Name: three-dimensionally printed microfluidic cross-flow system for ultrafiltration/nanofiltration membrane performance testing
Uploaded: 2016-02-13T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing at JoVE.com

Forfatterne takker Stratasys (Rehovot, Israel) for tredimensjonal utskrift av enheten. Vi er takknemlige for Microdyne-Nadir (Tyskland) for membran prøvene. Denne forskningen ble støttet av Israel Science Foundation (Grant 1474-1413) til CJA

1. Design og fabrikasjon av microfluidic Test System <ol><li> Utforme mikrofluid Anordning som to separate deler: en øvre del og nedre del (figur 1) i et CAD-program. </li><li> Begynn å lage den nederste delen ved hjelp av rektangelet verktøyet til å tegne en 40 mm med 60 mm rektangel. </li><li> På et hjørne med sirkelverktøyet skape en 6,2 mm diameter sirkel sentrert 10 mm fra kantene. Med det lineære mønster verktøy replikere i hullene på tvers av rektangelet med 20 mm mellomrom i totalt ...

<ol>
	<li>Guo, W., Ngo, H. -. H., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mini-review+on+membrane+fouling.">A mini-review on membrane fouling.</a> Bioresource technol. 122, 27-34 (2012).</li><li>Fane, A. G., Fell, C. J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+fouling+and+fouling+control+in+ultrafiltration.">A review of fouling and fouling control in ultrafiltration.</a> Desalination. 62, 117-136 (1987).</li><li>Tang, C. Y., Chong, T. H., Fane, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+interactions+and+fouling+of+NF+and+RO+membranes:+a+review.">Colloidal interactions and fouling of NF and RO membranes: a review.</a> Adv. colloid interfac. 164 (1-2), 126-143 (2011).</li><li>De Jong, J., Lammertink, R. G. H., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membranes+and+microfluidics:+a+review.">Membranes and microfluidics: a review.</a> Lab on a chip. 6 (9), 1125-1139 (2006).</li><li>Haas, R., Gutman, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glycosphingolipids+Enhance+Bacterial+Attachment+and+Fouling+of+Nanofiltration+Membranes.">Glycosphingolipids Enhance Bacterial Attachment and Fouling of Nanofiltration Membranes.</a> Environ. Sci. Technol. Lett. 2, (2015).</li><li>Nabe, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+polysulfone+ultrafiltration+membranes+and+fouling+by+BSA+solutions.">Surface modification of polysulfone ultrafiltration membranes and fouling by BSA solutions.</a> J. Membr. Sci. 133 (1), 57-72 (1997).</li><li>Ang, W., Elimelech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+(BSA)+fouling+of+reverse+osmosis+membranes:+Implications+for+wastewater+reclamation.">Protein (BSA) fouling of reverse osmosis membranes: Implications for wastewater reclamation.</a> J. Membr. Sci. 296 (1-2), 83-92 (2007).</li><li>Bernstein, R., Belfer, S., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+dense+membranes+using+radical+graft+polymerization+enhanced+by+monomer+filtration.">Surface modification of dense membranes using radical graft polymerization enhanced by monomer filtration.</a> Langmuir. 26 (14), 12358-12365 (2010).</li><li>Kaufman, Y., Kasher, R., Lammertink, R. G. H., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+NF/RO+separation:+Cell+design,+performance+and+application.">Microfluidic NF/RO separation: Cell design, performance and application.</a> J. Membr. Sci. 396, 67-73 (2012).</li><li>Kaufman, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+supported+bolaamphiphile+membranes+for+water+filtration:+Roles+of+lipid+and+substrate.">Towards supported bolaamphiphile membranes for water filtration: Roles of lipid and substrate.</a> J. Membr. Sci. 457, 50-61 (2014).</li></ol>

Denne protokollen beskriver konstruksjonen av et tredimensjonalt trykt mikrofluidtverrstrømningsanordning for testing av nanofiltrerings og ultrafiltreringsmembraner. Nylig har vi vist suksess for en variant av denne protokollen med nanofiltrering membran condition og begroing med glykosfingolipider og lipopolysaccharides og membran ytelse forskjeller med påfølgende bakteriekultur injeksjon. 5 Fremtidige applikasjoner som benytter denne teknikken kan brukes til å evaluere membran ytelse endres ulike beleg...

<html> Membranteknologien er integrert i industrielle og andre prosesser som krever separering av oppløste stoffer fra en bulkløsning, derimot, er membranen begroing en vesentlig kontinuerlig utfordring. 1 Vanlige eksempler hvor membranen tilsmussing oppstår omfatter bruk av ultrafiltreringsmembraner for størrelsen basert separasjon av avløpsvann, 2 og tynn film kompositt membraner for separasjon av ioner og større oppløsninger fra brakkvann eller sjøvann. 3 Karakteristiske tegn på begroing inkluderer en økning i trans trykk og en nedgang i forandring. Dette reduserer produktiviteten av membranen og forkorter dens levetid på grunn av kjemiske eller andre rengjørings protokoller. Derfor membran Forestillingen er en god indikator for å vurdere begroing og for å forstå mekanismene og effekter av begroing, begroing og biofilmdannelse på membranene. Dessuten er prestasjonsvurdering viktig i utformingen eller endring av nye membraner. eft &quot;&gt; Interessen for bruk av membraner i microfluidic anordninger har vært økende i løpet av det siste tiåret. 4 Nylig har vi studert effekten av mikrobielle komponenter lipopolysakkarid, og glykosphingolipid på begroing på overflaten av en nanofiltreringsmembran, og den etterfølgende følsomhet av det kondisjonerte overflaten til mikrobiell vedlegg. 5 A microfluidic kryss enheten ble brukt for å vurdere resultatene av nanofiltreringsmembraner. Dette tillot bruk av spesielle ikke-kommersiell lipid komponenter bare tilgjengelige i små mengder for membranoverflaten begroing fordi memebranoverflaten området var liten. Systemet tillatt størrelse effektiv bruk av membranmaterialer og lave volumer av løsninger. I denne protokollen beskriver vi design og fabrikasjon av mikrofluidanordning for membranytelsestesting, og skissere inkorporering av enheten inn i en trykk flow system. Demonstrasjon av enheten er vist ved testing ytelsen Ultrafiltreringsmembranene og nanofiltreringsmembraner ved hjelp av en modell tilsmussing, BSA. 6,7

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="915">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">BSA</td>
			<td style="width:148px;">SIGMA-ALDRICH</td>
			<td style="width:143px;">A6003</td>
			<td style="width:383px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NaCl</td>
			<td>DAEJUNG</td>
			<td>7548-4100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">MgSO4</td>
			<td>EMSURE</td>
			<td>1058861000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NF Membrane</td>
			<td>Filmtec</td>
			<td>NF200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">30 kDa UF Membrane</td>
			<td>MICRODYN NADIR</td>
			<td>UH030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">50 kDa UF Membrane</td>
			<td>MICRODYN NADIR</td>
			<td>UH050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pressure Transducer</td>
			<td>Midas</td>
			<td>43006711</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ball Valves</td>
			<td>AV-RF</td>
			<td>Q91SA-PN6.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3-way Valve</td>
			<td>iLife Medical Devices</td>
			<td>902.071</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pressure Regulator</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>KCB1G0A2A5P20000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Flow-meter</td>
			<td>Bronkhorst</td>
			<td>L01-AGD-99-0-70S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Balances</td>
			<td>MRC</td>
			<td>BBA-1200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pump</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td style="width:143px;">EW-00354-JI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/8&#34; Tubing</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-06605-27</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/16&#34; Tubing</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-06407-41</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/16&#34; Fittings</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-30486-70</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/8&#34; Fittings</td>
			<td>Kiowa</td>
			<td>QSM-B-M5-3-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microcontroller</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>50</td>
			<td>Arduino UNO R3</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Continuous Rotation Servo</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>154</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Standard Servo</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>1142</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Power Supply</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>658</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Servo Shield</td>
			<td>SainSmart</td>
			<td>20-011-905</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Switches</td>
			<td>Parts Express</td>
			<td>060-376</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.45 Micron Filters</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>SLHV033RS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potentiostat</td>
			<td>Gamry</td>
			<td>PCI4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sonicator</td>
			<td>MRC</td>
			<td>DC-150H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Connex 3D Printer</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>Objet Connex</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Veroclear&#160;</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>RGD810&#160;</td>
			<td>transparent polymer for printing flow cell</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tangoblack-plus</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>FLX980</td>
			<td>soft rubbery polymer for gasket layers on flow cell</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

three-dimensionally printed microfluidic cross-flow system for ultrafiltration/nanofiltration membrane performance testing

Minimalisering og forvaltning av membran begroing er en formidabel utfordring i ulike industrielle prosesser og andre praksiser som utnytter membranteknologi. Forstå begroing prosessen kan føre til optimalisering og høyere effektivitet av membranbasert filtrering. Her viser vi design og fabrikasjon av en automatisert tredimensjonalt (3D) trykt microfluidic cross-flow filtreringssystem som kan teste opptil 4 membraner i parallell. De microfluidic celler ble skrevet ut ved hjelp av multi-material fotopolymer 3-D utskriftsteknologi, som brukte en gjennomsiktig hardt polymer for microfluidic cellekroppen og innarbeidet en tynn gummilignende polymer lag, som hindrer lekkasjer under drift. Utførelsen av ultrafiltrering (UF), nanofiltrering og (NF) membraner ble testet og membranen begroing kunne observeres med en modell tilsmussing bovint serumalbumin (BSA). Strøm oppløsninger inneholdende BSA viste fluks nedgang av membranen. Denne protokollen kan strekke seged å måle begroing eller begroing med mange andre organiske, uorganiske eller mikrobielle inneholder løsninger. Den mikrofluid utformingen er spesielt fordelaktig for testing av materialer som er kostbare eller bare er tilgjengelig i små mengder, for eksempel polysakkarider, proteiner eller lipider på grunn av det lille areal av membranen som blir testet. Dette modulære systemet kan også enkelt utvides for høy gjennomstrømming testing av membraner.

De microfluidic strømnings Cellene ble utformet ved hjelp av et CAD-program og skrives ut ved hjelp av en multi-materiale fotopolymer tre-dimensjonal (3-D) skriver. Denne celle ble konstruert i to deler, slik at membranene kan lett settes inn og fjernes fra enheten (figur 1). Hver del var 1 cm tykk, trykket fra en hard, klar polymer for strukturell integritet, og på sidene som vender mot membranen ble overbelagt med et meget tynt 50 um lag av gummilignende polymer. Den overmaling ble utført for å gi...

Watch this Scientific Journal Video about Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing at JoVE.com

Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Konstruksjon og fremstilling av et tredimensjonalt (3-D) trykt mikrofluid cross-flow filtreringssystem er påvist. Systemet brukes til å teste ytelsen, og observere begroing av ultrafiltrering og nanofiltrering (thin film composite) membraner.

Tredimensjonalt Trykt microfluidic Cross-flow system for ultrafiltrering / Nanofiltrering Membran Performance Testing

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

Microfluidic pikoliter bioreaktor for Microbial Encellede Analyse: Fabrikasjon, System Setup, og drift

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described ...

Systematic Analysis of In Vitro Cell Rolling Using a Multi-well Plate Microfluidic System

Systematic Analysis of In Vitro Cell Rolling Using a Multi-well Plate Microfluidic System

Systematisk analyse av<em&gt; In Vitro</em&gt; Cell Rolling Ved hjelp av en multi-brønn Plate Microfluidic System

A major challenge for cell-based therapy is the inability to systemically target a large quantity of viable cells with high efficiency to tissues of ...

Luminescence Resonance Energy Transfer to Study Conformational Changes in Membrane Proteins Expressed in Mammalian Cells

Luminescence Resonance Energy Transfer til Studer konformasjonsendringer i membran proteiner uttrykt i pattedyrceller

Luminescence Resonance Energy Transfer, or LRET, is a powerful technique used to measure distances between two sites in proteins within the distance range ...

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

Bruk av en High-throughput<em&gt; In Vitro</em&gt; Mikrofluid System for å utvikle muntlige Multi-arter Biofilm

There are few high-throughput in vitro systems which facilitate the development of multi-species biofilms that contain numerous species commonly detected ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Multi-trinns variabel Høyde Fotolitografi for Valved Multilayer microfluidic enheter

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

Et høyytelses kompakt fotoakustisk tomografisystem for<em&gt; In vivo</em&gt; Små dyrs hjernedannelse

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality ...

A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

En Performance-testing plattform for en ledning Micropump med en FR-4 kobber-kledd elektrode Plate

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules

En Millimeter skala Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk Testing System for å måle mekaniske egenskaper for Marine svamp spiklene

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the ...

Microfluidic Model to Mimic Initial Event of Neovascularization

Mikrofluidisk modell for å etterligne første hendelse av neovaskularisering

Neovascularization is usually initialized from an existing normal vasculature and the biomechanical microenvironment of endothelial cells (ECs) in the ...

Mechanostimulation of Multicellular Organisms Through a High-Throughput Microfluidic Compression System

Mekanostimulering av flercellede organismer gjennom et mikrofluidisk kompresjonssystem med høy gjennomstrømning

During embryogenesis, coordinated cell movement generates mechanical forces that regulate gene expression and activity. To study this process, tools such ...