23766

جداسازي زيست مولكول‌ها در ميكروكانال به‌وسيله سامانه‌هاي دوفازي آبي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

97

99/8/20

دكتر احمد رهبر كليشمي

مهندسي شيمي نفت و گاز

در نيم قرن گذشته، سامانه¬هاي استخراج مايع-مايع جهت بازيابي، استخراج و خالص¬سازي زيست¬مولكول-ها، توجه بسيار زيادي را به خود جلب كرده¬اند. روش¬هاي استخراج مايع-مايع متداول، شامل استفاده از حلال¬هاي آلي است، كه براي بازيابي زيست¬مولكول¬ها مناسب نمي¬باشند، زيرا اين مولكول¬ها در مواد آلي به مقدار كافي حل نمي¬شوند و همچنين در اكثر مواقع منجر به تغيير ماهيت زيست¬مولكول¬ها مي¬گردند. سامانه¬هاي دو فازي ¬آبي با استفاده از محلول دو پليمر ناسازگار يا يك پليمر و نمك و يا مواد فعال سطحي در شرايط خاص تهيه مي¬شوند. از آن¬جا كه بخش عمده اين سامانه را آب تشكيل مي¬دهد ساختار ذاتي زيست-مولكول¬ حفظ مي¬شود، هرچند سامانه¬ دو فازي ¬آبي با نقايصي از جمله زمان عمليات طولاني، فضاي بزرگ مورد نياز و مصرف بالاي انرژي روبرو است. بنابراين به¬كارگيري فناوري¬هاي جديدي كه بتواند بخشي از نقايص مطرح شده را برطرف كرده و استخراج با استفاده از سامانه¬هاي دو فازي آبي را بهبود بخشند، حائز اهميت مي¬باشند. ريزسيالش به سبب دارا بودن ويژگي¬هايي شامل انتقال جرم و حرارت بالا، مصرف كم مواد، كنترل مناسب شرايط فرآيندي، حجم كوچك و قابليت يكپارچه¬سازي مي¬تواند جهت بهبود سامانه¬هاي دوفازي آبي به كار گرفته شود. در اين پژوهش، يك سامانه‌ي دو فاز آبي در يك دستگاه ريزسيالشي طراحي و آزمايش‌ شد. روش سطح پاسخ (RSM) براي تعيين پارامترهاي عملياتي بهينه استفاده شد. اين سامانه توانايي بالقوه¬اي براي تسريع در طراحي و بهينه‌سازي فرآيندهاي زيستي، نشان داد. استخراج آلبومين با سامانه دو فازي آبي پلي‌اتيلن¬گليكول/ سديم¬سيترات با استفاده از يك دستگاه ريزسيالشي شيشه¬اي مورد بررسي قرار گرفت. متغيرهاي عملياتي طول ميكروكانال (cm 8-4)، عرض ميكروكانال (μm 800-400)، نرخ جريان فاز نمك (mL/h 4-6/1) و فاز غني از پلي¬اتيلن¬گليكول (mL/h 2-8/0) آزمايش شدند. ‌انتقال آلبومين از فاز نمك به فاز پلي‌اتيلن¬گليكول توسط دو فصل مشترك انجام شده است. استفاده از سامانه ريزسيالشي مورد مطالعه به‌واسطه داشتن دو فصل مشترك باعث افزايش ميزان استخراج نسبت به سامانه¬هاي ماكرو با يك‌فصل مشترك خواهد بود. pH فاز نمك و نرخ جريان به ترتيب 92/6 و mL/h 87/1 در طول cm 8 و عرض μm 400 به عنوان شرايط بهينه براي استخراج به دست آمدند و ميزان استخراج در اين شرايط، %70/71 حاصل شد.

1399/11/05

Separation of biomolecules in microchannels by aqueous two-phase systems

11/11/2021 12:00:00 AM

In the last half-century, much attention has been paid to liquid-liquid extraction systems for the recovery, extraction, and purification of biomolecules. Conventional liquid-liquid extraction methods involve the use of organic solvents, which are not suitable for the recovery of biomolecules because these molecules do not dissolve sufficiently in organic matter, and most of these Materials change their nature. Two-phase aqueous systems can be prepared using a solution of two incompatible polymers or one polymer and salt or surfactants under special conditions. Since the major part of this system is water, the intrinsic structure of the biomolecule is preserved. This method also faces disadvantages such as long operation time, large space required, and high energy consumption. Therefore, it is important to use new technologies that can eliminate some of these defects and improve the extraction by two-phase aqueous systems. Microfluidics can be used for this purpose due to its properties including high mass and heat transfer, low material consumption, proper control over process conditions, small volume, and integration capability. In this research, a two-phase aqueous system in a microfluidic device has been designed and tested. The response level method (RSM) was used to optimally determine the operational parameters. This system demonstrated the potential for accelerating the design and optimization of biological processes. Albumin extraction was investigated by a two-phase aqueous polyethylene glycol / sodium citrate system using a glass microfluidic apparatus. Operating variables of microchannel length (4-8 cm), microchannel width (800-400 μm), salt phase flow rate (1.6-6 mL / h) and polyethylene glycol-rich phase (2-8 mL / h) / 0) have been tested. The transfer of albumin from the salt phase to the polyethylene glycol phase is done by two common chapters. The use of the studied fluidization system due to having two common chapters will increase the extraction rate compared to macro systems with a common chapter. The pH of the salt phase and the flow rate of 6.92 and 1.87 mL / h, respectively, at a length of 8 cm and a width of 400 μm was obtained as the optimal conditions for extraction, in which the extraction rate was 71.70%.

سامانه ¬دوفازي آبي , زيست مولكول , ريزسيالش , فصل مشترك , استخراج پروتئين , استخراج مايع-مايع

Aqueous two-phase systems , Biomolecule , microfluidics , Double interface , Protein recovery , ; Liquid-Liquid extraction