Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2525936C1 - Method of filtering solutions and suspensions - Google Patents

Method of filtering solutions and suspensions Download PDF

Info

Publication number
RU2525936C1
RU2525936C1 RU2013131606/10A RU2013131606A RU2525936C1 RU 2525936 C1 RU2525936 C1 RU 2525936C1 RU 2013131606/10 A RU2013131606/10 A RU 2013131606/10A RU 2013131606 A RU2013131606 A RU 2013131606A RU 2525936 C1 RU2525936 C1 RU 2525936C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
pores
laser radiation
filtering
suspensions
Prior art date
Application number
RU2013131606/10A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Васильевич Старших
Евгений Александрович Максимов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия"
Priority to RU2013131606/10A priority Critical patent/RU2525936C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2525936C1 publication Critical patent/RU2525936C1/en

Links

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: method comprises filtering the solutions or suspensions of microorganisms or proteins by passing through a solid elastic membrane of raw rubber or rubber. To start the filtration the system of pores is formed not exceeding the size of the concentrate, using a pulse laser radiation with the power not more than 1 J/cm2. The material of the elastic membrane has the ability to self-tightening of pores after termination of the pulse laser radiation, and has a modulus of elasticity of 10-20 MPa, and the frequency of the pulse laser radiation is 1-39 kHz, the wavelength is 1064 nm, pulse duration is 10 ns.
EFFECT: increased safety of work and reduction of labour intensity.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение может быть использовано в технологических схемах очистки, стерилизации, концентрирования растворов, содержащих вирусы, бактерии, белки, а также в медицинской промышленности для получения биологических препаратов.The invention can be used in technological schemes for cleaning, sterilization, concentration of solutions containing viruses, bacteria, proteins, as well as in the medical industry for the production of biological preparations.

Известны ядерные фильтры, образующиеся при облучении полимерных пленок ускоренными тяжелыми ионами с последующим вытравливанием разрушенных участков полимера. Вдоль траектории ионов возникают сквозные каналы правильной формы. Это позволяет использовать ядерные фильтры для сепарации микрочастиц по размерам, их концентрирования ультратонкой очистки жидких сред, стерилизации жидкостей. Для изготовления ядерных фильтров применяют главным образом пленки из лавсана толщиной 6-12 мкм и другие полимерные материалы, устойчивые к внешним воздействиям, а также источник тяжелых ионов (www.dic.academic.ru).Nuclear filters are known that are formed by irradiating polymer films with accelerated heavy ions, followed by etching of the destroyed polymer sections. Along the ion trajectory, through channels of the correct form arise. This allows the use of nuclear filters for the separation of microparticles by size, their concentration by ultrafine cleaning of liquid media, and sterilization of liquids. For the manufacture of nuclear filters are mainly used films of lavsan 6-12 microns thick and other polymeric materials that are resistant to external influences, as well as a source of heavy ions (www.dic.academic.ru).

Наиболее близким к заявляемому способу фильтрации, принятым за прототип, является способ фильтрации растворов или суспензий микроорганизмов или белков путем пропускания их через пористую мембрану, причем фильтрацию осуществляют через материал, система пор которого образована бомбардировкой ускоренными однородными тяжелыми ионами с последующим травлением их треков. (Авт. свидетельство 520778, МПК C12K 1/10, опубл. 25.07.1977 г.)Closest to the claimed filtration method adopted as a prototype is a method for filtering solutions or suspensions of microorganisms or proteins by passing them through a porous membrane, moreover, filtering is carried out through a material whose pore system is formed by bombardment by accelerated uniform heavy ions followed by etching of their tracks. (Aut. Certificate 520778, IPC C12K 1/10, published on July 25, 1977)

Недостатком данного способа является высокая технологическая сложность фильтрации растворов или суспензий микроорганизмов или белков, заключающаяся в использовании радиоактивного источника тяжелых ионов.The disadvantage of this method is the high technological complexity of filtering solutions or suspensions of microorganisms or proteins, which consists in using a radioactive source of heavy ions.

Задачей заявляемого способа является снижение трудоемкости и обеспечение безопасности работы при фильтрации растворов или суспензий вирусов за счет применения для образования пор в мембране лазерного излучения.The objective of the proposed method is to reduce the complexity and ensure safety when filtering solutions or suspensions of viruses due to the use for the formation of pores in the membrane of laser radiation.

Технический результат достигается благодаря способу фильтрации путем пропускания через пористую мембрану, в отличие от прототипа фильтрацию осуществляют через мембрану из эластичного материала, систему пор мембраны образуют при помощи лазерного излучения с последующим самозатягиваем пор.The technical result is achieved due to the filtering method by passing through a porous membrane, in contrast to the prototype, filtering is carried out through a membrane of elastic material, the pore system of the membrane is formed using laser radiation, followed by self-tightening of the pores.

Кроме того, применяют мембрану из бутодиеновых каучуков или резины с модулем упругости 10-20 МПа, импульсное лазерное излучение с частотой 1-39 кГц, длиной волны 1064 нм и длительностью импульса 10 нс.In addition, a membrane of butodiene rubbers or rubber with an elastic modulus of 10-20 MPa, pulsed laser radiation with a frequency of 1-39 kHz, a wavelength of 1064 nm and a pulse duration of 10 ns are used.

Способ фильтрации растворов, суспензий, микроорганизмов или белков заключается в том, что для разделения суспензии фильтрование происходит через сплошную эластичную мембрану. Система пор мембраны образуется при помощи пульсирующего лазерного излучения, которое производит точечное пробивание сплошной эластичной мембраны в виде цилиндрических пор (каналов). При этом фильтрат (очищенная жидкость, вода) проходит через образовавшиеся с помощью лазерного излучения поры сквозь мембрану, а концентрат (микрочастицы, вирусы), в зависимости от размеров, могут или образовывать осадок на поверхности мембраны или закупоривать поры мембраны. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений перед мембраной и после нее. После отключения лазерного излучения происходит самозатягивание образовавшихся пор за счет эластичных свойств мембраны.The method of filtering solutions, suspensions, microorganisms or proteins is that to separate the suspension, filtering occurs through a continuous elastic membrane. The pore system of the membrane is formed using pulsating laser radiation, which produces point-breaking penetration of a continuous elastic membrane in the form of cylindrical pores (channels). In this case, the filtrate (purified liquid, water) passes through the pores formed by laser radiation through the membrane, and the concentrate (microparticles, viruses), depending on size, can either form a precipitate on the membrane surface or clog the membrane pores. Filtering is carried out under the action of a pressure difference in front of and after the membrane. After turning off the laser radiation, self-tightening of the formed pores occurs due to the elastic properties of the membrane.

Известно, что большинство палочковых бактерий имеют размеры 0,5-1,0 мкм, вирусы имеют размеры 20-300 нм, вирус бешенства - 80-180 нм (www.med-books.info).It is known that most rod bacteria are 0.5-1.0 μm in size, viruses are 20-300 nm in size, and rabies virus is 80-180 nm in size (www.med-books.info).

Для фильтрации жидкости от палочковых бактерий размер пор мембраны должен быть менее 0,5-1,0 мкм, от вирусов размер - менее 20-300 нм, от вируса бешенства - менее 80-180 нм.To filter liquid from rod bacteria, the pore size of the membrane should be less than 0.5-1.0 microns, from viruses the size should be less than 20-300 nm, from rabies virus should be less than 80-180 nm.

На чертеже представлена функциональная схема фильтрации растворов, суспензий, вирусов.The drawing shows a functional diagram of the filtration of solutions, suspensions, viruses.

Для осуществления способа используют установку, состоящую из емкости 1, разделенной эластичной мембраной 2 с порами 5 на отсек для фильтрата 3 и отсек для концентрата 4, лазеры 6.To implement the method, an apparatus is used consisting of a container 1 separated by an elastic membrane 2 with pores 5 into a compartment for filtrate 3 and a compartment for concentrate 4, lasers 6.

Суспензия находится в емкости, разделенной сплошной эластичной мембраной 2 на отсек для фильтрата 3 и отсек для суспензии и концентрата 4. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений перед мембраной и после нее в пределах 20-30 кПа.The suspension is located in a container separated by a continuous elastic membrane 2 into the compartment for the filtrate 3 and the compartment for the suspension and concentrate 4. Filtering is carried out under the influence of the pressure difference in front of the membrane and after it within 20-30 kPa.

Включается питание (не показано) лазеров 6, генерируется пульсирующее лазерное излучение, при помощи которого образуется система цилиндрических пор 5. Фильтрат проходит через образовавшиеся с помощью лазерного луча поры 5 через мембрану, а концентрат (твердые микрочастицы, вирусы) остается перед мембраной или закупоривает поры. После прерывания импульса лазерного излучения происходит самозатягивание образовавшихся пор за счет эластичных свойств мембраны, которая изготовлена из бутадиенового каучука или резины.The power (not shown) of the lasers 6 is turned on, pulsed laser radiation is generated, with the help of which a system of cylindrical pores is formed 5. The filtrate passes through the pores 5 formed by the laser beam through the membrane, and the concentrate (solid microparticles, viruses) remains in front of the membrane or clogs the pores . After the laser pulse is interrupted, self-tightening of the formed pores occurs due to the elastic properties of the membrane, which is made of butadiene rubber or rubber.

Образование системы пор происходит за счет того, что формируется пучок лазерного излучения с временной структурой в виде периодически повторяющихся серий световых импульсов с интенсивностью, достаточной для прожигания цилиндрических пор в материале эластичной мембраны. На материал эластичной мембраны воздействуют сформированным пучком лазерного излучения посредством пространственного сканирования, заключающегося в развертке каждой серии импульсов на мембрану. Сканирование поверхности мембраны осуществляется в циклическом (прерывистом) режиме. При этом начало развертки каждой серии импульсов на поверхность мембраны синхронизировано с началом формирования предыдущей серии импульсов. По окончании серии импульсов сканирование и, соответственно, развертка серии импульсов прерываются. Таким образом, в циклическом режиме серии импульсов последовательно друг за другом разворачиваются и охватывают всю поверхность мембраны. В предложенном способе формируется пучок лазерного излучения с образованием серии импульсов по 10-100 штук импульсов в серии. Обычно энергия одного импульса длительностью 10 нс не превышает одного джоуля. В случае генерации серии импульсов с длиной волны 1064 нм по 10-100 штук с частотой 1-39 кГц, длительностью 10 нс энергия распределена между многими импульсами, которые разделены временными интервалами.The formation of a pore system occurs due to the fact that a laser beam with a temporary structure is formed in the form of periodically repeating series of light pulses with an intensity sufficient to burn cylindrical pores in the material of the elastic membrane. The material of the elastic membrane is affected by the generated laser beam through spatial scanning, which consists in the scanning of each series of pulses on the membrane. The membrane surface is scanned in a cyclic (intermittent) mode. In this case, the beginning of the sweep of each series of pulses on the membrane surface is synchronized with the beginning of the formation of the previous series of pulses. At the end of a series of pulses, scanning and, accordingly, the sweep of a series of pulses are interrupted. Thus, in the cyclic mode, a series of pulses are sequentially developed one after another and cover the entire surface of the membrane. In the proposed method, a laser beam is formed with the formation of a series of pulses of 10-100 pieces of pulses in a series. Typically, the energy of one pulse with a duration of 10 ns does not exceed one joule. In the case of the generation of a series of pulses with a wavelength of 1064 nm of 10-100 pieces with a frequency of 1-39 kHz, a duration of 10 ns, the energy is distributed between many pulses that are separated by time intervals.

Образование в мембране системы цилиндрических пор производится с определенной удельной мощностью лазерного излучения, обычно 1 Дж/см2.The formation in the membrane of a system of cylindrical pores is performed with a specific specific power of laser radiation, usually 1 J / cm 2 .

Пример. Осаждение вируса бешенства. Для концентрации вируса бешенства приготавливают культуру-подложку из сахарозы - 5,5%, хлористого цезия - 2,2%, глицерина - 92,%, излучение проводят 1-2 часа. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений между отсеками в пределах 20-30 кПа. Отделяют вирус от культур жидкости с помощью генерации лазерных импульсов на мембрану из резины толщиной 0,23 мкм. Мембрана изготовлена из резины, имеющей модуль упругости 10 МПа, которая обладает способностью к самозатягиванию пор после образования в ней системы каналов. Для генерации лазерных импульсов используют лазер типа Cr:YAG, который генерирует серии лазерных импульсов с энергией единичного импульса 0,12 Дж при частоте следования импульсов 39 кГц, в общем их количестве в серии 25 штук. В условиях воздействия на поверхность мембраны энергией 1 Дж/см2 серия, состоящая из 25 импульсов излучения, образует поры в мембране из резины размером менее 80-180 нм.Example. Precipitation of rabies virus. For the concentration of rabies virus, a substrate culture is prepared from sucrose - 5.5%, cesium chloride - 2.2%, glycerol - 92%, radiation is carried out for 1-2 hours. Filtering is carried out under the influence of the pressure difference between the compartments within 20-30 kPa. The virus is separated from the liquid cultures by generating laser pulses on a 0.23 micron rubber membrane. The membrane is made of rubber having an elastic modulus of 10 MPa, which has the ability to self-tighten pores after the formation of a channel system in it. To generate laser pulses, a Cr: YAG type laser is used, which generates a series of laser pulses with a single pulse energy of 0.12 J at a pulse repetition rate of 39 kHz, a total of 25 pieces in a series. Under conditions of exposure to the membrane surface with an energy of 1 J / cm 2, a series of 25 radiation pulses forms pores in the membrane of rubber with a size of less than 80-180 nm.

В результате удалось сконцентрировать 99,3% вируса.As a result, 99.3% of the virus was concentrated.

Следует отметить, что предлагаемый способ используют для стерилизации жидкости от палочковых бактерии и вирусов, для этого получают размеры пор в мембране - менее 0,5-1,0 мкм, для стерилизации жидкости от вирусов размеры пор в мембране - менее 20-300 нм.It should be noted that the proposed method is used to sterilize fluid from rod bacteria and viruses, for this, the pore size in the membrane is less than 0.5-1.0 μm, and for sterilizing fluid from viruses, the pore size in the membrane is less than 20-300 nm.

Claims (2)

1. Способ фильтрации растворов или суспензий микроорганизмов или белков путем пропускания через пористую мембрану, отличающийся тем, что фильтрацию осуществляют через сплошную эластичную мембрану из каучуков или резины, для начала фильтрации образуют систему пор, не превышающих размеры концентрата, при помощи импульсного лазерного излучения мощностью не более 1 Дж/см2, причем материал мембраны обладает способностью к самозатягиванию пор после прекращения импульсного лазерного воздействия.1. A method of filtering solutions or suspensions of microorganisms or proteins by passing through a porous membrane, characterized in that the filtering is carried out through a continuous elastic membrane of rubbers or rubber, to start filtering form a system of pores not exceeding the size of the concentrate using pulsed laser radiation with a power not more than 1 J / cm 2 , and the membrane material has the ability to self-tighten pores after the cessation of pulsed laser exposure. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования системы пор для концентрата размером 0,5-1,0 мкм модуль упругости эластичной мембраны составляет 10-20 МПа, частота импульсного лазерного излучения - 1-39 кГц, длина волны - 1064 нм, длительность импульса - 10 нс. 2. The method according to claim 1, characterized in that for the formation of a pore system for a concentrate with a size of 0.5-1.0 μm, the elastic modulus of the elastic membrane is 10-20 MPa, the frequency of the pulsed laser radiation is 1-39 kHz, the wavelength is 1064 nm, pulse duration - 10 ns.
RU2013131606/10A 2013-07-09 2013-07-09 Method of filtering solutions and suspensions RU2525936C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013131606/10A RU2525936C1 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Method of filtering solutions and suspensions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013131606/10A RU2525936C1 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Method of filtering solutions and suspensions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2525936C1 true RU2525936C1 (en) 2014-08-20

Family

ID=51384672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013131606/10A RU2525936C1 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Method of filtering solutions and suspensions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2525936C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU178126U1 (en) * 2017-12-22 2018-03-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) Bioactive osmotic filter membrane for water treatment
RU2690346C2 (en) * 2014-10-09 2019-05-31 Иллюмина, Инк. Method and device for separation of immiscible liquids in order to efficiently separate at least one of liquids

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU520778A1 (en) * 1975-07-01 1977-07-25 Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. М.И.Калинина Method of filtration of solutions and suspensions of microorganisms and/or proteins
RU2047334C1 (en) * 1992-08-27 1995-11-10 Научно-производственное предприятие "Восток" Microporous diaphragm and method of making same
RU94019986A (en) * 1991-12-09 1996-04-27 Миннесота Майнинг энд Мануфактуринг Компани (US) Microstructural membrane and method for its manufacture
RU2239490C2 (en) * 2002-12-25 2004-11-10 Закрытое акционерное общество "Плазмофильтр" Membrane-sorption element and a method of its production

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU520778A1 (en) * 1975-07-01 1977-07-25 Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. М.И.Калинина Method of filtration of solutions and suspensions of microorganisms and/or proteins
RU94019986A (en) * 1991-12-09 1996-04-27 Миннесота Майнинг энд Мануфактуринг Компани (US) Microstructural membrane and method for its manufacture
RU2047334C1 (en) * 1992-08-27 1995-11-10 Научно-производственное предприятие "Восток" Microporous diaphragm and method of making same
RU2239490C2 (en) * 2002-12-25 2004-11-10 Закрытое акционерное общество "Плазмофильтр" Membrane-sorption element and a method of its production

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690346C2 (en) * 2014-10-09 2019-05-31 Иллюмина, Инк. Method and device for separation of immiscible liquids in order to efficiently separate at least one of liquids
RU178126U1 (en) * 2017-12-22 2018-03-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) Bioactive osmotic filter membrane for water treatment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9404106B2 (en) Method for preventing, reducing and/or eliminating the fouling of a composite material
DK2173861T4 (en) Methods for treating a cell culture medium for use in a bioreactor
CY1118773T1 (en) SYSTEM FOR SUSTAINABLE COOLING OF INDUSTRIAL PROCESSES
RU2525936C1 (en) Method of filtering solutions and suspensions
Razak et al. Finned spacer for enhancing the impact of air bubbles for membrane fouling control in Chlorella vulgaris filtration
DE102008006501A1 (en) Combined ultrasonic air backwash process to clean immersed membranes involves applying ultrasound to liquid during backwash and blowing gas over outer membrane surface
EP2866923A1 (en) Porous metal membrane produced by means of noble gas ion bombardment
KR101333677B1 (en) A defecator using the membrane with silicon carbide material for waste liquid
JP2008264739A (en) Filtering and sterilizing device
JP5818598B2 (en) Water treatment system using reverse osmosis membrane
KR101264350B1 (en) Apparatus for water purification using photocatalyst
Ismail et al. Energy efficient harvesting of Spirulina sp. from the growth medium using a tilted panel membrane filtration
KR102512015B1 (en) Bubble flotation water treatment system using ultraviolet and ozone microbubbles
JP2003053164A (en) Removing method of pathogenic protozoa and separating membrane used therein
Cai et al. Effects of ultrasound parameters on ultrasound-assisted ultrafiltration using cross-flow hollow fiber membrane for Radix astragalus extracts
CN101385862B (en) Sterilization filtration method of emulsion for injection
RU2755988C1 (en) Waste water purification method
WO2018105569A1 (en) Water treatment method and water treatment device
RU200124U1 (en) DISINFECTION DEVICE
Lamminen Ultrasonic cleaning of latex particle fouled membranes
Tallec et al. Implementation of an automated process for Limnospira indica harvesting and culture medium recycling for space applications
US3616386A (en) Electrodialytic demineralization of whey using neutral membranes
KR20170071719A (en) Membrane Wastewater Treatment System equipped with Ultrasonic Disintegrator
US20230233994A1 (en) Forward osmosis filtration cell, and methods of filtering water with a forward osmosis filtration cell
Al-Hasani Optimal Intermittent Ultrasound-Assisted Latex Particle Fouling Remediation in Ultrafiltration

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150710