한외 여과 / 나노 멤브레인 성능 테스트 용 삼차원 인쇄물 미세 유체 교차 유동 시스템

요약

설계 및 삼차원 (3-D)의 제조 인쇄 미세 크로스 플로우 여과 시스템이 설명된다. 시스템 성능을 테스트하고 나노 여과 및 한외 여과 (박막 복합체) 막의 오염을 관찰하는데 사용된다.

초록

최소화 및 막 오염의 관리는 다양한 산업 공정 및 멤브레인 기술을 활용하여 다른 관행에 강력한 도전이다. 오염 과정을 이해하는 것은 최적화 및 막 여과 기반의 높은 효율로 이어질 수 있습니다. 여기서 우리는 병렬로 4 막까지 테스트 할 자동 입체적 (3-D) 인쇄 미세 크로스 플로우 여과 시스템의 설계 및 제조를 나타낸다. 미세 세포를 미세 셀 바디 투명 경질 중합체를 사용하고 작동 중에 누출 방지 얇은 고무질 중합체 층을 포함 멀티 감광 재료 3 차원 프린팅 기술을 사용하여 인쇄 하였다. 한외 여과 성능 (UF) 및 나노 여과 (NF) 막을 시험 하였다 및 막 오염이 모델 foulant 소 혈청 알부민 (BSA)으로 관찰 할 수있다. BSA를 함유하는 공급 용액을 멤브레인의 자속 감소를 보였다. 이 프로토콜은 연장 될 수있다에드는 다른 많은 유기, 무기 또는 미생물 포함 된 용액으로 오염 또는의 생물 연료를 측정합니다. 미세 유체 설계는 테스트중인 때문에 멤브레인의 작은 면적에 예 다당류, 단백질 또는 지질에 대한, 비용 또는 소량에서만 사용할 수 있습니다 시험 물질에 특히 유리하다. 이 모듈러 시스템은 쉽게 막을 높은 처리량 테스트에 확장 될 수있다.

서론

멤브레인 기술은 벌크 용액에서 용질의 분리를 요구하는 산업 및 다른 프로세스 일체 그러나 막 오염이 큰 지속적인 도전이다. 막 오염 폐수의 크기 기반 분리 한외 여과막의 사용을 포함 발생 ^하나 일반적인 예로, 염수 또는 해수 이온 큰 용질의 분리 ² 박막 복합체 멤브레인. 파울 ³ 특성 표시는 차압 상승 플럭스의 감소를 포함한다. 이것은 멤브레인의 생산성을 감소 의한 화학적 또는 기타 세정 프로토콜의 수명을 단축시킨다. 따라서 멤브레인 성능은 오염 평가 및 메커니즘과 오염,의 생물 연료와 세포막에 biofilm 형성의 효과를 이해하는 좋은 지표이다. 또한, 성능 평가는 새로운 막의 설계 또는 수정 중요하다.

EFT ">

미세 유체 장치의 멤브레인의 사용에 대한 관심은 지난 10 년 동안 성장하고있다. ⁽⁴⁾ 최근에, 우리는 나노 멤브레인의 표면을 오염의 미생물 구성 요소 리포 폴리 사카 라이드의 효과 및 글리을 공부하고, 미생물에 조절 된 표면의 후속 감수성 첨부. ⁵ 미세 횡류 장치 나노 막의 성능을 평가하기 위해 사용되었다. 막 표면적이 작고 때문에 막 표면의 오염에 대한 소....

프로토콜

1. 디자인 및 미세 유체 테스트 시스템의 제작

1. 상단 및 CAD 프로그램의 하단 부분 (그림 1) : 두 개의 분리 된 부분으로 미세 유체 장치를 설계합니다.
2. 60mm 사각형으로 40mm를 그릴 사각형 도구를 사용하여 바닥 부분을 시작합니다.
3. 원 도구를 사용하여 한 구석에서 6.2 mm 직경의 원형은 가장자리에서 10mm를 중심으로 만듭니다. 선형 패턴 도구 6 홀의 총 20mm의 간격으로 사각형 구멍에 걸쳐 복제.
4. 필렛 도구를 사용하면 1mm의 반경 사각형을 필렛.
5. 밀어 내기 도구 (10) mm의 돌출.
6. 상면의 중앙에 직사각형 도구를 1mm로하고, 돌출 절단 도구를 30mm 직사각형을 만들기 유로 0.2 mm를 잘라.
7. 원 도구를 사용하여 유로의 단부에 직경 1mm의 원을 만든다. 그런 다음 줄 도구를 사용하여 가장 가까운 원을 연결하는 경로를 구성필렛 도구로 만든 4mm 반경을 포함하여 10mm 얼굴로 40mm. 스윕 컷 도구를이 경로를 따라 절단합니다.
8. 원 도구 유로의 중앙에 3.9 mm 직경의 원형을 만들고 피팅 있도록 돌출 절단 도구 8mm 잘라.
9. 반복 1.7 유로의 반대편 1.8 단계.

결과

미세 유동 세포는 다중 재료 감광 3 차원 (3-D) 프린터를 사용하여 CAD 프로그램을 사용하여 설계 및 인쇄 하였다. 세포막을 쉽게 (도 1)를 삽입하고 장치로부터 제거 될 수 있도록 이러한 셀은, 두 부분으로 설계 하였다. 각 부분은 구조적 무결성 하드 명확 중합체 인쇄 1cm 두께이고, 막 대향 측면 무상 중합체의 매우 얇은 50㎛의 층으로 오버 코팅되었다. 도장 물 누설을 방지하는 밀봉 기능을 가진 세포를 제공하기 위해 수행 하였다. 유로는 0.2 mm, 깊이 1mm 폭 막의 ^면적이 30mm 시험 30 mm 길이로 설계되었다. 8mm 세척 프로토콜 40mm로 절단 한 후 멤브레인, 멤브레인은 테스트 장치에 삽입 하였다. 여섯 스테인리스 볼트와 너트 (M6)는 장치를 강화하기 위해 사용하고, 그것은 시스템 (도 2)에 연결되었다. 이와 같이, 셀은 PE 인세포막을 쉽게 교체 할 수 있지만 rmanently 시스템에 연결된다. 하나의 셀은 나.......

토론

이 프로토콜은 나노 여과 및 한외 여과 막 테스트 삼차원 미세 인쇄 횡류 장치의 설계를 설명한다. 최근에는 나노 여과막 컨디셔닝이 프로토콜의 변화의 성공을 나타내는 후속 세균 배양 분사 글리 고스 및 리포 폴리 사카 라이드 및 막 성능 차이 오염있다.이 기술을 채용 한 ⁵ 미래의 애플리케이션은 다른 foulants와 막 성능의 변화를 평가하는데 사용될 수있다 . 큰 흐름 세포에 비해이 미세 유체 장치는 훨씬 덜 테스트 솔루션을 필요로 크게 foulants 및 화합물, 한정된 수량 만 사용할 수 있습니다이 특히에 대한 비용을 줄일 수 있습니다. 작은 형식은 실험실 규모의 시험에 편리하게 및 높은 처리량 테스트에 순종 할 수있다.

미세 횡류 장치의 디자인 THR 이루어졌다입체 인쇄의 중요한 이점이다 깨닫지 못하고 있거나 남의 반복 프로토. 일반 장치 설계 기능을 나노 막 용도에 사용 이전에 발행 된 미세 횡류 장치에 기초 하였다. ^9,10-.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
BSA	SIGMA-ALDRICH	A6003
NaCl	대중	7548-4100
MgSO4	EMSURE	1058861000
NF 멤브레인	Filmtec	NF200
30 kDa UF 멤브레인	MICRODYN NADIR	UH030
50 kDa UF 멤브레인	MICRODYN NADIR	UH050
압력 변환기	Midas	43006711
볼 밸브	AV-RF	Q91SA-PN6.4
3방향 밸브	iLife Medical Devices	902.071
압력 조절기	Swagelok	KCB1G0A2A5P20000
유량계	Bronkhorst	L01-AGD-99-0-70S
밸런스	MRC	BBA-1200
펌프	Cole-Parmer	EW-00354-JI
1/8" 튜빙	Cole-Parmer	EW-06605-27
1/16" 튜빙	Cole-Parmer	EW-06407-41
1/16" 피팅	Cole-Parmer	EW-30486-70
1/8" 피팅	Kiowa	QSM-B-M5-3-20
마이크로컨트롤러	Adafruit	50	Arduino UNO R3
연속 회전 서보	Adafruit	154
표준 서보	Adafruit	1142
전원 공급 장치	Adafruit	658
서보 실드	SainSmart	20-011-905
스위치	부품 익스프레스	060-376
0.45 미크론 필터	EMD Millipore	SLHV033RS
Potentiostat	Gamry	PCI4
Sonicator	MRC	DC-150H
Connex 3D 프린터	Stratasys	Objet Connex
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