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 frecuentes 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 están empaquetadas en cartuchos que pueden usarse para una variedad de separaciones de líquidos y gases.
Los HFM se producen comúnmente utilizando polímeros artificiales . Los métodos de producción específicos implicados dependen en gran medida del tipo de polímero utilizado, así como de su peso molecular . La producción de HFM, comúnmente denominada "hilatura", se puede dividir en cuatro tipos generales:
Común a cada uno de estos métodos es el uso de una hilera , un dispositivo que contiene una aguja a través de la cual se extruye el disolvente 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. Cuando el polímero sale de la hilera, se solidifica formando una membrana mediante un proceso conocido como inversión de fases . Las propiedades de la membrana, como el diámetro promedio de los poros y el espesor de la membrana, se pueden ajustar con precisión cambiando las dimensiones de la hilera, la temperatura y la composición de las soluciones "dope" (polímero) y "bore" (disolvente), así como la longitud del espacio de aire. (para hilatura en húmedo con chorro seco), la temperatura y la composición del coagulante, así como la velocidad a la que la fibra producida es recogida por un carrete motorizado. La extrusión del polímero y el disolvente 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 . [4]
Las propiedades de los HFM se pueden caracterizar utilizando las mismas técnicas comúnmente utilizadas para otros tipos de membranas. Las principales propiedades de interés de los HFM son el diámetro promedio de los poros y la distribución de los poros, medibles mediante una técnica conocida como porosimetría , una característica de varios instrumentos de laboratorio utilizados para medir el tamaño de los poros. [5] 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 . [6] [7] Dependiendo de los diámetros de los poros en un HFM, se puede utilizar microscopía electrónica de barrido o microscopía electrónica de transmisión para obtener una perspectiva cualitativa del tamaño de los poros.
Las membranas de fibra hueca se utilizan de forma omnipresente en separaciones industriales, especialmente en la filtración de agua potable. [9]
Los filtros de agua industriales están equipados principalmente con membranas huecas de ultrafiltración. Los sistemas de filtración de agua domésticos cuentan con membranas de fibra hueca de microfiltración. En la microfiltración, un diámetro de poro de la 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 comúnmente utilizados 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). [10]
Las fibras huecas se pueden utilizar para pruebas de eficacia de fármacos en la investigación del cáncer, como alternativa al modelo de xenoinjerto tradicional, pero más caro. [11]
Las membranas de fibra hueca se utilizan en oxigenadores de membrana en la oxigenación por membrana extracorpórea que oxigena la sangre y reemplaza los pulmones en pacientes críticamente enfermos.
