Concepção e fabrico de um modo tridimensional (3-D) de microfluidos impresso sistema de filtração de fluxo cruzado é demonstrada. O sistema é usado para testar a performance e observar a incrustação de ultrafiltração e nanofiltração (compósitos de película fina) membranas.
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Artigo de método
Tridimensionalmente Impresso Microfluidic Sistema Cross-flow para ultrafiltração / nanofiltração membrana Teste de Desempenho
Neste artigo
Resumo
Resumo
Minimização e gestão de entupimento da membrana é um desafio formidável em diversos processos industriais e outras práticas que utilizam a tecnologia de membrana. Compreender o processo de incrustação poderia levar a otimização e maior eficiência de filtração baseado em uma membrana. Aqui nós mostramos o projeto e fabricação de uma dimensionalmente três (3-D) sistema automatizado impresso microfluídico cross-flow de filtração que pode testar até 4 membranas em paralelo. As células microfluídicos foram impressos usando multi-material de fotopolímero 3-D tecnologia de impressão, que utilizou um polímero duro transparente para o corpo celular microfluídico e incorporada uma camada de polímero semelhante a borracha fina, o que impede fugas durante a operação. O desempenho de ultrafiltração (UF), e membranas de nanofiltração (NF) foram testados e entupimento da membrana pode ser observada com uma albumina de soro bovino a incrustao modelo (BSA). soluções de alimentação contendo BSA mostrou declínio de fluxo da membrana. Este protocolo pode ser estendered para medir a incrustação ou biofouling com muitas outras soluções orgânico, inorgânico ou microbianas contendo. O design de microfluidos é especialmente vantajoso para os materiais de teste que são caros ou apenas disponíveis em pequenas quantidades, por exemplo, polissacáridos, proteínas, lípidos ou devido à pequena área de superfície da membrana a ser testada. Este sistema modular também pode ser facilmente expandido para testes de alto rendimento de membranas.
Introdução
A tecnologia de membrana é essencial para os processos industriais e outros que requerem a separação de solutos a partir de uma solução a granel, no entanto, entupimento da membrana é um grande desafio em curso. 1 Exemplos comuns onde entupimento da membrana ocorre incluem a utilização de membranas de ultrafiltração para a separação baseada tamanho de águas residuais, 2 e finas membranas compostas filme para a separação de íons e solutos maiores de água salobra ou água do mar. 3 indicações características de incrustação incluem um aumento da pressão transmembrana e um declínio no fluxo. Isto diminui a produtividade ....
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Protocolo
1. Projeto e Fabricação do Sistema Microfluidic Teste
- Concepção do dispositivo de microfluidos como duas partes separadas: uma parte de topo e parte de baixo (Figura 1) em um programa de CAD.
- Comece a fazer a parte do fundo usando a ferramenta de retângulo para desenhar um 40 mm por 60 mm retângulo.
- Em um canto com a ferramenta círculo criar um círculo 6,2 mm de diâmetro centrado 10 mm de bordas. Com a ferramenta de padrão linear replicar os furos em todo o rectângulo com espaçamento de 20 mm para um total de 6 furos.
- Usando a ferramenta filé filé os retângulos com um raio de 1 mm.
- Extrusão da parte ....
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Resultados
As células de fluxo de microfluidos foram desenhados usando um programa de CAD e impresso usando um fotopolímero multi-material de tridimensional (3-D) da impressora. Esta célula foi concebido em duas partes, de modo que as membranas podem ser facilmente inserido e removido do dispositivo (Figura 1). Cada parte foi de 1 cm de espessura, impressa a partir de um polímero duro, claro para a integridade estrutural, e os lados virados para a membrana foram revestidas com uma camada de 50 um muito fina de pol.......
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Discussão
Este protocolo descreve a concepção de um dispositivo de fluxo cruzado de microfluidos tridimensionalmente impresso para testes de nanofiltração e ultrafiltração membranas. Recentemente, demonstrámos o sucesso de uma variação deste protocolo com membrana de nanofiltração condicionado e incrustações com glicoesfingolípidos e lipopolissacarídeos e as diferenças de desempenho da membrana, com subsequente injecção de cultura bacteriana. 5 As aplicações futuras que empregam esta técnica poderia ser utilizada para .......
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Os autores obrigado Stratasys (Rehovot, Israel) para a impressão tridimensional do dispositivo. Somos gratos a Microdyne-Nadir (Alemanha) para as amostras de membrana. Esta pesquisa foi apoiada por The Israel Science Foundation (Grant 1474-1413) para CJA
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 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 | |
| Transdutor de pressão | Midas | 43006711 | |
| Válvulas de esfera | AV-RF | Q91SA-PN6.4 | |
| Válvula de 3 vias | iLife Medical Devices | 902.071 | |
| Regulador de pressão | Swagelok | KCB1G0A2A5P20000 | |
| Medidor de vazão | Bronkhorst | L01-AGD-99-0-70S | |
| Balanças | MRC | BBA-1200 | |
| Bomba | Cole-Parmer | EW-00354-JI | |
| 1/8" Tubulação | Cole-Parmer | EW-06605-27 | |
| 1/16" Tubulação | Cole-Parmer | EW-06407-41 | |
| 1/16" Conexões | Cole-Parmer | EW-30486-70 | |
| 1/8" Conexões | Kiowa | QSM-B-M5-3-20 | |
| Microcontrolador | Adafruit | 50 | Arduino UNO R3 |
| Servo de Rotação Contínua | Adafruit | 154 | |
| Servo Padrão | Adafruit | 1142 | |
| Fonte de Alimentação | Adafruit | 658 | |
| Servo Shield | SainSmart | 20-011-905 | |
| Peças de Interruptores | Express | 060-376 | |
| 0,45 Filtros de Mícron | EMD Millipore | SLHV033RS | |
| Potenciostato | Gamry | PCI4 | |
| Sonicator | MRC | DC-150H | |
| Connex Impressora 3D | Stratasys | Objet Connex | |
| Veroclear | Stratasys | RGD810 | Polímero transparente para célula de fluxo de impressão |
| Tangoblack-plus | Stratasys | FLX980 | para camadas de gaxeta na célula de fluxo |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
