中空繊維成分の原理の紹介

1。背景

中空繊維成分は、セルロースまたはミネラルの複数層の中空構造で構成される新しいタイプの繊維材料です。この材料には、低密度、高い特定の表面積、および高気孔率の特性があるため、ろ過、分離、吸着に広く使用されています。

 

過去数十年で、中空繊維成分は、生物医学、食品と飲み物、環境保護、化学産業などの多くの分野で広く使用されてきました。たとえば、バイオメディシンの分野では、中空の繊維成分を使用して、バイオ医薬品製品とバイオリアクターを調製します。環境保護の分野では、中空繊維成分が水処理、廃水処理、および空気浄化に使用されます。

 

中空繊維成分の背景は非常に豊富です。アプリケーションで広く検証されているだけでなく、材料科学と繊維技術の分野に深い研究基盤もあります。そのユニークな構造と性能のため、中空の繊維成分は潜在能力が高く、今後も重要な役割を果たし続けます。

2。原則

膜分離技術の定義：

フィルター膜：1つ以上の層を含む多孔質ポリマーで作られた薄膜材料。

膜分離技術：圧力差や濃度差などの外部条件を駆動力として使用して、複数の成分の特定の特定の物質のみが通過できるようにし、他の物質を傍受できる分離技術。通常、混合物の分離、精製、濃度で使用されます。

 

ろ過方法：

直流ろ過：行き止まりとも呼ばれ、飼料液体がフィルター膜の表面に垂直に流れ、すべての液体がフィルター培地を通過し、汚染物質がフィルター膜の表面内または表面に保持されます。

たとえば、主にマイクロフィルトレーションのカテゴリーに濃縮された、説明ろ過、予備ろ過、滅菌ろ過、ウイルス除去ろ過、真空フィルター。

 

接線の流れろ過：交差流量ろ過とも呼ばれ、フィルター膜の表面に平行な飼料液、液体の一部はフィルター培地を通過し、汚染物質はフィルター膜の表面または膜の反対端から還流されます。

 

たとえば、膜パッケージ、中空繊維の限外ろ過、主に限外ろ過のカテゴリーに集中しています。

TFFろ過の特徴：

接線流ろ過（TFF）の動作原理は、溶液が膜に平行な方向に流れることです。圧力の下では、膜の細孔よりも小さい分子は膜を通過して透過性になりますが、膜の細孔よりも大きい分子は保持され、濃縮されます。

 

中空繊維に関連する概念：

膜貫通圧力差（TMP）：膜の両側の平均圧力差は、液体が膜を通過する駆動力です。膜貫通圧力差=（pin + preturn） / 2- ppermeate

フラックス：単位時間あたりの単位膜面積あたりの膜を通過する流体の量。 LMH、L/（M2.H）

正規化された水流（NWP：正規化された水透過性）：単位圧力と標準温度での水の流束。 L/（M2.H.PSI）

分子量カットオフ（MWCO）：超微細ろ過膜の孔サイズを特徴付けます。

最小作業容積：接線流量ろ過システムの最小作業量は、特定の接線流量条件下でシステムを動作させるために必要な循環液体体積を指します。最小作業量は、システムとコンポーネントの保持量と循環流量に依存します。ウイルス濃度などの高濃度アプリケーションでは、最小作業量が重要な考慮事項であり、ターゲット還流濃度の体積はシステムの最小作業量よりも高い必要があります。

せん断速度：円形の流れチャネルの半径に対する流体の流速速度の変化速度。膜パッケージとは異なり、中空の繊維実験では、膜に平行な循環流を特徴付けるために、接線流量の代わりにせん断速度が通常使用されます。

濃度偏光：限外ろ過プロセス中に、膜を通過できない溶質は、圧力下で膜表面に蓄積してゲル層を形成します。膜界面の近くの領域の濃度はますます高くなっています。濃度勾配の作用の下で、溶質の溶質の拡散が溶液への拡散が増加し、流体抵抗と局所浸透圧が増加し、フラックスが減少します。

ゲル層：これは、限外ろ過膜の耐性の主な要因です。

 

中空の繊維膜を選択する際に考慮すべき要因：

1.膜の選択：粒子が豊富で、粘度が高く、安定性が低い大きな粒子ウイルス分子などの低せん断力濃度を必要とするサンプルの場合、透明/濃度と拡張のために中空繊維膜が選択されます。

2。繊維直径の選択：0。サンプル濃度/拡張には5mmの内径が推奨されます。 1。0サンプルの明確化には、mm内径が推奨されます。

3。ろ過精度の選択：中空繊維膜の細孔サイズは、そのろ過精度に影響します。ターゲット物質の効果的なろ過を確保するために、特定のアプリケーションの要件に従って適切な細孔サイズを選択する必要があります。以下は、いくつかの一般的なアプリケーションオプションです。

constration/diafiltration：標的分子を効果的に傍受し、収率を確保するために、標的サンプル分子の1/3-1/5の膜細孔サイズが一般的に推奨されます。同時に、濃度と拡張プロセス中の不純物の含有量を最小限に抑えるために、ターゲット分子収率が保証されるという条件下では、細孔サイズが可能な限り大きくなければなりません。

ulifical明確化：特にサンプルが非常に「汚れている」場合、標的分子が可能な限り収穫することを保証するために、標的分子の5-10倍の倍の膜細孔サイズを選択することをお勧めします。

③分子分離：接線流濾過膜を使用して異なるサイズの2つの標的分子を分離する場合、標的分子の分子量は少なくとも10倍異なり、拡張機能で十分です。

④細胞収集：標的タンパク質が大腸菌袋で発現している場合、細菌を収集する最初のステップは、500K/750Kの限外ろ過膜を使用することです。

 

4.有効長：中空繊維のプロセス増幅特徴は、有効長が一貫している限り、直接プロセス増幅を実行できることです。ただし、両端での圧力低下の有意差のため、異なる長さの成分を線形増幅することはできません。また、フローチャネルの内部圧力と流量分布もそれに応じて変化します。通常、フローチャネルの長さが短いコンポーネントは、粘度が高く、ファウリングが高い材料を処理するときに選択される傾向があります。

 

中空繊維成分の適用

アプリケーション領域：

ワクチンの精製、濃度、透析

ウイルスベクターの精製、濃度、透析

発酵スープにおける細胞と細菌の明確化とろ過

細胞と細菌の回復と洗浄

タンパク質の濃度と透析

製品機能：

膜パッケージよりも低いフラックス

材料に優しい

シンプルでオープンなフローチャネル

組み立てが簡単です

空にするのは簡単です

MWCO選択：

膜の分離選択性と、治療プロセス中の閉塞のリスクを考慮する必要があります。したがって、選択性とフラックスを確保するという前提の下で、比較的小さな毛穴を持つ膜を可能な限り選択する必要があります。一般的な処理シナリオは次のとおりです。

ウイルス濃度、精製、除去：100kd、300kd、500kd、750kd

組換えタンパク質/抗体の説明：500kd、750kd

細菌濃度：500kd、750kd