Die Filtration ist eine einfache Technik, mit der feste Partikel in einer flüssigen Lösung von der Suspension getrennt werden. Es stehen viele Filtrationsmethoden zur Verfügung, aber alle basieren auf dem gleichen allgemeinen Prinzip: Eine heterogene Mischung wird über eine Filtermembran gegossen. Die Filtermembran hat Poren einer bestimmten Größe. Partikel, die größer als die Poren sind, können die Membran nicht passieren, während Partikel, die kleiner als die Poren sind, ungehindert passieren. Zusätzlich werden alle Flüssigkeiten durchlaufen., Das Endergebnis eines Filtrationsprozesses ist eine Ansammlung von Rückständen auf der Filtrationsmembran. Dieser Rückstand wird daher effektiv vom Rest der Mischung getrennt, die die Membran passiert hat.

Der Filtrationsprozess kann durch die Schwerkraft vermittelt werden. Dies ist der einfachste Weg, um eine Trennung zu erreichen. Ein häufiges Beispiel ist das Filterpapier, das in Tropfkaffeemaschinen verwendet wird., Der Kaffeesatz ist größer als die Poren des Kaffeefilters, so dass sie an Ort und Stelle bleiben, während das heiße Wasser die Kaffeeöle, Aromen und Koffeinmoleküle aufnehmen und in den Topf darunter gelangen kann.

Variationen im Filtrationsprozess

Im Labor ist es oft unpraktisch, auf die Schwerkraft zu warten, um eine Mischung zu trennen. In diesen Fällen können wir einen Filtrationsprozess verwenden, der ein Vakuum verwendet, um die Flüssigkeit und kleine Partikel durch die Poren der Filtrationsmembran zu ziehen., Das Absaugen des Vakuums verbessert die Geschwindigkeit des Filtrationsprozesses erheblich. In ähnlicher Weise kann eine Filtrationszentrifuge verwendet werden, um eine Mischung schnell zu trennen. Die Zentripetal – / Zentrifugalkraft der Zentrifuge drückt die Flüssigkeit und die kleinen Partikel durch die Filtermembran, während die großen Partikel verbleiben., Einige Filtermembranen sind so ausgelegt, dass sie die gewünschten Partikel über der Membran zurückhalten (Porengröße kleiner als die gewünschte Population, aber größer als die Verunreinigungen), während andere Membranen so ausgelegt sind, dass sie die gewünschte Population durchlassen (Porengröße größer als die gewünschte Population, aber kleiner als die Verunreinigungen).

Der wichtigste Schritt des Filtrationsprozesses ist die Bestimmung der Partikelgröße, die Sie trennen möchten. Dann können Sie eine Filtermembran mit einer geeigneten Porengröße wählen., Filtermembranen können in der Größenordnung von Mikrometern, die etwa der Größe einer einzelnen Zelle entsprechen, extrem klein sein. Der Filtrationsprozess sollte mit dem Ziel gewählt werden, die Lebensfähigkeit getrennter Produkte aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel ist die Verwendung von Vakuumfiltration für chemische Produkte vollkommen in Ordnung, aber möglicherweise nicht optimal für die Zellisolierung. Die Größe und Polydispersität von Submikrometerpartikeln kann über Lichtstreuungstechniken schnell gemessen werden. Dies liefert eine allgemeine Vorstellung von der Membrangröße, die für den Filtrationsprozess erforderlich ist., Wenn eine Probe von Nanopartikeln zu polydisperse ist, was bedeutet, dass die Partikel alle unterschiedlich groß sind, kann die Filtration eine einfache Möglichkeit sein, die Nanopartikel in monodisperse Fraktionen zu trennen. Einige Anwendungen benötigen möglicherweise einen stärker kontrollierten Durchmesserbereich von Nanopartikeln, und ein einfacher Filtrationsprozess kann das Gesamtsyntheseverfahren vereinfachen.

Wenn es um die Zellfiltration geht, kann eine vacumn oder Zentrifuge zu viel Kraft auf die Zellen ausüben und die Zellmembran schädigen., Die biomagnetische Trennung könnte anstelle eines langwierigen Filtrationsprozesses zur Zelltrennung und Populationsanreicherung verwendet werden. Die Vorteile der biomagnetischen Trennung umfassen Spezifität, Geschwindigkeit und Produktlebensfähigkeit. Die bei der biomagnetischen Trennung verwendeten superparamagnetischen Nanopartikel können leicht oberflächenfunktionalisiert werden, um spezifisch auf eine bestimmte Zelle, ein Substrat oder ein Molekül abzuzielen. Ein weiterer großer Vorteil der biomagnetischen Trennung ist die Geschwindigkeit der Trennung und die Zelllebensfähigkeit., Es ist wichtig zu beachten, dass diese Vorteile nur bei ausgereiften Trenngestellen zu sehen sind, die während des gesamten Arbeitsvolumens eine homogene Kraft erzeugen. Ein richtig entwickeltes biomagnetisches Trenngestell verursacht keine Zelllyse oder ein Platzen, da die auf die Zellen ausgeübte Kraft während des gesamten Arbeitsvolumens gleich ist; Zellen, die den Wänden des Kolbens am nächsten sind, erfahren keine höhere Magnetkraft als diejenigen, die dem Inneren am nächsten sind.

Eine weitere Variante der Filtration ist die Kaltfiltration. Man kann dies auch als Trennungsprozess bezeichnen., Die Kaltfiltration erfolgt bei kalten Temperaturen, die Lösung kann in einem Eisbad gekühlt werden und die Filtrationsvorrichtung wird ebenfalls gekühlt. Dadurch können sich kleine Kristalle zur einfachen Entfernung bilden. Zum Beispiel wird diese Technik für die Filtration von Bier verwendet. Durch die Filterung bei kalten Temperaturen können Kristalle von Proteinen und Hefeteilchen aus dem Bier entfernt werden.

Heißfiltration ist auch eine Variation der Filtration. Für die Heißfiltration wird der Trichter oder die Filtrationsvorrichtung während des gesamten Prozesses erhitzt, ebenso wie die Probe., Ziel ist es, alles warm genug zu halten, um die Lösung flüssig zu halten und Verunreinigungen beim Durchlaufen eines Filters herauszufiltern. Ein idealer Trichter, der dafür verwendet wird, enthält keinen Stiel, um die Möglichkeit der Bildung von Kristallen zu vermeiden und den Prozess zu verlangsamen. Wenn die Probe abkühlt, kann sie wieder kristallisieren, jetzt in einem reineren Zustand.

Der optimale Filtrationsprozess hängt immer von den experimentellen Parametern und Zielen ab., Diese können in experimentellen und industriellen Szenarien variieren, aber die Grundlagen des Filtrationsprozesses bleiben gleich; Es ist wichtig, die Zielpopulation zu charakterisieren und die Größe der zu filternden Partikel zu kennen. Die Wahl einer Filtrationsmembran mit einer richtigen Porengröße ist wichtig, um das Ziel zu erhalten und gleichzeitig die unerwünschten Verunreinigungen herauszufiltern. .