Tridimensionalmente stampato Microfluidic sistema a flusso incrociato per ultrafiltrazione / nanofiltrazione membrana Performance Testing
Summary
Progettazione e fabbricazione di una tridimensionalmente (3-D) stampata sistema di filtrazione tangenziale microfluidico è dimostrata. Il sistema è utilizzato per testare le prestazioni e osservare incrostazioni di ultrafiltrazione e nanofiltrazione (film sottile composito) membrane.
Abstract
Minimizzazione e gestione di sporcamento membrana è una sfida formidabile in diversi processi industriali e altre pratiche che utilizzano la tecnologia a membrana. Capire il processo di formazione di incrostazioni potrebbe portare a ottimizzazione e una maggiore efficienza della filtrazione su membrana. Qui mostriamo la progettazione e la fabbricazione di un-dimensionalmente tre (3-D) sistema automatizzato stampato microfluidica flusso incrociato filtrazione che può testare fino a 4 membrane in parallelo. Le cellule microfluidici sono stati stampati usando multimateriale fotopolimero tecnologia di stampa 3-D, che ha usato un polimero rigido trasparente per il corpo cellulare microfluidica e incorporato un sottile strato di polimero gommoso, che impedisce fuoriuscite durante il funzionamento. Le prestazioni di ultrafiltrazione (UF), e le membrane nanofiltrazione (NF) sono stati testati e sporcamento della membrana potrebbero essere osservate con un modello imbrattante albumina sierica bovina (BSA). Le soluzioni mangimi contenenti BSA hanno mostrato flusso declino della membrana. Questo protocollo può essere estendereEd per misurare incrostazioni o biofouling con molte altre soluzioni organiche, inorganiche o microbici che contiene. Il design microfluidica è particolarmente vantaggioso per i materiali di prova che sono costose o disponibili solo in piccole quantità, per esempio polisaccaridi, proteine o lipidi a causa della piccola superficie della membrana in fase di test. Questo sistema modulare può essere facilmente ampliato per alta test di throughput delle membrane.
Introduction
Tecnologia a membrana è parte integrante di processi industriali e altri che richiedono la separazione dei soluti da una soluzione in massa, tuttavia, intasamento delle membrane è una sfida continua. 1 Esempi comuni dove intasamento delle membrane avviene includere l'uso di membrane di ultrafiltrazione per la separazione basata dimensioni delle acque reflue, 2 e sottili membrane film composito per la separazione di ioni e soluti più grandi da acqua salmastra o acqua di mare. 3 indicazioni caratteristiche di sporcamento includono un aumento della pressione transmembrana e un calo di flusso. Questo diminuisce la produttività della membrana e riduce la sua vita a causa protocolli di pulizia chimici o altri. Pertanto le prestazioni della membrana è un buon indicatore per valutare incrostazioni e capire i meccanismi e gli effetti di sporcamento, biofouling e formazione di biofilm sulle membrane. Inoltre, la valutazione delle prestazioni è importante nella progettazione o modifica di nuove membrane.
EFT ">L'interesse per l'impiego di membrane in dispositivi microfluidici è cresciuta negli ultimi dieci anni. 4 Recentemente abbiamo studiato l'effetto dei componenti microbica lipopolisaccaride, e glicosfingolipide sulla sporcamento della superficie di una membrana di nanofiltrazione, e la successiva suscettibilità della superficie condizionato a microbica allegato. 5 un dispositivo a flusso incrociato microfluidica è stato utilizzato per valutare le prestazioni delle membrane nanofiltrazione. Questo ha permesso l'uso di componenti speciali lipidici non commerciale disponibile solo in piccole quantità per fouling superficie della membrana poiché la superficie della membrana era piccola. Le dimensioni del sistema ha consentito l'uso efficiente dei materiali di membrana e bassi volumi di soluzioni. In questo protocollo, si descrive la progettazione e la fabbricazione del dispositivo a microfluidi per valutare le prestazioni della membrana, e delineano l'inserimento del dispositivo in un sistema di flusso di pressione. Dimostrazione del dispositivo è indicato da testing le prestazioni delle membrane di ultrafiltrazione e membrane da nanofiltrazione utilizzando un modello imbrattante, BSA. 6,7
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo descrive la progettazione di un dispositivo a flusso incrociato microfluidica tridimensionalmente stampato per il test di membrane nanofiltrazione e ultrafiltrazione. Recentemente, abbiamo dimostrato il successo di una variante di questo protocollo con membrana di nanofiltrazione condizionata e incrostazioni con glicosfingolipidi e lipopolisaccaridi e le differenze di prestazioni membrana con successiva iniezione di coltura batterica. 5 Le future applicazioni che impiegano questa tecnica pot…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano Stratasys (Rehovot, Israele) per la stampa tridimensionale del dispositivo. Siamo grati a Microdyne-Nadir (Germania) per i campioni di membrana. Questa ricerca è stata sostenuta da The Israel Science Foundation (Grant 1474-1413) per CJA
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
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