Membrane à fibres creuses, quelles sont les applications et les avantages de la filtration?
Qu'est-ce qu'une membrane à fibre creuse?
La membrane à fibre creuse (HFM) est un matériau de barrière translucide synthétique composé d'innombrables minuscules fibres creuses. Ces fibres fines sont caractérisées par leurs canaux creux internes et sont recouverts de micropores. Ils filtrent les particules qui les traversent par la taille des micropores, permettant uniquement de passer des molécules d'une certaine taille ou plus petites, un processus basé sur la norme de coupure de poids moléculaire (MWCO). Depuis son développement pour l'osmose inverse dans les années 1960, l'application de membranes à fibres creuses s'est étendue au traitement de l'eau, au dessalement, à la culture cellulaire et à l'ingénierie des médicaments et des tissus. Dans les applications commerciales, cette membrane est généralement intégrée dans l'élément filtrant, fournissant un moyen efficace pour la séparation précise des liquides.
Quel est le principe de filtration des colonnes en fibres creuses?
Le principe de travail des composants de la colonne de fibre creuse est basé sur la technologie de filtration membranaire. En bref, les colonnes en fibres creuses sont faites de membranes utilisées pour la filtration en colonnes creuses. Lorsque le filtrat traverse le milieu de la membrane à fibre creuse, la technologie de filtration d'écoulement tangentielle (TFF) est utilisée pour réaliser une séparation efficace des grandes molécules et de petites molécules. TFF permet aux substances de circuler parallèlement à la surface de la membrane au lieu de directement à travers la membrane, réduisant ainsi le risque de blocage et d'amélioration de l'efficacité de filtration.
Lorsque le fluide passe, les pores de la membrane ne permettent que des molécules d'une certaine taille, tandis que des molécules ou des particules plus grandes sont conservées. Ce processus de séparation implique généralement un dépistage de la taille physique et peut également impliquer une séparation sélective de l'affinité chimique. La taille des pores sur la membrane détermine quelles substances peuvent passer. Le diamètre de ces pores est généralement dans la plage de quelques nanomètres à quelques microns, qui peuvent être personnalisés en fonction des besoins de l'application. Pour les applications qui nécessitent l'élimination des bactéries et des virus, les membranes à fibres creuses peuvent avoir des pores suffisamment petits pour fournir des fonctions de microfiltration ou d'ultrafiltration.
Introduction aux composants de la colonne de fibre creuse
Les composants de la colonne de fibre creuse comprennent:
1. Membrane à fibres creuses: Il s'agit de la partie centrale de la colonne de fibres creuses, qui est composée de plusieurs membranes à fibres creuses en matériau MPE et est responsable de la séparation des substances pendant le processus de filtration. Les membranes à fibres creuses sont principalement des structures asymétriques, consistant en une couche de surface fine et une couche de support poreuse.
2. Logement: en matériau polysulfone transparent résistant à la corrosion, il est utilisé pour protéger les fibres internes et maintenir l'intégrité de la structure.
3. Port d'alimentation / rétentat: en polysulfone blanc, situé en haut / en bas de la colonne, utilisé pour guider le fluide dans et hors de la colonne de fibre.
4. Port de perméat: en polysulfone blanc, situé sur le côté de la colonne, où le liquide filtré quitte la membrane.
5. Capes d'extrémité: Fermez les deux extrémités du faisceau de fibres pour s'assurer que le liquide ne peut passer que à l'intérieur de la fibre creuse.
6. Joints internes: en résine polyuréthane / époxy, enroulant chaque colonne de fibre creuse, fournissant un site de support pour la colonne de fibre creuse, et isolant complètement le canal d'écoulement d'alimentation et le canal d'écoulement de perméat.
7. Joine-joints / joints: en silicone, pour vous assurer qu'il n'y a pas de fuite de fluide dans la colonne et maintenir l'intégrité du système fermé.
Ces composantes de la colonne de fibres creuses fonctionnent ensemble pour assurer l'efficacité et la fiabilité du processus de filtration, adaptées à une variété d'applications industrielles et de laboratoire.
Quels sont les avantages des fibres creuses?
1. Débit élevé et capacité de chargement élevée.
Les membranes à fibres creuses ont un rapport surface / volume élevé, ce qui signifie qu'ils peuvent traiter de grandes quantités de liquide dans un petit espace. Plus précisément, ils peuvent: (1) augmenter la capacité de traitement: dans l'équipement du même volume, les membranes à fibres creuses peuvent traiter plus de liquides en raison de leur plus grande surface, ce qui est particulièrement important pour les applications industrielles qui nécessitent un traitement de grandes quantités de liquide. (2) Améliorer l'efficacité de la séparation: une surface plus grande signifie plus de possibilités de liquide de contacter la membrane et d'échange de matériaux plus fréquent et efficace pendant le processus de séparation. Cela améliore non seulement l'efficacité de séparation, mais assure également la qualité et la pureté du produit final.
2. Force de cisaillement légère et basse.
Les membranes à fibres creuses ont une structure de canal d'écoulement tubulaire ouvert sans écran, qui évite les turbulences irrégulières et violentes pendant la circulation des fluides biologiques, de sorte qu'ils ont une force de cisaillement plus faible. Des conditions douces peuvent effectivement prévenir l'agrégation et les changements conformationnels des macromolécules biologiques telles que les protéines, ce qui est bénéfique pour protéger l'intégrité des macromolécules telles que les protéines virales et l'amélioration du rendement de l'activité des échantillons cibles.
Dans certains processus de production biopharmaceutique, l'étape TFF a des exigences particulières, ce qui entraîne de faibles taux de récupération, y compris le blocage, une contrainte excessive, une sensibilité au cisaillement de la molécule cible ou une viscosité élevée.
3. Fonctionnement simple et production facile.
Les colonnes à membrane à fibres creuses sont conçues pour atteindre le développement et la production de médicaments plus simples et plus rapides en minimisant les étapes de fonctionnement de l'équipement telles que le mouillage et la stérilisation. Les colonnes membranaires jetables éliminent le besoin de solutions de nettoyage et la validation de nettoyage.
4. Renouvellement.
Les colonnes de fibres creuses peuvent être nettoyées et régénérées en utilisant 0. 5m NaOH. En circulant simplement la solution de NaOH à travers la colonne de fibres creuses, les résidus attachés à la surface de la membrane peuvent être supprimés efficacement, restaurant ainsi rapidement son efficacité de filtration d'origine, évitant ainsi le coût élevé du remplacement fréquent de la membrane.
5. Performance d'amplification linéaire fiable.
Le chemin d'écoulement tubulaire à fibre creuse est simple, la perte de chute de pression d'écoulement du fluide est petite et la pression de la membrane TMP est uniforme le long du chemin d'écoulement, ce qui est propice à l'amélioration de l'utilisation globale de la zone de la membrane. Le modèle de mécanique des fluides du chemin d'écoulement tubulaire mature fournit une base théorique parfaite pour l'amplification linéaire directe et assure le taux de réussite de l'amplification du processus.
Applications typiques des colonnes en fibres creuses
Les colonnes en fibres creuses jouent un rôle vital dans les industries de la biotechnologie et de la pharmaceutique, et leurs domaines d'application sont larges, notamment: incluant principalement:
1. Purification et concentration des vaccins: les colonnes à fibres creuses peuvent concentrer les préparations de vaccins et augmenter leur concentration dans le produit final, tout en éliminant les impuretés indésirables de petites molécules par dialyse pour améliorer la pureté et la sécurité des vaccins.
2. Purification et concentration de vecteurs viraux: Dans la thérapie génique et le développement des vaccins, la grande pureté des vecteurs viraux est un must. Les colonnes à fibres creuses peuvent séparer efficacement les vecteurs viraux par le tri de taille physique, conserver leur intégrité et leur activité et éliminer les petites molécules par dialyse pour améliorer l'efficacité de la purification.
3. Clarification et filtration des cellules et des bactéries dans le bouillon de fermentation: les colonnes à fibres creuses peuvent rapidement éliminer les cellules et les bactéries du mélange biologique produit par la fermentation, effacer la turbidité et fournir des matériaux de départ propres pour les étapes d'extraction et de purification ultérieures.
4. Récupération et lavage des cellules et des bactéries: Après la culture cellulaire et le processus de fermentation microbienne, les cellules doivent être récupérées pour une analyse ou une extraction de produit plus approfondie. Les colonnes en fibres creuses peuvent collecter efficacement les cellules et éliminer les impuretés du milieu de culture tout en fournissant un environnement de lavage doux pour maintenir l'intégrité des cellules.
5. Concentration des protéines et dialyse: les colonnes à fibres creuses sont particulièrement importantes dans l'ingénierie des protéines. Ils peuvent non seulement concentrer des solutions de protéines, mais également éliminer les sels et autres impuretés à petites molécules, ce qui est crucial pour le développement et la production de médicaments protéiques.
Ces zones d'application démontrent la polyvalence et l'efficacité des colonnes en fibres creuses dans les bioprocédés modernes, jouant ainsi un rôle clé dans la préparation, le nettoyage et le traitement des produits biologiques.
