Трубки для диализа
Диализная трубка , также известная как трубка Вискинга , представляет собой искусственную полупроницаемую мембранную трубку. [ 1 ] используется в методах разделения, что облегчает поток крошечных молекул в растворе на основе дифференциальной диффузии. В контексте медико-биологических исследований диализные трубки обычно используются для очистки и обработки образцов белков и ДНК или сложных биологических образцов, таких как кровь или сыворотка. Диализные трубки также часто используются в качестве учебного пособия для демонстрации принципов диффузии , осмоса , броуновского движения и движения молекул через ограничительную мембрану. О принципах и использовании диализа в исследовательских целях см. Диализ (биохимия) .
История, свойства и состав
[ редактировать ]
Диализ встречается повсюду в природе, и принципы диализа использовались людьми на протяжении тысячелетий с использованием натуральных мембран животных или растений. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Термин «диализ» впервые стал регулярно использоваться в научных или медицинских целях в конце 1800-х и начале 1900-х годов, впервые в работе Томаса Грэма . Первые искусственные мембраны массового производства, пригодные для диализа, были доступны только в 1930-х годах и основаны на материалах, используемых в пищевой упаковочной промышленности, таких как целлофан . В 1940-х годах Виллем Колфф сконструировал первый диализатор (искусственную почку) и успешно лечил пациентов с почечной недостаточностью с помощью диализа через полупроницаемые мембраны. Сегодня диализные трубки для лабораторного применения выпускаются различных размеров и предельных значений молекулярной массы (MWCO) . Помимо трубок, диализные мембраны также используются в широком спектре различных предварительно отформатированных устройств, что значительно повышает производительность и простоту использования диализа.
Производятся различные диализные трубки или плоские мембраны, которые характеризуются разным пороговым значением молекулярной массы (MWCO) в диапазоне 1–1 000 000 кДа. Определение MWCO является результатом количества и среднего размера пор, созданных во время производства диализной мембраны. MWCO обычно относится к наименьшей средней молекулярной массе стандартной молекулы, которая не будет эффективно диффундировать через мембрану при длительном диализе. Таким образом, диализная мембрана с MWCO 10К обычно удерживает >90% белка, имеющего молекулярную массу по меньшей мере 10 кДа. Размеры пор обычно варьируются от ~ 10 до 100 ангстрем для мембран с MWCO от 1 до 50 тыс.
Важно отметить, что MWCO мембраны не является четко определенной величиной. Молекулы с массой вблизи MWCO мембраны будут диффундировать через мембрану медленнее, чем молекулы, значительно меньшие, чем MWCO. Чтобы молекула могла быстро диффундировать через мембрану, она обычно должна быть как минимум в 20–50 раз меньше, чем рейтинг MWCO мембраны. Таким образом, непрактично пытаться отделить белок массой 30 кДа от белка массой 10 кДа с помощью диализа через диализную мембрану с номинальной прочностью 20 К. Диализные трубки для лабораторного использования обычно изготавливаются из пленки регенерированной целлюлозы или сложного эфира целлюлозы. Однако; Диализные мембраны, изготовленные из полисульфона , полиэфирсульфона (ПЭС), травленого поликарбоната или коллагена, также широко используются в конкретных медицинских, пищевых или водоочистных целях.
Производство
[ редактировать ]Мембраны, состоящие либо из регенерированной целлюлозы, либо из эфиров целлюлозы, производятся посредством различных процессов модификации и сшивания целлюлозных волокон (полученных из древесной массы или хлопковых волокон) с образованием пленок с различными свойствами и размерами пор. Вариации в процессе производства существенно меняют свойства и размеры пор пленок; в зависимости от поперечных связей, введенных в целлюлозу, можно модулировать размер пор. Несмотря на схожий состав, большинство производимых в настоящее время мембран на основе целлюлозы не обязательно пригодны для диализа. Мембраны на основе целлюлозы также широко используются для упаковки пищевых продуктов, пленки или «пластмассовой» упаковки. [ 5 ]
Для диализа мембраны на основе регенерированной целлюлозы экструдируются в виде трубок или листов, а затем сушатся. Глицерин часто добавляют в качестве увлажнителя, чтобы предотвратить растрескивание во время высыхания и помочь сохранить желаемую структуру пор . Мембраны из регенерированной целлюлозы очень гидрофильны и быстро гидратируются при попадании в воду. Благодаря дополнительной сшивке мембраны из регенерированной целлюлозы обладают лучшей химической совместимостью и термостойкостью, чем мембраны из эфиров целлюлозы. Мембраны из регенерированной целлюлозы более устойчивы к органическим растворителям, а также к слабым или разбавленным кислотам и основаниям, которые обычно используются в белковой и молекулярной биологии. Мембраны на основе эфиров целлюлозы обычно поставляются влажными и имеют более широкий диапазон значений MWCO. Размеры пор обычно более одинаковы для мембран из ацетата целлюлозы.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Трубки для диализа , Средняя школа Йорка
- ^ «Разделительные характеристики диализных мембран» .
- ^ «Основы мембранного диализа» .
- ^ Инг, Тодд С. (2012). Диализ: история, развитие и перспективы . World Scientific Publishing Co Pte Ltd. ISBN 978-9814289757 .
- ^ Клемм, Дитер; Бриджит Хойблен; Ганс Петер Финк; Андреас Бон (2005). «Целлюлоза: увлекательный биополимер и устойчивое сырье». Международное издание «Прикладная химия» . 44 (22): 3358–3393. дои : 10.1002/anie.200460587 . ПМИД 15861454 .