ثلاثة بعدي مطبوعة ميكروفلويديك نظام الصليب لتدفق الترشيح الفائق / ميكن للترشيح النانوي غشاء اختبار الأداء
Summary
ويتجلى تصميم وتصنيع وثلاثة الأبعاد (3-D) المطبوعة ميكروفلويديك النظام عبر تدفق الترشيح. يتم استخدام نظام لاختبار الأداء ومراقبة تلوث من الترشيح الفائق والترشيح الدقيق جدا (رقيقة فيلم مركب) الأغشية.
Abstract
تقليل وإدارة تلوث غشاء يشكل تحديا هائلا في العمليات الصناعية المختلفة وغيرها من الممارسات التي تستخدم تكنولوجيا الأغشية. يمكن فهم عملية قاذورات تؤدي إلى تحسين وزيادة كفاءة الترشيح القائمة على الأغشية. هنا نعرض تصميم وتصنيع و-الأبعاد الثلاثة (3-D) المطبوعة النظام الآلي ميكروفلويديك عبر تدفق الترشيح التي يمكن اختبار ما يصل إلى 4 الأغشية بشكل متواز. تم طبع الخلايا ميكروفلويديك باستخدام فوتوبوليمير متعددة المادي تكنولوجيا الطباعة 3-D، والتي تستخدم البوليمر الصلب الشفاف للجسم الخلية ميكروفلويديك وأدرجت رقيقة طبقة البوليمر مثل المطاط، والذي يمنع التسرب أثناء العملية. تم اختبار أداء الفائق (UF)، والترشيح الدقيق جدا (NF) الأغشية ويمكن ملاحظة تلوث الغشاء مع foulant زلال المصل البقري نموذج (BSA). وأظهرت حلول الأعلاف التي تحتوي على BSA انخفاض تدفق للغشاء. ويمكن تمديد هذا البروتوكولإد لقياس تلوث أو biofouling مع العديد من الحلول العضوية، غير العضوية أو الجرثومية التي تحتوي على أخرى. تصميم ميكروفلويديك هو مفيد خاصة لاختبار المواد التي هي مكلفة أو متاحة فقط في كميات صغيرة، على سبيل المثال السكريات والبروتينات والدهون أو بسبب مساحة صغيرة من الغشاء يجري اختبارها. هذا النظام المرن يمكن أيضا بسهولة توسيعها لاختبار إنتاجية عالية من الأغشية.
Introduction
تكنولوجيا الأغشية جزء لا يتجزأ من العمليات الصناعية وغيرها التي تتطلب فصل المواد المذابة من حل الجزء الأكبر، ومع ذلك، تحشف هو تحد كبير ومستمر. 1 الأمثلة الشائعة حيث يحدث تحشف تشمل استخدام أغشية الترشيح الفائق للفصل أساس حجم مياه الصرف الصحي، وتشمل 2 ورقيقة الأغشية فيلم مركب لفصل الأيونات والأملاح أكبر من المياه قليلة الملوحة أو مياه البحر 3 مؤشرات المميزة للقاذورات زيادة في الضغط عبر الغشاء وانخفاض في تدفق. هذا يقلل من إنتاجية الغشاء ويقصر من عمر البطارية نظرا لبروتوكولات التنظيف الكيميائية أو غيرها. وبالتالي أداء غشاء يعد مؤشرا جيدا لتقييم قاذورات وفهم آليات وآثار قاذورات، biofouling وتشكيل بيوفيلم على الأغشية. أيضا، وتقييم الأداء مهم في تصميم أو تعديل أغشية جديدة.
تقنية الحرية النفسية ">الفائدة في استخدام الأغشية في أجهزة ميكروفلويديك تشهد نموا خلال العقد الماضي. 4 في الآونة الأخيرة، قمنا بدراسة تأثير مكونات الميكروبية lipopolysaccharide في وglycosphingolipid على قاذورات على سطح غشاء الترشيح الدقيق جدا، وقابلية لاحقة من سطح مكيفة للميكروبات وقد استخدم المرفق. 5 جهاز عبر تدفق ميكروفلويديك لتقييم أداء الأغشية الترشيح الدقيق جدا. هذا ما سمح للاستخدام مكونات الدهون غير التجارية الخاصة المتاحة فقط بكميات صغيرة للقاذورات سطح غشاء لأن مساحة سطح غشاء كانت صغيرة. حجم نظام يسمح كفاءة استخدام المواد الغشاء وكميات قليلة من حلول. في هذا البروتوكول، ونحن تصف تصميم وتصنيع جهاز ميكروفلويديك لاختبار أداء غشاء، والخطوط العريضة لتأسيس الجهاز في نظام تدفق الضغط. يظهر مظاهرة من الجهاز عن طريق اختبار الأدوات الكهنانوغرام أداء الأغشية الترشيح الفائق وأغشية الترشيح الدقيق باستخدام foulant نموذج، BSA. 6،7
Protocol
Representative Results
Discussion
يصف هذا البروتوكول تصميم جهاز عبر تدفق ميكروفلويديك المطبوعة ثلاثة الأبعاد لاختبار الترشيح الدقيق والترشيح الفائق الأغشية. مؤخرا، لقد أظهرنا نجاح الاختلاف من هذا البروتوكول مع تكييف غشاء الترشيح الدقيق جدا وقاذورات مع الشحميات السفنغولية السكرية وعديدات سكر شحمي…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب أشكر Stratasys (رحوفوت، إسرائيل) للطباعة ثلاثية الأبعاد من الجهاز. ونحن ممتنون لMicrodyne-نادر (ألمانيا) لعينات الغشاء. وأيد هذا البحث من قبل مؤسسة العلوم إسرائيل (غرانت 1474-1413) لقانون القضاء الدستوري
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 |
Riferimenti
- 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. Colloidal interactions and fouling of NF and RO membranes: a review. Adv. colloid interfac. 164 (1-2), 126-143 (2011).
- De Jong, J., Lammertink, R. G. H., Wessling, M. Membranes and microfluidics: a review. Lab on a chip. 6 (9), 1125-1139 (2006).
- Haas, R., Gutman, J., et al. Glycosphingolipids Enhance Bacterial Attachment and Fouling of Nanofiltration Membranes. Environ. Sci. Technol. Lett. 2, (2015).
- Nabe, A. Surface modification of polysulfone ultrafiltration membranes and fouling by BSA solutions. J. Membr. Sci. 133 (1), 57-72 (1997).
- Ang, W., Elimelech, M. Protein (BSA) fouling of reverse osmosis membranes: Implications for wastewater reclamation. J. Membr. Sci. 296 (1-2), 83-92 (2007).
- Bernstein, R., Belfer, S., Freger, V. Surface modification of dense membranes using radical graft polymerization enhanced by monomer filtration. Langmuir. 26 (14), 12358-12365 (2010).
- Kaufman, Y., Kasher, R., Lammertink, R. G. H., Freger, V. Microfluidic NF/RO separation: Cell design, performance and application. J. Membr. Sci. 396, 67-73 (2012).
- Kaufman, Y., et al. Towards supported bolaamphiphile membranes for water filtration: Roles of lipid and substrate. J. Membr. Sci. 457, 50-61 (2014).
