Las membranas de fibra hueca ( HFM ) son una clase de membranas artificiales que contienen una barrera semipermeable en forma de fibra hueca. Desarrolladas originalmente en la década de 1960 para aplicaciones de ósmosis inversa , las membranas de fibra hueca se han vuelto comunes en el tratamiento de agua, la desalinización, el cultivo celular, la medicina y la ingeniería de tejidos. [1] La mayoría de las membranas de fibra hueca comerciales se envasan en cartuchos que se pueden usar para una variedad de separaciones de líquidos y gaseosos.
Los HFM se producen comúnmente utilizando polímeros artificiales . Los métodos de producción específicos involucrados dependen en gran medida del tipo de polímero utilizado, así como de su peso molecular . La producción de HFM, comúnmente denominada "hilado", se puede dividir en cuatro tipos generales:
Todos estos métodos tienen en común el uso de una hilera , un dispositivo que contiene una aguja a través de la cual se extruye el solvente y un anillo a través del cual se extruye una solución de polímero. A medida que el polímero se extruye a través del anillo de la hilera, conserva una forma cilíndrica hueca. A medida que el polímero sale de la hilera, se solidifica en una membrana a través de un proceso conocido como inversión de fase . Las propiedades de la membrana, como el diámetro promedio de poro y el espesor de la membrana, se pueden ajustar con precisión modificando las dimensiones de la hilera, la temperatura y la composición de las soluciones de "dope" (polímero) y "bore" (solvente), la longitud del espacio de aire (para hilado húmedo con chorro seco), la temperatura y la composición del coagulante, así como la velocidad a la que la fibra producida se recoge mediante un carrete motorizado. La extrusión del polímero y el solvente a través de la hilera se puede lograr mediante el uso de extrusión de gas o una bomba dosificadora. Algunos de los polímeros más comúnmente utilizados para fabricar HFM incluyen acetato de celulosa , polisulfona , polietersulfona y fluoruro de polivinilideno . [5]
Una vez creadas las fibras, normalmente se ensamblan en un módulo de membrana, con muchas fibras en paralelo. Los extremos de las fibras se fijan entre sí en una resina o epoxi en ambos extremos. [6] Esta parte se puede cortar de forma limpia para exponer más fácilmente sus entradas y salidas. Por lo general, se colocan dentro de un cilindro, que tiene entradas y salidas en lados opuestos para el lado del orificio (lumen), y puertos laterales para permitir que el flujo pase por las membranas en el lado de la carcasa. Por lo general, la alimentación de mayor presión está en el lado del orificio, para evitar el colapso de la fibra.
Las propiedades de las HFM se pueden caracterizar utilizando las mismas técnicas que se utilizan comúnmente para otros tipos de membranas. Las principales propiedades de interés para las HFM son el diámetro medio de los poros y la distribución de los poros, que se pueden medir mediante una técnica conocida como porosimetría , una característica de varios instrumentos de laboratorio utilizados para medir el tamaño de los poros. [7] El diámetro de los poros también se puede medir mediante una técnica conocida como evapoporometría , en la que la evaporación de 2-propanol a través de los poros de una membrana se relaciona con el tamaño de los poros mediante la ecuación de Kelvin . [8] [9] Dependiendo de los diámetros de los poros en una HFM, se puede utilizar la microscopía electrónica de barrido o la microscopía electrónica de transmisión para obtener una perspectiva cualitativa del tamaño de los poros.
Las membranas de fibra hueca se utilizan ampliamente en las separaciones industriales, especialmente en la filtración de agua potable. [11]
Los filtros de agua industriales están equipados principalmente con membranas de fibra hueca de ultrafiltración. Los sistemas de filtración de agua domésticos tienen membranas de fibra hueca de microfiltración. En la microfiltración, un diámetro de poro de membrana de 0,1 micrómetros elimina microorganismos como gérmenes y bacterias, quistes de Giardia y otros parásitos intestinales, además de eliminar sedimentos. Las membranas de ultrafiltración son capaces de eliminar no solo bacterias, sino también virus.
Las fibras huecas son sustratos de uso común para sistemas de biorreactores especializados , con la capacidad de algunos cartuchos de fibra hueca de cultivar miles de millones de células dependientes del anclaje dentro de un volumen de biorreactor relativamente bajo (<100 mL). [12]
Las fibras huecas se pueden utilizar para probar la eficacia de medicamentos en la investigación del cáncer, como alternativa al modelo tradicional, pero más costoso, de xenoinjerto. [13]
Las membranas de fibra hueca se utilizan en los oxigenadores de membrana en la oxigenación por membrana extracorpórea que oxigena la sangre, reemplazando los pulmones en pacientes gravemente enfermos.
