Tridimensionalmente Impresso Microfluidic Sistema Cross-flow para ultrafiltração / nanofiltração membrana Teste de Desempenho
Summary
Concepção e fabrico de um modo tridimensional (3-D) de microfluidos impresso sistema de filtração de fluxo cruzado é demonstrada. O sistema é usado para testar a performance e observar a incrustação de ultrafiltração e nanofiltração (compósitos de película fina) membranas.
Abstract
Minimização e gestão de entupimento da membrana é um desafio formidável em diversos processos industriais e outras práticas que utilizam a tecnologia de membrana. Compreender o processo de incrustação poderia levar a otimização e maior eficiência de filtração baseado em uma membrana. Aqui nós mostramos o projeto e fabricação de uma dimensionalmente três (3-D) sistema automatizado impresso microfluídico cross-flow de filtração que pode testar até 4 membranas em paralelo. As células microfluídicos foram impressos usando multi-material de fotopolímero 3-D tecnologia de impressão, que utilizou um polímero duro transparente para o corpo celular microfluídico e incorporada uma camada de polímero semelhante a borracha fina, o que impede fugas durante a operação. O desempenho de ultrafiltração (UF), e membranas de nanofiltração (NF) foram testados e entupimento da membrana pode ser observada com uma albumina de soro bovino a incrustao modelo (BSA). soluções de alimentação contendo BSA mostrou declínio de fluxo da membrana. Este protocolo pode ser estendered para medir a incrustação ou biofouling com muitas outras soluções orgânico, inorgânico ou microbianas contendo. O design de microfluidos é especialmente vantajoso para os materiais de teste que são caros ou apenas disponíveis em pequenas quantidades, por exemplo, polissacáridos, proteínas, lípidos ou devido à pequena área de superfície da membrana a ser testada. Este sistema modular também pode ser facilmente expandido para testes de alto rendimento de membranas.
Introduction
A tecnologia de membrana é essencial para os processos industriais e outros que requerem a separação de solutos a partir de uma solução a granel, no entanto, entupimento da membrana é um grande desafio em curso. 1 Exemplos comuns onde entupimento da membrana ocorre incluem a utilização de membranas de ultrafiltração para a separação baseada tamanho de águas residuais, 2 e finas membranas compostas filme para a separação de íons e solutos maiores de água salobra ou água do mar. 3 indicações características de incrustação incluem um aumento da pressão transmembrana e um declínio no fluxo. Isto diminui a produtividade da membrana e encurta o seu tempo de vida, devido aos protocolos químicos de limpeza ou outros. Portanto desempenho da membrana é um bom indicador para avaliar incrustações e para compreender os mecanismos e os efeitos da incrustação, biofouling e formação de biofilme em membranas. Além disso, a avaliação de desempenho é importante na concepção ou da alteração de membranas.
EFT ">O interesse no uso de membranas em dispositivos de microfluidos tem vindo a crescer ao longo da última década. 4 Recentemente, foi estudado o efeito de componentes microbianos lipopolissacárido, e glicosfingolípidos de incrustação da superfície de uma membrana de nanofiltração, e a susceptibilidade subsequente da superfície condicionada a microbiana anexo. 5 Um dispositivo de microfluidos de fluxo cruzado foi utilizado para avaliar o desempenho das membranas de nanofiltração. Isto permitiu o uso de componentes especiais de lipídios não comercial disponíveis em pequenas quantidades para incrustações da superfície da membrana porque a área de superfície da membrana era pequeno. O tamanho do sistema permitiu o uso eficiente de materiais de membrana e pequenos volumes de soluções. Neste protocolo, descrevemos o projeto e fabricação do dispositivo microfluídico para testes de desempenho de membrana, e delinear a incorporação do dispositivo em um sistema de fluxo de pressão. Demonstração do dispositivo é mostrado por testing do desempenho de membranas de ultrafiltração e as membranas de nanof iltração utilizando um modelo de incrustao, BSA a 6,7.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo descreve a concepção de um dispositivo de fluxo cruzado de microfluidos tridimensionalmente impresso para testes de nanofiltração e ultrafiltração membranas. Recentemente, demonstrámos o sucesso de uma variação deste protocolo com membrana de nanofiltração condicionado e incrustações com glicoesfingolípidos e lipopolissacarídeos e as diferenças de desempenho da membrana, com subsequente injecção de cultura bacteriana. 5 As aplicações futuras que empregam esta técnica poderi…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores obrigado Stratasys (Rehovot, Israel) para a impressão tridimensional do dispositivo. Somos gratos a Microdyne-Nadir (Alemanha) para as amostras de membrana. Esta pesquisa foi apoiada por The Israel Science Foundation (Grant 1474-1413) para 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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