Name: בתלת ממד המודפס Microfluidic מערכת חוצת זרימה עבור Ultrafiltration / nanofiltration ממברנה בדיקות ביצועים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: למדו לעצב ולהפעיל מערכת מיקרו-זרימה מודפסת בתלת ממד לבדיקת ביצועי ממברנות אולטרה-סינון וננו-סינון. שיטה זו מאפשרת לחוקרים להעריך נטייה לזיהום במחיר נמוך ובתנאי זרימה מבוקרים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מודים Stratasys (רחובות, ישראל) עבור הדפסה תלת מימדית של המכשיר. אנו מודים Microdyne-Nadir (גרמניה) עבור דגימות קרום. מחקר זה מומן על ידי הקרן הלאומית למדע (גרנט 1474-1413) כדי CJA

תכנון ייצור 1. של מערכת הבדיקה Microfluidic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב מכשיר microfluidic כמו שני חלקים נפרדים: חלק עליון חלק תחתון (איור 1) בתכנית CAD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל לעשות את החלק התחתון על ידי שימוש באפשרות מלבן לצייר 40 מ&quot;מ על 60 מ&quot;מ מלבן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בפינה אחת באמצעות כלי המעגל ליצור מעגל 6.2 מ&quot;מ קוטר מרוכז 10 מ&quot;מ מן הקצוות. בעזרת הכלי דפוס ליניארי לשכפל החורים ברחבי מלבן עם ריווח 20 מ&quot;מ עבור סכום כולל של 6 חורים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות כלי הפילה המלבן עם רדיוס של 1 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Extrude את מ&quot;מ חלק 10 עם כלי extrude. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במרכז של הפאה העליונה, עם כלי מלבן ליצור מלבן 30 מ&quot;מ על 1 מ&quot;מ ועם כלי לחתוך extrude לחתוך 0.2 מ&quot;מ עבור ערוץ הזרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות כלי המעגל עושה עיגול בקוטר 1 מ&quot;מ בסוף ערוץ הזרימה. אז עם כלי השורה לבנות נתיב חיבור המעגל הקרוב40 מ&quot;מ על פני 10 מ&quot;מ, כולל 4 מ&quot;מ רדיוס עשה עם כלי פילה. ביצוע חתך לאורך המסלול הזה עם כלי לחתוך נסחף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות כלי המעגל ליצור מעגל בקוטר 3.9 מ&quot;מ במרכז את נתיב הזרימה וחותכים 8 מ&quot;מ עם כלי לחתוך extrude לאפשר למדידות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזרו על שלבים 1.7 ו -1.8 עבור הצד השני של ערוץ הזרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם החזרה החלק העליון צעדים 1.2-1.5. לאחר מכן, בשנת במרכז הפאה העליונה ליצור ערוץ לפעפע שימוש באפשרות מלבן ליצור מלבן 30 מ&quot;מ על 1 מ&quot;מ וחותכים 0.5 מ&quot;מ שימוש באפשרות extrude לחתוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכלי המעגל כדי ליצור מעגל 1 מ&quot;מ מרוכז בתוך מ&quot;מ 5 ערוץ לפעפע מן התכלית. בעזרת הכלי קו לבנות נתיב חיבור המעגל לאחד 1 ס&quot;מ על 6 פרצופים ס&quot;מ, כולל 4 מ&quot;מ רדיוס עשה עם כלי פילה. ביצוע חתך לאורך הנתיב עם כלי לחתוך נסחף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות כלי המעגל ליצור מעגל בקוטר 3.9 מ&quot;מ נוסף עם במרכזו על שביל לפעפע וחותכים 8 מ&quot;מ עם האקסטרוד לחתוך כלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יחד עם חלקי דף 40 מ&quot;מ בקצוות, עם הכלי המלבן, ליצור מלבנים 40 מ&quot;מ על 5 מ&quot;מ הוספת רדיוס 4 מ&quot;מ עם כלי הפילה. השתמש בכלי extrude כדי למתוח 3 מ&quot;מ כלפי מטה עבור ידיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלקי הדפסה עם מדפסת 3-D photopolymer רב חומר בעזרת פולימר שקוף קשיח, כולל 0.05 מ&quot;מ overcoating עם פולימר גומי רך על פני כל חלק המכיל את הערוץ. השתמש הפרוטוקול הסטנדרטי של יצרן, כיול והגדרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אשכולות קש (M5) להזנה, retentate ויחלחלו נקבים. השתמשו קלטת של השרברב להתחבר 1/8 &quot;אבזרים כדי להאכיל את retentate ו 1/16&quot; אבזרים כדי לפעפע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר תקני microfluidic לשאוב, שסתום, מתמר לחץ רגולטור backpressure עם 1/8 &quot;צינורות (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר 0.45 מיקרומטר מסננים מפרצון צינורות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פריקה לחלחל לזרום מטר כוסות על יתרות עם 1/16 &quot;צינורות. </li><li&gt; צרף סרוו סיבוב רציף backpressure רגולטור עם ברגי סרוו סטנדרטי שסתום 3 כיוונים עם תילי שוויון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר סרוו ואת אספקת החשמל יעלה על המגן סרוו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר התמר לחץ, מתגים מגנים סרוו מיקרו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מייקרו, יתרה, תזרים מטר משאבה למחשב עבור איסוף נתונים ובקרת מערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר יתרה להדפיס נתוני היציאה טורית שלהם. </li></ol> 2. כן ממברנות להיבדק <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים ממברנות עד 40 מ&quot;מ x 8 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משרים ממברנות במי ultrapure (3 x 10 דקות) עם sonication. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ואז לטבול את הקרומים ב 50/50 ultrapure מים / אתנול עבור שעה 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שוטפים את ממברנות עם מי ultrapure ולאחסן מי ultrapure על 4 מעלות צלזיוס. 8 </li></ol> 3. הכינו פתרונות להיבדק עם ממברנות nanofiltration <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 500 מ&quot;ל מים ultrapure אל הבקבוק Erlenmeyer. לאחר מכן מוסיפים 0.04 גרם של BSA0.29 ד גרם של NaCl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 500 מיליליטר מי ultrapure בבקבוק Erlenmeyer נפרד. לאחר מכן להוסיף 0.6 גרם של MgSO 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 500 מ&quot;ל מים ultrapure בבקבוק Erlenmeyer השלישי. לאחר מכן מוסיפים 0.29 גרם של NaCl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס ומערבבים ברים לתוך כל צלוחיות הבקבוק ומניחים על צלחות ומערבבים. מערבבים במשך 5 דקות ב 500 סל&quot;ד. </li></ol> 4. בצעו ניסוי nanofiltration עכירות הערה: בצע את הניסוי ב RT (בערך 24 מעלות צלזיוס). ראשית להגדיר את המערכה למדידת קרום יחיד על ידי סגירה שסתומה לזרום תאים לא מחוברים-מד הזרימה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינור יניקת משאבה אחת לתוך מאגר מי ultrapure ואת צינור היניקה האחרת לתוך תמיסת 4 MgSO (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במזרק כדי לשאוב מי MgSO 4 פתרון באמצעות צינורות כדי להסיר את כל בועות האוויר במערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס קרום nanofiltration על החלק התחתון של התא זרימה, עםצד פעיל כלפי הערוץ להאכיל, ומניח על החלק העליון של תא הזרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדק אגוזים ביד ואז להדק באופן שווה עם מפתח ברגים כדי למזער זליגה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר מי ultrapure עם מתג בורר מאגר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר קצב זרימת משאבת 2 מיליליטר / דק ולהתחיל את המשאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם ווסת לחץ עד 4 בר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר פרמטרים ניסיוניים לעבור מאגרים כל 45 דקות החל מאגר המים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את מתג המאגר אוטומטי, ולהתחיל בניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשעת 60 דקות לאסוף לפעפע MgSO 4 בתוך שפופרת למשך 30 דקות הבאות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשעה 91 דקות להחליף בקבוק MgSO 4 עם בקבוק המכיל הפתרון של BSA ו NaCl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהירות להפסיק משאבה ולהשתמש מזרק לצייר פתרון BSA דרך צינור היניקה כדי להסיר שאריות MgSO 4 צינורות. ואז להתחיל משאבה שוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ב 150 דקות לאסוף BSA לחלחל בצינור למשך 30 דקות הבאות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 225 דקות, לכבות את המערכת והסרות ננו<html> קרום סינון מן התא זרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מזרק, לשטוף את צינור יניקת פתרון מבחן עם מי ultrapure. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 4.1-4.15 עבור כל קרום נוסף שנבדק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבדיקות NaCl בלבד, חזור על שלבים 4.1-4.10, ו 4.14-4.16 החלפת פתרון MgSO 4 עם פתרון NaCl וסיום הניסוי לאחר 90 דקות במקום 225 דקות. </li></ol> 5. דחיית חישוב מלח של ממברנות nanofiltration <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף אלקטרודות של תא בדיקת potentiostat עם מי ultrapure. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם טפטפת, μl להפקיד 5 של פתרון MgSO 4 על אלקטרודות תא הבדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיא ההתנגדות של הפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חוזרים על שלבים 5.1-5.3 עוד ארבעה פעמים ולחשב את הערך הממוצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חוזרים על שלבים 5.1-5.4 עבור פתרונות NaCl ו BSA / NaCl וכן לכל לחלחל שנאסף פתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב דחיית מלח עם משוואה 1: 6eq1.jpg &quot;/&gt; שם Ω s הוא התנגדות של פתרון המבחן ו Ω p הוא התנגדות של לפעפע. ההתנגדות הוא ביחס הפוך המוליך של פתרון, אשר עולה בקנה אחד ישירות ריכוז מלח. </li></ol> 6. כן הפתרון להיבדק עם ממברנות Ultrafiltration <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 1 ליטר מים ultrapure כדי מבחנה L 4. לאחר מכן מוסיפים 0.32 גרם של BSA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס ומערבבים בר לתוך כוס ומניחים על צלחת ומערבבים. מערבבים במשך 5 דקות ב 500 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף עוד 3 ליטר מים ultrapure כדי מבחנה ומערבבים שוב במשך 5 דקות ב 500 סל&quot;ד. </li></ol> 7. בצע ניסוי עכירות Ultrafiltration הערה: בצע ניסוי ב RT (בערך 24 מעלות צלזיוס). ראשית להגדיר את המערכת למדוד 4 ממברנות במקביל על ידי פתיחת כל השסתומים לזרום תאים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח צינור יניקת משאבה אחת לתוך מאגר מי ultrapure ו צינור יניקה אחרת לתוך הפתרון דואר BSA (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במזרק כדי לשאוב את מי ים ואת הפתרון BSA דרך צינורות כדי להסיר את כל בועות האוויר במערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס ממברנות אולטרה סינון על החלק התחתון של תאי זרימה, עם הצדדים הפעילים בחלק ערוצי ההזנה, ולסגור את התאים עם חצי העליונים של מכשיר microfluidic. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אגוזים להדק ביד, ואז להדק באופן שווה עם מפתח ברגים. הידוק לא נכון עלול להוביל לדליפת מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר מים ultrapure עם מתג המאגר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר קצב זרימת משאבת 8 מיליליטר / דק ולהתחיל את המשאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם ווסת לחץ ל -0.4 בר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צג ערכי שטף של ממברנות עם תוכנת רכישת נתונים על פי פרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם ווסת לחץ עד השטף הממוצע הוא 200 LMH ± 10%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלף קרום פרט אם השטף הוא לא 200 LMH ± 20%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זן פרמטרים בטווח ניסיוני. ראשית בחר את rese מי ultrapurervoir למשך 60 דקות עם זרימה מתמדת של 200 ± 20 LMH. לאחר מכן, בחר מאגר BSA עבור 420 דקות עם השליטה הידנית של ווסת הלחץ. לבסוף, בחר את מאגר מי ultrapure במשך 15 דקות עם שליטה ידנית של והווסת לחץ למערכת הסומקת בסוף הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את מתג המאגר אוטומטי, ולהתחיל בניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר השלמת ריצה, לסגור מערכת למטה ולהסיר ממברנות מתאי הזרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם מזרק, צינור יניקת משאבת סומק עם מי ultrapure. </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>
<li>Fane, A. G., Fell, C. J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+fouling+and+fouling+control+in+ultrafiltration%5BTitle%5D)+AND+%22Desalination%22%5BJournal%5D)">A review of fouling and fouling control in ultrafiltration.</a> Desalination. 62, 117-136 (1987).</li>
<li>Tang, C. Y., Chong, T. H., Fane, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+interactions+and+fouling+of+NF+and+RO+membranes%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+colloid+interfac%22%5BJournal%5D)">Colloidal interactions and fouling of NF and RO membranes: a review.</a> Adv. colloid interfac. 164 (1-2), 126-143 (2011).</li>
<li>De Jong, J., Lammertink, R. G. H., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Membranes+and+microfluidics%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Membranes and microfluidics: a review.</a> Lab on a chip. 6 (9), 1125-1139 (2006).</li>
<li>Haas, R., Gutman, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glycosphingolipids+Enhance+Bacterial+Attachment+and+Fouling+of+Nanofiltration+Membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol.+Lett%22%5BJournal%5D)">Glycosphingolipids Enhance Bacterial Attachment and Fouling of Nanofiltration Membranes.</a> Environ. Sci. Technol. Lett. 2, (2015).</li>
<li>Nabe, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+modification+of+polysulfone+ultrafiltration+membranes+and+fouling+by+BSA+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Membr.+Sci%22%5BJournal%5D)">Surface modification of polysulfone ultrafiltration membranes and fouling by BSA solutions.</a> J. Membr. Sci. 133 (1), 57-72 (1997).</li>
<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>
<li>Bernstein, R., Belfer, S., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+modification+of+dense+membranes+using+radical+graft+polymerization+enhanced+by+monomer+filtration%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Surface modification of dense membranes using radical graft polymerization enhanced by monomer filtration.</a> Langmuir. 26 (14), 12358-12365 (2010).</li>
<li>Kaufman, Y., Kasher, R., Lammertink, R. G. H., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+NF%2FRO+separation%3A+Cell+design%2C+performance+and+application%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Membr.+Sci%22%5BJournal%5D)">Microfluidic NF/RO separation: Cell design, performance and application.</a> J. Membr. Sci. 396, 67-73 (2012).</li>
<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>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

פרוטוקול זה מתאר את העיצוב של מכשיר צולבות זרימה microfluidic מודפסים בתלת ממד לבדיקה של ממברנות nanofiltration ו אולטרה סינון. לאחרונה, הראינו את ההצלחה של וריאציה של פרוטוקול זה עם מיזוג קרום nanofiltration ו עכירות עם glycosphingolipids ו lipopolysaccharides והפרשי ביצועים הממברנה עם הזרקת התרבות עוקבת חיידקים. 5 יישומים עתידיים העסקה טכניקה זו יכולה לשמש כדי להעריך את שינויי ביצועים הממברנה עם foulants השונה . לעומת תאי זרימה גדולות המכשיר microfluidic זה דורש הרבה ...

<html> טכנולוגיית ממברנה היא חלק בלתי נפרדת בתהליכים תעשייתיים, תוך אחרים הדורשות ההפרדה מומס מפתרון בתפזורת, לעומת זאת, עכירות הממברנה היא אתגר מתמשך גדול. 1 דוגמאות נפוצות שבו עכירות קרום מתרחשות לכלול את השימוש של ממברנות אולטרה סינון עבור פרדה על בסיס הגודל של שפכים, ממברנות מרוכבים הסרט 2 ורזה להפרדת יונים מומסים גדול מן מליחים או מי ים. 3 סימנים אופייניים של עכירות כוללים עלייה בלחץ הטרנסממברני וירידה השטף. זה מקטין את הפרודוקטיביות של קרום ומקצר את חייה עקב פרוטוקולי ניקוי כימי או אחר. לכן הביצועים הממברנה הוא אינדיקטור טוב כדי להעריך עכירות ו להבין את המנגנונים ואת ההשפעות של עכירות, biofouling היווצרות ביופילם על ממברנות. כמו כן, הערכת ביצועים חשוב בעיצוב או שינוי של ממברנות חדש. EFT &quot;&gt; עניין השימוש של ממברנות במכשירי microfluidic גדל בעשור האחרון. 4 לאחרונה חקרנו את השפעת lipopolysaccharide רכיבי חיידקים, ואת glycosphingolipid על עכירות פני שטח של קרום nanofiltration, ואת הרגישות הבאה של המשטח המותנה מיקרוביאלי מצורף. 5 מכשיר צולבות זרימה microfluidic שימש כדי להעריך את הביצועים של ממברנות nanofiltration. זה איפשר שימוש ברכיבי השומנים לא מסחרי מיוחד זמין רק בכמויות קטנות עכירות משטח הממברנה בגלל שטח הפנים קרום היה קטן. גודל המערכת אפשר ניצול יעיל של חומרי קרום כמויות נמוכות של פתרונות. בפרוטוקול זה, אנו מתארים את העיצוב ואת ייצור של המכשיר microfluidic לבדיקות ביצועים קרום, ולהתוות את ההתאגדות של המכשיר למערכת זרימת לחץ. הפגנה של מכשיר מוצגת על ידי testing את הביצועים של ממברנות אולטרה סינון וממברנות nanofiltration באמצעות foulant מודל, 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</td><td></td></tr><tr><td>NF ממברנה</td><td>Filmtec</td><td>NF200</td><td></td></tr><tr><td>30 kDa UF ממברנה</td><td>MICRODYN NADIR</td><td>UH030</td><td></td></tr><tr><td>50 kDa UF ממברנה</td><td>MICRODYN NADIR</td><td>UH050</td><td></td></tr><tr><td>מתמר לחץ</td><td>Midas</td><td>43006711</td><td></td></tr><tr><td>שסתומי כדור</td><td>AV-RF</td><td>Q91SA-PN6.4</td><td></td></tr><tr><td>שסתום תלת כיווני</td><td>iLife מכשירים רפואיים</td><td>902.071</td><td></td></tr><tr><td>ווסת לחץ</td><td>Swagelok</td><td>KCB1G0A2A5P20000</td><td></td></tr><tr><td>מד זרימה</td><td>Bronkhorst</td><td>L01-AGD-99-0-70S</td><td></td></tr><tr><td>מאזנים</td><td>MRC</td><td>BBA-1200</td><td></td></tr><tr><td>משאבה</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-00354-JI</td><td></td></tr><tr><td>1/8 אינץ' צינורות</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06605-27</td><td></td></tr><tr><td>1/16 אינץ' צינורות</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06407-41</td><td></td></tr><tr><td>1/16 אינץ' אביזרי</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-30486-70</td><td></td></tr><tr><td>1/8 אינץ' אביזרי</td><td>Kiowa</td><td>QSM-B-M5-3-20</td><td></td></tr><tr><td>מיקרו-בקר</td><td>Adafruit</td><td>50</td><td>Arduino UNO R3</td></tr><tr><td>סיבוב רציף סרוו</td><td>Adafruit</td><td>154</td><td></td></tr><tr><td>סרוו סטנדרטי</td><td>Adafruit</td><td>1142</td><td></td></tr><tr><td>ספק כוח</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>מתגים</td><td>חלקים Express</td><td>060-376</td><td></td></tr><tr><td>0.45 מיקרון מסננים</td><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>Sonicator</td><td>MRC</td><td>DC-150H</td><td></td></tr><tr><td>Connex מדפסת תלת מימד</td><td>Stratasys</td><td>Objet Connex</td><td></td></tr><tr><td>Veroclear&nbsp;</td><td>סטרטסיס</td><td>RGD810&nbsp;</td><td>פולימר שקוף להדפסת תא זרימה</td></tr><tr><td>Tangoblack-plus</td><td>Stratasys</td><td>FLX980</td><td>פולימר גומי רך לשכבות אטם על תא זרימה</td></tr></tbody></table>

בתלת ממד המודפס microfluidic מערכת חוצת זרימה עבור ultrafiltration / nanofiltration ממברנה בדיקות ביצועים

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

מזעור וניהול של עכירות קרום הנו אתגר משמעותי בתהליכים תעשייתיים מגוונים ושיטות אחרות העושות שימוש בטכנולוגיה הממברנה. הבנת תהליך העכירות יכולה להוביל אופטימיזציה ויעילות גבוהה יותר של סינון מבוסס הממברנה. הנה אנחנו מראים את העיצוב ואת הייצור של אוטומטי בתלת ממד (3-D) מודפסת מערכת microfluidic חוצה זרימה סינון שיכול לבדוק עד 4 ממברנות במקביל. תאי microfluidic הודפסו באמצעות טכנולוגיית הדפסה רבה-חומר photopolymer 3-D, אשר ממשמשים פולימר קשה שקוף עבור גוף תא microfluidic ושלב שכבת פולימרים דקה דמוית גומי, המונעת דליפות במהלך מבצע. המופע של אולטרה סינון (UF), ו nanofiltration (NF) ממברנות נבדקו עכירות הממברנה יכול להיבחן עם אלבומין בסרום שור מודל foulant (BSA). פתרונות עדכונים המכילים BSA הראו ירידת שטף של הממברנה. פרוטוקול זה ניתן להאריךed למדוד עכירות או biofouling עם אורגניים רבים אחרים, אנאורגניות או חיידקים המכילים פתרונות. עיצוב microfluidic במיוחד יתרון לבדיקות חומרים כי הם יקרים או זמינים רק בכמויות קטנות, עבור סוכרים למשל, חלבונים, שומנים או בשל שטח פנים הקטן של הממברנה נבדקת. מערכת מודולרית זו עשויה גם להיות מורחבת בקלות לבדיקת קצב העברת נתונים גבוהה של ממברנות.

תאי זרימת microfluidic עוצבו באמצעות תכנית CAD והודפסו באמצעות photopolymer רב-חומר תלת ממדי (3-D) מדפסת. תא זה תוכנן בשני חלקים, כך ממברנות יכול להיות מוכנס בקלות יוסר ממכשיר (איור 1). כל חלק היה 1 ס&quot;מ עובי, מודפס פולימר קשה, ברור עבור שלמות מבנית, ואת הצדדים מול קרום היו overcoated עם שכבה דקה מאוד 50 מיקרומטר של פולימר גומי דמוי. Overcoating בוצע על מנת לספק את התא עם יכולת איטום, המונע דליפת מים. ערוץ זרימה תוכנן על 0.2 מ&quot;מ עמוק, 1 מ&quot;מ רחב 30 מ&...

תכנון ייצור של מערכת סינון microfluidic בתלת ממד (3-D) מודפס חוצת זרימת המודגם. המערכת משמשת כדי לבדוק את הביצועים ולבחון עכירות של אולטרה סינון ו nanofiltration ממברנות (מרוכבים סרט דק).

בתלת ממד המודפס Microfluidic מערכת חוצת זרימה עבור Ultrafiltration / nanofiltration ממברנה בדיקות ביצועים

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

המטרה הכוללת של הליך זה היא להדגים את התכנון והתפעול של תא זרימה צולבת מיקרופלואידי המודפס בתלת-ממד, לצורך בדיקת הביצועים והנטייה להצטברות משקעים (fouling) של ממברנות פולימריות. שיטה זו יכולה לסייע לחוקרים בתחום הממברנות ללמוד על ביצועי הממברנה והנטייה להצטברות משקעים באמצעות מיקרופלואידיקה בלחצים גבוהים ובתנאי זרימה מוגדרים היטב בעלויות מינימליות. היתרונות של מערך קטן זה כוללים את היכולת לבצע הפרדות של כמויות קטנות של חומרים בנפח גבוה, לבצע מחקרי ממברנות הדורשים חומרי ריאגנטים יקרים, ולבדוק מספר פורמולציות או מודיפיקציות חדשות של ממברנות במקביל.התחילו בתכנון התקן המיקרופלואידי בשני חלקים נפרדים באמצעות תוכנה לשרטוט ממוחשב (CAD). כדי ליצור את השכבה התחתונה, השתמשו בכלי המלבן כדי לצייר מלבן של 40 millimeter על 60 millimeter. באחת מפינות המלבן, השתמשו בכלי העיגול כדי ליצור עיגול בקוטר של 6.2 millimeter.מרכזו את העיגול זה 10 millimeters מהקצה השמאלי, ו-10 millimeters מהקצה התחתון. לאחר מכן, השתמש בכלי התבנית הליניארית (linear pattern tool) כדי לשכפל את החורים על פני המלבן במרווחים של 20 millimeter, לסך הכל שישה חורים. בשלב הבא, השתמש בכלי העיגול (fillet tool) כדי לעגל את פינות המלבנים ברדיוס של one millimeter.לאחר מכן, בצעו דחיפה (extrude) לחלק למרחק של 10 millimeters באמצעות כלי הדחיפה. במרכז הפאה העליונה, השתמשו בכלי המלבן כדי ליצור מלבן של 30 millimeter על one millimeter. לאחר מכן, השתמשו בכלי חיתוך הדחיפה (extrude cut) כדי לחתוך תעלה בעומק של 0.2 millimeter לתוך הפני השטח.בשלב הבא, השתמש בכלי העיגול כדי ליצור עיגול בקוטר של 1 millimeter בקצה תעלת הזרימה. לאחר מכן, השתמש בכלי הקו כדי לבנות נתיב המחבר את העיגול לפאה הקרובה ביותר בגודל 40 millimeter על 10 millimeter, כולל רדיוס של 4 millimeter שנוצר באמצעות כלי ה-fillet. בעזרת כלי ה-swept cut, בצע חיתוך לאורך נתיב זה.בשלב הבא, עברו למבט מהמישור הימני, והשתמשו בכלי העיגול כדי ליצור עיגול בקוטר 3.9 millimeter במרכז נתיב הזרימה. לאחר מכן, השתמשו בכלי חיתוך הבליטה (extrude cut) כדי לחתוך לעומק של שמונה millimeter על מנת לפנות מקום למחברים. חזרו על תהליך זה בצדו השני של התעלה המלבנית כדי ליצור תמונה מראה.כדי לתכנן את השכבה העליונה של מערכת הבדיקה המיקרופלואידית, צרו תחילה מלבן עם שישה חורי ברגים בעל ממדים זהים לאלו של השכבה התחתונה. לאחר מכן, במרכז הפאה העליונה, צרו תעלת חלחול (permeate channel) במידות של 30 millimeter על one millimeter על 0.5 millimeter, באמצעות כלי המלבן ליצירת מלבן של 30 millimeter על one millimeter, ולאחר מכן, באמצעות כלי ה-extrude cut, כדי לחתוך את המלבן לעומק של 0.5 millimeter אל תוך המשטח העליון.כעת, השתמש בכלי העיגול כדי ליצור עיגול בקוטר מילימטר אחד שמרכזו נמצא בתעלת החלחול, במרחק של חמישה מילימטרים מקצה אחד של התעלה. לאחר מכן, כפי שנעשה קודם לכן, השתמש בכלי הקו ובכלי העיגול (fillet) כדי לבנות נתיב הכולל רצועה ברדיוס של ארבעה מילימטרים המחברת את העיגול לאחד מהפנים של המלבן שמידותיהם סנטימטר אחד על שישה סנטימטרים. השתמש בכלי החיתוך השטחי (swept cut) כדי לחתוך לאורך הנתיב וליצור תעלה.לאחר מכן, השתמש בכלי העיגול כדי ליצור עיגול נוסף בקוטר 3.9 millimeter שמרכזו נמצא על נתיב התסנין (permeate path). השתמש בכלי החיתוך בבליטה (extrude cut) כדי לחתוך את העיגול לעומק של שמונה millimeter לתוך המשטח. בקצוות העליונים של החלק ברוחב 40 millimeter, צור בעזרת כלי המלבן מלבנים של 40 millimeter על חמישה millimeter, והוסף רדיוס של ארבעה millimeter בעזרת כלי העיגול (fillet).השתמש בכלי הבליטה (extrude), כדי להבליט שלושה מילימטרים כלפי מטה עבור הידיות. לבסוף, הדפס את החלקים העליונים והתחתונים באמצעות מדפסת תלת-ממד פוטו-פולימרית רב-חומרית, עם פולימר שקוף וקשיח. הוסף ציפוי של 0.05 מילימטר מפולימר רך וגומי על פני השטח של כל חלק המכיל את התעלה, בהתאם לפרוטוקול היצרן.כדי להתחיל, הגדירו את מערכת המיקרופלואידיקה, כולל המשאבה, השסתומים, המתמר למדידת לחץ, הסרווים, מד הזרימה, הווסתים והבקר המיקרו-אלקטרוני, כפי שמתואר בפרוטוקול הטקסט המצורף. לאחר מכן, הגדירו את המערכת למדידת ארבע ממברנות במקביל על ידי פתיחת כל השסתומים לתאי הזרימה. הכניסו צינור כניסה אחד של המשאבה למאגר המים אולטרה-טהורים, והכניסו את צינור הכניסה השני למאגר המכיל תמיסת BSA בריכוז 0.08 גרם לליטר.באמצעות מזרק, בצעו priming לצינורות כדי להוציא את כל בועות האוויר מהמערכת. לאחר מכן, הניחו את ממברנות האולטרה-פילטרציה על החלק התחתון של תאי הזרימה, כך שהצד הפעיל של הממברנה פונה לערוצי ההזנה. לאחר מכן, סגרו את התאים והשחילו את הברגים דרך החורים במכשיר.הדקו את האומים ביד תחילה. לאחר מכן, השתמשו במפתח ברגים כדי להדק אותם לסירוגין מסביב למכשיר, כך שיופעל לחץ אחיד על התא. אין להדק יתר על המידה צד אחד, שכן הידוק שגוי עלול להוביל לדליפת מים.בשלב הבא, בחרו במים אולטרה-טהורים באמצעות מתג המאגר. הגדירו את קצב זרימת המשאבה ל-8 mL לדקה ולאחר מכן הפעילו את המשאבה. כאשר המשאבה פועלת, כווננו את וסת הלחץ ל-0.4 bar.נטרו את ערכי השטף של הממברנות באמצעות תוכנה לרכישת נתונים, וכוונו את ווסת הלחץ עד להשגת שטף ממוצע של בין 180 ל-220 ליטר למטר רבוע לשעה. החליפו ממברנה בודדת לפני הרצת הניסוי, במידה ואינה מסוגלת להגיע לטווח זה בסטייה של עד 20 ליטר למטר רבוע לשעה. כאשר המערכת מוכנה, הגדירו את הרצת הניסוי על ידי בחירה תחילה במים אולטרה-טהורים במיכל הראשון למשך 60 דקות, עם שטף קבוע של בין 180 ל-220 ליטר למטר רבוע לשעה.לאחר מכן, בחרו את ה-BSA במאגר שתיים למשך 420 דקות נוספות עם בקרה ידנית של ווסת הלחץ. בחרו את המים אולטרה-טהורים במאגר אחת ל-15 הדקות האחרונות של הניסוי כדי לשטוף את המערכת. השתמשו בבקרה ידנית של ווסת הלחץ במהלך שלב זה.לאחר מכן, העבירו את מתג המאגר למצב auto והפעילו את הניסוי. עם סיום הרצת הניסוי, כבו את המערכת והוציאו את הממברנות מתאי הזרימה. לאחר מכן, שטפו את צינור הכניסה של ה-BSA על ידי שאיבת מים אולטרה-טהורים דרכו באמצעות מזרק.כדי למדוד את ביצועי הסתימה (fouling) של ממברנות הננו-פילטרציה, חובר מד זרימה לקו כדי למדוד את שטף התסננת (permeate flux) בעוד תמיסות שונות זורמות במערכת. תחילה, המערכת הובאה לשיווי משקל עם מים למשך 45 דקות, ולאחר מכן למשך 45 דקות עם מגנזיום סולפט בריכוז 10 millimolar. לאחר מכן המערכת הוחזרה למים מזוקקים למשך 45 דקות נוספות עד להשגת שטף יציב, לפני שהוזנו למערכת 0.8 grams per liter של BSA למשך 45 דקות.לבסוף, המערכת הוחזרה למים מזוקקים למשך 45 הדקות האחרונות. הירידה בשטף, בהשוואה לשטף של ממברנת ביקורת בתנאים של 10 millimolar NaCl, הצביעה על סתימה (fouling) של הממברנה עקב BSA. הגרף המוצג כאן מציג את הסתימה של ממברנות אולטרה-פילטרציה.השטף דרך ממברנות ה-50 kilodalton מוצג בכחול. והשטף דרך ממברנות ה-30 kilodalton מוצג באדום. למרות שלממברנת ה-50 kilodalton היה שטף מנורמל גבוה יותר בסיום הניסוי, ההבדל לא היה מובהק.מצאנו כי טכנולוגיית הבסיס של פוטו-פולימריזציה בהזרקת דיו בתלת-ממד מריב-חומרים הייתה חיונית לייצור תא זרימה חסון הכולל שכבת אטם מודפסת דמוית גומי, שהייתה קריטית לאטימת תא הזרימה ומניעת דליפות. לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי אופן התכנון והתפעול של תא זרימה צולב (cross-flow) מיקרופלואידי מותאם אישית בהדפסת תלת-ממד ליישומים של ממברנות לאולטרה-פילטרציה או ננו-פילטרציה.

three-dimensionally-printed-microfluidic-cross-flow-system-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

אנו מדגימים פרוטוקולים לייצור מיכון אלסטומרי polydimethylsiloxane (PDMS) מבוססי מערכים microvalve כי אין צורך אנרגיה נוספת כדי לסגור תכונה כרכים מדויק מוגדר photolithographically. מיקסר במקביל subnanoliter נפח ומערכת משולבת זלוף microfluidic מוצגים.

שבבי microfluidic מבוקרת עם מערכים Microvalve אלסטומרי

מכשירים microfluidic יכול לשמש כדי לחזות תהליכים טבעיים מורכבים בזמן אמת על המאזניים פיזי המתאים. פיתחנו מכשיר microfluidic פשוט המחקה התכונות העיקריות של התקשורת נקבובי טבעי ללימוד הצמיחה הובלה של חיידקים מתחת לפני הקרקע.

חלון על המיקרו: מערכות Microfluidic פשוט לחקר התחבורה מיקרוביאלית בתווך נקבובי

מקור: קורץ, ד. ל. ואחרים. פלטפורמה מיקרופלואידית לחקר סגימה ביולוגית במדיה נקבובית. J. Vis. Exp. (2022)הסרטון מדגים את השימוש במכשיר מיקרופלואידי לחקר יצירת ביופילם. השעיה חיידקית מוכנסת לתעלה המיקרו, ואחריה אינקובציה לאפשר התפתחות ביופילם. לאחר מכן מתחדשת הזרימה, וניטור לחץ יחד עם הדמיה משמש לזיהוי היווצרות ביופילם וחסימת נקבוביות לאורך זמן.

מכשיר מיקרופלואידי להדמיה בזמן אמת ומעקב לחץ במהלך יצירת ביופילם

במאמר זה אנו מתארים טכניקות שונות עבור פלטפורמות אב טיפוס מהירות מיקרופלואידיות. הטכניקות המוצעות מבוססות על אפוקסי אולטרה סגול (UV) וריפוי טמפרטורה, צינורות מבוססי פולידימתילסילוקסן (PDMS), הדבקת חוטים וסרטי דבק אנזוטרופיים. הליכי ההרכבה המוצגים פותחו הן עבור מכשירים לשימוש חד פעמי והן עבור מערכות מיקרופלואידיות לשימוש חוזר.

שיטות אריזה של אב-טיפוס מיקרו-נוזלי בתפוקה גבוהה מהירה ובעלות נמוכה

קורות תלת ממדי (3D) microstructured מרוכבים מיוצרים באמצעות החדירה המכוונת והמקומית של nanocomposites לרשתות microfluidic נקבוביים 3D. הגמישות של שיטת ייצור זו מאפשרת הניצול של חומרי תרמופלסטיים שונים וnanofillers כדי להשיג מגוון רחב של מוצרי nanocomposite חיזקו 3D הפונקציונלי מקרוסקופית.

ייצור של Nanocomposites microstructured תלת ממדי באמצעות Microfluidic הסתננות

אנו בפירוט שיטה לפברק מכשירים microfluidic תלת מימדי המבוסס על נייר לשימוש בפיתוח immunoassays. הגישה שלנו הרכבת מכשיר היא סוג של multilayer, ייצור כתוסף. אנחנו מדגימים immunoassay כריך לספק תוצאות נציג עבור סוגים אלה של מכשירים מבוססי נייר.

ייצור של מכשירי microfluidic נייר מבוססים תלת ממדי עבור Immunoassays

פרויקט זה מאפשר למעבדות קטנות לפתח פלטפורמה קלה לשימוש לייצור מכשירים מיקרופלואידיים מדויקים מרובי שכבות. הפלטפורמה מורכבת מתאם יישור מסכת מיקרוסקופ מודפס תלת מימדי באמצעותו הושגו התקנים מיקרופלואידיים רב שכבתיים עם שגיאות יישור של &lt;10 מיקרומטר.

תכנון ופיתוח מתאם יישור מסיכת מיקרוסקופ תלת מימדי לייצור התקנים מיקרופלואידיים רב שכבתיים

בפרוטוקול זה, בדיקת מיקרופלואידים ביומימטיים, שיכולה לשכפל סביבה מיקרו-וסקולרית רלוונטית מבחינה פיזיולוגית ולשכפל את כל מפל ההידבקות/הגירה של לויקוציטים, מועסקת כדי לחקור אינטראקציות של תאי לויקוציטים-אנדותל במחלות דלקתיות.

מערכת מיקרופיזיולוגית לחקר אינטראקציה תאי לויקוציטים-אנדותל במהלך דלקת

פרוטוקול זה מתאר פלטפורמת תרבית תאים מבוססת קרום הניתנת להגדרה מחדש המשלבת את פורמט הבאר הפתוחה עם יכולות זרימת נוזלים. פלטפורמה זו תואמת לפרוטוקולים סטנדרטיים ומאפשרת מעברים הפיכים בין מצבי תרבית פתוחה ומיקרופלואידית, תוך מתן מענה לצרכים של מעבדות הנדסה וביו-מדע כאחד.

הפיכת מודלים של רקמת מחסום סטטי למערכות מיקרופיזיולוגיות דינמיות

קביעת תעריף הובלת xenobiotics ו ננו מעבר לשליה באמצעות<em&gt; לשעבר vivo</em&gt; דגם זלוף שליה אנושי

למדו לעצב ולהפעיל מערכת מיקרו-זרימה מודפסת בתלת ממד לבדיקת ביצועי ממברנות אולטרה-סינון וננו-סינון. שיטה זו מאפשרת לחוקרים להעריך נטייה לזיהום במחיר נמוך ובתנאי זרימה מבוקרים.

בתלת ממד המודפס Microfluidic מערכת חוצת זרימה עבור Ultrafiltration / nanofiltration ממברנה בדיקות ביצועים

גלה סרטונים נוספים