LE MEMBRANE FILTRANTI: differenti caratteristiche per una scelta mirata

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1 Numero 24 luglio 2013 LE MEMBRANE FILTRANTI: differenti caratteristiche per una scelta mirata Le membrane sono i filtri più comunemente utilizzati in microbiologia. Si tratta di dischetti microporosi dotati di una specifica dimensione dei pori che ne determina il grado di filtrazione. Le membrane, agendo da barriera fisica, trattengono le particelle solide ed i microrganismi che superano il diametro dei loro pori, catturandoli sulle loro superfici. Le particelle di diametro inferiore tendono ad attraversarle, ma in minima parte interagiscono con la matrice delle membrane stesse, venendone quindi ugualmente trattenute. Il diametro delle membrane può variare da 13 a 293 mm ed i materiali di produzione sono diversi, i più comuni sono gli esteri misti di cellulosa e i materiali polimerici simili (nylon, teflon, polisulfoni etc.). Caratteristiche generali delle membrane filtranti Elevata porosità: le membrane sono molto sottili e possiedono una porosità dell 80% circa, consentendo un elevata velocità di flusso dei liquidi e gas per unità di area. Purezza: la produzione delle membrane richiede l utilizzo di materie prime e reagenti chimicamente e biologicamente puri e di elevata qualità. Resistenza: le membrane seguono un processo di verifica della resistenza alla trazione ed allo scoppio; in particolare i filtri in PTFE e Nylon risultano notevolmente resistenti alle applicazioni più aggressive. Varietà dei materiali adatti ad ogni applicazione Considerando le caratteristiche tecniche, le membrane sono adattabili a vari tipi di applicazioni: filtrazione generale e filtrazione sterilizzante analisi microbiologiche preparazione dei campioni analisi e monitoraggio dell ambiente monitoraggio dei fluidi filtrazione di soluzioni acquose e organiche analisi di prodotti farmaceutici preparazione dei campioni per la cromatografia e spettrometria di massa ventilazione e filtrazione dei gas Pagina 1 di 10

2 Guida rapida alla scelta delle membrane filtranti Per effettuare una scelta corretta, è necessario considerare i seguenti punti: 1. Identificare la tipologia di liquido o gas da filtrare: le membrane idrofile sono più adatte ai liquidi acquosi, per i solventi si preferiscono le membrane in Nylon o PTFE e le membrane idrofobe invece sono la scelta migliore per fluidi gassosi 2. Controllare la compatibilità chimica tra la membrana ed il prodotto da filtrare 3. Determinare la porosità massima richiesta per ottenere il risultato desiderato 4. Controllare le specifiche delle membrane e valutare qualsiasi condizione esterna che possa limitare la scelta del tipi di membrane Fig.1 Guida alla scelta delle caratteristiche delle membrane Membrane in Esteri Misti di Cellulosa (MCE) Le membrane in esteri misti di cellulosa sono costituite da acetato di cellulosa e nitrato di cellulosa. Siccome la membrana in MCE è biologicamente inerte, risulta essere la tipologia più utilizzata nelle applicazioni analitiche, di ricerca e per le analisi microbiologiche. Essa è caratterizzata da una superficie più liscia e uniforme rispetto alle membrane in pura nitrocellulosa ed il contrasto generato sulla superficie facilita la rilevazione delle particelle, riducendo l affaticamento dell occhio. Pagina 2 di 10

3 Il classico metodo di analisi quantitativa microbiologica prevede la conta delle colonie batteriche dopo incubazione, una tecnica notevolmente semplificata dalla presenza del reticolo sulla membrana. Le linee sono chiaramente definite e distanziate di 3,1 mm tra loro mentre lo speciale inchiostro utilizzato è atossico e privo di qualsiasi inibitore della crescita microbica. Le membrane bianche grigliate vengono utilizzate ad esempio per il recupero dell E. coli durante le analisi delle acque per uso umano, reflue e per altri test microbiologici. Le membrane nere in MCE sono disponibili in formato semplice senza griglia, utile nelle applicazioni di conta automatica delle colonie, oppure in formato grigliato, più adatto in caso di procedure manuali, in quanto si evidenzia il contrasto tra particelle e membrana, evitando la necessità di effettuare colorazioni. Notevole porosità Elevata ritenzione di proteine (può essere evitata tramite un pre-trattamento o può essere sfruttata nelle applicazioni) Elevata purezza e assenza di Triton Versione sterile disponibile per applicazioni particolari Versione sterile in nastro per dispenser Biologicamente inerte con buona stabilità termica (autoclavabile) Elevato grado di area superficiale interna per un ottimo assorbimento del prodotto Metodo Colore Pori (µm) Microdialisi del DNA e proteine bianca 0,1 Filtrazione sterilizzante e test biologici bianca 0,22 Filtrazione sterilizzante, monitoraggio dell aria e delle particelle, rimozione delle particelle, test biologici Chiarificazione delle soluzioni acquose, rimozione e analisi delle particelle, analisi microbiologiche Test biologici di fluorescenza, monitoraggio particellare, analisi biologiche Monitoraggio particellare, rimozione delle particelle, microbiologia casearia, ritenzione di muffe, lieviti e alghe Controllo dell aria e delle particelle, rimozione particellare, analisi biologiche bianca 0,3 bianca 0,45 nera 0,45 bianca 0,65 bianca 0,8 Test di fluorescenza, monitoraggio dell aria e delle particelle nera 0,8 Chiarificazione delle soluzioni acquose bianca 1 Controllo qualità dei serbatoi contenenti fluidi, monitoraggio dei fluidi, analisi e raccolta delle particelle Controllo qualità dei serbatoi contenenti fluidi, monitoraggio dei fluidi, analisi e raccolta delle particelle Controllo qualità dei serbatoi contenenti fluidi, monitoraggio dei fluidi, analisi e raccolta delle particelle Tab.1 Applicazioni delle membrane MCE bianca 3 bianca 5 bianca 8 Pagina 3 di 10

4 Specifiche tecniche : Diametro dei pori (µm) Colore Punto di bolla (Bar) Flusso d acqua (ml/min/cm 2 ) Flusso d aria (L/min/cm 2 ) Porosità 8,0 bianca 0, ,0 bianca 0, ,0 bianca 0, ,0 bianca 0, ,8 nera 1, ,8 bianca 0, ,65 bianca 1, ,45 nera 2, ,45 bianca 2, ,22 bianca 3, ,1 bianca 14,1 1,6 0,5 74 Membrane in Acetato di Cellulosa (CA) Tab. 2 Specifiche tecniche delle membrane MCE Le membrane in acetato di cellulosa sono costituite da un tipo di acetato di cellulosa puro e modificato al fine di ridurre al minimo le capacità leganti. Risultano quindi molto efficaci nella filtrazione di soluzioni proteiche ed enzimatiche, garantendo una minima alterazione del filtro, nella sterilizzazione dei terreni di coltura, nella sterilizzazione a freddo, nella filtrazione di fluidi biologici e in tutte le applicazioni in cui è fondamentale il massimo recupero di proteine. La produzione di tali membrane prevede una fase di impregnazione, che elimina problemi di screpolatura, lacerazione, rottura e deformazione e le rende più maneggevoli. Queste membrane possiedono una notevole stabilità, resistono alla sterilizzazione con vapore e non subiscono alterazioni ad alte temperature (fino a 135 C). Sono dotate di pori dal diametro molto uniforme, garantendo flussi consistenti e performance sicure. Minime capacità leganti Filtrazione di soluzioni proteiche ed enzimatiche Idrofile Filtrazione di fluidi biologici Elevato flusso di produzione Sterilizzazione dei terreni di coltura Notevole resistenza e stabilità Citologia diagnostica Struttura uniforme dei pori Studi di legame recettoriale Maggiore recupero di microrganismi Gram + Pagina 4 di 10

5 Specifiche tecniche: Diametro dei Punto di bolla Flusso d acqua Flusso d aria Spessore (µm) pori (µm) (Bar) (ml/min/cm 2 ) (ml/min/cm 2 ) 0, ,5 -- 0, , , , , , , , Tab. 3 Specifiche tecniche delle membrane CA Membrane in Polietersulfone (PES) La struttura dei pori delle membrane in PES è notevolmente asimmetrica ed offre una elevata capacità di carico, aumentando le performance di filtrazione e potenziando il volume di produzione e la velocità del flusso rispetto alle membrane simmetriche. I dischetti filtranti in PES, costituiti da una membrana polimerica in polietersulfone, sono idrofili e sono realizzati per rimuovere il particolato durante la filtrazione standard. Grazie al loro basso adsorbimento di proteine e sostanze chimiche risultano ideali per la filtrazione di soluzioni biologiche, farmaceutiche e nel campionamento ambientale. La membrana in PES è decisamente resistente, in quanto costruita a partire da un polimero di polietersulfone ad alta temperatura, molto resistente a qualsiasi variazione di ph. Grazie a questa caratteristica, la membrana in PES può essere utilizzata nei processi che richiedono tecniche aggressive o automatiche Intrinseca idrofilia Filtrazione dell Acqua Ridotta ritenzione proteica Eccellente filtrazione di reagenti chimici Elevata velocità di flusso grazie alla Filtrazione di liquidi ad alte temperature struttura asimmetrica dei pori Filtrazione soluzioni biologiche, farmaceutiche Buona compatibilità chimica Ottima termo-stabilità Pagina 5 di 10

6 Specifiche tecniche: Diametro dei pori (µm) Punto di bolla (Bar) Flusso d acqua (seconds/100ml H 2 O/9,62 cm 2 at 24 inch Hg) Resistenza allo scoppio ( N psi) 0,10 2, ,22 3, ,45 2, ,65 1, ,80 1, ,20 0,6 / 8 5,00 0,4 / 8 Tab. 4 Specifiche tecniche delle membrane PES Membrane in Nylon (NY) Il dischetto filtrante in Nylon viene prodotto a partire da una membrana naturalmente idrofila che attribuisce al prodotto una notevole versatilità d uso ed una performance costante. La caratteristica di bagnabilità uniforme conferisce al prodotto una resistenza maggiore durante il suo utilizzo nella filtrazione generale o in ambito medicale, eliminando la necessità di agenti bagnanti che potrebbero interferire con i processi biologici ed essere estratti durante la filtrazione di soluzioni acquose. Le membrane in NY sono flessibili, durevoli, resistenti alla trazione e possono essere autoclavate a 135 C. Queste membrane di alta qualità sono adatte per la filtrazione di soluzioni acquose e della maggior parte di solventi organici, vengono ampiamente utilizzate per le preparazioni biologiche e nelle applicazioni in cui l utilizzo di altri tipi di membrane risulta difficile. Idrofile Rimozione batterica e particellare Ridotto rilascio di sostanze estraibili Filtrazione di campioni e solventi HPLC Elevata area superficiale Produzione di kit diagnostici Elevata capacità di legame proteico Biosensori Qualità costante in ogni lotto Esami della glicemia e colesterolo Capacità di legare DNA ed RNA Filtrazione di farmaci Pagina 6 di 10

7 Compatibili con solventi e soluzioni alcoliche e acquose; adatti per HPLC Elevata robustezza e resistenza al calore Specifiche tecniche: Indagine genetica, test sulle proteine, lateral flow assay Diametro dei pori Flusso d acqua Flusso d Aria Punto di bolla (Bar) (µm) (ml/min/cm 2 ) (L/min/cm 2 ) 0,01 4,8 4,0 0,6 0,22 3,4 9,9 1,7 0,45 2,0 26,9 3,2 0,80 0,89 80,5 14 1,00 0,82 130,5 16 3,00 0, ,00 0, Membrane in Polipropilene (PP) Tab. 5 Specifiche tecniche delle membrane NY Le membrane in polipropilene presentano un elevato livello di porosità ed una vasta compatibilità chimica, proprietà che favoriscono l uso di tali membrane sia con soluzioni acquose che con solventi organici. Il filtro in polipropilene presenta una ridotta capacità di rilasciare sostanze estraibili, adatto per fornire risultati accurati nelle applicazioni della cromatografia ionica. In genere, nella preparazione di campioni per HPLC, si preferisce l utilizzo di membrane filtranti in PP. La loro capacità di legare le proteine è infatti trascurabile, perciò risultano essere le membrane d elezione per il massimo recupero di piccoli volumi di campioni proteici. Grazie alla loro natura idrofoba, tali membrane sono inoltre ideali nei processi industriali. Poiché il polipropilene è un materiale idrocarburico puro, non ci sono problemi relativi alla presenza di alogeni a differenza di quanto accade per le membrane in PVDF e PTFE. Idrofobe Filtrazione di solventi acquosi e organici Notevole porosità Filtrazione di soluzioni con bassi livelli proteici. Ampia compatibilità chimica Cromatografia ionica Livelli di estraibili bassi Filtrazione gassosa Resistenza alle alte temperature Preparazione di campioni per HPLC Pagina 7 di 10

8 Specifiche tecniche: Diametro dei pori (µm) Punto di bolla (Bar) Min.TMF (ml/min/cm 2 Bar) 0,15 2,1 2,5 0,22 0,8 8,5 0,45 0,11 Membrane in Polivinildenfluoruro (PVDF) Tab. 6 Specifiche tecniche delle membrane PP Le membrane in PVDF sono membrane particolarmente microporose e sono molto efficienti nella rimozione del particolato. Presentano un energia superficiale critica molto bassa e sono idrofobe, di conseguenza non umettabili. Tali membrane consentono il passaggio di aria umida o altri gas, persino quando il differenziale di pressione è molto lieve. Funzionali alle alte temperature e resistenti al deterioramento temporale Processi industriali chimici (tubi e raccordi, pompe, valvole) Eccellenti proprietà meccaniche Industria dell olio e gas Ampia compatibilità chimica Trasporto di fluidi ad elevata purezza Facile trattamento per estrusione, iniezione, compressione, soffiaggio Fisiologicamente innocue e adatte al contatto con alimenti Bassi livelli di estraibili Specifiche tecniche: Fili e cavi di comunicazione Impianti idraulici Batterie al Litio Purificazione di fluidi Diametro dei pori (µm) Punto di bolla (Bar) Flusso d acqua (ml/min/cm 2 ) 0,22 0,8 1, ,45 0,5 0, Tab. 7 Specifiche tecniche delle membrane PVDF Pagina 8 di 10

9 Membrane in Teflon (PTFE) Le membrane in PTFE sono costituite da una struttura microporosa intricata, laminate con una grande varietà di tessuto e carta. Si tratta di materiale chimicamente e biologicamente inerte, stabile alle alte temperature e resistente alle maggiori concentrazioni di acidi e basi. Vengono impiegate ampiamente nelle industrie e in particolare nei campi della biochimica, microelettronica, produzione farmaceutiche, aziende alimentari e bevande, produzione dell acqua pura, industrie casearie, filtrazione dell aria etc. Sono disponibili sia in formato idrofilo che idrofobo. Membrana in PTFE con uno strato di supporto in poliestere o polipropilene Efficace filtrazione di microrganismi e altro particolato Elevata compatibilità chimica Elevata resistenza alle temperature Filtrazione di acidi forti e soluzioni aggressive Monitoraggio dell aria e filtrazione gassosa Separazione di fase Campionamento di aerosol Specifiche tecniche: Substrato Spessore (µm) Diametro dei pori Punto di bolla Temperatura (µm) (MPa) Massima ( C) PP 160±40 0,45 0,08 0, PP 160±40 PET 160±40 PET 160±40 0,22 0,14 0, ,45 0,08 0, ,22 0,14-0, Tab. 8 Specifiche tecniche delle membrane PTFE Pagina 9 di 10

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