Membrana in fibra cava, quali sono le applicazioni e i vantaggi nella filtrazione?

Cos'è una membrana in fibra cavata?

La membrana a fibra cava (HFM) è un materiale barriera traslucido sintetico composto da innumerevoli minuscole fibre cave. Queste fibre fini sono caratterizzate dai loro canali cavi interni e sono coperte di micropori. Screscono le particelle che fluiscono attraverso di esse per le dimensioni dei micropori, consentendo solo molecole di una certa dimensione o più piccole, un processo basato sullo standard di cut-off di peso molecolare (MWCO). Da quando è stato sviluppato per la prima volta per l'osmosi inversa negli anni '60, l'applicazione di membrane a fibra cava è stata ampliata al trattamento delle acque, alla desalinizzazione, alla coltura cellulare e alla medicina e all'ingegneria dei tessuti. Nelle applicazioni commerciali, questa membrana è generalmente integrata nell'elemento filtro, fornendo un mezzo efficace per la separazione precisa dei liquidi.

Qual è il principio di filtrazione delle colonne a fibra cava?

Il principio di lavoro dei componenti della colonna in fibra cavata si basa sulla tecnologia di filtrazione della membrana. In breve, le colonne a fibre cave sono realizzate con membrane utilizzate per la filtrazione in colonne vuote. Quando il filtrato scorre attraverso il centro della membrana a fibra cava, la tecnologia TFF (Tangence Flow Filtration (TFF) viene utilizzata per ottenere un'efficace separazione di grandi molecole e piccole molecole. TFF consente alle sostanze di fluire parallele alla superficie della membrana anziché direttamente attraverso la membrana, riducendo così il rischio di blocco e migliorando l'efficienza della filtrazione.

Quando il fluido passa attraverso, i pori della membrana consentono solo molecole di una certa dimensione, mentre vengono mantenute molecole o particelle più grandi. Questo processo di separazione di solito comporta lo screening delle dimensioni fisiche e può anche comportare una separazione selettiva dell'affinità chimica. La dimensione dei pori sulla membrana determina cosa possono passare le sostanze. Il diametro di questi pori è generalmente nell'intervallo di pochi nanometri a pochi micron, che possono essere personalizzati in base alle esigenze dell'applicazione. Per applicazioni che richiedono la rimozione di batteri e virus, le membrane a fibra cava possono avere pori abbastanza piccoli da fornire funzioni di microfiltrazione o ultrafiltrazione.

 

Introduzione ai componenti della colonna in fibra cava

I componenti della colonna di fibra cavata includono:

1. Membrana a fibra cava: questa è la parte fondamentale della colonna di fibra cavata, che è composta da membrane a fibra cava più cave di materiale MPES ed è responsabile della separazione delle sostanze durante il processo di filtrazione. Le membrane a fibra cava sono per lo più strutture asimmetriche, costituite da uno strato superficiale fine e uno strato di supporto poroso.

2. Alloggio: realizzato in materiale polisolfone trasparente resistente alla corrosione, viene utilizzato per proteggere le fibre interne e mantenere l'integrità della struttura.

3. Porta di alimentazione/retentato: realizzato in polisolfone bianco, situato nella parte superiore/inferiore della colonna, utilizzato per guidare il fluido dentro e fuori dalla colonna di fibra.

4. Porta permeato: realizzato in polisulfone bianco, situato sul lato della colonna, dove il liquido filtrato lascia la membrana.

5. Cappuccetto: chiudere entrambe le estremità del fascio di fibre per garantire che il fluido possa passare solo attraverso l'interno della fibra cava.

6. Sigilli interni: realizzati in resina poliuretanica/epossidica, avvolgendo ogni colonna di fibra cava, fornendo un sito di supporto per la colonna di fibra cava e isola completamente il canale di flusso di alimentazione e il canale di flusso permeato.

7. O-ring/sigilli: realizzato in silicone, per garantire che non vi siano perdite di fluido nella colonna e mantengano l'integrità del sistema chiuso.

Questi componenti della colonna di fibra cava lavorano insieme per garantire l'efficienza e l'affidabilità del processo di filtrazione, adatti a una varietà di applicazioni industriali e di laboratorio.

 

Quali sono i vantaggi delle fibre cave?

1. Portata elevata e capacità di carico elevato.

Le membrane a fibra cava hanno un elevato rapporto superficie e volume, il che significa che possono elaborare grandi quantità di fluido in un piccolo spazio. In particolare, possono: (1) aumentare la capacità di elaborazione: nelle apparecchiature dello stesso volume, le membrane a fibra cava possono elaborare più fluidi a causa della loro superficie più ampia, il che è particolarmente importante per le applicazioni industriali che richiedono l'elaborazione di grandi quantità di fluido. (2) Migliorare l'efficienza di separazione: una superficie più ampia significa maggiori opportunità per il fluido di contattare la membrana e uno scambio di materiali più frequente ed efficace durante il processo di separazione. Ciò non solo migliora l'efficienza di separazione, ma garantisce anche la qualità e la purezza del prodotto finale.

2. Forza di taglio lieve e bassa.

Le membrane a fibra cava hanno una struttura del canale a flusso tubulare aperto senza schermo, che evita turbolenza irregolare e violenta durante la circolazione di fluidi biologici, quindi hanno una forza di taglio inferiore. Le condizioni lievi possono impedire efficacemente l'aggregazione e i cambiamenti conformazionali delle macromolecole biologiche come le proteine, che sono utili per proteggere l'integrità delle macromolecole come le proteine ​​virali e il miglioramento della resa dell'attività dei campioni target.

In alcuni processi di produzione biofarmaceutica, la fase TFF ha requisiti speciali, con conseguenti bassi tassi di recupero, tra cui blocco, stress eccessivo, sensibilità al taglio della molecola bersaglio o elevata viscosità.

3. Funzionamento semplice e produzione facile.

Le colonne a membrana in fibra cavata sono progettate per ottenere uno sviluppo e una produzione di farmaci più semplici e più veloci minimizzando le fasi di funzionamento delle attrezzature come bagnatura e sterilizzazione. Le colonne di membrana usa e getta eliminano la necessità di soluzioni di pulizia e convalida della pulizia.

4. Rinnovabilità.

Le colonne a fibra cava possono essere pulite e rigenerate usando 0. 5m NaOH. Semplicemente circolando la soluzione NaOH attraverso la colonna di fibra cavata, i residui attaccati alla superficie della membrana possono essere rimossi in modo efficiente, ripristinando rapidamente la sua efficienza di filtrazione originale, evitando così l'alto costo della frequente sostituzione della membrana.

5. Prestazioni di amplificazione lineare affidabile.

Il percorso del flusso tubulare in fibra cava è semplice, la perdita di caduta della pressione del flusso del fluido è piccola e la pressione della membrana TMP è uniforme lungo il percorso di flusso, che favorisce il miglioramento dell'utilizzo generale dell'area della membrana. Il modello di meccanica del fluido di flusso tubulare maturo fornisce una base teorica perfetta per l'amplificazione lineare diretta e garantisce il tasso di successo dell'amplificazione del processo.

 

Applicazioni tipiche di colonne a fibre cave

Le colonne di fibre cave svolgono un ruolo vitale nelle industrie biotecnologiche e farmaceutiche e le loro aree di applicazione sono ampie, tra cui: principalmente:

1. Purificazione e concentrazione dei vaccini: le colonne a fibra cava possono concentrare le preparazioni del vaccino e aumentare la loro concentrazione nel prodotto finale, rimuovendo le impurità indesiderate di piccole molecole attraverso la dialisi per migliorare la purezza e la sicurezza dei vaccini.

2. Purificazione e concentrazione dei vettori virali: nella terapia genica e nello sviluppo del vaccino, è un must. Le colonne a fibra cava possono separare efficacemente i vettori virali attraverso l'ordinamento delle dimensioni fisiche, mantenere la loro integrità e attività e rimuovere piccole molecole attraverso la dialisi per migliorare l'efficienza di purificazione.

3. Chiarimento e filtrazione di cellule e batteri nel brodo di fermentazione: le colonne a fibra cava possono rimuovere rapidamente cellule e batteri dalla miscela biologica prodotta per fermentazione, trasparente torbidità e fornire materiali di partenza puliti per successive fasi di estrazione e purificazione.

4. Recupero e lavaggio di cellule e batteri: dopo la coltura cellulare e il processo di fermentazione microbica, le cellule devono essere recuperate per ulteriori analisi o estrazione del prodotto. Le colonne a fibra cava possono effettivamente raccogliere cellule e rimuovere le impurità dal terreno di coltura fornendo al contempo un ambiento di lavaggio delicato per mantenere l'integrità cellulare.

5. Concentrazione proteica e dialisi: le colonne a fibra cava sono particolarmente importanti nell'ingegneria proteica. Possono non solo concentrare soluzioni proteiche, ma anche rimuovere sali e altre impurità di piccole molecole, il che è cruciale per lo sviluppo e la produzione di farmaci proteici.

Queste aree di applicazione dimostrano la versatilità e l'efficienza delle colonne di fibre cave nei moderni bioprocessi, svolgendo così un ruolo chiave nella preparazione, nella pulizia e nella lavorazione dei prodotti biologici.