Membrana z pustych włókien
Membrany z pustych włókien ( HFM ) to klasa sztucznych membran zawierających półprzepuszczalną barierę w postaci pustych włókien. Pierwotnie opracowane w latach 60. XX wieku do z odwróconą osmozą , membrany kapilarne stały się powszechne w uzdatnianiu wody, odsalaniu, hodowli komórkowej, medycynie i inżynierii tkankowej. Większość dostępnych na rynku membran z włókien kapilarnych jest pakowana w kasety, które mogą być używane do różnych separacji cieczy i gazów.
Produkcja
HFM są powszechnie produkowane przy użyciu sztucznych polimerów . Konkretne stosowane metody produkcji są w dużym stopniu zależne od rodzaju użytego polimeru, jak również od jego masy cząsteczkowej . Produkcję HFM, zwaną potocznie „przędzeniem”, można podzielić na cztery ogólne typy:
- Przędzenie ze stopu, w którym polimer termoplastyczny jest topiony i wytłaczany przez dyszę przędzalniczą do powietrza, a następnie schładzany.
- Przędzenie na sucho, w którym polimer jest rozpuszczany w odpowiednim rozpuszczalniku i wytłaczany przez dyszę przędzalniczą do powietrza.
- Dry-Jet Wet Spinning, w którym polimer jest rozpuszczany w odpowiednim rozpuszczalniku i wytłaczany do powietrza, a następnie koagulantu (zwykle wody).
- Przędzenie na mokro, w którym polimer jest rozpuszczany i wytłaczany bezpośrednio do koagulantu (zwykle wody).
Wspólne dla każdej z tych metod jest użycie dyszy przędzalniczej , urządzenia zawierającego igłę, przez którą wytłaczany jest rozpuszczalnik, oraz pierścień, przez który wytłaczany jest roztwór polimeru. Gdy polimer jest wytłaczany przez pierścień dyszy przędzalniczej, zachowuje on wydrążony cylindryczny kształt. Gdy polimer opuszcza dyszę przędzalniczą, zestala się w membranę w procesie znanym jako inwersja faz . Właściwości membrany - takie jak średnia średnica porów i grubość membrany - można precyzyjnie dostosować, zmieniając wymiary dyszy przędzalniczej, temperaturę i skład roztworów „dope” (polimer) i „bore” (rozpuszczalnik), długość szczeliny powietrznej (w przypadku przędzenia na mokro suchym strumieniem), temperaturę i skład koagulantu, a także prędkość, z jaką produkowane włókno jest zbierane przez zmotoryzowaną szpulę. Wytłaczanie polimeru i rozpuszczalnika przez dyszę przędzalniczą można przeprowadzić za pomocą wytłaczania gazowego lub pompy dozującej. Niektóre z polimerów najczęściej stosowanych do wytwarzania HFM obejmują octan celulozy , polisulfon , polieterosulfon i polifluorek winylidenu .
Charakteryzacja
Właściwości HFM można scharakteryzować przy użyciu tych samych technik, które są powszechnie stosowane w przypadku innych typów membran. Podstawowymi właściwościami interesującymi HFM są średnia średnica porów i rozkład porów, mierzalne za pomocą techniki znanej jako porozymetria , cecha kilku instrumentów laboratoryjnych używanych do pomiaru wielkości porów. Średnicę porów można również zmierzyć za pomocą techniki znanej jako ewapoporometria , w której odparowanie 2-propanolu przez pory membrany jest powiązane z wielkością porów za pomocą równania Kelvina . W zależności od średnic porów w HFM, można zastosować skaningową mikroskopię elektronową lub transmisyjną mikroskopię elektronową, aby uzyskać jakościową perspektywę wielkości porów.
Aplikacje
Membrany z pustych włókien są powszechnie stosowane w separacjach przemysłowych, zwłaszcza w filtracji wody pitnej.
Przemysłowe filtry do wody wyposażone są głównie w membrany ultrafiltracyjne typu hollow filer. Domowe systemy filtracji wody mają mikrofiltracyjne membrany kapilarne. W mikrofiltracji średnica porów membrany wynosząca 0,1 mikrometra odcina mikroorganizmy, takie jak zarazki i bakterie, cysty Giardia i inne pasożyty jelitowe, a także usuwa osady. Membrany ultrafiltracyjne są w stanie usunąć nie tylko bakterie, ale także wirusy.
Włókna kanalikowe są powszechnie stosowanymi podłożami w wyspecjalizowanych systemach bioreaktorów , ze zdolnością niektórych wkładów z włókien kanalikowych do hodowli miliardów komórek zależnych od zakotwiczenia w stosunkowo małej (<100 ml) objętości bioreaktora.
Puste włókna mogą być wykorzystywane do testowania skuteczności leków w badaniach nad rakiem, jako alternatywa dla tradycyjnego, ale droższego modelu heteroprzeszczepu.
Membrany z pustych włókien są stosowane w oksygenatorach membranowych w pozaustrojowym natlenianiu membranowym , które dotlenia krew, zastępując płuca u pacjentów w stanie krytycznym.
