Système Croix-flux en trois dimensions Imprimé microfluidique pour les essais d'ultrafiltration / nanofiltration membrane Performance
Summary
Conception et la fabrication d'un en trois dimensions (3-D) imprimé microfluidique système de filtration à écoulement transversal est démontrée. Le système est utilisé pour tester les performances et d'observer l'encrassement de l'ultrafiltration et de nanofiltration (mince film composite) membranes.
Abstract
Minimisation et la gestion de l'encrassement de la membrane est un formidable défi dans divers procédés industriels et d'autres pratiques qui utilisent la technologie de membrane. Comprendre le processus d'encrassement pourrait conduire à l'optimisation et la plus grande efficacité de filtration à base de membrane. Ici, nous montrons la conception et la fabrication d'un en trois dimensions (3-D) imprimée système de filtration automatique microfluidique à flux croisés qui permet de tester jusqu'à 4 membranes en parallèle. Les cellules ont été imprimés en utilisant des microfluides photopolymère multi-matériaux technologie d'impression 3-D, qui utilise un polymère dur transparent pour le corps de la cellule et incorporé microfluidique une couche de polymère de type caoutchouc mince, ce qui empêche les fuites pendant le fonctionnement. Les performances de l'ultrafiltration (UF) et de nanofiltration (NF) et les membranes ont été testées encrassement de la membrane peuvent être observées avec un encrassement de l'albumine de sérum bovin de modèle (BSA). solutions d'alimentation contenant BSA ont montré baisse flux de la membrane. Ce protocole peut être prolongered pour mesurer l'encrassement ou l'encrassement biologique avec de nombreuses autres solutions organiques, inorganiques ou microbiennes contenant. La conception microfluidique est particulièrement avantageux pour les matériaux de test qui sont coûteux et disponibles uniquement en petites quantités, par exemple des polysaccharides, des protéines ou des lipides en raison de la faible surface de la membrane testée. Ce système modulaire peut être facilement étendu pour les essais à haut débit de membranes.
Introduction
La technologie de la membrane fait partie intégrante de procédés industriels et autres nécessitant la séparation de solutés de la solution en vrac, cependant, l'encrassement de la membrane est un défi permanent majeur. 1 Des exemples courants où l'encrassement de la membrane se produit comprend l'utilisation de membranes d'ultrafiltration pour la séparation en fonction de la taille des eaux usées, 2 et fines membranes composites pour la séparation des ions et des solutés de grandes saumâtre ou d'eau de mer. 3 indications caractéristiques de colmatage comprennent une augmentation de la pression transmembranaire et une baisse des flux. Cela diminue la productivité de la membrane et raccourcit sa durée de vie en raison des protocoles chimiques ou d'autres nettoyage. Par conséquent les performances de la membrane est un bon indicateur pour évaluer l'encrassement et de comprendre les mécanismes et les effets de l'encrassement, l'encrassement biologique et la formation de biofilm sur les membranes. En outre, l'évaluation de la performance est importante dans la conception ou la modification de nouvelles membranes.
EFT ">L'intérêt pour l'utilisation de membranes dans des dispositifs microfluidiques a augmenté au cours de la dernière décennie. 4 Récemment, nous avons étudié l'effet des composants microbienne lipopolysaccharide, et glycosphingolipides sur l'encrassement de la surface d'une membrane de nanofiltration, et la susceptibilité ultérieur de la surface conditionnée à microbienne pièce jointe. 5 Un dispositif à écoulement transversal microfluidique a été utilisé pour évaluer la performance des membranes de nanofiltration. Cela a permis l'utilisation de composants lipidiques non commerciales particulières ne sont disponibles qu'en petites quantités à l'encrassement de la surface de la membrane, car la surface de la membrane était petite. La taille du système a permis une utilisation efficace des matériaux de membrane et de faibles volumes de solutions. Dans ce protocole, nous décrivons la conception et la fabrication du dispositif microfluidique pour tester les performances de la membrane, et nous décrivons l'intégration de l'appareil dans un système d'écoulement de pression. Mise en évidence de l'appareil est représentée par testing la performance des membranes d'ultrafiltration et des membranes de nanofiltration en utilisant un encrassement du modèle, BSA 6,7.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce protocole décrit la conception d'un dispositif à écoulement transversal microfluidique tridimensionnelle imprimée pour les essais de nanofiltration et ultrafiltration membranes. Récemment, nous avons montré le succès d'une variante de ce protocole avec membrane de nanofiltration conditionné et de l'encrassement des glycosphingolipides et lipopolysaccharides et les différences de performance de la membrane avec injection de culture bactérienne ultérieure. 5 applications futures utilis…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient Stratasys (Rehovot, Israël) pour l'impression en trois dimensions de l'appareil. Nous sommes reconnaissants à Microdyne-Nadir (Allemagne) pour les échantillons de membrane. Cette recherche a été financée par la Fondation Sciences Israël (Grant 1474-1413) pour 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 |
References
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