Progettazione e fabbricazione di una tridimensionalmente (3-D) stampata sistema di filtrazione tangenziale microfluidico è dimostrata. Il sistema è utilizzato per testare le prestazioni e osservare incrostazioni di ultrafiltrazione e nanofiltrazione (film sottile composito) membrane.
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Articolo metodologico
Tridimensionalmente stampato Microfluidic sistema a flusso incrociato per ultrafiltrazione / nanofiltrazione membrana Performance Testing
In questo articolo
Sommario
Abstract
Minimizzazione e gestione di sporcamento membrana è una sfida formidabile in diversi processi industriali e altre pratiche che utilizzano la tecnologia a membrana. Capire il processo di formazione di incrostazioni potrebbe portare a ottimizzazione e una maggiore efficienza della filtrazione su membrana. Qui mostriamo la progettazione e la fabbricazione di un-dimensionalmente tre (3-D) sistema automatizzato stampato microfluidica flusso incrociato filtrazione che può testare fino a 4 membrane in parallelo. Le cellule microfluidici sono stati stampati usando multimateriale fotopolimero tecnologia di stampa 3-D, che ha usato un polimero rigido trasparente per il corpo cellulare microfluidica e incorporato un sottile strato di polimero gommoso, che impedisce fuoriuscite durante il funzionamento. Le prestazioni di ultrafiltrazione (UF), e le membrane nanofiltrazione (NF) sono stati testati e sporcamento della membrana potrebbero essere osservate con un modello imbrattante albumina sierica bovina (BSA). Le soluzioni mangimi contenenti BSA hanno mostrato flusso declino della membrana. Questo protocollo può essere estendereEd per misurare incrostazioni o biofouling con molte altre soluzioni organiche, inorganiche o microbici che contiene. Il design microfluidica è particolarmente vantaggioso per i materiali di prova che sono costose o disponibili solo in piccole quantità, per esempio polisaccaridi, proteine o lipidi a causa della piccola superficie della membrana in fase di test. Questo sistema modulare può essere facilmente ampliato per alta test di throughput delle membrane.
Introduzione
Tecnologia a membrana è parte integrante di processi industriali e altri che richiedono la separazione dei soluti da una soluzione in massa, tuttavia, intasamento delle membrane è una sfida continua. 1 Esempi comuni dove intasamento delle membrane avviene includere l'uso di membrane di ultrafiltrazione per la separazione basata dimensioni delle acque reflue, 2 e sottili membrane film composito per la separazione di ioni e soluti più grandi da acqua salmastra o acqua di mare. 3 indicazioni caratteristiche di sporcamento includono un aumento della pressione transmembrana e un calo di flusso. Questo diminuisce la p....
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Protocollo
1. Progettazione e Realizzazione del Sistema Microfluidic test
- Progettare dispositivo microfluidico in due parti: una parte superiore e una parte inferiore (Figura 1) in un programma CAD.
- Iniziare a fare la parte inferiore utilizzando lo strumento rettangolo per disegnare un 40 mm di 60 mm rettangolo.
- A un angolo con lo strumento cerchio creare un cerchio di 6,2 millimetri di diametro centrato 10 mm dai bordi. Con lo strumento sagoma lineare replicare i fori attraverso il rettangolo con spaziatura 20 mm per un totale di 6 fori.
- Utilizzando lo strumento filetto di raccordare i rettangoli con un raggio di 1 mm. ....
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Risultati
Le celle di flusso microfluidica stati progettati utilizzando un programma CAD e stampato usando un fotopolimero multimateriale tridimensionale (3-D) della stampante. Questa cella è stata progettata in due parti, in modo che le membrane possono essere facilmente inseriti e rimossi dal dispositivo (Figura 1). Ogni parte era 1 cm di spessore, stampata da un disco, chiara polimero per l'integrità strutturale, ei lati verso la membrana fosse ricoperto con uno strato molto sottile 50 micron di polimero g.......
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Discussione
Questo protocollo descrive la progettazione di un dispositivo a flusso incrociato microfluidica tridimensionalmente stampato per il test di membrane nanofiltrazione e ultrafiltrazione. Recentemente, abbiamo dimostrato il successo di una variante di questo protocollo con membrana di nanofiltrazione condizionata e incrostazioni con glicosfingolipidi e lipopolisaccaridi e le differenze di prestazioni membrana con successiva iniezione di coltura batterica. 5 Le future applicazioni che impiegano questa tecnica pot.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori ringraziano Stratasys (Rehovot, Israele) per la stampa tridimensionale del dispositivo. Siamo grati a Microdyne-Nadir (Germania) per i campioni di membrana. Questa ricerca è stata sostenuta da The Israel Science Foundation (Grant 1474-1413) per CJA
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| BSA | SIGMA-ALDRICH | A6003 | |
| NaCl | DAEJUNG | 7548-4100 | |
| MgSO4 | EMSURE | 1058861000 | |
| Membrana NF | Filmtec | NF200 | |
| 30 kDa Membrana UF | MICRODYN | NADIR UH030 | |
| 50 kDa Membrana UF | MICRODYN NADIR | UH050 | |
| Trasduttore di pressione | Midas | 43006711 | |
| Valvole a sfera | AV-RF | Q91SA-PN6.4 | |
| Valvola a 3 vie | iLife Medical Devices | 902.071 | |
| Regolatore di pressione | Swagelok | KCB1G0A2A5P20000 | |
| Misuratore di portata | Bronkhorst | L01-AGD-99-0-70S | |
| Bilance | MRC | BBA-1200 | |
| Pompa | Cole-Parmer | EW-00354-JI | |
| Tubi da 1/8" | Cole-Parmer | EW-06605-27 | |
| Tubi da 1/16" | Cole-Parmer | EW-06407-41 | |
| Raccordi da 1/16" Raccordi | Cole-Parmer | EW-30486-70 | |
| Raccordi da 1/8" | Microcontrollore Kiowa | QSM-B-M5-3-20 | |
| Adafruit | 50 | Arduino UNO R3 | |
| Servo a rotazione continua | Adafruit | 154 | |
| Servo standard | Adafruit | 1142 | |
| Alimentatore | Adafruit | 658 | |
| Servo Shield | SainSmart | 20-011-905 | |
| Parti di interruttori | Express | 060-376 | |
| Filtri da 0,45 micron | EMD Millipore | SLHV033RS | |
| Potenziostato | Gamry | PCI4 | |
| Sonicatore | MRC | DC-150H | |
| Connex Stampante 3D | Stratasys | Objet Connex | |
| Veroclear | Stratasys | RGD810 | polimero trasparente per la stampa di celle a flusso |
| Tangoblack-plus | Stratasys | FLX980 | polimero gommoso morbido per strati di guarnizioni su cella di flusso |
Riferimenti
- Guo, W., Ngo, H. -H., Li, J. A mini-review on membrane fouling. Bioresource technol. 122, 27-34 (2012).
- Fane, A. G., Fell, C. J. D. A review of fouling and fouling control in ultrafiltration. Desalination. 62, 117-136 (1987).
- Tang, C. Y., Chong, T. H., Fane, A. G.
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Ristampe e permessi
