membranes de fibra buida tenen una estructura de canal de flux tubular obert lliure de pantalla, que evita la turbulència irregular i violenta durant la circulació de líquids biològics, de manera que tenen força de cisalla inferior. Les condicions lleus poden prevenir eficaçment l’agregació i els canvis conformacionals de macromolècules biològiques com les proteïnes, cosa que és beneficiosa per protegir la integritat de les macromolècules com les proteïnes virals i millorar el rendiment d’activitat de mostres diana.
En alguns processos de producció biofarmacèutica, el pas TFF té requisits especials, donant lloc a taxes de recuperació baixes, incloent bloqueig, estrès excessiu, sensibilitat de cisalla de la molècula objectiu o alta viscositat.
3. Funcionament senzill i fàcil producció.
Les columnes de membrana de fibra buida estan dissenyades per aconseguir un desenvolupament i producció de fàrmacs més senzills i més ràpids minimitzant els passos de funcionament dels equips com la humectació i l’esterilització. Les columnes de membrana d’un sol ús eliminen la necessitat de netejar solucions i validació de neteja.
4. Renovabilitat.
Les columnes de fibra buida es poden netejar i regenerar mitjançant 0. 5M NaOH. Simplement circulant la solució NaOH a través de la columna de fibra buida, els residus units a la superfície de la membrana es poden eliminar de manera eficient, restablint ràpidament la seva eficiència de filtració original, evitant així l’elevat cost de la substitució de membrana freqüent.
5. Rendiment d’amplificació lineal fiable.
La ruta de flux tubular de fibra buida és senzilla, la pèrdua de caiguda de la pressió de flux és petita i la pressió de la membrana TMP és uniforme al llarg del camí de flux, cosa que propici per millorar la utilització general de l’àrea de la membrana. El model de mecànica de fluids de flux de flux tubular madura proporciona una base teòrica perfecta per a l'amplificació lineal directa i garanteix la velocitat d'èxit de l'amplificació del procés.
Aplicacions típiques de columnes de fibra buida
Les columnes de fibra buida tenen un paper vital en les indústries biotecnològiques i farmacèutiques, i les seves àrees d'aplicació són àmplies, incloses principalment:
1. Purificació i concentració de vacunes: Les columnes de fibra buida poden concentrar els preparats de la vacuna i augmentar la seva concentració en el producte final, alhora que elimina les impureses de molècules petites no desitjats mitjançant diàlisi per millorar la puresa i la seguretat de les vacunes.
2. Purificació i concentració de vectors virals: en la teràpia gènica i el desenvolupament de la vacuna, és imprescindible una alta puresa dels vectors virals. Les columnes de fibra buida poden separar de manera eficient els vectors virals mitjançant l’ordenació de la mida física, conservar la seva integritat i activitat i eliminar molècules petites mitjançant diàlisi per millorar l’eficiència de la purificació.
3. Aclariment i filtració de cèl·lules i bacteris al brou de fermentació: les columnes de fibra buida poden eliminar ràpidament les cèl·lules i els bacteris de la barreja biològica produïda per fermentació, la turbiditat clara i proporcionar materials de partida nets per a posteriors passos d’extracció i purificació.
5. Recuperació i rentat de cèl·lules i bacteris: Després del cultiu cel·lular i del procés de fermentació microbiana, cal recuperar les cèl·lules per a una anàlisi o extracció de productes posteriors. Les columnes de fibra buida poden recollir eficaçment les cèl·lules i eliminar les impureses del medi de cultiu alhora que proporciona un entorn de rentat suau per mantenir la integritat cel·lular.
5. Concentració de proteïnes i diàlisi: les columnes de fibra buida són especialment importants en l’enginyeria de proteïnes. No només poden concentrar solucions de proteïnes, sinó que també eliminar les sals i altres petites impureses de molècules, cosa que és crucial per al desenvolupament i la producció de fàrmacs proteics.
Aquestes àrees d'aplicació demostren la versatilitat i l'eficiència de les columnes de fibra buida en bioprocesses moderns, jugant així un paper clau en la preparació, neteja i processament de productes biològics.
