중공 섬유 성분의 원리 소개
1. 배경
중공 섬유 성분은 새로운 유형의 섬유 재료이며, 이는 셀룰로오스 또는 미네랄의 여러 층의 중공 구조로 구성됩니다. 이 물질은 저밀도, 높은 특이 적 표면적 및 높은 다공성의 특성을 가지므로 여과, 분리 및 흡착에 널리 사용됩니다.
지난 수십 년 동안, 중공 섬유 성분은 생체 의료, 식음료, 환경 보호 및 화학 산업과 같은 많은 분야에서 널리 사용되었습니다. 예를 들어, 생체 의학 분야에서, 중공 섬유 성분은 바이오 제약 제품 및 생물 반응기를 준비하는 데 사용됩니다. 환경 보호 분야에서 중공 섬유 성분은 수처리, 폐수 처리 및 공기 정제에 사용됩니다.
중공 섬유 성분의 배경은 매우 풍부합니다. 응용 분야에서 널리 검증되었을뿐만 아니라 재료 과학 및 섬유 기술 분야에서 심층 연구 기반도 있습니다. 고유 한 구조와 성능으로 인해 중공 섬유 부품은 잠재력이 높으며 향후 중요한 역할을 계속할 것입니다.
2. 원리
막 분리 기술의 정의 :
필터 막 : 하나 이상의 층을 갖는 다공성 중합체로 만들어진 박막 재료;
멤브레인 분리 기술 : 압력 차이 또는 농도 차이와 같은 외부 조건을 구동력으로 사용하는 분리 기술은 여러 성분의 특정 물질 만 통과 할 수 있도록하는 반면 다른 물질은 가로 채립니다. 일반적으로 혼합물의 분리, 정제 및 농도에 사용됩니다.
여과 방법 :
직접 전류 여과 : 막 다른 여과라고도하는 공급 액체는 필터 막의 표면에 수직으로 흐르고, 모든 액체는 필터 매체를 통과하고 오염 물질은 필터 막의 내부 또는 표면에 유지됩니다.
예를 들면 : 정화 여과, 프리 필트레이션, 멸균 여과, 바이러스 제거 여과, 진공 필터는 주로 미세 여과 범주에 집중되어 있습니다.
접선 흐름 여과 : 교차 흐름 여과로도 알려진 공급 액체는 필터 막의 표면과 평행하게 흐르고, 액체의 일부는 필터 매체를 통과하며, 오염 물질은 필터 막의 표면에 유지되거나 막의 다른 쪽 끝으로부터 역류가 유지된다.
예를 들어, 멤브레인 패키지, 중공 섬유 한외 여과는 주로 한외 여과 범주에 집중되어 있습니다.
TFF 여과의 특징 :
접선 흐름 여과 (TFF)의 작동 원리는 용액이 막과 평행 한 방향으로 흐르는 것입니다. 압력 하에서, 막 기공보다 작은 분자는 막을 통과하고 침투하는 반면, 막 기공보다 큰 분자는 유지되어 농도가된다.
중공 섬유와 관련된 개념 :
막 횡단 압력 차이 (TMP) : 막 양쪽의 평균 압력 차이는 액체가 막을 통과하는 구동력입니다. 막 횡단 압력 차이=(핀 + 양해) / 2- ppermeate
플럭스 : 단위 시간당 단위 막 영역 당 막을 통과하는 유체의 양. LMH, L/(M2.H)
정규화 된 물 플럭스 (NWP : 정규화 된 물 투과성) : 단위 압력 및 표준 온도에서의 물의 플럭스. l/(m2.h.psi)
분자량 컷오프 (MWCO) : 한외 여과막의 기공 크기를 특성화합니다.
최소 작업량 : 접선 흐름 여과 시스템의 최소 작업 부피는 특정 접선 흐름 조건 하에서 시스템을 작동하는 데 필요한 순환 액체 부피를 나타냅니다. 최소 작업량은 시스템 및 구성 요소의 보유량 및 순환 유량에 따라 다릅니다. 바이러스 농도와 같은 높은 농도 응용 분야에서 최소 작업 부피는 중요한 고려 사항이며, 목표 환류 농도 부피는 시스템의 최소 작업 부피보다 높아야합니다.
전단 속도 : 원형 흐름 채널의 반경에 대한 유체의 유속의 변화 속도. 막 패키지와는 달리, 중공 섬유 실험에서, 전단 속도는 일반적으로 접선 유속 대신에 사용되어 멤브레인과 평행 한 순환 흐름을 특성화한다.
농도 편광 : 한외 여과 공정 동안, 막을 통과 할 수없는 용질은 압력 하에서 막 표면에 축적되어 겔 층을 형성한다. 막 인터페이스 근처의 영역의 농도가 점점 높아지고 있습니다. 농도 구배의 작용하에, 막 표면에서 용액으로의 용질의 확산이 증가하여 유체 저항성 및 국소 삼투압을 증가시켜 플럭스가 감소한다.
겔 층 : 이는 초외 여과 멤브레인의 저항의 주요 요인입니다.
중공 섬유 멤브레인을 선택할 때 고려해야 할 요소 :
1. 막 형태의 선택 : 정화, 입자가 풍부하고, 점도가 높은 샘플의 경우, 안정성이 낮은 큰 입자 바이러스 분자와 같은 낮은 전단력 농도가 필요하며, 중공 섬유 막은 일반적으로 정화/농도 및 설계를 위해 선택됩니다.
2. 섬유 직경의 선택 : 0. 샘플 농도/diafiltration의 경우 5mm 내 직경이 바람직하다. 1. 0 mm 내부 직경은 샘플 설명을 위해 선호됩니다.
3. 여과 정확도 선택 : 중공 섬유 막의 기공 크기는 여과 정확도에 영향을 미칩니다. 적절한 기공 크기는 표적 물질의 효과적인 여과를 보장하기 위해 특정 응용 분야의 요구 사항에 따라 선택해야합니다. 다음은 몇 가지 일반적인 응용 프로그램 옵션입니다.
CONCERATION/DIAFILTRATION : 표적 분자를 효과적으로 차단하고 수율을 보장하기 위해, 표적 샘플 분자의 1/3-1/5의 막 기공 크기가 일반적으로 권장된다. 동시에, 농도 및 설계 과정 동안 불순물의 함량을 최소화하기 위해서는 기공 크기가 표적 분자 수율이 보장되는 조건 하에서 가능한 한 커야한다;
② 정화 : 표적 분자가 가능한 한 많은 수율을 보장하기 위해 표적 분자보다 큰 5-10 멤브레인 기공 크기를 선택하는 것이 좋습니다. 특히 샘플이 매우 "더러운"경우 10 배 이상의 막 기공 크기를 선택해야합니다.
분자 분리 : 다른 크기의 두 가지 표적 분자를 분리하기 위해 접선 흐름 여과막을 사용하려면, 표적 분자의 분자량은 적어도 10 배나 달라야하며, 설계는 충분해야합니다.
④ 세포 수집 : 표적 단백질이 대장균 백으로 발현되는 경우 박테리아를 수집하는 첫 번째 단계는 500K/750K의 한외 여과막을 사용하는 것입니다.
4. 유효 길이 : 중공 섬유의 공정 증폭 특징은 유효 길이가 일관성을 유지하는 한 직접 프로세스 증폭을 수행 할 수 있다는 것입니다. 그러나, 양쪽 끝에서의 압력 강하의 유의 한 차이로 인해 다른 길이의 구성 요소를 선형 증폭시킬 수 없으며, 흐름 채널의 내부 압력 및 유량 분포도 그에 따라 변화합니다. 일반적으로, 더 짧은 유량 채널 길이를 갖는 성분은 높은 점도 및 높은 오염으로 재료를 처리 할 때 선택되는 경향이 있습니다.
중공 섬유 성분의 적용
응용 분야 :
백신의 정제, 농도 및 투석
바이러스 성 벡터의 정제, 농도 및 투석
발효 국물에서 세포 및 박테리아의 설명 및 여과
세포와 박테리아의 회복 및 세척
단백질의 농도 및 투석
제품 기능 :
멤브레인 패키지보다 플럭스가 낮습니다
재료에 부드럽습니다
간단하고 개방형 흐름 채널
조립하기 쉽습니다
비워지기 쉽습니다
MWCO 선택 :
막의 분리 선택성과 처리 과정에서 막힘 위험을 고려해야합니다. 따라서, 선택성 및 플럭스를 보장하는 전제에 따라, 비교적 작은 기공을 갖는 막을 가능한 한 많이 선택하여 불순물 입자의 천천한 진입을 막 기공으로 줄이고 서비스 수명을 연장시켜야한다. 일반적인 처리 시나리오는 다음과 같습니다.
바이러스 농도, 정제, 제거 : 100kd, 300kd, 500kd, 750kd
재조합 단백질/항체 정화 : 500kd, 750kd
박테리아 농도 : 500kd, 750kd
