Name: Système Croix-flux en trois dimensions Imprimé microfluidique pour les essais dultrafiltration / nanofiltration membrane Performance (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: Découvrez la conception et l'opération d'une cellule microfluidique 3D en flux croisé pour tester les performances et l'encrassement des membranes d'ultrafiltration et de nanofiltration. Cette méthode économique permet des études parallèles.

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Les auteurs remercient Stratasys (Rehovot, Israël) pour l&#39;impression en trois dimensions de l&#39;appareil. Nous sommes reconnaissants à Microdyne-Nadir (Allemagne) pour les échantillons de membrane. Cette recherche a été financée par la Fondation Sciences Israël (Grant 1474-1413) pour CJA

1. Conception et fabrication du système microfluidique test <ol><li> Concevoir dispositif microfluidique en deux parties distinctes: une partie supérieure et la partie inférieure (figure 1) dans un programme de CAO. </li><li> Commencez à faire de la partie inférieure à l&#39;aide de l&#39;outil Rectangle pour dessiner un 40 mm par 60 mm rectangle. </li><li> Dans un coin avec l&#39;outil de cercle de créer un cercle de 6,2 mm de diamètre centré 10 mm des bords. Avec l&#39;outil de configuration linéaire reproduire les trous à travers le rectangle avec un espacement de 20 mm pour un total de 6 trous. </li><li> Utilisation de l&#39;outil Filet fileter les rectangles avec un rayon de 1 mm. </li><li> Extruder la partie 10 mm avec l&#39;outil d&#39;extrusion. </li><li> Dans le centre de la face supérieure, avec l&#39;outil Rectangle de créer un rectangle de 30 mm par 1 mm et avec l&#39;outil extrusion de coupe coupé 0,2 mm pour le canal d&#39;écoulement. </li><li> Utilisation de l&#39;outil de cercle faire un cercle d&#39;un diamètre de 1 mm à l&#39;extrémité du canal d&#39;écoulement. Puis, avec l&#39;outil de ligne de construire un chemin reliant le cercle le plus proche40 mm par 10 mm visage, y compris un rayon de 4 mm faite avec l&#39;outil de filet. Faire une coupe le long de ce chemin avec l&#39;outil de coupe balayé. </li><li> Avec l&#39;outil de cercle créer un cercle d&#39;un diamètre de 3,9 mm au centre de la voie d&#39;écoulement et de réduire de 8 mm avec l&#39;outil extrusion de coupe pour permettre des raccords. </li><li> Répéter les étapes 1.7 et 1.8 pour le côté opposé du canal d&#39;écoulement. </li><li> Avec la répétition de partie supérieure étapes 1,2-1,5. Puis dans le centre de la face supérieure de créer un canal de perméat en utilisant l&#39;outil Rectangle pour créer un rectangle de 30 mm par 1 mm et couper 0,5 mm en utilisant l&#39;outil extrusion de coupe. </li><li> Utilisez l&#39;outil de cercle pour faire un 1 mm cercle centré dans le perméat canal 5 mm d&#39;une extrémité. Avec l&#39;outil de ligne de construire un chemin reliant le cercle à l&#39;un des 1 cm par 6 cm visages, y compris un rayon de 4 mm faite avec l&#39;outil de filet. Faire une coupe le long du chemin avec l&#39;outil de coupe balayé. </li><li> Avec l&#39;outil de cercle créer d&#39;autres cercle de 3,9 mm de diamètre dont le centre est sur le chemin de perméat et couper 8 mm avec l&#39;exTrude outil coupé. </li><li> Aux parties supérieures de 40 mm des bords, avec l&#39;outil Rectangle, créer des rectangles de 40 mm par 5 mm ajoutant 4 mm rayons avec l&#39;outil de filet. Utilisez l&#39;outil d&#39;extrusion pour extruder 3 mm vers le bas pour les poignées. </li><li> Imprimer des pièces avec un photopolymère multi-matériaux imprimante 3-D en utilisant un polymère transparent dur, y compris 0,05 mm de recouvrement par un polymère caoutchouteux doux sur le visage de chaque partie qui contient le canal. Utiliser le protocole standard, l&#39;étalonnage et les paramètres du fabricant. </li><li> Appuyez sur les discussions (M5) dans l&#39;alimentation, de rétention et imprègnent orifices. Utilisez du ruban adhésif de plombier pour raccorder 1/8 &quot;raccords pour l&#39;alimentation et de rétention et 1/16&quot; raccords au perméat. </li><li> Connectez dispositifs microfluidiques à pompe, vannes, capteur de pression et régulateur de contre-pression avec 1/8 &quot;tube (Figure 2). </li><li> Connectez 0,45 um filtres et à l&#39;entrée des tubes. </li><li> Décharge imprégner de débitmètre et gobelets sur les soldes avec 1/16 &quot;tube. </li><li&gt; Joindre asservissement de rotation continue à contre-pression régulateur avec des vis et des servo standard à vanne 3 voies avec tie-fil. </li><li> Connectez servos et alimentation servo bouclier. </li><li> Connectez capteur de pression, interrupteurs et servo bouclier pour microcontrôleur. </li><li> Connectez microcontrôleur, les soldes, d&#39;un débitmètre et la pompe à un PC pour l&#39;enregistrement des données et le contrôle du système. </li><li> Configurer les soldes pour imprimer des données à leur port série. </li></ol> 2. préparer des membranes à tester <ol><li> Couper les membranes de 40 mm x 8 mm. </li><li> Faire tremper membranes en eau ultra-pure (3 x 10 min) avec ultrasons. </li><li> Puis tremper les membranes à 50/50 ultrapure eau / éthanol pendant 1 heure. </li><li> Rincer les membranes avec de l&#39;eau ultra pure et de stocker dans l&#39;eau ultra-pure à 4 ° C. 8 </li></ol> 3. Préparer des solutions à tester avec nanofiltration membranes <ol><li> Ajouter 500 ml d&#39;eau ultra-pure à une fiole d&#39;Erlenmeyer. Puis ajouter 0,04 g de BSA uned 0,29 g de NaCl. </li><li> Ajouter 500 ml d&#39;eau ultra-pure dans un ballon de Erlenmeyer séparée. Puis ajouter 0,6 g de MgSO 4. </li><li> Ajouter 500 ml d&#39;eau ultra-pure à une troisième erlenmeyer. Puis ajouter 0,29 g de NaCl. </li><li> Insérer remuer barres dans chaque flacon et placer des flacons sur des plaques d&#39;agitation. Mélanger pendant 5 minutes à 500 tours par minute. </li></ol> 4. Effectuer une expérience nanofiltration encrassement Remarque: Effectuez l&#39;expérience à la température ambiante (environ 24 ° C). D&#39;abord configurer le système de mesure d&#39;une seule membrane en fermant les vannes à des cellules non connectées au débitmètre de flux. <ol><li> Insérer un tube d&#39;entrée d&#39;une pompe dans le réservoir d&#39;eau ultra-pure et l&#39;autre tube d&#39;entrée 4 dans la solution de sulfate de magnésium (figure 2). </li><li> Utiliser une seringue pour puiser de l&#39;eau et de MgSO 4 solution à travers des tubes de manière à éliminer toutes les bulles d&#39;air dans le système. </li><li> Insérer une membrane de nanofiltration sur la partie inférieure de la cellule d&#39;écoulement, avec leface active vers le canal d&#39;alimentation, et les placer sur la partie supérieure de la cellule d&#39;écoulement. </li><li> Fixer les écrous à la main, puis serrer uniformément avec une clé de manière à minimiser les fuites. </li><li> Sélectionner l&#39;eau ultra pure avec le sélecteur de réservoir. </li><li> Régler le débit de la pompe à 2 ml / min et démarrer la pompe. </li><li> Régler le régulateur de pression de 4 bars. </li><li> Définir les paramètres expérimentaux pour passer réservoirs toutes les 45 min à partir avec le réservoir d&#39;eau. </li><li> Réglez le commutateur réservoir pour l&#39;automobile, et de commencer l&#39;expérience. </li><li> À 60 min recueillir MgSO 4 perméat dans un tube de 30 min suivantes. </li><li> À 91 min remplacer MgSO 4 flacon à flacon contenant la solution de SAB et NaCl. </li><li> Arrêter rapidement la pompe et utiliser une seringue pour aspirer solution BSA à travers le tube d&#39;entrée pour éliminer les restes de MgSO 4 dans un tube. Puis recommencer pompe. </li><li> À 150 min BSA recueillir le perméat dans un tube de 30 min suivantes. </li><li> Après 225 min, arrêter le système et retirez nano<html> membrane de filtration de la cellule d&#39;écoulement. </li><li> En utilisant une seringue, débusquer tube d&#39;entrée de solution d&#39;essai avec de l&#39;eau ultra-pure. </li><li> Répéter les étapes 04.01 à 04.15 pour chaque membrane supplémentaire testé. </li><li> Pour NaCl seuls tests, répétez les étapes 4.1 au 4.10 et 4.14 à 4.16 remplacement MgSO4 solution avec une solution de NaCl et mettre fin à l&#39;expérience après 90 min au lieu de 225 min. </li></ol> 5. Calculer le rejet de sel de nanofiltration membranes <ol><li> Rincer les électrodes de la cellule d&#39;essai potentiostat avec de l&#39;eau ultrapure. </li><li> Avec une pipette, dépôt de 5 pi de MgSO4 solution sur les électrodes de la cellule d&#39;essai. </li><li> Enregistrez la résistance de la solution. </li><li> Répétez les étapes 5.1-5.3 plus de quatre fois et de calculer la valeur moyenne. </li><li> Répéter les étapes 5.1 à 5.4 pour le NaCl et des solutions de BSA / NaCl ainsi que pour chaque solution perméat recueilli. </li><li> Calculer un rejet de sel avec l&#39;équation 1: 6eq1.jpg &quot;/&gt; où Ω s est la résistance de la solution d&#39;essai et Ω p est la résistance du perméat. La résistance est inversement proportionnelle à la conductivité d&#39;une solution, qui est directement corrélée à la concentration en sel. </li></ol> 6. Préparer la solution à tester avec des membranes d&#39;ultrafiltration <ol><li> Ajouter 1 L d&#39;eau ultra-pure à un bêcher de 4 litres. Puis ajouter 0,32 g de BSA. </li><li> Insérez une barre d&#39;agitation dans un bécher et placer sur une plaque d&#39;agitation. Mélanger pendant 5 minutes à 500 tours par minute. </li><li> Ajouter supplémentaire de 3 L d&#39;eau ultra pure à bêcher et mélanger à nouveau pendant 5 min à 500 rpm. </li></ol> 7. réaliser une expérience ultrafiltration encrassement Remarque: Effectuez une expérience à la température ambiante (environ 24 ° C). D&#39;abord configurer le système pour mesurer 4 membranes en parallèle en ouvrant toutes les vannes à des cellules couler. <ol><li> Placez le tube d&#39;entrée d&#39;une pompe dans le réservoir d&#39;eau ultra-pure et autre tube d&#39;entrée en esolution e BSA (Figure 2). </li><li> Utiliser une seringue pour aspirer l&#39;eau et la solution BSA à travers le tube de façon à éliminer toutes les bulles d&#39;air dans le système. </li><li> Insérez membranes d&#39;ultrafiltration sur la partie inférieure des cellules d&#39;écoulement, avec les côtés actifs vers les canaux d&#39;alimentation, et fermer les cellules avec les meilleurs moitiés du dispositif microfluidique. </li><li> écrous Fixer la main, puis serrer uniformément avec une clé. resserrement incorrecte peut entraîner une fuite d&#39;eau. </li><li> Sélectionnez l&#39;eau ultra-pure avec interrupteur de réservoir. </li><li> Régler le débit de la pompe à 8 ml / min et démarrer la pompe. </li><li> Régler le régulateur de pression à 0,4 bar. </li><li> Surveiller les valeurs de flux de membranes avec un logiciel d&#39;acquisition de données selon le protocole du fabricant. </li><li> Régler le régulateur de pression jusqu&#39;à ce que le flux moyen est de 200 LMH ± 10%. </li><li> Remplacer membrane individuelle si le flux est pas 200 LMH ± 20%. </li><li> Entrez les paramètres d&#39;exécution expérimentales. Sélectionnez d&#39;abord l&#39;eau ultra-pure Thérèservoir pendant 60 min avec un flux constant de 200 ± 20 LMH. Ensuite, sélectionnez le réservoir de BSA pour 420 min avec commande manuelle du régulateur de pression. Enfin, sélectionner le réservoir d&#39;eau ultra pure pendant 15 minutes avec une commande manuelle du régulateur de pression sur le système de rinçage à la fin de l&#39;expérience. </li><li> Réglez le commutateur réservoir pour l&#39;automobile, et de commencer l&#39;expérience. </li><li> Après l&#39;achèvement terme, fermer le système et retirez les membranes de cellules d&#39;écoulement. </li><li> Avec une seringue, rincer le tube d&#39;entrée de la pompe avec de l&#39;eau ultra-pure. </li></ol>

<ol><li>Guo, W., Ngo, H. -H., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+mini-review+on+membrane+fouling%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+technol%22%5BJournal%5D)">A mini-review on membrane fouling.</a> Bioresource technol. 122, 27-34 (2012).</li>
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<li>Ang, W., Elimelech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein+%28BSA%29+fouling+of+reverse+osmosis+membranes%3A+Implications+for+wastewater+reclamation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Membr.+Sci%22%5BJournal%5D)">Protein (BSA) fouling of reverse osmosis membranes: Implications for wastewater reclamation.</a> J. Membr. Sci. 296 (1-2), 83-92 (2007).</li>
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<li>Kaufman, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+supported+bolaamphiphile+membranes+for+water+filtration%3A+Roles+of+lipid+and+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Membr.+Sci%22%5BJournal%5D)">Towards supported bolaamphiphile membranes for water filtration: Roles of lipid and substrate.</a> J. Membr. Sci. 457, 50-61 (2014).</li>
</ol>

Les auteurs ont rien à révéler.

Ce protocole décrit la conception d&#39;un dispositif à écoulement transversal microfluidique tridimensionnelle imprimée pour les essais de nanofiltration et ultrafiltration membranes. Récemment, nous avons montré le succès d&#39;une variante de ce protocole avec membrane de nanofiltration conditionné et de l&#39;encrassement des glycosphingolipides et lipopolysaccharides et les différences de performance de la membrane avec injection de culture bactérienne ultérieure. 5 applications futures utilisant cette t...

<html> La technologie de la membrane fait partie intégrante de procédés industriels et autres nécessitant la séparation de solutés de la solution en vrac, cependant, l&#39;encrassement de la membrane est un défi permanent majeur. 1 Des exemples courants où l&#39;encrassement de la membrane se produit comprend l&#39;utilisation de membranes d&#39;ultrafiltration pour la séparation en fonction de la taille des eaux usées, 2 et fines membranes composites pour la séparation des ions et des solutés de grandes saumâtre ou d&#39;eau de mer. 3 indications caractéristiques de colmatage comprennent une augmentation de la pression transmembranaire et une baisse des flux. Cela diminue la productivité de la membrane et raccourcit sa durée de vie en raison des protocoles chimiques ou d&#39;autres nettoyage. Par conséquent les performances de la membrane est un bon indicateur pour évaluer l&#39;encrassement et de comprendre les mécanismes et les effets de l&#39;encrassement, l&#39;encrassement biologique et la formation de biofilm sur les membranes. En outre, l&#39;évaluation de la performance est importante dans la conception ou la modification de nouvelles membranes. EFT &quot;&gt; L&#39;intérêt pour l&#39;utilisation de membranes dans des dispositifs microfluidiques a augmenté au cours de la dernière décennie. 4 Récemment, nous avons étudié l&#39;effet des composants microbienne lipopolysaccharide, et glycosphingolipides sur l&#39;encrassement de la surface d&#39;une membrane de nanofiltration, et la susceptibilité ultérieur de la surface conditionnée à microbienne pièce jointe. 5 Un dispositif à écoulement transversal microfluidique a été utilisé pour évaluer la performance des membranes de nanofiltration. Cela a permis l&#39;utilisation de composants lipidiques non commerciales particulières ne sont disponibles qu&#39;en petites quantités à l&#39;encrassement de la surface de la membrane, car la surface de la membrane était petite. La taille du système a permis une utilisation efficace des matériaux de membrane et de faibles volumes de solutions. Dans ce protocole, nous décrivons la conception et la fabrication du dispositif microfluidique pour tester les performances de la membrane, et nous décrivons l&#39;intégration de l&#39;appareil dans un système d&#39;écoulement de pression. Mise en évidence de l&#39;appareil est représentée par testing la performance des membranes d&#39;ultrafiltration et des membranes de nanofiltration en utilisant un encrassement du modèle, BSA 6,7.

<table><tbody><tr><td>BSA</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>A6003</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>DAEJUNG</td><td>7548-4100</td><td></td></tr><tr><td>MgSO4</td><td>EMSURE</td><td>1058861000 Membrane NF</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Filmtec</td><td>NF200</td><td></td></tr><tr><td>30 kDa Membrane UF</td><td>MICRODYN NADIR</td><td>UH030</td><td></td></tr><tr><td>50 kDa Membrane UF</td><td>MICRODYN NADIR</td><td>UH050</td><td></td></tr><tr><td>Transducteur</td><td>de pression Midas</td><td>43006711</td><td></td></tr><tr><td>Vannes à boisseau sphérique</td><td>AV-RF</td><td>Q91SA-PN6.4</td><td></td></tr><tr><td>Vanne 3 voies</td><td>iLife Medical Devices</td><td>902.071</td><td></td></tr><tr><td>Régulateur de pression</td><td>Swagelok</td><td></td> KCB1G0A2A5P20000 <td></td></tr><tr><td>Débitmètre</td><td>Bronkhorst</td><td>L01-AGD-99-0-70S</td><td></td></tr><tr><td>Balances</td><td>MRC</td><td>BBA-1200</td><td></td></tr><tr><td>Pompe</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-00354-JI</td><td></td></tr><tr><td>Tube 1/8 »</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06605-27</td><td></td></tr><tr><td>Tube 1/16 »</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06407-41</td><td></td></tr><tr><td>Raccords 1/16 »</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-30486-70</td><td></td></tr><tr><td>Raccords 1/8 »</td> Microcontrôleur <td>Kiowa</td><td>QSM-B-M5-3-20</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Adafruit</td><td>50</td><td>Arduino UNO R3</td></tr><tr><td>Servo à rotation continue</td><td>Adafruit</td><td>154</td><td></td></tr><tr><td>Servo standard</td><td>Adafruit</td><td>1142</td><td></td></tr><tr><td>Alimentation</td><td>Adafruit</td><td>658</td><td></td></tr><tr><td>Servo Shield</td><td>SainSmart</td><td>20-011-905</td><td></td></tr><tr><td>Commutateurs</td><td>Pièces Express</td><td>060-376</td><td></td></tr><tr><td>Filtres 0,45 micron</td>Imprimante 3D <td>EMD Millipore</td><td>SLHV033RS</td><td></td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>Gamry</td><td>PCI4</td><td></td></tr><tr><td>MRC</td><td></td><td>DC-150H</td><td></td></tr><tr><td>Connex Imprimante 3D</td><td>Stratasys</td><td>Objet Connex</td><td></td></tr><tr><td>Veroclear&nbsp ;</td><td>Stratasys</td><td>RGD810&nbsp ;</td><td>Polymère transparent pour l’impression d’une cellule d’écoulement</td></tr><tr><td>Tangoblack-plus</td><td>Stratasys</td><td>FLX980</td><td>polymère caoutchouteux souple pour les couches d’étanchéité sur la cellule d’écoulement</td></tr></tbody></table>

système croix-flux en trois dimensions imprimé microfluidique pour les essais d&#39;ultrafiltration / nanofiltration membrane performance

Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Minimisation et la gestion de l&#39;encrassement de la membrane est un formidable défi dans divers procédés industriels et d&#39;autres pratiques qui utilisent la technologie de membrane. Comprendre le processus d&#39;encrassement pourrait conduire à l&#39;optimisation et la plus grande efficacité de filtration à base de membrane. Ici, nous montrons la conception et la fabrication d&#39;un en trois dimensions (3-D) imprimée système de filtration automatique microfluidique à flux croisés qui permet de tester jusqu&#39;à 4 membranes en parallèle. Les cellules ont été imprimés en utilisant des microfluides photopolymère multi-matériaux technologie d&#39;impression 3-D, qui utilise un polymère dur transparent pour le corps de la cellule et incorporé microfluidique une couche de polymère de type caoutchouc mince, ce qui empêche les fuites pendant le fonctionnement. Les performances de l&#39;ultrafiltration (UF) et de nanofiltration (NF) et les membranes ont été testées encrassement de la membrane peuvent être observées avec un encrassement de l&#39;albumine de sérum bovin de modèle (BSA). solutions d&#39;alimentation contenant BSA ont montré baisse flux de la membrane. Ce protocole peut être prolongered pour mesurer l&#39;encrassement ou l&#39;encrassement biologique avec de nombreuses autres solutions organiques, inorganiques ou microbiennes contenant. La conception microfluidique est particulièrement avantageux pour les matériaux de test qui sont coûteux et disponibles uniquement en petites quantités, par exemple des polysaccharides, des protéines ou des lipides en raison de la faible surface de la membrane testée. Ce système modulaire peut être facilement étendu pour les essais à haut débit de membranes.

Les cellules d&#39;écoulement microfluidique ont été conçues en utilisant un programme de CAO et imprimés en utilisant un photopolymère multimatériaux tridimensionnel (3-D) imprimante. Cette cellule a été conçu en deux parties, de sorte que les membranes peuvent être facilement insérés et retirés de l&#39;appareil (Figure 1). Chaque partie était de 1 cm d&#39;épaisseur, imprimé à partir d&#39;un polymère dur transparent pour l&#39;intégrité structurelle, et les côtés face à la membrane ont été recouvert...

Conception et la fabrication d&#39;un en trois dimensions (3-D) imprimé microfluidique système de filtration à écoulement transversal est démontrée. Le système est utilisé pour tester les performances et d&#39;observer l&#39;encrassement de l&#39;ultrafiltration et de nanofiltration (mince film composite) membranes.

Système Croix-flux en trois dimensions Imprimé microfluidique pour les essais d&#39;ultrafiltration / nanofiltration membrane Performance

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane ...

L'objectif général de cette procédure est de démontrer la conception et le fonctionnement d'une cellule microfluidique imprimée en 3D avec écoulement en croix, destinée à évaluer les performances et la tendance au colmatage des membranes polymères. Cette méthode peut aider les chercheurs dans le domaine des membranes à étudier les performances membranaires et la propension au colmatage à l'aide de la microfluidique, sous des pressions élevées et dans des conditions d'écoulement bien définies, avec des coûts minimaux. Les avantages de ce dispositif à petite échelle incluent la possibilité de réaliser des séparations de faibles quantités de matériaux à haut volume, d'effectuer des études membranaires nécessitant des réactifs coûteux et de tester parallèlement plusieurs nouvelles formulations ou modifications de membranes.Commencez par concevoir le dispositif microfluidique en deux parties distinctes à l’aide d’un logiciel de dessin assisté par ordinateur. Pour réaliser la couche inférieure, utilisez l’outil rectangle pour dessiner un rectangle de 40 millimètres sur 60 millimètres. À l’un des coins du rectangle, utilisez l’outil cercle pour créer un cercle de 6,2 millimètres de diamètre.Centrez ce cercle à 10 millimètres du bord gauche et à 10 millimètres du bord inférieur. Ensuite, utilisez l'outil de motif linéaire pour répliquer les trous sur toute la longueur du rectangle avec un espacement de 20 millimètres, pour un total de six trous. Puis, utilisez l'outil de congé pour arrondir les angles des rectangles avec un rayon de un millimètre.Ensuite, extrudez la pièce de 10 millimètres à l'aide de l'outil d'extrusion. Au centre de la face supérieure, utilisez l'outil rectangle pour créer un rectangle de 30 millimètres par un millimètre. Puis, utilisez l'outil de coupe par extrusion pour usiner un canal de 0,2 millimètre de profondeur dans la surface.Ensuite, utilisez l'outil cercle pour créer un cercle d'un diamètre d'un millimètre à l'extrémité du canal d'écoulement. Puis, utilisez l'outil ligne afin de construire un tracé reliant le cercle à la face la plus proche de 40 millimètres par 10 millimètres, incluant un rayon de quatre millimètres réalisé à l'aide de l'outil de congé. À l'aide de l'outil de balayage de découpe, effectuez une découpe le long de ce tracé.Ensuite, passez à la vue du plan droit et utilisez l'outil cercle pour créer un cercle de 3,9 millimètres de diamètre au centre du trajet d'écoulement. Utilisez ensuite l'outil de coupe par extrusion pour découper sur une profondeur de huit millimètres afin de laisser de la place pour les raccords. Répétez ce même processus sur l'autre côté du canal rectangulaire afin de créer une image miroir.Pour concevoir la couche supérieure du système d'essai microfluidique, commencez par créer un rectangle comportant six trous de vis ayant les mêmes dimensions que la couche inférieure. Ensuite, au centre de la face supérieure, créez un canal de perméat de 30 millimètres sur un millimètre sur 0,5 millimètre à l’aide de l’outil rectangle pour former d’abord un rectangle de 30 millimètres sur un millimètre. Puis, à l’aide de l’outil d’extrusion par découpe, découpez le rectangle sur une profondeur de 0,5 millimètre dans la surface supérieure.Utilisez maintenant l'outil cercle pour créer un cercle d'un millimètre de diamètre centré dans le canal de perméat, à cinq millimètres d'une extrémité du canal. Ensuite, comme précédemment, utilisez les outils ligne et congé pour construire un tracé incluant une courbe de quatre millimètres de rayon afin de relier le cercle à l'une des faces du rectangle mesurant un centimètre sur six centimètres. Utilisez l'outil de balayage de découpe pour découper le long du tracé et créer un canal.Ensuite, utilisez l'outil cercle pour créer un cercle supplémentaire de 3,9 millimètres de diamètre, dont le centre se situe sur le trajet du perméat. Utilisez ensuite l'outil de découpe par extrusion pour percer le cercle de huit millimètres dans la surface. Sur les bords supérieurs de 40 millimètres de la pièce, créez à l’aide de l’outil rectangle des rectangles de 40 millimètres par cinq millimètres, puis ajoutez un rayon de quatre millimètres à l’aide de l’outil congé.Utilisez l'outil d'extrusion pour réaliser une extrusion de trois millimètres vers le bas afin de former les poignées. Enfin, imprimez les pièces supérieure et inférieure à l'aide d'une imprimante 3D photopolymère multi-matériaux, en utilisant un polymère transparent rigide. Appliquez un revêtement supplémentaire de 0,05 millimètre avec un polymère souple et caoutchouteux sur la face de chaque pièce contenant le canal, conformément au protocole du fabricant.Pour commencer, mettez en place la microfluidique, y compris la pompe, les vannes, le transducteur de pression, les servomoteurs, le débitmètre, les régulateurs et le microcontrôleur, comme décrit dans le protocole textuel accompagnant. Ensuite, configurez le système pour mesurer quatre membranes en parallèle en ouvrant toutes les vannes vers les cellules d'écoulement. Placez un tube d'entrée de la pompe dans le réservoir d'eau ultra-pure, et placez l'autre tube d'entrée dans un réservoir contenant une solution d'albumine sérique bovine (BSA) à 0,08 gramme par litre.À l’aide d’une seringue, amorcer le tube afin d’éliminer toutes les bulles d’air du système. Ensuite, placer les membranes d’ultrafiltration sur la partie inférieure des cellules d’écoulement de manière à ce que le côté actif de la membrane soit orienté vers les canaux d’alimentation. Puis, fermer les cellules et insérer les vis dans les trous du dispositif.Serrer les écrous à la main au départ. Ensuite, utiliser une clé pour les resserrer en alternant autour de l'appareil afin d'appliquer une pression uniforme sur la chambre. Ne pas trop serrer d'un seul côté, car un serrage inadéquat pourrait entraîner une fuite d'eau.Ensuite, sélectionnez l'eau ultra-pure à l'aide du commutateur de réservoir. Réglez le débit de la pompe à huit millilitres par minute, puis démarrez la pompe. Avec la pompe en marche, ajustez le régulateur de pression à 0,4 bar.Surveillez les valeurs de débit des membranes à l'aide d'un logiciel d'acquisition de données, et ajustez le régulateur de pression jusqu'à l'obtention d'un débit moyen compris entre 180 et 220 litres par mètre carré par heure. Remplacez une membrane individuelle avant de lancer l'expérience, si elle ne parvient pas à se situer à moins de 20 litres par mètre carré par heure de cette plage. Lorsque vous êtes prêt, configurez l'expérience en sélectionnant d'abord l'eau ultra-pure dans le réservoir un pendant 60 minutes, avec un débit constant compris entre 180 et 220 litres par mètre carré par heure.Ensuite, sélectionnez la BSA dans le réservoir deux, pendant une durée supplémentaire de 420 minutes, en contrôlant manuellement le régulateur de pression. Sélectionnez l'eau ultra-pure dans le réservoir un pendant les 15 dernières minutes de l'expérience afin de rincer le système. Utilisez le contrôle manuel du régulateur de pression durant cette étape.Ensuite, positionnez l'interrupteur du réservoir sur « auto » et démarrez l'expérience. Une fois l'essai terminé, arrêtez le système et retirez les membranes des cellules d'écoulement. Rincez ensuite le tube d'entrée de l'albumine de sérum bovin (BSA) en faisant passer de l'eau ultra-pure à l'aide d'une seringue.Pour mesurer la performance en encrassement des membranes de nanofiltration, un débitmètre a été raccordé à la ligne afin de mesurer le flux de perméat pendant que diverses solutions traversaient le système. Tout d'abord, le système a été équilibré avec de l'eau pendant 45 minutes, suivi de 45 minutes avec du sulfate de magnésium à 10 millimolaire. Le système a ensuite été remis à l'eau pure pendant 45 minutes supplémentaires jusqu'à l'obtention d'un flux stable, avant d'injecter 0,8 gramme par litre de BSA dans le système pendant 45 minutes.Enfin, le système a été ramené à de l'eau pure pendant les 45 dernières minutes. La diminution du flux, comparée au flux d'une membrane témoin dans des conditions de NaCl à 10 millimolaire, indiquait un encrassement de la membrane dû à la BSA. Le graphique présenté ici illustre l'encrassement des membranes d'ultrafiltration.Le flux à travers les membranes de 50 kilodaltons est indiqué en bleu. Et le flux à travers les membranes de 30 kilodaltons est indiqué en rouge. Bien que la membrane de 50 kilodaltons ait présenté un flux normalisé plus élevé à la fin de l'expérience, la différence n'était pas significative.Nous avons constaté que la technologie de base de photopolymérisation par jet d'encre 3D multi-matériaux était essentielle pour produire une cellule d'écoulement robuste intégrant une couche d'étanchéité imprimée de type caoutchouc, cruciale pour sceller la cellule et éviter les fuites. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la conception et du fonctionnement de votre propre cellule d'écoulement croisé microfluidique imprimée en 3D, adaptée à des applications de membranes d'ultrafiltration ou de nanofiltration.

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