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

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

1. Projeto e Fabricação do Sistema Microfluidic Teste <ol><li> Concepção do dispositivo de microfluidos como duas partes separadas: uma parte de topo e parte de baixo (Figura 1) em um programa de CAD. </li><li> Comece a fazer a parte do fundo usando a ferramenta de retângulo para desenhar um 40 mm por 60 mm retângulo. </li><li> Em um canto com a ferramenta círculo criar um círculo 6,2 mm de diâmetro centrado 10 mm de bordas. Com a ferramenta de padrão linear replicar os furos em todo o rect?...

<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>

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...

<html> 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 &quot;&gt; 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.

<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

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.

As células de fluxo de microfluidos foram desenhados usando um programa de CAD e impresso usando um fotopolímero multi-material de tridimensional (3-D) da impressora. Esta célula foi concebido em duas partes, de modo que as membranas podem ser facilmente inserido e removido do dispositivo (Figura 1). Cada parte foi de 1 cm de espessura, impressa a partir de um polímero duro, claro para a integridade estrutural, e os lados virados para a membrana foram revestidas com uma camada de 50 um muito fina de...

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

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.

Tridimensionalmente Impresso Microfluidic Sistema Cross-flow para ultrafiltração / nanofiltração membrana Teste de Desempenho

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

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