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

המטרה הכוללת של הליך זה היא להדגים את התכנון והתפעול של תא זרימה צולבת מיקרופלואידית מודפס בתלת מימד לצורך בדיקת הביצועים והנטייה לזיהום של ממברנות פולימריות. שיטה זו יכולה לסייע לחוקרים בתחום הממברנות, לחקור את ביצועי הממברנה ואת נטייתה לעכירות באמצעות מיקרופלואידיקה בלחצים גבוהים ובתנאי זרימה מוגדרים היטב בעלויות מינימליות. היתרונות של מערך בקנה מידה קטן זה כוללים את היכולת לבצע הפרדות של כמויות קטנות של חומרים בנפח גבוה, לבצע מחקרי ממברנות הדורשים חומרי חידוש יקרים ולבדוק ניסוחים או שינויים חדשים מרובים של ממברנות במקביל.

התחל בתכנון המכשיר המיקרופלואידי בשני חלקים נפרדים באמצעות תוכנית שרטוט בעזרת מחשב. כדי ליצור את השכבה התחתונה, השתמש בכלי המלבן כדי לצייר מלבן בגודל 40 מילימטר על 60 מילימטר. בפינה אחת של המלבן, השתמש בכלי העיגול כדי ליצור עיגול בקוטר 6.2 מילימטר.

מרכז את המעגל הזה 10 מילימטרים מהקצה השמאלי, ו -10 מילימטרים מהקצה התחתון. לאחר מכן, השתמש בכלי התבנית הליניארית כדי לשכפל את החורים על פני המלבן במרווח של 20 מילימטר בסך הכל שישה חורים. לאחר מכן, השתמש בכלי הפילה כדי לפלה את המלבנים ברדיוס של מילימטר אחד.

לאחר מכן, הוצא את החלק 10 מילימטרים באמצעות כלי האקסטרודה. במרכז המשטח העליון, השתמש בכלי המלבן כדי ליצור מלבן בגודל 30 מילימטר על מילימטר אחד. לאחר מכן, השתמש בכלי חיתוך האקסטרוד כדי לחתוך תעלה בעומק 0.2 מילימטר אל פני השטח.

לאחר מכן, השתמש בכלי העיגול כדי ליצור עיגול בקוטר מילימטר אחד בקצה ערוץ הזרימה. לאחר מכן, השתמש בכלי הקו על מנת לבנות נתיב המחבר את המעגל לפנים הקרובות ביותר של 40 מילימטר על 10 מילימטר, כולל רדיוס של ארבעה מילימטרים שנעשה עם כלי הפילה. בעזרת כלי החיתוך הנסחף, בצע חתך לאורך נתיב זה.

לאחר מכן, עבור לתצוגת המישור הימנית, והשתמש בכלי העיגול כדי ליצור עיגול בקוטר 3.9 מילימטר במרכז נתיב הזרימה. לאחר מכן, השתמש בכלי חיתוך האקסטרודה כדי לחתוך שמונה מילימטרים על מנת לאפשר מקום לאביזרים. חזור על אותו תהליך בצד השני של הערוץ המלבני כדי ליצור תמונת שיקוף.

כדי לעצב את השכבה העליונה של מערכת הבדיקה המיקרופלואידית, צור תחילה מלבן עם שישה חורי ברגים בעלי מידות זהות לשכבה התחתונה. לאחר מכן, במרכז הפנים העליונות, צור ערוץ חלחול בגודל 30 מילימטר על מילימטר על 0.5 מילימטר באמצעות כלי המלבן כדי ליצור תחילה מלבן בגודל 30 מילימטר על מילימטר אחד. ואז, בעזרת כלי חיתוך האקסטרודה, כדי לחתוך את המלבן 0.5 מילימטרים למשטח העליון.

כעת, השתמשו בכלי העיגול כדי ליצור עיגול של מילימטר אחד שבמרכזו תעלת החלחול, חמישה מילימטרים מקצה אחד של התעלה. לאחר מכן, כמו קודם, השתמש בכלי הקו והפילט כדי לבנות נתיב הכולל פס רדיוס של ארבעה מילימטר כדי לחבר את המעגל לאחד מהפנים של סנטימטר על שישה סנטימטר של המלבן. השתמשו בכלי חיתוך סוחף כדי לחתוך לאורך הנתיב וליצור ערוץ.

לאחר מכן, השתמשו בכלי העיגול ליצירת עיגול נוסף בקוטר 3.9 מילימטר שמרכזו נמצא על נתיב החלחול. והשתמש בכלי חיתוך האקסטרוד כדי לחתוך את העיגול שמונה מילימטרים לפני השטח. בקצוות העליונים של 40 מילימטר של החלק, בעזרת כלי המלבן, יוצרים מלבנים בגודל 40 מילימטרים על חמישה מילימטרים, ומוסיפים רדיוס של ארבעה מילימטרים עם כלי הפילה.

השתמש בכלי ההבלטה כדי להבליט שלושה מילימטרים כלפי מטה עבור נקודות אחיזה. לבסוף, הדפס את החלקים העליונים והתחתונים באמצעות מדפסת תלת מימד פוטופולימר מרובת חומרים, עם פולימר שקוף קשיח. כלול ציפוי על של 0.05 מילימטר בפולימר רך וגומי על פני כל חלק המכיל את התעלה, בהתאם לפרוטוקול היצרן.

כדי להתחיל, הגדר את המיקרופלואידיקה, כולל המשאבה, השסתומים, מתמר הלחץ, הסרוו, מד הזרימה, הרגולטורים והמיקרו-בקר כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. לאחר מכן, הגדר את המערכת למדידת ארבעה ממברנות במקביל על ידי פתיחת כל השסתומים לתאי הזרימה. הנח צינור כניסת משאבה אחד לתוך מאגר המים הטהורים במיוחד, והנח את צינור הכניסה השני למאגר המכיל 0.08 גרם לליטר תמיסת BSA.

בעזרת מזרק, יש להפעיל את הצינור כדי להסיר את כל בועות האוויר במערכת. לאחר מכן, הנח את ממברנות האולטרה-סינון על החלק התחתון של תאי הזרימה כך שהצד הפעיל של הממברנה יהיה לכיוון תעלות ההזנה. לאחר מכן, סגור את התאים והזין את הברגים דרך החורים במכשיר.

מהדקים את האגוזים ביד בתחילה. לאחר מכן, בעזרת מפתח ברגים כדי להדק אותם על ידי החלפה סביב המכשיר כך שיהיה לחץ אחיד על החדר. אין להדק יתר על המידה אף צד אחד, מכיוון שהידוק לא נכון עלול להוביל לדליפת מים.

לאחר מכן, בחר את המים הטהורים במיוחד באמצעות מתג המאגר. הגדר את קצב זרימת המשאבה לשמונה מיליליטר לדקה ולאחר מכן הפעל את המשאבה. כשהמשאבה פועלת, כוונן את ווסת הלחץ ל-0.4 בר.

עקוב אחר ערכי הגמישות של הממברנות באמצעות תוכנת איסוף נתונים, והתאם את ווסת הלחץ עד להשגת שטף ממוצע של בין 180 ל-220 ליטר למ"ר לשעה. החלף קרום בודד לפני הפעלת הניסוי, אם הוא אינו מסוגל להגיע לטווח של 20 ליטר למ"ר לשעה מטווח זה. כאשר הם מוכנים, הגדירו את הפעלת הניסוי על ידי בחירת המים האולטרה-טהורים במאגר הראשון למשך 60 דקות עם שטף קבוע של בין 180 ל-220 ליטר למ"ר לשעה.

לאחר מכן, בחר את ה-BSA במאגר השני, למשך 420 דקות נוספות עם שליטה ידנית בווסת הלחץ. בחר את המים האולטרה-טהורים במאגר הראשון למשך 15 הדקות האחרונות של הניסוי כדי לשטוף את המערכת. השתמש בשליטה ידנית בווסת הלחץ במהלך שלב זה.

לאחר מכן, הגדר את מתג המאגר למצב אוטומטי והתחל את הניסוי. לאחר השלמת ריצת הניסוי, כבה את המערכת והסר את הממברנות מתאי הזרימה. לאחר מכן, שטפו את צינור כניסת ה-BSA על ידי שאיבת מים טהורים במיוחד דרכו בעזרת מזרק.

כדי למדוד את הביצועים בעכירות של ממברנות הננו-סינון, חובר לקו מד זרימה למדידת שטף החלחול כאשר פתרונות שונים הוזרמו דרך המערכת. ראשית, המערכת הותאזן עם מים למשך 45 דקות, ולאחר מכן 45 דקות של מגנזיום גופרתי של 10 מילי-מולרי. לאחר מכן הוחזרה המערכת למים טהורים למשך 45 דקות נוספות עד שהושג שטף יציב לפני ש-0.8 גרם לליטר BSA הוזנו למערכת למשך 45 דקות.

לבסוף, המערכת הוחזרה למים טהורים למשך 45 הדקות האחרונות. הירידה בשטף, בהשוואה לשטף של קרום בקרה בתנאים של 10 מילי-מולרי NaCl, הצביעה על עכירות ממברנה עקב BSA. הגרף המוצג כאן, מציג את העכירות של ממברנות אולטרה-סינון.

השטף על פני ממברנות 50 קילודלטון מוצג בכחול. והשטף על פני ממברנות 30 הקילו-דלטון מוצג באדום. בעוד שלממברנה של 50 קילודלטון היה שטף מנורמל גבוה יותר בסיום הניסוי, ההבדל לא היה משמעותי.

מצאנו שטכנולוגיית בסיס הפוטופולימריזציה של הזרקת דיו תלת מימדית מרובת חומרים הייתה חיונית לייצור תא זרימה חזק וכולל שכבת אטם דמוית גומי מודפסת, שהייתה חיונית לאיטום תא הזרימה ולמניעת דליפות. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לתכנן ולהפעיל תא זרימה צולבת מיקרופלואידית מודפס בתלת מימד משלך ליישומי ממברנה אולטרה-סינון או ננו-סינון