Способ фильтрации растворов и суспензий

Изобретение относится к области биотехнологии и медицинской промышленности и может быть использовано в технологических схемах очистки, стерилизации, концентрирования растворов, содержащих вирусы, бактерии, белки, а также для получения биологических препаратов. Способ включает фильтрацию растворов или суспензий микроорганизмов или белков путем пропускания через 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 эластичной мембраны обладает способностью к самозатягиванию пор после прекращения импульсного лазерного воздействия и имеет модуль упругости равный 10-20 МПа, а частота импульсного лазерного излучения составляет 1-39 кГц, длина волны - 1064 нм, длительность импульса - 10 нс. Изобретение обеспечивает повышение безопасности проведения работ и снижение трудоемкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение может быть использовано в технологических схемах очистки, стерилизации, концентрирования растворов, содержащих вирусы, бактерии, белки, а также в медицинской промышленности для получения биологических препаратов.

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).

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.)

Недостатком данного способа является высокая технологическая сложность фильтрации растворов или суспензий микроорганизмов или белков, заключающаяся в использовании радиоактивного источника тяжелых ионов.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

На чертеже представлена функциональная схема фильтрации растворов, суспензий, вирусов.

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.

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.

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.

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.

Образование в мембране системы цилиндрических пор производится с определенной удельной мощностью лазерного излучения, обычно 1 Дж/см².

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.

В результате удалось сконцентрировать 99,3% вируса.

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.

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.

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.