Las membranas de fibra hueca ( HFM ) son una clase de membranas artificiales que contienen una barrera semipermeable en forma de fibra hueca. Desarrolladas originalmente en la década de 1960 para aplicaciones de ósmosis inversa , las membranas de fibra hueca se han vuelto frecuentes en el tratamiento de agua, la desalinización, el cultivo celular, la medicina y la ingeniería de tejidos. [1] La mayoría de las membranas de fibra hueca comerciales se empaquetan en cartuchos que se pueden usar para una variedad de separaciones de líquidos y gases.
Fabricación
Los HFM se producen comúnmente utilizando polímeros artificiales . Los métodos de producción específicos involucrados dependen en gran medida del tipo de polímero utilizado, así como de su peso molecular . La producción de HFM, comúnmente conocida como "hilatura", se puede dividir en cuatro tipos generales:
- Melt Spinning, en el que un polímero termoplástico se funde y extruye a través de una hilera al aire y posteriormente se enfría. [2]
- Hilado en seco, en el que un polímero se disuelve en un disolvente apropiado y se extruye al aire a través de una hilera. [3]
- Dry-Jet Wet Spinning, en el que un polímero se disuelve en un solvente apropiado y se extruye en aire y un coagulante posterior (generalmente agua). [3]
- Hilado en húmedo, en el que un polímero se disuelve y extruye directamente en un coagulante (generalmente agua). [3]
Es común a cada uno de estos métodos el uso de una hilera , un dispositivo que contiene una aguja a través de la cual se extruye el solvente y un anillo a través del cual se extruye una solución de polímero. A medida que el polímero se extruye a través del anillo de la hilera, conserva una forma cilíndrica hueca. A medida que el polímero sale de la hilera, se solidifica en una membrana a través de un proceso conocido como inversión de fase . Las propiedades de la membrana, como el diámetro medio de los poros y el grosor de la membrana, se pueden ajustar con precisión cambiando las dimensiones de la hilera, la temperatura y la composición de las soluciones "dope" (polímero) y "bore" (disolvente), la longitud del espacio de aire. (para hilatura en húmedo por chorro seco), temperatura y composición del coagulante, así como la velocidad a la que la fibra producida es recogida por un carrete motorizado. La extrusión del polímero y el disolvente a través de la hilera se puede lograr mediante el uso de extrusión de gas o una bomba dosificadora. Algunos de los polímeros más comúnmente utilizados para fabricar HFM incluyen acetato de celulosa , polisulfona , polietersulfona y fluoruro de polivinilideno . [4]
Caracterización
Las propiedades de los HFM se pueden caracterizar utilizando las mismas técnicas que se utilizan habitualmente para otros tipos de membranas. Las principales propiedades de interés de los HFM son el diámetro y la distribución de los poros promedio, que se pueden medir mediante una técnica conocida como porosimetría , una característica de varios instrumentos de laboratorio utilizados para medir el tamaño de los poros. [5] El diámetro de los poros también se puede medir mediante una técnica conocida como evapoporometría , en la que la evaporación del 2-propanol a través de los poros de una membrana se relaciona con el tamaño de los poros mediante la ecuación de Kelvin . [6] [7] Dependiendo de los diámetros de los poros en un HFM, se puede utilizar la microscopía electrónica de barrido o la microscopía electrónica de transmisión para obtener una perspectiva cualitativa del tamaño de los poros.
Aplicaciones
Las membranas de fibra hueca se utilizan de forma ubicua en separaciones industriales, especialmente en la filtración de agua potable. [8]
Las fibras huecas son sustratos de uso común para sistemas de biorreactores especializados , con la capacidad de algunos cartuchos de fibra hueca para cultivar miles de millones de células dependientes de anclaje dentro de un volumen de biorreactor relativamente bajo (<100 ml). [9]
Las fibras huecas se pueden utilizar para pruebas de eficacia de fármacos en la investigación del cáncer, como una alternativa al modelo de xenoinjerto tradicional, pero más caro. [10]
Ver también
Referencias
- ^ Enciclopedia de sistemas de soporte vital (Eolss): v.1: Desalinización y recursos hídricos (Desware): Procesos de membrana . Oxford: EOLSS Publishers Co Ltd. 2010. ISBN 978-1-84826-877-7.
- ^ Imsail, Ahmad; Khulbe, Kailash; Matsuura, Takeshi (28 de abril de 2015). Membranas de separación de gases: poliméricas e inorgánicas . Saltador. ISBN 9783319010953.
- ^ a b c Wang, Lawrence; Chen, Jiaping; Hung, Yung-Tse; Shammas, Nazih (1 de diciembre de 2010). Tecnologías de membranas y desalación . Springer Science & Business Media. ISBN 9781597452786.
- ^ Feng, CY; Khulbe, KC; Matsuura, T .; Ismail, AF (junio de 2013). "Avances recientes en la preparación, caracterización y aplicaciones de membranas de fibra hueca polimérica". Tecnología de separación y purificación . 111 : 43–71. doi : 10.1016 / j.seppur.2013.03.017 .
- ^ AB Abell, KL Willis y DA Lange, "Porosimetría de intrusión de mercurio y análisis de imágenes de materiales a base de cemento", Journal of Colloid and Interface Science, 211, págs. 39-44 (1999).
- ^ Krantz, William B .; Greenberg, Alan R .; Kujundzic, Elmira; Yeo, Adrian; Hosseini, Seyed S. (julio de 2013). "Evapoporometría: una técnica novedosa para determinar la distribución del tamaño de los poros de las membranas". Revista de ciencia de membranas . 438 : 153-166. doi : 10.1016 / j.memsci.2013.03.045 .
- ^ Merriman, Lauren; Moix, Alex; Beitle, Robert; Hestekin, Jamie (octubre de 2014). "Entrega de gas de dióxido de carbono a sistemas acuosos de película delgada a través de membranas de fibra hueca". Revista de Ingeniería Química . 253 : 165-173. doi : 10.1016 / j.cej.2014.04.075 .
- ^ Nakatsuka, Shuji; Nakate, Ichiro; Miyano, Tadaaki (1 de agosto de 1996). "Tratamiento de agua potable mediante membranas de fibra hueca de ultrafiltración". Desalación . 106 (1): 55–61. doi : 10.1016 / S0011-9164 (96) 00092-6 . ISSN 0011-9164 .
- ^ Sheu, Jonathan; Beltzer, Jim; Furia, Brian; Wilczek, Katarzyna; Tobin, Steve; Falconer, Danny; Nolta, Jan; Bauer, Gerhard (1 de enero de 2015). "Producción a gran escala de vector lentiviral en un biorreactor de fibra hueca de sistema cerrado" . Terapia molecular: métodos y desarrollo clínico . 2 : 15020–. doi : 10.1038 / mtm.2015.20 . ISSN 2329-0501 . PMC 4470365 . PMID 26151065 .
- ^ Decker, S .; Hollingshead, M .; Bonomi, CA; Carter, JP; Sausville, EA (abril de 2004). "El modelo de fibra hueca en el cribado de fármacos contra el cáncer". Revista europea del cáncer . 40 (6): 821–826. doi : 10.1016 / j.ejca.2003.11.029 . ISSN 0959-8049 .