खोखले फाइबर घटकों के सिद्धांत का परिचय

1। पृष्ठभूमि

खोखले फाइबर घटक एक नए प्रकार की फाइबर सामग्री है, जिसमें सेल्यूलोज या खनिजों की कई परतों की खोखली संरचना होती है। इस सामग्री में कम घनत्व, उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र और उच्च छिद्र की विशेषताएं हैं, इसलिए इसका व्यापक रूप से निस्पंदन, पृथक्करण और सोखना में उपयोग किया जाता है।

 

पिछले कुछ दशकों में, खोखले फाइबर घटकों का व्यापक रूप से कई क्षेत्रों में उपयोग किया गया है जैसे कि बायोमेडिसिन, भोजन और पेय, पर्यावरण संरक्षण और रासायनिक उद्योग। उदाहरण के लिए, बायोमेडिसिन के क्षेत्र में, बायोफार्मास्यूटिकल उत्पादों और बायोरिएक्टर को तैयार करने के लिए खोखले फाइबर घटकों का उपयोग किया जाता है। पर्यावरण संरक्षण के क्षेत्र में, खोखले फाइबर घटकों का उपयोग जल उपचार, अपशिष्ट जल उपचार और वायु शोधन के लिए किया जाता है।

 

खोखले फाइबर घटकों की पृष्ठभूमि बहुत समृद्ध है। इसे न केवल अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से सत्यापित किया गया है, बल्कि सामग्री विज्ञान और फाइबर प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में एक गहरी अनुसंधान नींव भी है। अपनी अनूठी संरचना और प्रदर्शन के कारण, खोखले फाइबर घटकों में उच्च क्षमता है और भविष्य में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते रहेंगे।

2। सिद्धांत

झिल्ली पृथक्करण प्रौद्योगिकी की परिभाषा:

फ़िल्टर झिल्ली: एक या अधिक परतों के साथ झरझरा पॉलिमर से बनी एक पतली फिल्म सामग्री;

झिल्ली पृथक्करण प्रौद्योगिकी: एक पृथक्करण तकनीक जो बाहरी स्थितियों जैसे दबाव अंतर या एकाग्रता अंतर का उपयोग करती है, एक ड्राइविंग बल के रूप में कई घटकों में केवल कुछ विशिष्ट पदार्थों को पारित करने की अनुमति देने के लिए, जबकि अन्य पदार्थों को इंटरसेप्ट किया जाता है; आमतौर पर अलगाव, शुद्धि और मिश्रण के एकाग्रता में उपयोग किया जाता है।

 

निस्पंदन विधि:

प्रत्यक्ष वर्तमान निस्पंदन: डेड-एंड निस्पंदन के रूप में भी जाना जाता है, फ़ीड तरल फ़िल्टर झिल्ली की सतह के लिए लंबवत बहता है, सभी तरल पदार्थ फ़िल्टर माध्यम से गुजरते हैं, और प्रदूषकों को फिल्टर झिल्ली की सतह के अंदर या अंदर या उसके अंदर बनाए रखा जाता है।

उदाहरण के लिए: स्पष्टीकरण निस्पंदन, प्रीफिल्ट्रेशन, नसबंदी निस्पंदन, वायरस हटाने निस्पंदन, वैक्यूम फिल्टर, मुख्य रूप से माइक्रोफिल्ट्रेशन की श्रेणी में केंद्रित है।

 

स्पर्शरेखा प्रवाह निस्पंदन: जिसे क्रॉस-फ्लो निस्पंदन के रूप में भी जाना जाता है, फ़ीड तरल फ़िल्टर झिल्ली की सतह के समानांतर प्रवाहित होता है, तरल का हिस्सा फ़िल्टर माध्यम से गुजरता है, और प्रदूषकों को फ़िल्टर झिल्ली की सतह पर बनाए रखा जाता है या झिल्ली के दूसरे छोर से भाटा।

 

उदाहरण के लिए: झिल्ली पैकेज, खोखले फाइबर अल्ट्राफिल्ट्रेशन, मुख्य रूप से अल्ट्राफिल्ट्रेशन की श्रेणी में केंद्रित है।

TFF निस्पंदन की विशेषताएं:

स्पर्शरेखा प्रवाह निस्पंदन (TFF) का कार्य सिद्धांत यह है कि समाधान झिल्ली के समानांतर एक दिशा में बहता है। दबाव के तहत, झिल्ली के छिद्रों की तुलना में छोटे अणु झिल्ली के माध्यम से गुजरते हैं और परमिट हो जाते हैं, जबकि झिल्ली छिद्रों की तुलना में बड़े अणु बनाए जाते हैं और ध्यान केंद्रित करते हैं।

 

खोखले फाइबर से संबंधित अवधारणाएं:

ट्रांसमेम्ब्रेन प्रेशर डिफरेंस (टीएमपी): झिल्ली के दोनों किनारों पर औसत दबाव अंतर तरल के लिए झिल्ली से गुजरने के लिए ड्राइविंग बल है। Transmembrane दबाव अंतर=(पिन + प्रेटर्न) / 2- ppermeate

फ्लक्स: द्रव की मात्रा जो प्रति यूनिट झिल्ली क्षेत्र में झिल्ली से गुजरती है, प्रति यूनिट समय। LMH, L/(M2.H)

सामान्यीकृत पानी का प्रवाह (NWP: सामान्यीकृत जल पारगम्यता): इकाई दबाव और मानक तापमान पर पानी का प्रवाह। L/(m2.h.psi)

आणविक भार कटऑफ (MWCO): अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली के छिद्र आकार की विशेषता है।

न्यूनतम कार्यशील मात्रा: स्पर्शरेखा प्रवाह निस्पंदन प्रणाली की न्यूनतम कार्यशील मात्रा विशिष्ट स्पर्शरेखा प्रवाह प्रवाह स्थितियों के तहत सिस्टम को संचालित करने के लिए आवश्यक परिसंचारी तरल मात्रा को संदर्भित करती है। न्यूनतम काम करने की मात्रा प्रणाली और घटकों के प्रतिधारण मात्रा और परिसंचरण प्रवाह दर पर निर्भर करती है। उच्च-एकाग्रता अनुप्रयोगों में, जैसे कि वायरस एकाग्रता, न्यूनतम काम करने की मात्रा एक महत्वपूर्ण विचार है, और लक्ष्य भाटा एकाग्रता की मात्रा प्रणाली के न्यूनतम कार्यशील मात्रा से अधिक होनी चाहिए।

कतरनी दर: परिपत्र प्रवाह चैनल के त्रिज्या के सापेक्ष द्रव के प्रवाह वेग के परिवर्तन की दर। झिल्ली पैकेज के विपरीत, खोखले फाइबर प्रयोगों में, कतरनी दर का उपयोग आमतौर पर झिल्ली के समानांतर परिसंचरण प्रवाह को चिह्नित करने के लिए स्पर्शरेखा प्रवाह दर के बजाय किया जाता है।

एकाग्रता ध्रुवीकरण: अल्ट्राफिल्ट्रेशन प्रक्रिया के दौरान, विलेय जो झिल्ली से गुजर नहीं सकते हैं, एक जेल परत बनाने के लिए दबाव में झिल्ली की सतह पर जमा होते हैं। झिल्ली इंटरफ़ेस के पास के क्षेत्र में एकाग्रता अधिक और अधिक हो रही है। एकाग्रता ढाल की कार्रवाई के तहत, झिल्ली की सतह से समाधान तक विलेय का प्रसार बढ़ता है, जो द्रव प्रतिरोध और स्थानीय आसमाटिक दबाव को बढ़ाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रवाह में कमी आती है।

जेल लेयर: यह अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली के प्रतिरोध का मुख्य कारक है।

 

खोखले फाइबर झिल्ली का चयन करते समय विचार करने के लिए कारक:

1। झिल्ली के रूप में पसंद: उन नमूनों के लिए जो स्पष्ट किए जाते हैं, कणों में समृद्ध होते हैं, उच्च चिपचिपाहट होते हैं, और कम कतरनी बल एकाग्रता की आवश्यकता होती है, जैसे कि कम स्थिरता के साथ बड़े कण वायरस अणु, खोखले फाइबर झिल्ली को आमतौर पर स्पष्टीकरण/एकाग्रता और डायफिल्ट्रेशन के लिए चुना जाता है;

2। फाइबर व्यास का विकल्प: 0। 5 मिमी आंतरिक व्यास को नमूना एकाग्रता/डायफिल्ट्रेशन के लिए पसंद किया जाता है; 1। 0 मिमी आंतरिक व्यास को नमूना स्पष्टीकरण के लिए पसंद किया जाता है;

3। निस्पंदन सटीकता का विकल्प: खोखले फाइबर झिल्ली का छिद्र आकार इसकी निस्पंदन सटीकता को प्रभावित करेगा। लक्ष्य पदार्थ के प्रभावी निस्पंदन सुनिश्चित करने के लिए विशिष्ट अनुप्रयोग की आवश्यकताओं के अनुसार उपयुक्त छिद्र आकार का चयन किया जाना चाहिए। निम्नलिखित कई सामान्य अनुप्रयोग विकल्प हैं:

① एकाग्रता/डायफिल्ट्रेशन: लक्ष्य अणु को प्रभावी ढंग से बाधित करने और उपज सुनिश्चित करने के लिए, लक्ष्य नमूना अणु के 1/3-1/5 का एक झिल्ली छिद्र आकार आम तौर पर अनुशंसित है। एक ही समय में, एकाग्रता और डायफिल्ट्रेशन प्रक्रिया के दौरान अशुद्धियों की सामग्री को कम करने के लिए, ताकना आकार इस स्थिति के तहत जितना संभव हो उतना बड़ा होना चाहिए कि लक्ष्य अणु उपज की गारंटी है;

② स्पष्टीकरण: यह एक झिल्ली छिद्र आकार का चयन करने की सिफारिश की जाती है जो लक्ष्य अणु से अधिक से अधिक सुनिश्चित करने के लिए लक्ष्य अणु से 5-10 गुना अधिक है, खासकर यदि नमूना बहुत "गंदा" है, तो 10 बार से अधिक का एक झिल्ली छिद्र आकार का चयन किया जाना चाहिए;

③ आणविक पृथक्करण: यदि आप विभिन्न आकारों के दो लक्ष्य अणुओं को अलग करने के लिए एक स्पर्शरेखा प्रवाह निस्पंदन झिल्ली का उपयोग करना चाहते हैं, तो लक्ष्य अणु का आणविक भार कम से कम 10 गुना अलग होना चाहिए, और डायफिल्ट्रेशन पर्याप्त होना चाहिए;

④ सेल संग्रह: यदि लक्ष्य प्रोटीन को ई। कोलाई बैग में व्यक्त किया जाता है, तो बैक्टीरिया को इकट्ठा करने के लिए पहला कदम 500k/750k के अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली का उपयोग करना है।

 

4। प्रभावी लंबाई: खोखले फाइबर की प्रक्रिया प्रवर्धन सुविधा यह है कि जब तक प्रभावी लंबाई को लगातार रखा जाता है, तब तक प्रत्यक्ष प्रक्रिया प्रवर्धन किया जा सकता है। हालांकि, विभिन्न लंबाई के घटकों को दोनों छोरों पर दबाव ड्रॉप में महत्वपूर्ण अंतर के कारण रैखिक रूप से प्रवर्धित नहीं किया जा सकता है, और फ्लो चैनल का आंतरिक दबाव और प्रवाह दर वितरण भी तदनुसार बदल जाता है। आमतौर पर, छोटे प्रवाह चैनल की लंबाई वाले घटकों को उच्च चिपचिपाहट और उच्च फाउलिंग के साथ सामग्री का इलाज करते समय चुना जाता है।

 

खोखले फाइबर घटकों का अनुप्रयोग

आवेदन क्षेत्र:

टीके की शुद्धि, एकाग्रता और डायलिसिस

वायरल वैक्टर की शुद्धि, एकाग्रता और डायलिसिस

किण्वन शोरबा में कोशिकाओं और बैक्टीरिया का स्पष्टीकरण और निस्पंदन

कोशिकाओं और बैक्टीरिया की वसूली और धुलाई

एकाग्रता और प्रोटीन की डायलिसिस

उत्पाद की विशेषताएँ:

झिल्ली पैकेज की तुलना में कम प्रवाह

सामग्री के लिए कोमल

सरल और खुला प्रवाह चैनल

इकट्ठा करना आसान है

खाली करने में आसान

MWCO चयन:

उपचार प्रक्रिया के दौरान झिल्ली की पृथक्करण चयनात्मकता और रुकावट के जोखिम पर विचार करना आवश्यक है। इसलिए, चयनात्मकता और प्रवाह सुनिश्चित करने के आधार पर, अपेक्षाकृत छोटे छिद्रों के साथ झिल्ली को झिल्ली छिद्रों में अशुद्धता कणों की धीमी प्रविष्टि को कम करने और सेवा जीवन का विस्तार करने के लिए जितना संभव हो उतना चुना जाना चाहिए। सामान्य प्रसंस्करण परिदृश्य इस प्रकार हैं:

वायरस एकाग्रता, शुद्धि, निष्कासन: 100KD, 300KD, 500KD, 750KD

पुनः संयोजक प्रोटीन/एंटीबॉडी स्पष्टीकरण: 500KD, 750KD

बैक्टीरिया एकाग्रता: 500KD, 750KD