La electrofiltración es un método que combina la filtración por membrana y la electroforesis en un proceso sin salida.
La electrofiltración se considera una técnica adecuada para la concentración y fraccionamiento de biopolímeros . La formación de películas sobre la membrana filtrante que dificultan la filtración se puede minimizar o evitar por completo mediante la aplicación de un campo eléctrico , mejorando el rendimiento de la filtración y aumentando la selectividad en caso de fraccionamiento. Este enfoque reduce significativamente los gastos de procesamiento posterior en los bioprocesos.
La electrofiltración es una técnica de separación y concentración de sustancias coloidales, como por ejemplo biopolímeros . El principio de la electrofiltración se basa en la superposición de un campo eléctrico sobre una filtración estándar de punto muerto . De este modo, la polaridad creada facilita la fuerza electroforética, que es opuesta a la fuerza de resistencia del flujo de filtrado y dirige los biopolímeros cargados . Esto proporciona una disminución extrema en la formación de películas en las membranas de micro o ultrafiltración y la reducción del tiempo de filtración de varias horas con la filtración estándar a unos pocos minutos con la electrofiltración. En comparación con la filtración de flujo cruzado, la electrofiltración muestra no solo un mayor flujo de permeado, sino que también garantiza una menor tensión de fuerza de corte, lo que la califica como una técnica particularmente suave para la separación de biopolímeros que normalmente son inestables.
La prometedora aplicación en la purificación de productos biotecnológicos se basa en que los biopolímeros son difíciles de filtrar pero por otro lado suelen estar cargados como resultado de la presencia de grupos amino y carboxilo. El objetivo de la electrofiltración es evitar la formación de torta de filtración y mejorar la cinética de filtración de productos difíciles de filtrar.
La electroforesis de partículas y la electroósmosis se vuelven esenciales cuando el proceso de filtración se ve superpuesto por un campo eléctrico . Mediante la electrofiltración, la filtración convencional se ve superpuesta por un campo eléctrico (DC) que trabaja en paralelo con la dirección del flujo del filtrado. Cuando la fuerza electroforética F E , dirigida en sentido opuesto al flujo, supera la fuerza de resistencia hidrodinámica F W , las partículas cargadas migran desde el medio filtrante, reduciendo así significativamente el espesor de la torta de filtración sobre la membrana.
Cuando las partículas sólidas que se van a separar están cargadas negativamente, migran hacia el ánodo (polo positivo) y se depositan sobre la tela filtrante situada allí. Como resultado, en la membrana del lado del cátodo (polo negativo) sólo hay una película muy fina que permite que la casi totalidad del filtrado fluya a través de esta membrana.
La figura 1 presenta una descripción esquemática de una cámara de electrofiltración con electrodos de lavado . Para la circulación de lavado se utiliza una solución tampón . Este enfoque ha sido patentado. [1]
La fuerza de resistencia hidrodinámica se evalúa siguiendo la ley de Stokes .
La fuerza electroforética se evalúa siguiendo la ley de Coulomb .
En estas ecuaciones r H representa el radio hidrodinámico de los coloides , – la velocidad de migración electroforética, – la viscosidad dinámica de las soluciones, – la constante dieléctrica en vacío, es la constante dieléctrica relativa del agua a 298 K, es el potencial zeta , E es el campo eléctrico . El radio hidrodinámico es la suma de los radios de las partículas y la interfaz estacionaria del disolvente.
Mediante la migración electroforética en estado estacionario de coloides cargados , la fuerza electroforética y la fuerza de resistencia hidrodinámica están en equilibrio, descrito por:
Estos efectos influyen en la electrofiltración de biopolímeros , que también podrían estar cargados, no solo por la fuerza de resistencia hidrodinámica sino también por la fuerza del campo eléctrico. Centrándose en el lado del cátodo, se revela que las partículas cargadas negativamente se ven afectadas por la fuerza del campo eléctrico, que es opuesta a la fuerza de resistencia hidrodinámica. De esta manera, se impide la formación de torta de filtración en este lado o, en una situación ideal, la torta de filtración no se forma en absoluto. En este caso, el campo eléctrico se denomina campo eléctrico crítico E crit . Como resultado del equilibrio de estas fuerzas, los líquidos sometidos a la influencia de la fuerza eléctrica se cargan. Además de la presión hidráulica aplicada ∆pH, el proceso también se ve influenciado por la presión electroosmótica P e .
Modificando la ecuación básica de Darcy , que describe la formación de la torta de filtración, con efectos electrocinéticos por integración bajo el supuesto de usar las constantes de presión electroosmótica P e , el campo eléctrico crítico E krit y el campo eléctrico E resultados: Trabajos científicos previos realizados en el Departamento de Ingeniería de Bioprocesos, Instituto de Ingeniería en Ciencias de la Vida, Universidad de Karlsruhe demostraron que la electrofiltración es efectiva para la concentración de biopolímeros cargados . Ya se han obtenido resultados muy prometedores con respecto a la purificación del polisacárido cargado xantano . [2] La Figura 2 representa la torta de filtración de xantano.
