Dreidimensional gedruckt Mikrofluidik-Cross-Flow-System für Ultrafiltration / Nanofiltrationsmembran Performance Testing
Summary
Konstruktion und Herstellung eines dreidimensional (3-D) gedruckt mikrofluidischen Querstromfiltrationssystem wird demonstriert. Das System wird verwendet, Leistung zu testen und Verschmutzung der Ultrafiltration und Nanofiltration (thin film composite) Membranen beobachten.
Abstract
Minimierung und Management von Membranverschmutzung ist eine große Herausforderung in den unterschiedlichsten Industrieprozesse und andere Praktiken, die Membran-Technologie nutzen. die Verschmutzung Prozessverständnis könnte Optimierung und höhere Effizienz der Membran basierend Filtration führen. Hier zeigen wir die Konstruktion und Herstellung eines automatisierten dreidimensional (3-D) gedruckt mikrofluidischen Querstromfiltrationssystem, das bis zu 4 Membranen parallel testen kann. Die Mikrofluidik-Zellen wurden unter Verwendung von Multi-Material-Photopolymer 3-D Drucktechnik gedruckt, die ein transparentes hartes Polymer zur mikrofluidischen Zellkörper verwendet und eine dünne kautschukartige Polymerschicht eingebracht, die Leckagen im Betrieb verhindert. Die Leistung der Ultrafiltration (UF) und Nanofiltration (NF) Membranen wurden getestet und Membranfouling könnte mit einem Modell Fouling Rinderserumalbumin (BSA) beobachtet werden. Feed-Lösungen BSA enthielten, zeigten Fluss Rückgang der Membran. Dieses Protokoll kann erweiterned Fouling oder Biofouling mit vielen anderen organischen, anorganischen oder mikrobiellen haltigen Lösungen zu messen. Die mikrofluidische Konstruktion ist besonders vorteilhaft für Testmaterialien, die teuer sind und nur in geringen Mengen, beispielsweise Polysaccharide, Proteine, Lipide oder aufgrund der kleinen Fläche der Membran getestet. Dieses modulare System auch für Hochdurchsatz-Untersuchung von Membranen leicht erweitert werden kann.
Introduction
Membrantechnologie zur industriellen und anderen Prozessen verbunden ist, die Trennung von gelösten Stoffen aus einer Vorratslösung erfordert jedoch Membranverschmutzung ist ein Haupt ständige Herausforderung. 1 Common Beispiele, wo Membranfouling die Verwendung von Ultrafiltrationsmembranen für die Größe basierend Trennung von Abwasser tritt umfassen, 2 und Dünnschicht-Verbundmembranen für die Trennung von Ionen und größer gelöste Stoffe aus Brack- oder Meerwasser. 3 Kenn Hinweise auf Verschmutzung beinhalten eine Zunahme der Transmembrandruck und eine Abnahme im Fluß. Dies verringert die Produktivität der Membran und verkürzt ihre Lebensdauer durch chemische oder andere Reinigungsprotokolle. Daher ist Membranleistung ein guter Indikator Fouling zu bewerten und die Mechanismen und Wirkungen von Fouling, Biofouling und Biofilm-Bildung auf Membranen zu verstehen. Auch Leistungsbewertung ist wichtig bei der Gestaltung oder Änderung neuer Membranen.
EFT ">Das Interesse an der Verwendung von Membranen in mikrofluidischen Vorrichtungen hat in den letzten zehn Jahren wächst. 4 Kürzlich untersuchten wir die Wirkung von mikrobiellen Komponenten Lipopolysaccharid und Glycosphingolipid auf die Oberfläche einer Nanofiltrationsmembran Verschmutzung und die anschließende Anfälligkeit der konditionierten Oberfläche mikrobiellen Befestigungs. 5 A mikrofluidischen Querstromvorrichtung wurde verwendet, um die Leistung von Nanofiltrationsmembranen zu bewerten. Dies erlaubt die Verwendung von speziellen nicht-kommerziellen Lipidkomponenten nur in geringen Mengen für Verschmutzung Membranoberfläche, da die Membranoberfläche, war klein. Das System Größe effizienten Einsatz von Membranmaterialien und geringen Mengen von Lösungen erlaubt. In diesem Protokoll beschreiben wir das Design und die Herstellung der mikrofluidischen Vorrichtung zur Membranleistungstests und erläutern den Einbau der Vorrichtung in einem Druckströmungssystem. Demonstration der Vorrichtung wird durch Testi gezeigtenng die Leistung von Ultrafiltrationsmembranen und Nanofiltrationsmembranen ein Modell Fouling Verwendung BSA. 6,7
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll beschreibt die Konstruktion eines dreidimensional gedruckten Mikrofluidquerstrom-Vorrichtung zum Testen von Nanofiltration und Ultrafiltrationsmembranen. Vor kurzem haben wir den Erfolg einer Variante dieses Protokolls mit Nanofiltrationsmembran Anlage und Bewuchs mit Glycosphingolipide und Lipopolysaccharide und Membranleistungsunterschiede mit anschließender Bakterienkultur Injektion. 5 gezeigt Zukünftige Anwendungen dieser Technik verwendet werden könnte Membranleistung ändert sich mit…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Stratasys (Rehovot, Israel) für dreidimensionale Drucken des Gerätes. Wir sind dankbar, dass Microdyne-Nadir (Deutschland) für die Membranproben. Diese Forschung wurde von der Israel Science Foundation (Grants 1474-1413) zu CJA unterstützt
Materials
| BSA | SIGMA-ALDRICH | A6003 | |
| NaCl | DAEJUNG | 7548-4100 | |
| MgSO4 | EMSURE | 1058861000 | |
| NF Membrane | Filmtec | NF200 | |
| 30 kDa UF Membrane | MICRODYN NADIR | UH030 | |
| 50 kDa UF Membrane | MICRODYN NADIR | UH050 | |
| Pressure Transducer | Midas | 43006711 | |
| Ball Valves | AV-RF | Q91SA-PN6.4 | |
| 3-way Valve | iLife Medical Devices | 902.071 | |
| Pressure Regulator | Swagelok | KCB1G0A2A5P20000 | |
| Flow-meter | Bronkhorst | L01-AGD-99-0-70S | |
| Balances | MRC | BBA-1200 | |
| Pump | Cole-Parmer | EW-00354-JI | |
| 1/8" Tubing | Cole-Parmer | EW-06605-27 | |
| 1/16" Tubing | Cole-Parmer | EW-06407-41 | |
| 1/16" Fittings | Cole-Parmer | EW-30486-70 | |
| 1/8" Fittings | Kiowa | QSM-B-M5-3-20 | |
| Microcontroller | Adafruit | 50 | Arduino UNO R3 |
| Continuous Rotation Servo | Adafruit | 154 | |
| Standard Servo | Adafruit | 1142 | |
| Power Supply | Adafruit | 658 | |
| Servo Shield | SainSmart | 20-011-905 | |
| Switches | Parts Express | 060-376 | |
| 0.45 Micron Filters | EMD Millipore | SLHV033RS | |
| Potentiostat | Gamry | PCI4 | |
| Sonicator | MRC | DC-150H | |
| Connex 3D Printer | Stratasys | Objet Connex | |
| Veroclear | Stratasys | RGD810 | transparent polymer for printing flow cell |
| Tangoblack-plus | Stratasys | FLX980 | soft rubbery polymer for gasket layers on flow cell |
References
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