Name: Driedimensionaal Printed microfluïdische Cross-flow-systeem voor Ultrafiltratie / nanofiltratiemembraan Performance Testing (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: Leer een 3D-geprint microfluïdische cross-flow-cel te ontwerpen voor het testen van ultrafiltratie- en nanofiltratiemembranen. Deze methode evalueert membraanprestaties en fouling onder gecontroleerde omstandigheden.

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

De auteurs danken Stratasys (Rehovot, Israel) voor driedimensionaal afdrukken van het apparaat. We zijn dankbaar voor Microdyne-Nadir (Duitsland) voor het membraan monsters. Dit onderzoek werd gesteund door de Israel Science Foundation (Grant 1474-1413) naar CJA

1. ontwerp en de fabricage van de microfluïdische testsysteem <ol><li> Ontwerp microfluïdische inrichting twee afzonderlijke delen: een bovenste deel en onderste deel (figuur 1) in een CAD-programma. </li><li> Begin met het maken van de onderste deel met behulp van de rechthoek tool om een ​​40 mm bij 60 mm rechthoek te tekenen. </li><li> In een hoek met de cirkel gereedschap maakt u een 6,2 mm diameter cirkel met het middelpunt 10 mm vanaf de randen. Met het gereedschap lineair patroon repliceren de gaten in de rechthoek van 20 mm tussenruimte voor een totaal van 6 gaten. </li><li> Met behulp van de filet gereedschap fileren de rechthoeken met een straal van 1 mm. </li><li> Extrusie van de rol 10 mm met het extruderen tool. </li><li> In het midden van het bovenvlak, met de rechthoek hulpprogramma een rechthoek 30 mm bij 1 mm en het extruderen cut gereedschap gesneden 0,2 mm voor het stromingskanaal. </li><li> Met het gereedschap cirkel maken cirkel 1 mm diameter aan het einde van het stromingskanaal. Vervolgens met de line tool bouw van een weg aansluiten van de cirkel naar de dichtstbijzijnde40 mm bij 10 mm gezicht, inclusief een radius 4 mm gemaakt met de filet tool. Maak een snede langs deze weg met de geveegd cut tool. </li><li> Met de cirkel hulpprogramma een cirkel 3,9 mm diameter in het midden van het stroompad en snij 8 mm met het extruderen cut instrument dat voor hulpstukken. </li><li> Herhaal de stappen 1,7 en 1,8 voor de andere kant van het stromingskanaal. </li><li> Met het bovenste deel herhaalt u de stappen 1.2-1.5. Toen in het midden van het bovenvlak maak een permeaat kanaal met behulp van de rechthoek gereedschap om een ​​rechthoek te creëren 30 mm bij 1 mm en snijd 0,5 mm met behulp van de extrude cut tool. </li><li> Gebruik de cirkel tool om een ​​1 mm cirkel in het midden van de permeaatkanaal 5 mm van een einde te maken. Met het gereedschap lijn construeren pad verbindt de cirkel op de volgende 1 cm bij 6 cm vlakken, waaronder een radius 4 mm gemaakt met de filet tool. Maak een snede langs het pad met de geveegd cut tool. </li><li> Met de cirkel hulpmiddel te creëren extra cirkel een diameter van 3,9 mm met het middelpunt op het permeaat pad en snij 8 mm met de exTrude snijden tool. </li><li> Bij de onderdelen boven 40 mm randen, met de rechthoek tool, maak rechthoeken 40 mm bij 5 mm toe te voegen 4 mm radii met de haas tool. Gebruik het extruderen gereedschap naar beneden extruderen 3 mm voor grepen. </li><li> Print onderdelen met een multi-materiaal fotopolymeer 3-D printer met een harde doorzichtige polymeer, zoals 0,05 mm aanbrengen van een zachte rubberachtige polymeer op het vlak van elk deel dat het kanaal bevat. Gebruik de fabrikant standaard protocol, kalibratie en instellingen. </li><li> Tap schroefdraad (M5) in diervoeders, retentaat en doordringen openingen. Gebruik tape loodgieter tot 1/8 &quot;fittingen op de feed en retentaat en 1/16&quot; connect armaturen aan het permeaat. </li><li> Verbinding microfluïdische inrichtingen te pompen, kleppen, druktransductor en tegendrukregulator met 1/8 &quot;buis (figuur 2). </li><li> Sluit 0,45 pm filters om buizen inlaat. </li><li> Ontladen doordringen te stromen-meter en bekers op tegoeden bij 1/16 &quot;slang. </li><li&gt; Bevestig continue rotatie servo regelaar met schroeven en standaard servo tot 3-weg ventiel met tie-wire tegendruk. </li><li> Sluit de servo&#39;s en voeding aan servo schild. </li><li> Sluit de druksensor, schakelaars en servo schild om microcontroller. </li><li> Sluit microcontroller, saldi, debietmeter en de pomp op een PC voor data logging en systeem controle. </li><li> Configureren balances om gegevens af te drukken om hun seriële poort. </li></ol> 2. Bereid Membranen worden getest <ol><li> Gesneden membranen 40 mm x 8 mm. </li><li> Geniet membranen in ultrapuur water (3 x 10 min) met geluidsgolven. </li><li> geniet dan de membranen in 50/50 ultrapuur water / ethanol gedurende 1 uur. </li><li> Spoel de membranen met ultrapuur water en bewaar in ultrapuur water bij 4 ° C. 8 </li></ol> 3. Bereid oplossingen te testen met nanofiltratiemembranen <ol><li> Voeg 500 ml ultrapuur water om een ​​erlenmeyer. Voeg vervolgens 0,04 g van een BSAd 0,29 g NaCl. </li><li> Voeg 500 ml ultrapuur water om een ​​aparte erlenmeyer. Voeg vervolgens 0,6 g MgSO 4. </li><li> Voeg 500 ml ultrapuur water aan een derde erlenmeyer. Voeg vervolgens 0,29 g NaCl. </li><li> Steek roer bars in elke kolf en plaats kolven op roer platen. Meng gedurende 5 minuten bij 500 rpm. </li></ol> 4. Voer een Nanofiltratie Vervuiling Experiment Opmerking: Voer de proef bij kamertemperatuur (ca. 24 ° C). Eerst configureert het systeem voor het meten van een membraan door afsluiters aan cellen niet verbonden met de debietmeter stromen. <ol><li> Plaats een inlaat buis in de ultrapuur water reservoir en de andere inlaatbuis in de MgSO4 oplossing (figuur 2). </li><li> Gebruik een spuit water en MgSO4 oplossing te trekken door middel van leidingen, zodat alle luchtbellen in het systeem te verwijderen. </li><li> Plaats een nanofiltratie membraan aan de onderkant van de stroomcel, waarbij deactieve zijde naar het toevoerkanaal, en op de bovenkant van de stroomcel. </li><li> Bevestig moeren met de hand en draai gelijkmatig met een moersleutel om lekkage te minimaliseren. </li><li> Selecteer de ultrapuur water met het reservoir keuzeschakelaar. </li><li> Stel de pomp debiet tot 2 ml / min en start de pomp. </li><li> Stel drukregelaar tot 4 bar. </li><li> Stel experimentele parameters reservoirs schakelen elke 45 min beginnend met het waterreservoir. </li><li> Stel reservoir schakelaar op auto, en beginnen met experiment. </li><li> Op 60 min verzamelen MgSO4 permeaat in een buis voor de volgende 30 minuten. </li><li> Op 91 min vervangen MgSO4 kolf kolf die de oplossing van BSA en NaCl. </li><li> Snel stoppen pomp en gebruik een spuit om BSA-oplossing te trekken door de inlaat buis MgSO4 overgebleven verwijderen slang. Begin dan weer pomp. </li><li> Op 150 min verzamelen BSA doordringen in een buis voor de volgende 30 min. </li><li> Na 225 minuten, sluit het systeem en verwijder nano<html> filtratiemembraan van de stroomcel. </li><li> Met behulp van een injectiespuit, spoelen testoplossing inlaatbuis met ultrapuur water. </li><li> Herhaal stappen 4,1-4,15 per extra membraan getest. </li><li> Voor NaCl uitsluitend examens Herhaal stap 4,1-4,10 en 4,14-4,16 vervangen MgSO4-oplossing met NaCl-oplossing en het beëindigen van het experiment na 90 min in plaats van 225 min. </li></ol> 5. Bereken Zout Afwijzing van nanofiltratiemembranen <ol><li> Spoel elektroden van de potentiostaat testcel met ultrapuur water. </li><li> Met een pipet, borg 5 ui MgSO4 oplossing op de meetcel elektroden. </li><li> Verslag weerstand van de oplossing. </li><li> Herhaal stap 5,1-5,3 nog vier keer en het berekenen van de gemiddelde waarde. </li><li> Herhaal stap 5,1-5,4 voor NaCl en BSA / NaCl-oplossingen en voor elke oplossing permeaat verzameld. </li><li> Bereken zout afwijzing met Vergelijking 1: 6eq1.jpg &quot;/&gt; waarbij Ω s de weerstand van de testoplossing en Ω p is de weerstand van het permeaat. De weerstand is omgekeerd evenredig met de geleidbaarheid van een oplossing, die rechtstreeks correleert zoutconcentratie. </li></ol> 6. Bereid te testen oplossing met ultrafiltratiemembranen <ol><li> Voeg 1 L van ultrapuur water om een ​​4 L beker. Voeg vervolgens 0,32 g BSA. </li><li> Steek roerstaafje in beker en leg ze op een roer plaat. Meng gedurende 5 minuten bij 500 rpm. </li><li> Voeg extra 3 liter ultrazuiver water beker en meng opnieuw gedurende 5 minuten bij 500 rpm. </li></ol> 7. Voer een ultrafiltratie Vervuiling Experiment Opmerking: Voer een experiment bij kamertemperatuur (ca. 24 ° C). Eerste configureert het systeem tot 4 membranen parallel te meten door het openen van alle kleppen aan cellen stromen. <ol><li> Plaats een inlaat buis in de ultrapuur water reservoir en andere inlaat buis in the BSA-oplossing (figuur 2). </li><li> Met een spuit het water en de BSA-oplossing te trekken door de buis, zodat alle luchtbellen in het systeem. </li><li> Invoegen ultrafiltratiemembranen aan de onderkant van de stroom cellen met actieve zijden naar de toevoerkanalen, en sluit de cellen met de bovenste helften van de microfluïdische apparaat. </li><li> Bevestig moeren met de hand, draai gelijkmatig met een moersleutel. Onjuiste aanscherping kan leiden tot waterlekkage. </li><li> Selecteer ultrapuur water met reservoir schakelaar. </li><li> Stel de pomp debiet tot 8 ml / min en start de pomp. </li><li> Stel drukregelaar tot 0,4 bar. </li><li> Monitor fluxwaarden membranen met data-acquisitie software volgens het protocol van de fabrikant. </li><li> Pas de drukregelaar totdat gemiddelde flux is 200 LMH ± 10%. </li><li> Vervang individuele membraan als flux is niet 200 LMH ± 20%. </li><li> Voer experimentele run parameters. Selecteer eerst de ultrapuur water Reservoir gedurende 60 minuten met een constante stroom van 200 ± 20 LMH. Selecteer vervolgens het BSA reservoir voor 420 min met handmatige bediening van de drukregelaar. Tenslotte selecteert de ultrazuiver water reservoir 15 min Handbediening van de drukregelaar het spoelsysteem eind experiment. </li><li> Stel reservoir schakelaar op auto, en beginnen met experiment. </li><li> Na voltooiing van de run, sluit het systeem af en membranen te verwijderen uit stroom cellen. </li><li> Met een spuit, flush pompinlaat buis met ultrapuur water. </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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dit protocol beschrijft het ontwerp van een driedimensionaal gedrukte microfluïdische dwarsstroming inrichting voor het testen van nanofiltratie en ultrafiltratie membranen. Onlangs hebben we het succes van een variant van dit protocol met nanofiltratiemembraan conditioning getoond en vervuiling met glycosfingolipiden en lipopolysacchariden en membraangedrag verschillen latere bacteriecultuur injectie. 5 verdere toepassingen gebruik van deze techniek kan worden gebruikt om membraanprestaties verandert met ver...

<html> Membraantechnologie integraal industriële en andere processen die de scheiding van opgeloste stoffen uit een voorraadoplossing echter membraanvervuiling is een grote voortdurende uitdaging. 1 Bekende voorbeelden waarbij membraanvervuiling plaatsvindt onder gebruik van ultrafiltratie membranen voor de grootte gebaseerde scheiding van afvalwater 2 en dunne film samengestelde membranen voor de scheiding van ionen en grotere opgeloste stoffen uit brak of zeewater. 3 Karakteristiek indicaties van vervuiling omvatten een toename transmembraandruk en een afname in flux. Dit vermindert de productiviteit van het membraan en verkort de levensduur door chemische of andere reinigingsprotocollen. Daarom membraangedrag is een goede indicator beoordelen vervuiling en de mechanismen en effecten van vervuiling, biofouling en biofilmvorming op membranen begrijpen. Ook prestatiebeoordeling belangrijk in het ontwerp of wijziging van nieuwe membranen. eft &quot;&gt; Belangstelling voor het gebruik van membranen in microfluïdische inrichtingen groeit de laatste tien jaar. 4 Onlangs hebben we het effect van microbiële componenten lipopolysaccharide en glycosfingolipide op vervuiling het oppervlak van een nanofiltratiemembraan, en de daaropvolgende gevoeligheid van de geconditioneerde oppervlak microbiële attachment. 5 microfluïde dwarsstroming inrichting werd gebruikt om de prestaties van nanofiltratie membranen beoordelen. Dit maakte het gebruik van bijzondere, niet-commerciële lipide componenten uitsluitend in kleine hoeveelheden membraanoppervlak vervuiling omdat het membraan oppervlak klein. De omvang systeem toegestane efficiënt gebruik van membraan materialen en de lage volumes van oplossingen. In dit protocol beschrijven wij het ontwerp en de fabricage van de microfluïdische inrichting voor het membraan prestatietests en overzicht van de integratie van het apparaat in een druk stroomsysteem. Demonstratie van de inrichting wordt getoond door testing van de prestaties van ultrafiltratie membranen en nanofiltratie membranen met behulp van een model vervuilingsvorming, 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 Membrane</td><td>Filmtec</td><td>NF200</td><td></td></tr><tr><td>30 kDa UF Membrane</td><td>MICRODYN NADIR</td><td>UH030</td><td></td></tr><tr><td>50 kDa UF Membrane</td><td>MICRODYN NADIR</td><td>UH050</td><td></td></tr><tr><td>Pressure Transducer</td><td>Midas</td><td>43006711</td><td></td></tr><tr><td>Ball Valves</td><td>AV-RF</td><td>Q91SA-PN6.4</td><td></td></tr><tr><td>3-way Valve</td><td>iLife Medical Devices</td><td>902.071</td><td></td></tr><tr><td>Pressure Regulator</td><td>Swagelok</td><td>KCB1G0A2A5P20000</td><td></td></tr><tr><td>Flow-meter</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>Pump</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-00354-JI</td><td></td></tr><tr><td>1/8" Tubing</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06605-27</td><td></td></tr><tr><td>1/16" Tubing</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06407-41</td><td></td></tr><tr><td>1/16" Fittings</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-30486-70</td><td></td></tr><tr><td>1/8" Fittings</td><td>Kiowa</td><td>QSM-B-M5-3-20</td><td></td></tr><tr><td>Microcontroller</td><td>Adafruit</td><td>50</td><td>Arduino UNO R3</td></tr><tr><td>Continuous Rotation Servo</td><td>Adafruit</td><td>154</td><td></td></tr><tr><td>Standard Servo</td><td>Adafruit</td><td>1142</td><td></td></tr><tr><td>Power Supply</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>Switches</td><td>Parts Express</td><td>060-376</td><td></td></tr><tr><td>0.45 Micron Filters</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 3D Printer</td><td>Stratasys</td><td>Objet Connex</td><td></td></tr><tr><td>Veroclear&nbsp;</td><td>Stratasys</td><td>RGD810&nbsp;</td><td>transparant polymeer voor printen van flowcel</td></tr><tr><td>Tangoblack-plus</td><td>Stratasys</td><td>FLX980</td><td>zachte rubberachtige polymeer voor pakkingslagen op flowcel</td></tr></tbody></table>

driedimensionaal printed microfluïdische cross-flow-systeem voor ultrafiltratie / nanofiltratiemembraan performance testing

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

Minimalisering en beheer van membraanvervuiling is een enorme uitdaging in diverse industriële processen en andere praktijken die membraantechnologie benutten. Inzicht in de vervuiling zou ertoe kunnen leiden optimalisatie en hogere efficiëntie van op membraan gebaseerde filtratie. Hier laten wij het ontwerp en de fabricage van een geautomatiseerde driedimensionaal (3-D) gedrukt microfluïdische kruisstroom filtratiesysteem welke testen maximaal 4 membranen parallel. De microfluïdische cellen werden gedrukt met meerdere materialen fotopolymeer 3-D printtechnologie, die een transparante harde polymeer voor de microfluïdische cellichaam gebruikt en verwerkt een dunne rubberachtige polymeerlaag die lekken voorkomt tijdens bedrijf. De prestaties van ultrafiltratie (UF) en nanofiltratie (NF) membranen werden getest membraanvervuiling kan worden waargenomen met een model foulant runderserumalbumine (BSA). Voeroplossingen met BSA bleek flux daling van het membraan. Dit protocol kan worden uit te breidened om vervuiling of biofouling meten met vele andere organische, anorganische of microbiële bevattende oplossingen. De microfluïdische ontwerp is bijzonder voordelig voor het testen van materialen die kostbaar of uitsluitend in kleine hoeveelheden, bijvoorbeeld polysacchariden, proteïnen of lipiden zijn vanwege de kleine oppervlak van het membraan wordt getest. Dit modulaire systeem kan ook gemakkelijk worden uitgebreid voor high throughput testen van membranen.

De microfluïdische stroom cellen werden in een CAD programma en afgedrukt met een multi-materiaal fotopolymeer driedimensionale (3-D) printer. Deze cel is gemaakt uit twee delen, zodat membranen gemakkelijk kunnen worden ingebracht en verwijderd uit de inrichting (figuur 1). Elk deel werd 1 cm dik gedrukt van een harde, heldere polymeer voor structurele integriteit en de kanten op het membraan werden overcoat met een zeer dunne 50 urn laag rubberachtig polymeer. De overcoating werd uitgevoerd om de cel ...

Ontwerp en fabricage van een driedimensionaal (3-D) gedrukt microfluïdische kruisstroom filtratiesysteem wordt aangetoond. Het systeem wordt gebruikt om de prestaties te testen en observeren vervuiling van ultrafiltratie en nanofiltratie (dunne film composite) membranen.

Driedimensionaal Printed microfluïdische Cross-flow-systeem voor Ultrafiltratie / nanofiltratiemembraan Performance Testing

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

Het algemene doel van deze procedure is het demonstreren van het ontwerp en de werking van een 3D-geprinte microfluïdische cross-flowcel voor het testen van de prestaties en de vervuilingsneiging van polymeermembranen. Deze methode kan onderzoekers in het membraanveld helpen om membraanprestaties en vervuilingsneigingen te bestuderen met behulp van microfluïdica bij verhoogde drukken en goed gedefinieerde stroomcondities tegen minimale kosten. De voordelen van deze kleinschalige opstelling omvatten de mogelijkheid om scheidingen uit te voeren van kleine hoeveelheden kostbare materialen, membraanstudies uit te voeren waarvoor dure reagentia nodig zijn en meerdere nieuwe membraanformuleringen of -modificaties parallel te testen.Begin met het ontwerpen van het microfluïdische apparaat in twee afzonderlijke delen met behulp van een computergestuurd tekenprogramma. Om de onderste laag te maken, gebruikt u het rechthoekinstrument om een rechthoek van 40 millimeter bij 60 millimeter te tekenen. Gebruik in één hoek van de rechthoek het cirkelinstrument om een cirkel met een diameter van 6,2 millimeter te maken.Centreer deze cirkel 10 millimeters van de linkerzijde en 10 millimeters van de onderzijde. Gebruik vervolgens de tool voor lineaire patronen om de gaten over de rechthoek te dupliceren met een tussenruimte van 20 millimeter, voor een totaal van zes gaten. Gebruik daarna de afrondingstool om de rechthoeken af te ronden met een straal van één millimeter.Extrude vervolgens het onderdeel 10 millimeter met de extrude-tool. Gebruik in het midden van het bovenste vlak de rechthoek-tool om een rechthoek van 30 millimeter bij één millimeter te maken. Gebruik daarna de extrude cut-tool om een kanaal van 0,2 millimeter diep in het oppervlak te snijden.Gebruik vervolgens de cirkeltool om een cirkel met een diameter van 1 mm aan het uiteinde van het stroomkanaal te maken. Gebruik daarna de lijntool om een pad te construeren dat de cirkel verbindt met het dichtstbijzijnde vlak van 40 mm bij 10 mm, inclusief een radius van 4 mm gemaakt met de afrondingstool. Maak met de swept cut-tool een uitsparing langs dit pad.Ga vervolgens naar het rechtervlakoverzicht en gebruik de cirkeltool om een cirkel met een diameter van 3,9 millimeter in het midden van het stroompad te maken. Gebruik daarna de extrude-cut tool om acht millimeter uit te snijden, zodat er ruimte ontstaat voor koppelingen. Herhaal dit proces aan de andere zijde van het rechthoekige kanaal om een gespiegeld beeld te creëren.Om de bovenlaag van het microfluïdische testsysteem te ontwerpen, maakt u eerst een rechthoek met zes schroefgaten met dezelfde afmetingen als de onderlaag. Creëer vervolgens in het midden van het bovenvlak een permeaatkanaal van 30 millimeter bij één millimeter bij 0,5 millimeter; gebruik hiervoor de rechthoektool om eerst een rechthoek van 30 millimeter bij één millimeter te maken. Gebruik daarna de 'extrude cut'-tool om de rechthoek 0,5 millimeter in het bovenoppervlak uit te snijden.Gebruik nu de cirkeltool om een cirkel van 1 mm te maken, gecentreerd in het permeaatkanaal, op 5 mm van één uiteinde van het kanaal. Gebruik vervolgens, zoals eerder, de lijn- en afrondingstools om een pad te construeren dat een band met een straal van 4 mm bevat om de cirkel te verbinden met een van de vlakken van 1 cm bij 6 cm van de rechthoek. Gebruik de swept cut-tool om langs het pad te snijden en een kanaal te creëren.Gebruik vervolgens de cirkeltool om een extra cirkel met een diameter van 3,9 millimeter te maken met het middelpunt op het permeaatpad. Gebruik daarna de extrude-cut tool om de cirkel acht millimeter diep in het oppervlak uit te snijden. Maak met de rechthoektool bij de bovenste randen van 40 millimeter van het onderdeel rechthoeken van 40 millimeter bij vijf millimeter en voeg met de fillet tool een straal van vier millimeter toe.Gebruik de extrusietool om voor de handgrepen drie millimeter naar beneden te extruderen. Print ten slotte de boven- en onderdelen met een multi-materiaal fotopolymeer 3D-printer, met een hard transparant polymeer. Breng, in overeenstemming met het protocol van de fabrikant, een overcoating van 0,05 millimeter van een zacht, rubberachtig polymeer aan op de zijde van elk onderdeel waar het kanaal zich bevindt.Begin met het opzetten van de microfluidica, inclusief de pomp, de kleppen, de druktransducer, de servo's, de debietmeter, de regulatoren en de microcontroller zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol. Configureer vervolgens het systeem om vier membranen parallel te meten door alle kleppen naar de doorstroomcellen te openen. Plaats één pompinlaatslang in het reservoir met ultrapuur water en de andere inlaatslang in een reservoir met een BSA-oplossing van 0,08 gram per liter.Ontlucht de slang met een spuit om alle luchtbellen uit het systeem te verwijderen. Plaats vervolgens de ultrafiltratiemembranen op het onderste deel van de doorstroomcellen, zodanig dat de actieve zijde van het membraan naar de voedingskanalen is gericht. Sluit daarna de cellen en draai de schroeven door de gaten in het apparaat.Draai de moeren in eerste instantie met de hand vast. Gebruik vervolgens een steeksleutel om ze om en om aan te draaien, zodat de druk op de kamer gelijkmatig wordt verdeeld. Draai geen enkele zijde te strak aan, aangezien onjuist aandraaien kan leiden tot waterlekkage.Select vervolgens het ultrapure water met de reservoirschakelaar. Stel de pompsnelheid in op 8 mL per minuut en start vervolgens de pomp. Pas, terwijl de pomp draait, de drukregelaar aan op 0,4 bar.Monitor de fluxwaarden van de membranen met behulp van software voor gegevensacquisitie en stel de drukregelaar bij totdat een gemiddelde flux van tussen 180 en 220 liters per vierkante meter per uur is bereikt. Vervang een individueel membraan vóór het uitvoeren van het experiment als het niet binnen 20 liters per vierkante meter per uur van dit bereik kan komen. Wanneer u klaar bent, stelt u de experimentele run in door eerst het ultra-zuivere water in reservoir één gedurende 60 minuten te selecteren met een constante flux van tussen 180 en 220 liters per vierkante meter per uur.Select vervolgens de BSA in reservoir twee voor nog eens 420 minuten met handmatige bediening van de drukregelaar. Selecteer het ultrapure water in reservoir één voor de laatste 15 minuten van het experiment om het systeem door te spoelen. Gebruik tijdens deze stap de handmatige bediening van de drukregelaar.Zet vervolgens de schakelaar van het reservoir op auto en start het experiment. Nadat de experimentele run is voltooid, schakelt u het systeem uit en verwijdert u de membranen uit de flowcellen. Spoel daarna de toevoerslang voor BSA door er met een spuit ultrapuur water doorheen te trekken.Om de vervuilingsprestaties van de nanofiltratiemembranen te meten, werd een debietmeter aan de leiding gekoppeld om de permeaatflux te meten terwijl verschillende oplossingen door het systeem werden geleid. Eerst werd het systeem 45 minuten geëquilibreerd met water, gevolgd door 45 minuten met 10 millimolar magnesiumsulfaat. Vervolgens werd het systeem gedurende nog eens 45 minuten teruggebracht naar zuiver water totdat een stabiele flux was bereikt, waarna 0,8 gram per liter BSA gedurende 45 minuten in het systeem werd gevoed.Ten slotte werd het systeem voor de laatste 45 minuten teruggezet op zuiver water. De afname in flux, vergeleken met de flux van een controlemembraan onder condities van 10 millimolar NaCl, wees op membraanvervuiling door BSA. De hier getoonde grafiek illustreert de vervuiling van ultrafiltratiemembranen.De flux door de 50 kilodalton membranen is in het blauw weergegeven. En de flux door de 30 kilodalton membranen is in het rood weergegeven. Hoewel het 50 kilodalton membraan aan het einde van het experiment een hogere genormaliseerde flux vertoonde, was het verschil niet significant.We hebben vastgesteld dat de basistechnologie van multi-materiaal 3D inkjet-fotopolymerisatie essentieel was voor het produceren van een robuuste doorstroomcel inclusief een geprinte rubberachtige afdichtingslaag, wat cruciaal was om de doorstroomcel af te sluiten en lekkages te voorkomen. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u uw eigen op maat gemaakte 3D-geprinte microfluïdische cross-flowcel ontwerpt en bedient voor ultrafiltratie- of nanofiltratiemembraantoepassingen.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Tonen we protocollen voor de productie en het automatiseren van elastomeer polydimethylsiloxaan (PDMS) op basis van microklep arrays dat er geen extra energie nodig te sluiten en zijn voorzien van photolithographically gedefinieerd precieze volumes. Een parallel subnanoliter-volume mixer en een geïntegreerd microfluïdische perfusie-systeem worden gepresenteerd.

Microfluïdische Chips Gecontroleerde met elastomeer microklep Arrays

Microfluïdische apparaten kunnen worden gebruikt om complexe natuurlijke processen in real-time en op het juiste fysieke schalen te visualiseren. We hebben een eenvoudige microfluïdische apparaat dat de belangrijkste functies van de natuurlijke poreuze media nabootst voor het bestuderen van de groei en het transport van bacteriën in de ondergrond.

Venster op een Microworld: Eenvoudig Microfluïdische Systemen voor het bestuderen van microbiële transport in poreuze media

Source: Kurz, D. L., et al. Microfluidic Platform to Study Bioclogging in Porous Media. J. Vis. Exp. (2022)The video demonstrates the use of a microfluidic device to study biofilm formation. A bacterial suspension is introduced into the microchannel, followed by incubation to allow biofilm development. Flow is then resumed, and pressure monitoring along with imaging is used to detect biofilm formation and pore blockage over time.

A Microfluidic Device for Real-Time Imaging and Pressure Tracking During Biofilm Formation

In dit artikel beschrijven we verschillende technieken voor microfluïdische snelle prototypeplatforms. De voorgestelde technieken zijn gebaseerd op ultraviolet (UV) gevoelige en temperatuurgeharde epoxyharsen, op polydimethylsiloxaan (PDMS) gebaseerde buizen, draadverbinding en anisotrope kleeffolies. De gepresenteerde assemblageprocedures zijn ontwikkeld voor zowel eenmalig gebruik als herbruikbare microfluïdische systemen.

High Throughput Microfluidic Rapid en Low Cost Prototyping Verpakking

Driedimensionale (3D) microstructured samengestelde liggers zijn gefabriceerd door middel van de gerichte en lokale infiltratie van nanocomposieten in 3D poreuze microfluïdische netwerken. De flexibiliteit van deze produktiemethode maakt het gebruik van verschillende thermohardende materialen en vulstof teneinde verschillende functionele 3D versterkte nanocomposiet macroscopische producten te verbeteren.

Productie van drie-dimensionaal Microgestructureerde Nanocomposieten door Microfluidic Infiltratie

We detail een werkwijze driedimensionale papieren microfluïdische inrichtingen te vervaardigen voor gebruik bij de ontwikkeling van immunoassays. Onze benadering inrichtingsamenstel is een type van gelaagde, additive manufacturing. We tonen een sandwich immunoassay representatieve resultaten voor deze soorten papier gebaseerde apparaten verschaffen.

Fabricage van Driedimensionale Paper-based microfluïdische apparaten voor een immunoassay

Dit project stelt kleine laboratoria in staat om een eenvoudig te gebruiken platform te ontwikkelen voor de fabricage van nauwkeurige meerlaagse microfluïdische apparaten. Het platform bestaat uit een driedimensionaal geprinte microscoopmaskeruitlijnadapter waarmee meerlaagse microfluïdische apparaten met uitlijningsfouten van &lt;10 μm werden bereikt.

Ontwerp en ontwikkeling van een driedimensionaal gedrukte microscoopmaskeruitlijnadapter voor de fabricage van meerlaagse microfluïdische apparaten

In dit protocol wordt een biomimetische microfluïde assay, die een fysiologisch relevante microvasculaire omgeving kan reproduceren en de gehele leukocytenadhesie / migratiecascade kan reproduceren, gebruikt om leukocyten-endotheelcelinteracties bij ontstekingsziekten te bestuderen.

Een microfysiologisch systeem om leukocyten-endotheelcelinteractie tijdens ontsteking te bestuderen

Dit protocol beschrijft een herconfigureerbaar, op membraan gebaseerd celkweekplatform dat het open-well-formaat integreert met vloeistofstroommogelijkheden. Dit platform is compatibel met standaardprotocollen en maakt omkeerbare overgangen mogelijk tussen open-well en microfluïdische kweekmodi, om tegemoet te komen aan de behoeften van zowel technische als biowetenschappelijke laboratoria.

Statische barrièreweefselmodellen transformeren in dynamische microfysiologische systemen

Bepaling van de Transport Rate van xenobiotica en nanomaterialen via de placenta met de<em&gt; Ex vivo</em&gt; Human placentaperfusie Model

Leer een 3D-geprint microfluïdische cross-flow-cel te ontwerpen voor het testen van ultrafiltratie- en nanofiltratiemembranen. Deze methode evalueert membraanprestaties en fouling onder gecontroleerde omstandigheden.

Driedimensionaal Printed microfluïdische Cross-flow-systeem voor Ultrafiltratie / nanofiltratiemembraan Performance Testing

Meer video's verkennen