ES2678096T3 - Un módulo de fibras huecas con membrana compuesta de película delgada modificada con acuaporina - Google Patents

Abstract

Una membrana de fibras huecas (HF) que tiene fibras modificadas con una capa compuesta de película delgada (TFC) que comprende canales de agua de acuaporina, en donde la capa TFC es una capa de poliamida proporcionada sobre una superficie de las fibras, los canales de agua de acuaporina se incorporan en vesículas antes de la incorporación en la capa TFC, y en donde dichas vesículas en las que se incorporan canales de agua de acuaporina son polimersomas

Description

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DESCRIPCION

Un modulo de fibras huecas con membrana compuesta de pelmula delgada modificada con acuaporina Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un modulo de fibras huecas (HF) con membrana compuesta de pelmula delgada (TFC) de fibras modificadas, tal como con una capa TFC de poliamida en la parte externa o interna de las fibras, o sobre ambos lados, y que comprende canales de agua de acuaporina en dicha capa TFC. La presente invencion se refiere, ademas, a una membrana de fibras huecas que tiene una capa de separacion modificada compuesta de pelmula delgada (TFC) que comprende canales de agua de acuaporina, tal como con una capa TFC de poliamida en la parte externa o interna de las fibras y a un metodo para preparar dicha modificacion de TFC directamente sobre las fibras a medida que se montan en el modulo y donde dicha capa TFC comprende canales de agua de acuaporina inmovilizados o embebidos en dicha capa.

Antecedentes de la invencion

Recientemente, se ha demostrado como pueden prepararse membranas de fibras huecas compuestas de pelmula delgada para la osmosis directa (Sukitpaneenit y Chung 2012) mediante polimerizacion interfacial que crea una capa delgada de poliamida sobre la superficie interna de las membranas de soporte de fibra hueca PES donde una solucion acuosa de meta-fenileno diamina (MPD) al 2 % en peso que contiene 0.5 % en peso de trietilamina y 0.1 % en peso de dodecil sulfato de sodio se introduce mediante bombeo desde una entrada inferior hacia un modulo de HF ubicado verticalmente seguido por un secado al aire y despues la introduccion de 0.15 % en peso de cloruro de trimesoilo (TMC) en solucion de hexano para formar la pelmula delgada de poliamida y finalmente purgar con aire y curar a 65 °C, enjuagar con agua desionizada y almacenar en agua desionizada. Ademas, Peinemann y otros describen un metodo para preparar una capa TFC similar sobre la superficie interna de una fibra hueca, cf. solicitud de patente de Estados Unidos publicada num. 2007/0199892. Zhao, Yang y otros (2012) describen la smtesis de membranas biomimeticas basadas en acuaporina mediante polimerizacion interfacial y la incorporacion de acuaporina en proteoliposomas. Ademas, Zhong y otros (2013) describen el desarrollo de membranas de fibras huecas TFC de osmosis directa mediante el uso de polifenilensulfona sulfonada directa como sustrato de la membrana. Sin embargo, para una gran variedad de aplicaciones de separacion donde se emplean modulos de fibra hueca es importante ser capaz de separar o filtrar solutos organicos de peso molecular relativamente bajo durante el proceso de filtracion. Por ejemplo, en hemodialisis donde los modulos de HF se usan ampliamente, una toxina uremica y un producto de degradacion organico, tal como indoxil sulfato (sal de potasio de indoxil sulfato, numero CAS 2642-37-7, peso molecular 251.30) posee un problema particularmente diffcil. El indoxil sulfato se acumula en el suero de pacientes con enfermedades cronicas del rinon. Una parte del triptofano derivado de las protemas del adieta se metaboliza a indol mediante la triptofanasa en las bacterias intestinales. El indol es absorbido hacia la sangre desde el intestino, y se metaboliza a indoxil sulfato en el hugado. El indoxil sulfato se excreta normalmente por la orina. En pacientes con hemodialisis, sin embargo, una eliminacion renal inadecuada del indoxil sulfato conduce a sus niveles elevados en suero, cf. Niwa T. (2010). Niwa y otros (1997) han planteado la hipotesis que la acumulacion de indoxil sulfato acelera la esclerosis glomerular y la progresion de una enfermedad renal. La administracion de un adsorbente oral disminuye los niveles de indoxil sulfato en pacientes uremicos no dializados, cf Niwa y otros (1997). Los metodos actuales de dialisis, es decir hemodialisis y dialisis peritoneal, este ultimo caracterizado por ultrafiltracion continua y eliminacion de solutos, no eliminan de manera suficiente algunos productos de degradacion de bajo peso molecular del suero, tal como indoxil sulfato y p-cresol (4-metilfenol, CAS num. 106-44-5, peso molecular 108.13). Ademas, pequenas moleculas solubles en agua, como urea, acido urico y creatinina, y peptidos/protemas, como p2-microglobulina deben eliminarse preferentemente durante la dialisis. Se ha encontrado una asociacion directa entre p-cresol, que refleja principalmente el p-cresil sulfato, y la mortalidad en general y la enfermedad cardiovascular en la enfermedad renal en etapa terminal y en la enfermedad cronica del rinon. De manera similar, se han reportado asociaciones directas entre el indoxil sulfato y la mortalidad en general y la enfermedad cardiovascular. En la terapia de hemofiltracion continua debe reducirse al mmimo la perdida de protemas fisiologicas (vitales), y debe optimizarse la eliminacion de peptidos y toxinas uremicas de peso molecular bajo (< 500 Da) y medio (de aproximadamente 500 a aproximadamente 40 kDa), cf. Wenhao Xie (2011).

Aoike (2011) menciona las caractensticas o los parametros de calidad mas importantes para el uso de membranas de alto rendimiento en las terapias de hemopurificacion, es decir, alta permeabilidad al agua, capacidad para eliminar una amplia variedad de toxinas uremicas y otras caractensticas distintivas. Sin embargo, Aoike senala ademas que el gran tamano de los poros de las membranas de alto rendimiento (HPM) existentes probablemente permitira que la sangre se contamine por el lfquido de dialisis, porque las HPM, tal como las membranas de poliacrilonitrilo (PAN), que tienen un gran tamano de los poros permiten una difusion rapida adversa de fragmentos de las endotoxinas dializadas de regreso al compartimento de la sangre.

En consecuencia, en la tecnica persiste el problema de proporcionar modulos de fibras huecas que sean capaces de separar los compuestos de bajo peso molecular, lo que permite su eliminacion de los lfquidos en procesos como la hemodialisis y en los cuales el modulo de fibras huecas combina una alta permeabilidad al agua con tamanos de poros mas pequenos.

Breve descripcion de la invencion

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La presente invencion proporciona una membrana de fibras huecas de acuerdo con la reivindicacion 1, un metodo para fabricar un modulo de membranas de fibras huecas de acuerdo con la reivindicacion 8 y el uso de un modulo de este tipo de acuerdo con la reivindicacion 12.

En la presente se describe un modulo de fibras huecas que es capaz de separar compuestos de bajo peso molecular, por ejemplo, que permite que el modulo de HF concentre compuestos organicos, que incluyen urea, indoxil sulfato, p-cresol y/o p-cresil sulfato y preferentemente compuestos que tienen un peso molecular de menos de aproximadamente 500 Da y por lo tanto permite una eliminacion mejorada de dichos compuestos, por ejemplo, de un lfquido. Alternativa o adicionalmente, la presente invencion se dirige a proporcionar un modulo de fibras huecas que tiene alta permeabilidad al agua, pero con tamanos de poros mas pequenos, tal como con un diametro de poro de menos de aproximadamente 5 a 10 nm, cf. Clark y Gao (2002). La reivindicacion 1 se refiere a una membrana de fibras huecas (HF) que tiene fibras modificadas con una capa compuesta de pelmula delgada (TFC) que comprende canales de agua de acuaporina, en donde la capa TFC es una capa de poliamida proporcionada sobre una superficie de las fibras, los canales de agua de acuaporina se incorporan en vesmulas antes de la incorporacion en la capa TFC, y en donde dichas vesmulas en las que se incorporan los canales de agua de acuaporina son polimersomas. Algunas modalidades se relacionan con un modulo de fibras huecas que comprende membranas de fibras huecas como se describio anteriormente, sellado en un alojamiento. La reivindicacion 8 proporciona un metodo para preparar un modulo de fibras huecas que comprende membranas de HF modificadas con una capa compuesta de pelmula delgada (TFC) que comprende canales de agua de acuaporina, dicho metodo comprende las etapas de:

a) obtener una suspension de vesmulas de acuaporina, en donde dichas vesmulas son proteopolimersomas que tienen una relacion de polfmero con respecto a protema (POPR) de 25 a 500 de la protema calculada sobre una base molar,

b) preparar una solucion acuosa de una di- o triamina,

c) disolver un haluro de di- o triacilo en un disolvente organico apolar,

d) preparar una mezcla de amina y vesmulas de acuaporina mediante la disolucion/mezcla de la preparacion de vesmulas de la etapa a) con la solucion de la etapa b),

e) bombear la mezcla de la etapa d) a traves del lumen de las fibras huecas en un modulo de fibras huecas mediante el uso de su entrada de extremo,

f) retirar el exceso de la solucion acuosa mediante una purga con gas del lado del lumen de las fibras mediante el uso de una entrada del modulo,

g) inyectar la solucion de haluro de acilo de la etapa c) en el modulo a traves del lumen de las fibras huecas para permitir que ocurra una reaccion de polimerizacion interfacial, y

h) enjuagar el modulo con un disolvente acuoso mediante inyeccion a traves de una entrada del modulo.

Algunas modalidades se relacionan con un metodo que comprende las etapas de

a) obtener una suspension de vesmulas de acuaporina, en donde dichas vesmulas son proteopolimersomas que tienen una relacion de polfmero con respecto a protema (POPR) de 25 a 500 de la protema calculada sobre una base molar,

b) preparar una solucion acuosa de 1,3-diaminobenceno de concentracion de 1 % a 5 % (p/p),

c) disolver cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo en un disolvente organico seleccionado del grupo que consiste en hexano, heptano, octano o una mezcla de disolventes para obtener una concentracion de 0,5 % a 1 % (p/v),

d) preparar una mezcla de 1,3-diaminobenceno/vesmulas de acuaporina mediante la disolucion/mezcla de la preparacion de vesmulas de la etapa a) con la solucion de la etapa b),

e) bombear la mezcla de la etapa d) a traves del lumen de las fibras huecas en un modulo de fibras huecas mediante el uso de su entrada de extremo,

f) retirar el exceso de la solucion acuosa mediante una purga con gas del lado del lumen de las fibras mediante el uso de una entrada del modulo,

g) inyectar la solucion de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo de la etapa c) en el modulo a traves del lumen de las fibras huecas para permitir que ocurra una reaccion de polimerizacion interfacial, y

h) enjuagar el modulo con un disolvente acuoso mediante inyeccion a traves de una entrada del modulo.

En otro aspecto, se describe un metodo de recubrimiento externo de una membrana de fibras huecas con una capa compuesta de pelmula delgada (TFC) que comprende canales de agua de acuaporina, dicho metodo comprende las etapas de:

a) obtener una suspension de vesmulas de acuaporina (proteoliposomas o proteopolimersomas),

b) preparar una solucion acuosa de una di- o triamina,

c) disolver un haluro de di- o triacilo en un disolvente organico apolar,

d) preparar una mezcla de amina y vesmulas de acuaporina mediante la disolucion/mezcla de la preparacion de vesmulas de la etapa a) con la solucion de la etapa b),

e) pasar la membrana de fibras huecas a traves de la mezcla de la etapa d),

f) retirar el exceso de la solucion acuosa,

g) pasar la membrana de fibras huecas a traves de la solucion de haluro de acilo de la etapa c) para permitir que ocurra una reaccion de polimerizacion interfacial, y

h) enjuagar la membrana de fibras huecas con un disolvente acuoso, por ejemplo, al hacer pasar la fibra hueca a traves de un bano de agua.

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En la presente se describe el uso de un modulo de fibras huecas (HF) como se describe en la presente para la extraccion de agua pura mediante osmosis directa.

En otro aspecto, la membrana de fibras huecas de la presente invencion puede usarse en un metodo para extraer agua a partir de un lfquido acuoso que comprende las siguientes etapas:

a) colocar un modulo de fibras huecas (HF) como se describe en la presente en conexion controlada con un primer lfquido acuoso (solucion de alimentacion) que tiene una presion osmotica que es menor o igual que la de la matriz de membrana lfquida, y que ademas esta en conexion controlada con un segundo lfquido acuoso (solucion de extraccion) que tiene una presion osmotica que es mayor que la de la matriz para crear un potencial de presion osmotica entre dicho primer y dicho segundo lfquido,

b) permitir que la matriz absorba agua pura de dicho primer lfquido y medie un flujo de agua pura hacia dicho segundo lfquido mientras exista un gradiente de presion osmotica,

c) opcionalmente separar el agua pura extrafda de dicho segundo lfquido.

Ahora se describiran modalidades de la presente invencion a modo de ejemplo y no de limitacion, con referencia a las figuras adjuntas.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1A muestra una fotograffa y un dibujo de un modulo de HF que tiene 9 fibras huecas, dos entradas/salidas de extremos (1, 2) y dos entradas/salidas laterales (3, 4) asf como cuatro tapas de extremos (5) para sellar dichas entradas/salidas. Longitud total del modulo: 100 mm; diametro en las fibras: 10 mm; diametro en el sello: 130 mm.

La figura 1B muestra como una fotograffa y un dibujo de un modulo de HF que tiene 984 fibras, dos entradas/salidas de extremos (1, 2) y dos entradas/salidas laterales (3, 4). Longitud total: 25 cm, diametro de las fibras de 700 pm.

La figura 2 muestra como una fotograffa y un dibujo de una seccion transversal de parte de una fibra hueca, UltraPES™, que tiene un espesor de pared de aproximadamente 220 pm ± 15 pm, un diametro interno de aproximadamente 760 pm ± 30 pm, un valor de corte de peso molecular (MWCO, dextrano, 90 %, 0 bar) de 65 kD ± 20 kD, y un flujo de agua transmembrana de > 0,65 ml/[min x cm2 x bar] a 25 °C. Imagen obtenida de Membrana GmbH.

La figura 3 muestra un esbozo del principio de la microestructura de la capa compuesta de pelfcula delgada formada sobre una fibra hueca de la invencion, cf. Ejemplo 1 mas adelante.

La figura 4 muestra un esbozo del principio de un proceso para el recubrimiento externo continuo y automatizado de fibras huecas.

Descripcion detallada

Mas espedficamente, algunas modalidades se relacionan con un modulo de HF que tiene fibras de polietersulfona (PES) o fibras de otro material de soporte poroso adecuado, tal como polisulfona, polifenilen sulfona, polieter imida, polivinilpirrolidona y poliacrilonitrilo, que incluyen combinaciones y mezclas de estos, que se han modificado mediante la formacion de una capa compuesta de pelfcula delgada, por ejemplo, mediante polimerizacion interfacial. Ademas, pueden usarse diversos materiales de dopaje cuando se producen los materiales de soporte de fibra hueca, cf. por ejemplo Qian Yang y otros (2009). Dichos modulos de HF se usan comunmente en aplicaciones de alimentos y bebidas como el filtrado de cerveza y vino, pero ademas en algunas aplicaciones para agua y aguas residuales que incluyen la reutilizacion de aguas residuales y el reciclaje de aguas mezcladas. Por ejemplo, la comparua alemana Membrana proporciona un modulo de fibras huecas que contiene varios miles de fibras con un area superficial total de 75 metros cuadrados por modulo. En aplicaciones medicas de dialisis comunmente se usan modulos mas pequenos con tfpicamente 1 -2 metros cuadrados y alrededor de 8,000 a 20,000 fibras (Fresenius Medical Care, Gambro). En principio, todos estos productos comerciales pueden recubrirse a traves de una polimerizacion interfacial mediante el uso del metodo de la invencion que resulta en una capa compuesta de pelfcula delgada en donde se incorporan canales de agua de acuaporina, preferentemente durante su formacion, tal como mediante la adicion de una suspension o solucion de protemas adecuadas, preferentemente en forma de vesfculas, a la solucion de amina reactiva acuosa, por ejemplo una solucion de meta-fenileno diamina, y el bombeo o inyeccion de la solucion combinada a traves de las fibras de soporte, la retirada del exceso de la solucion y posteriormente el bombeo o inyeccion de un cloruro de acilo reactivo en disolvente organico, por ejemplo cloruro de trimesoilo en hexano, y finalmente el enjuague con agua desionizada, por ejemplo agua MilliQ™. El material de alojamiento de los modulos de HF de la invencion puede ser cualquier material adecuado usado comunmente para modulos de HF, como polipropileno, polietileno, PVDF y acero inoxidable. Las fibras pueden sellarse en el alojamiento del modulo de HF mediante el uso de materiales adhesivos epoxicos conocidos comunmente y similares. Otros ejemplos de modulos de HF que pueden modificarse con TFC de acuerdo con la invencion se encuentran en los sitios web de productores de membranas, tales como:

http://www.membranafiltration.com/filtration-modules/documentation.cfm
http://www.kochmembrane.com/PDFs/KMS Puron Hollow Fiber PSH300 PSH600 P SH1800_Modul.aspx

http://www.kochmembrane.com/Membrane-Products/Hollow-Fiber/Ultrafiltration/PURON-Series.aspx

http://www.daicen.co.jp/english/membrane/kogata.html

http://www.spectrumlabs.com/filtration/hfmods.html

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http://www.microdyn-nadir.com/en/Products/

En una modalidad de la presente invencion, el modulo de HF funciona con flujo contracorriente de las soluciones de extraccion y alimentacion. En otra modalidad de la presente invencion el modulo de HF funciona con flujo en paralelo de las soluciones de extraccion y alimentacion. En otra modalidad de la invencion el modulo de HF funciona con la solucion de extraccion contra la capa TFC. Aun en otra modalidad de la invencion el modulo de HF funciona con la solucion de alimentacion contra la capa TFC. Ademas, las fibras huecas modificadas de la invencion pueden montarse en un sistema o modulo para usar como un biorreactor de membrana (MBR), donde el modulo MBR que contiene las fibras huecas se sumerge en un lfquido acuoso y donde el agua purificada se elimina de dicho lfquido a traves de las fibras mediante el uso de una solucion de extraccion o mediante la aplicacion de una presion de succion moderada.

Un aspecto adicional de la descripcion se refiere a un metodo para fabricar una membrana de fibras huecas modificada con una capa compuesta de pelfcula delgada (TFC) que comprende canales de agua de acuaporina, donde la capa TFC que comprende canales de agua de acuaporina se prepara directamente sobre la superficie de las fibras de membrana montadas y selladas en un modulo de HF, dicho metodo comprende las etapas de:

a) obtener una suspension de vesfculas de acuaporina (proteopolimersomas) con una POPR de aproximadamente 25 a aproximadamente 500 (relacion basada en el contenido en moles) (preferentemente POPR de 100 para un copolfmero dibloque, POPR de 50 para un copolfmero tribloque) de protema,

b) preparar una solucion acuosa de una diamina, tal como 1,3-diaminobenceno, para obtener una solucion de aproximadamente 1 % a aproximadamente 5 %, tal como una concentracion de aproximadamente 2,5 a 4,2 % (p/p),

c) disolver un cloruro de acilo, tal como cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo en un disolvente hidrocarburo, tal como hexano, heptano, octano, nonano con una cadena de hidrocarburo recta o ramificada o mezclas de estos, tal como un disolvente hidrocarburo de isoalcano para obtener una concentracion de aproximadamente 0.05 % a aproximadamente 1 %, tal como aproximadamente 0,15 % (p/v),

d) preparar una mezcla de diamina /vesfculas de acuaporina, tal como una mezcla de 1,3-diaminobenceno/vesfculas de acuaporina mediante la disolucion/mezcla de la preparacion de vesfculas de la etapa a) con la solucion de la etapa b),

e) bombear la mezcla de la etapa d) a traves del lumen de las fibras huecas en un modulo de fibras huecas mediante el uso de su entrada de extremo,

f) retirar el exceso de diamina mediante una purga con gas del lado del lumen de las fibras con el uso de una entrada del modulo,

g) inyectar la solucion de cloruro de acilo de la etapa c) en el modulo a traves de una entrada para permitir que ocurra una reaccion de polimerizacion interfacial, y

h) enjuagar el modulo con un disolvente acuoso mediante inyeccion a traves de una entrada del modulo.

Opcionalmente, despues de llenar con agua el modulo se sella con tapas hermeticas para prevenir que se seque.

Un aspecto adicional descrito en la presente se refiere a un metodo para recubrir la parte externa de una membrana de fibras huecas con una capa compuesta de pelfcula delgada (TFC) que comprende canales de agua de acuaporina, dicho metodo comprende las etapas de:

a) obtener una suspension de vesfculas de acuaporina (proteoliposomas o proteopolimersomas),

b) preparar una solucion acuosa de una di- o triamina,

c) disolver un haluro de di- o triacilo en un disolvente organico apolar,

d) preparar una mezcla de amina y vesfculas de acuaporina mediante la disolucion/mezcla de la preparacion de vesfculas de la etapa a) con la solucion de la etapa b),

e) pasar la membrana de fibras huecas a traves de la mezcla de la etapa d),

f) retirar el exceso de la solucion acuosa,

g) pasar la membrana de fibras huecas a traves de la solucion de haluro de acilo de la etapa c) para permitir que ocurra una reaccion de polimerizacion interfacial, y

h) enjuagar la membrana de fibras huecas con un disolvente acuoso, por ejemplo, al hacer pasar la fibra hueca a traves de un bano de agua.

En los metodos descritos anteriormente para recubrir la membrana de fibras huecas y preparar el modulo de fibras huecas, las etapas a)-c) pueden realizarse en cualquier orden conveniente. Ademas, la etapa c) puede realizarse antes o despues de la etapa d).

En modalidades ilustrativas, dichos polimersomas pueden comprender copolfmeros tribloque del tipo hidrofilo-hidrofobo- hidrofilo (A-B-A o A-B-C) o copolfmeros dibloque del tipo hidrofilo-hidrofobo (A-B).

En otra modalidad dichos polimersomas pueden comprender una combinacion de copolfmeros tribloque del tipo hidrofilo- hidrofobo-hidrofilo y copolfmeros dibloque del tipo hidrofilo-hidrofobo. En las combinaciones los copolfmeros dibloque pueden comprender de aproximadamente 10 % en mol a aproximadamente 60 % en mol, tal como de aproximadamente 25 % en mol a aproximadamente 50 % en mol.

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Dichos canales de agua de acuaporina son preferentemente canales AqpZ, pero, en principio, todas las acuaporinas selectivas al agua, por ejemplo, como acuaporina Z(AqpZ), Aqp1, GlpF o SoPIP2;1, son utiles en la invencion.

Dicha capa TFC se forma preferentemente mediante polimerizacion interfacial de una solucion acuosa de una amina con una solucion de un cloruro de acido en un disolvente organico, y en donde las vesfculas con canales de agua de acuaporina se incorporan en dicha solucion acuosa.

Dichos canales de agua de acuaporina se incorporan preferentemente en las vesfculas antes de la incorporacion en la capa TFC de la membrana de fibras huecas de la invencion, y dichas vesfculas pueden estar en la forma de polimersomas, donde dichos polimersomas comprenden copolfmeros tribloque del tipo hidrofilo-hidrofobo-hidrofilo (A-B-A o A-B-C) o copolfmeros dibloque del tipo hidrofilo-hidrofobo (A-B). En otra modalidad dichos polimersomas pueden comprender una combinacion de copolfmeros tribloque del tipo hidrofilo-hidrofobo-hidrofilo y copolfmeros dibloque del tipo hidrofilo- hidrofobo.

La membrana de HF de la invencion tiene preferentemente una capa TFC formada mediante polimerizacion interfacial de una solucion acuosa de una amina con una solucion de un cloruro de acido en un disolvente organico, y en donde las vesfculas con canales de agua de acuaporina se incorporan en dicha solucion acuosa.

En una modalidad del metodo para preparar el modulo de HF de la invencion las fibras se purgan con gas para evacuar el exceso de agua en la etapa f) y el modulo se mantiene al reves en la etapa f).

En otro aspecto de la presente descripcion, se proporciona un modulo de fibras huecas con alta permeabilidad al agua y pequenos tamanos de poros, tal como con un diametro de poro de menos de aproximadamente 5 a 10 nm, tal como igual o menor que aproximadamente 1 nm. La formacion de una capa de separacion en la forma de una capa de pelfcula delgada como se conoce en la tecnica sobre la superficie de una fibra de la membrana de soporte da como resultado cambios en el mecanismo de transporte del agua. En lugar de que el transporte de agua tenga lugar mediante difusion normal a traves de los poros de la membrana de soporte, otro tipo de transporte de agua tiene lugar a traves de la capa de pelfcula delgada como se conoce para este tipo de membranas de osmosis inversa, donde la permeabilidad de la membrana es limitada. La naturaleza no porosa de la capa de pelfcula delgada de separacion da como resultado que el transporte de agua necesite una "difusion por saltos" como se describe en Kotelyanskii y otros 1998. Por lo tanto, la modificacion de pelfcula delgada de las membranas para agua ha encontrado uso principalmente en osmosis inversa, donde se necesita una presion hidrostatica para forzar el agua a traves de la membrana, y la ventaja obtenida yace en la separacion mejorada de solutos no deseados en el agua que se va a filtrar. Estas membranas convencionales para osmosis inversa tienen eficazmente capas no porosas de 100-200 nm de grosor soportadas por un material poroso. La permeabilidad del agua en estas membranas se produce como un proceso de difusion a traves de la capa no porosa establecida por medio de la aparicion y desaparicion de espacios intersticiales. El modulo de HF de la presente invencion puede mejorarse adicionalmente respecto de las membranas de osmosis inversa de la materia anterior al tener canales de agua de acuaporina incorporados en la capa de pelfcula delgada lo que las convierte en una capa compuesta de pelfcula delgada (TFC). La incorporacion de acuaporinas tiene el beneficio anadido de proporcionar un transporte selectivo de agua a traves de sus poros que tienen un diametro de solo 2,4 A en su paso mas estrecho (poro AqpZ, cf. Wang y otros 2005) donde tiene lugar un eficiente transporte de agua de una sola fila. El modulo de HF de la invencion combina las ventajas de tener una capa de pelfcula delgada de separacion junto con canales de agua de acuaporina lo que proporciona asf una separacion mejorada, asf como flujo de agua a traves de poros con tamano en la escala de Angstrom lo que hace que el modulo de HF sea adecuado para osmosis inversa, osmosis directa, osmosis directa asistida, nanofiltracion, etcetera.

Definiciones

El termino "membrana de fibras huecas" y "membrana de HF" como se usa en la presente se refiere a cualquier tipo de membrana capilar que puede usarse para propositos de filtracion de lfquidos.

El termino "polietersulfona" como se usa en la presente se refiere a un material de membrana usado en la fabricacion de modulos de fibras huecas. Un ejemplo es el material de membrana UltraPES™ comercializado por Membrana GmbH. En la figura 2 se muestra una foto al microscopio de la seccion transversal de una fibra UltraPes™, cf. Membrana GMBH.

"Acuaporina" como se usa en la presente se refiere a protemas canales selectivas al agua, que incluyen AqpZ y SoPIP2;1 preparadas de acuerdo con los metodos descritos por Maria Karlsson y otros (FEBS Letters 537 (2003) 68-72) o como se describe en Jensen y otros US 2012/0080377 A1. "Asolectina" como se usa en la presente se refiere a una fraccion de lecitina de soja [IV-S], que es un producto fosfolipfdico altamente purificado que contiene lecitina, cefalina, inositol fosfatidos y aceite de soja (sinonimo: azolectina).

"Copolfmero de bloque" como se usa en la presente se refiere a copolfmeros di- y tribloque formadores de membranas o formadores de vesfculas que tienen tanto bloques hidrofflicos (A o C) como hidrofobicos (B); los copolfmeros dibloque son del tipo A-B o C-B los cuales son capaces de formar bicapas y los copolfmeros tribloque que son del tipo A-B-A o A-B-C forman monocapas mediante autoensamblaje, donde todos los de las membranas tienen la capa hidrofobica en el medio.

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Ejemplos de copoUmeros dibloque utiles y ejemplos de copoKmeros tribloque utiles son los siguientes:

Especies

Suministrador Formula n(hidrofobico) n (hidrofilico)

P7258

Polymer Source EO48DMS70 70 48

P5809

Polymer Source EO15BO16 15 16

P8365

Polymer Source EO25DMS8 8 25

P7259

Polymer Source EO48DMS14 14 48

P7261

Polymer Source EO114DMS14 14 114

P3691B

Polymer Source MOXA6DMS35MOXA6 35 12

P8061

Polymer Source MOXA15DMS67MOXA15 67 30

P9548

Polymer Source MOXA15DMS119MOXA15 119 30

donde el bloque de EO-bloque de DMS, tal como EO25DMS8, representa poli(bloque de dimetilsiloxano-bloque de oxido de etileno),

El bloque de EO-bloque de BO, tal como EO15BO16, representa poli(bloque de oxido de butileno-bloque de oxido de etileno), y bloque de MoXA-bloque de DMS-bloque de MOXA, tal como MOXA6DMS35MOXA6, representa poli(bloque de 2-metiloxazolina-bloque de dimetilsiloxano-2-metiloxazolina). Los copoKmeros dibloque y tribloque pueden usarse como componentes unicos o como mezclas en la creacion de membranas biomimeticas, tales como vesmulas o membranas planas, para la incorporacion de las acuaporinas que tienen propiedades anfifilicas debido a sus propiedades de transmembrana nativas y sus funciones.

"Membrana lfquida" como se usa en la presente se refiere a sistemas de membranas como se describe en los documentos WO2010/146365 (Acuaporina A/S) y WO 2012/080946(Acuaporina A/S). Dicha membrana lfquida es un componente integral de las membranas de HF TFC en donde se inmoviliza o encapsula.

El termino "osmosis directa asistida" (u "osmosis directa asistida por presion") como se usa en la presente se refiere al concepto de aplicar una presion mecanica al lado de alimentacion de la membrana para aumentar el flujo de agua a traves del sinergismo de las fuerzas conductoras osmotica e hidraulica.

Un "compuesto de pelmula delgada" o (TFC) Membranas de fibras huecas como se usan en la presente, se preparan mediante el uso de un reactante de amina, preferentemente una amina aromatica, tal como una diamina o triamina, por ejemplo 1,3-diaminobenceno (m-fenilendiamina > 99 %, por ejemplo como se adquiere de Sigma-Aldrich) en una solucion acuosa, y un reactante de haluro de acilo, tal como un cloruro de di- o triacido, preferentemente un haluro de acilo aromatico, por ejemplo cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo (CAS num. 84270-84-8, cloruro detrimesoilo (TMC), 98 %, por ejemplo como se adquiere de Sigma-Aldrich) disuelto en un disolvente organico donde dichos reactantes se combinan en una reaccion de polimerizacion interfacial, cf. US 4,277,344 que describe en detalle la formacion de una membrana compuesta que comprende una poliamida laminada a un soporte de membrana poroso, en la superficie de la membrana de soporte, por ejemplo una membrana de polietersulfona. El cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo se disuelve en un disolvente, tal como un hidrocarburo C6 - C12 que incluye hexano (> 99,9 %, Fisher Chemicals), heptano, octano, nonano, decano, etcetera. (hidrocarburos de cadena recta o ramificada) u otro disolvente hidrocarburo aromatico bajo, por ejemplo, el Fluido G Isopar™ que se produce a partir de materias primas basadas en petroleo tratadas con hidrogeno en presencia de un catalizador para producir un fluido de bajo olor cuyos componentes principales incluyen isoalcanos. Fluido G Isopar™: Nombre qmmico: Hidrocarburos, C10-C12, isoalcanos, < 2 % aromaticos; CAS num.: 64742-48-9, nombre qmmico: Nafta (petroleo), pesado hidrotratado (de ExxonMobil Chemical). Las alternativas al reactante 1,3- diaminobenceno incluyen las diaminas como hexametilendiamina, etcetera, y las alternativas al reactante cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo incluyen un cloruro de diacilo, cloruro de adipoilo, etcetera, como se conoce en latecnica.

"Gas" como se usa en la presente, significa cualquier fluido gaseoso, tales como los gases inertes, dinitrogeno, aire atmosferico, etcetera, que pueden usarse para retirar el disolvente.

Los proteoliposomas, como se usa en la presente, tipicamente tienen una relacion de lfpido con respecto a protema (LPR calculada sobre una base de moles) entre 25 y 500, tal como aproximadamente 100 a aproximadamente 2O0.

Los proteopolimersomas, como se usa en la presente, tipicamente tienen una relacion de polfmero con respecto a protema (POPR calculada sobre una base de moles) entre 25 y 500, tal como aproximadamente 50 a aproximadamente 100 cuando se usa un copolfmero tribloque y una relacion de polfmero con respecto a protema entre 25 y 500, tal como aproximadamente 100 a aproximadamente 200 cuando se usa un copolfmero dibloque.

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En una modalidad preferida de la invencion los haces de fibras huecas comprenden un material de soporte de polietersulfona (UltraPES™) en la forma de un material de membrana capilar hidrofflica que tiene las siguientes caractensticas (se proporcionan los valores medios): Caractensticas ffsicas: Espesor de la pared 220 pm ± 15 pm; diametro interno 760 pm ± 30 pm; resistencia a la traccion >410 cN; elongacion en el punto de ruptura > 40 %; presion de explosion > 12 bar; presion de implosion > 7 bar; Tamano mmimo del poro de 6 - 7 nm.

Caractensticas del rendimiento de las membranas: Flujo de transmembrana (agua, 25 °C) > 0,65 ml/[min x cm1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 x bar]; valor de corte del peso molecular MWCO (dextrano, 90 %, 0 bar) 65 kD ± 20 kD.

Las caractensticas proporcionadas son representativas de un material UltraPES preferido proporcionado por Membrana GmbH, Oehder StraUe 28, D - 42289 Wuppertal, Alemania.

En otra modalidad preferida de la invencion los haces de fibras huecas comprenden la polietersulfona MicroPES®, tal como la version TF10 proporcionadatambien por Membrana GmbH, material de soporte, que difiere del material UltraPES en que tiene un flujo de transmembrana (agua, 25 °C) > 35 ml/[min x cm2 x bar]; espesor de pared de 100 pm ± 25 pm; un diametro interno de 300 pm ± 40 pm; resistencia a la traccion de > 50 cN; elongacion en el punto de ruptura > 30 %; tamano maximo del poro de 0,5 pm ± 0,1 pm.

Ejemplos experimentales

Ejemplo comparativo: Preparacion de proteoliposomas de Asolectina a 1 mg/ml, y relacion de lfpido con respecto a protema (LPR) 200 mediante el uso de AqpZ Mw 27233 de acuerdo con el siguiente protocolo:

1) Llenar un frasco de evaporacion de vidrio de 50 ml con 5 ml de una solucion madre de asolectina a 2 mg/ml (mW 786,11 g/mol, Sigma) en CHCh.

2) Evaporar el CHCh mediante el uso de un evaporador de rotacion durante al menos 2 horas para completar el secado.

3) Anadir 0.8 ml de solucion tampon (octilglucosido al 1,3 % (OG) en PBS pH 7,4) para rehidratar la pelmula obtenida en el frasco de evaporacion en la etapa 2.

4) Agitar el frasco a rpm maxima en un agitador de plataforma (agitador de plataforma orbital Heidolph Unimax 2010 o equivalente) hasta que el lfpido se disuelva.

5) Anadir 1,73 mg de AqpZ en un tampon de protemas que contiene Tris pH 8, glucosa y OG, 10 mg/ml, y rotar el frasco durante 15 min a 200 rpm, donde AqpZ se prepara de acuerdo con la descripcion en la presente.

6) Anadir lentamente 9,03 ml de PBS (pH 7,4 sin OG), y agitar el frasco durante 15 min a 200 rpm.

7) Congelar/descongelar la solucion/suspension combinada sobre hielo seco/bano de agua a 40 °C portres veces para eliminar posibles estructuras multilamelares.

8) Anadir 250 mg de Biobeads hidratadas (SM2 de BioRad) y rotar el frasco durante 1 hora a 200 rpm a 4 °C para adsorber el detergente (OG).

9) Anadir otros 250 mg de Biobeads hidratadas y rotar el frasco durante 2 a 3 dfas a 200 rpm a 4 °C.

10) Despues las Biobeads con OG adsorbido se retiran mediante pipeteo de la suspension.

11) Extrudir la suspension obtenida aproximadamente 11 veces a traves de un filtro de policarbonato de 200 nm mediante el uso de un extrusor (tal como un EmulsiFlex-C5 de Avestin, Canada) al menos 1 vez y hasta aproximadamente 22 veces para obtener una suspension de proteoliposomas (vesmulas) uniforme.

Ejemplo de acuerdo con la invencion: Protocolo para proteopolimersomas a 1 mg/ml, relacion de protema con respecto a polfmero (POPR) 50 copolfmeros tribloque basados en polioxazolina, poli(2-metil oxazolina-b-dimetil siloxano-b-2-metil oxazolina, Moxa 12: DMS 35, Mw 3510) (P3691 adquirido de Polymer Source™, Quebec, Canada), AqpZ Mw 27233

1) Llenar un frasco de evaporacion de vidrio de 50 ml con 5 ml de una solucion madre a 2 mg/ml de P3691 en CHCh.

2) Evaporar el CHCh mediante el uso de un evaporador de rotacion durante al menos 2 horas para completar el secado.

3) Anadir 3,0 ml de solucion tampon (O.G. al 1,3 %; Sacarosa 200 mM; Tris 10 mM pH 8; NaCl 50 mM) para rehidratar la pelmula obtenida en el frasco de evaporacion en la etapa 2.

4) Agitar el frasco a 200 rpm en un agitador de plataforma (agitador de plataforma orbital Heidolph Unimax 2010 o equivalente) durante 3 horas para obtener una disolucion del copolfmero.

5) Anadir 1,55 mg pl de AqpZ en un tampon de protemas que contiene Tris, glucosa y OG, y rotar el frasco durante la noche (O.N.) a 200 rpm y 4 °C.

6) Anadir 6,88 ml de tampon (Tris 10 mM pH 8; NaCl 50 mM) lentamente mientras se mezcla hacia arriba y hacia abajo con la pipeta.

7) Anadir 180 mg de Biobeads hidratadas y rotar durante 1 hora a 200 rpm.

8) Anadir 210 mg de Biobeads hidratadas y rotar durante 1 hora a 200 rpm.

9) Anadir 240 mg de Biobeads hidratadas y rotar O.N. a 200 rpm 4 °C.

10) Anadir 240 mg de Biobeads hidratadas y rotar O.N. a 200 rpm 4 °C.

11) Despues las Biobeads con OG adsorbido se retiran mediante pipeteo de la suspension.

12) Extrudir la suspension aproximadamente 21 veces a traves de un filtro de policarbonato de 200 nm mediante el uso de un extrusor, tal como al menos 1 vez y hasta aproximadamente 22 veces para obtener una suspension de proteopolimersomas uniforme (vesmulas).

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Ejemplo 1. Preparacion de un modulo de fibras huecas en donde la superficie interna de las fibras se ha funcionalizado con vesfculas con AqpZ inmovilizadas

Con el uso de un modulo de fibras huecas que tiene membranas de polietersulfona, tal como un modulo disenado especialmente, tal como con 9 fibras correspondientes a aproximadamente 10 cm2 de area externa y 5 cm2 de area interna, o tal como con un area de membrana de hasta 0,5 m2 que puede corresponder a numerosos cientos de fibras en dependencia de la longitud del modulo (Membrana GmbH, Wuppertal, Alemania), el modulo se prepara esencialmente como se describe por Sukitpaneenit y otros 2011, se prepara una capa compuesta de pelfcula delgada sobre la superficie interna de las fibras mediante polimerizacion interfacial que implica las siguientes etapas:

1) Obtener 4 ml de vesfculas con AqpZ como se preparo en el ejemplo anterior.

2) Disolver 250 mg de 1,3-diaminobenceno en 6 ml de agua MilliQ para obtener una solucion de concentracion al 4,2 % (p/p).

3) Se disuelven 75 mg de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo en 50 ml de hexano para obtener una concentracion final de 0,15 % (p/v)

4) Se prepara una mezcla de 1,3-diaminobenceno/vesfculas con AqpZ mediante la disolucion/mezcla de 4 ml de la preparacion de vesfculas de la etapa 1 con 6 ml de la solucion de la etapa 2.

5) La mezcla obtenida en la etapa 4 se bombea constantemente a traves del modulo durante 2 minutos mediante el uso de la entrada de extremo 1 (o la entrada 2), cf. Figura 1.

6) El exceso de 1,3-diaminobenceno se elimina mediante una purga de aire constante del lado del lumen de las fibras durante 2 minutos mediante el uso, por ejemplo, de la entrada 1, cf. figura 1, preferentemente manteniendo el modulo al reves.

7) Despues se inyecta un flujo constante de la solucion de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo de la etapa 3 en el modulo a traves de la entrada 1 durante aproximadamente 30 s mediante el uso de una bomba de jeringa, por ejemplo, de sistemas TSE, cf. [obtenido el de Internet: (<URL:
http://www.tse-systems.com/products/other-products/pumps- infusion/index.htm)1 para permitir que ocurra la reaccion de polimerizacion interfacial.

8) Finalmente, el modulo se enjuaga preferentemente con agua MilliQ, se usan aproximadamente 10 ml, mediante inyeccion a traves de la entrada lateral 3 y 4.

Despues de llenarlo con agua el modulo se sella con las tapas de sellado blancas (5), cf. fig. 1, para prevenir que se seque (las tapas de sellado son parte del modulo y se suministran con el).

Alternativamente, las etapas 2 y 3 son como se describen mas adelante donde todas las otras etapas son iguales a como se mostro anteriormente:

2) Disolver 1,3-diaminobenceno en agua MilliQ para obtener una solucion de concentracion al 4,2 % (p/p).

3) El cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo se disuelve en un disolvente tal como un disolvente hidrocarburo de hexano o isoalcano para obtener una concentracion final de 0,15 % (p/v).

Ejemplo 2. Preparacion de un modulo de fibras huecas en donde la superficie interna de las fibras se ha funcionalizado con vesfculas con AqpZ inmovilizadas

Con el uso del mismo modulo de fibras huecas que en el ejemplo 1 se prepara una capa compuesta de pelfcula delgada sobre la superficie interna de las fibras mediante polimerizacion interfacial que implica las siguientes etapas:

1) Obtener 4 ml de vesfculas con AqpZ como se preparo en el ejemplo anterior.

2) Disolver 250 mg de 1,3-diaminobenceno en 6 ml de agua MilliQ para obtener una solucion de concentracion al 4,2 % (p/p).

3) Se disuelven 75 mg de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo en 50 ml de hexano para obtener una concentracion final de 0,15 % (p/v)

4) Se prepara una mezcla de 1,3-diaminobenceno/vesfculas con AqpZ mediante la disolucion/mezcla de 4 ml de la preparacion de vesfculas de la etapa 1 con 6 ml de la solucion de la etapa 2.

5) La mezcla obtenida en la etapa 4 se bombea constantemente a traves del modulo durante 2 minutos mediante el uso de la entrada de extremo 1 (o la entrada 2), cf. Figura 1.

6) El exceso de 1,3-diaminobenceno se elimina del modulo mediante una corriente constante de un fluido organico tal como hexano durante 1 min a traves de la entrada 1 mediante el uso de una bomba de jeringa.

7) Despues se inyecta un flujo constante de la solucion de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo de la etapa 3 en el modulo a traves de la entrada 1 durante aproximadamente 30 s mediante el uso de una bomba de jeringa, por ejemplo, de sistemas TSE, cf. [obtenido el de Internet: (<URL:
http://www.tse-systems.com/products/other-products/pumps- infusion/index.htm)1 para permitir que ocurra la reaccion de polimerizacion interfacial.

8) Finalmente, el modulo se enjuaga preferentemente con agua MilliQ, se usan aproximadamente 10 ml, mediante inyeccion a traves de la entrada lateral 1 y 3.

Despues de llenarlo con agua el modulo se sella con las tapas de sellado blancas (5), cf. fig. 1, para prevenir que se seque (las tapas de sellado son parte del modulo y se suministran con el).

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Alternativamente, las etapas 2 y 3 son como se describen mas adelante donde todas las otras etapas son iguales a como se mostro anteriormente:

2) Disolver 1,3-diaminobenceno en agua MilliQ para obtener una solucion de concentracion al 4,2 % (p/p).

3) El cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo se disuelve en un disolvente tal como un disolvente hidrocarburo de hexano o isoalcano para obtener una concentracion final de 0,15 % (p/v).

Ejemplo 3. Preparacion de un modulo de fibras huecas en donde la superficie interna de las fibras se ha funcionalizado con vesfculas con AqpZ inmovilizadas

Con el uso del mismo modulo de fibras huecas que en el ejemplo 1 se prepara una capa compuesta de pelfcula delgada sobre la superficie interna de las fibras mediante polimerizacion interfacial que implica las siguientes etapas y mediante el uso de una bomba de jeringa para empujar las soluciones a traves del modulo:

1) Obtener 4 ml de vesfculas con AqpZ como se preparo en el ejemplo anterior.

2) Disolver 250 mg de 1,3-diaminobenceno en 6 ml de agua MilliQ para obtener una solucion de concentracion al 4.2 % (p/p).

3) Se disuelven 75 mg de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo en 50 ml de hexano para obtener una concentracion final de 0,15 % (p/v).

4) Se prepara una mezcla de 1,3-diaminobenceno/vesfculas con AqpZ mediante la disolucion/mezcla de 4 ml de la preparacion de vesfculas de la etapa 1 con 6 ml de la solucion de la etapa 2.

5) Anadir la solucion de la etapa 2 a traves del interior de las fibras mientras el modulo se mantiene verticalmente con la entrada hacia abajo asegurando que el aire se deje salir); la solucion puede bombearse preferentemente mediante el uso de una tasa de flujo de aproximadamente 5 ml/min y continuar el bombeo de la solucion a traves de este durante 2 min, por ejemplo, tal como iniciar el tiempo inmediatamente despues que la solucion puede observarse en el extremo superior del modulo.

6) Desconectar el modulo de la bomba de jeringa y darle vuelta para permitir que el exceso de la solucion fluya hacia el recipiente de vidrio de recoleccion.

7) Conectar el modulo al reves con el aire y lentamente iniciar el flujo de aire hasta alcanzar 10 l/min; permitir un flujo de aire durante 2 min.

8) Conectar el modulo a una jeringa con solucion de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo, mantener el modulo en posicion vertical e iniciar el flujo de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo/hexano, por ejemplo, a la vez que se mantiene una tasa de flujo de aproximadamente 15 ml/min.

9) Desconectar el modulo de la jeringa con hexano y girar al reves para permitir la salida del ultimo hexano; conectar con el aire y purgar a aproximadamente 10 l/min durante 5-10 s.

10) Llenar el modulo con MilliQ mediante succion desde un recipiente de vidrio.

Alternativamente, las etapas 2 y 3 son como se describen mas adelante donde todas las otras etapas son iguales a como se mostro anteriormente:

2) Disolver 1,3-diaminobenceno en agua MilliQ para obtener una solucion de concentracion al 4,2 % (p/p).

3) El cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo se disuelve en un disolvente tal como un disolvente hidrocarburo de hexano o isoalcano para obtener una concentracion final de 0,15 % (p/v).

Alternativamente, en el protocolo de pHF22 usamos una bomba de jeringa para empujar las soluciones a traves del modulo, tal como un modulo de HF MicroPES-TF10, despues luego de obtener 4 ml de vesfculas con AqpZ como se preparo en el ejemplo anterior, seguir las etapas mas adelante: 1 2 3 4 5 6 7 8

1) Disolver MPD en agua MilliQ y anadir las vesfculas con AqpZ para obtener una concentracion al 2,5 % (p/p) de MPD en solucion de agua/vesfculas

2) Disolver TMC en un disolvente organico, tal como un disolvente hidrocarburo de hexano o isoalcano, a una concentracion final de 0,15 % p/v

3) empujar la solucion de MPD a traves del interior de las fibras mientras se mantiene verticalmente con la entrada hacia abajo (mientras se llena el modulo agitarlo repetidamente para lograr que el aire salga); tasa de flujo de 5 ml/min

4) continuar empujando la solucion de MPD durante 1 min (el tiempo comienza despues que la solucion de MPD puede observarse en el extremo superior del modulo) y despues dejarlo empapar con la solucion de MPD por dentro durante 1 min

5) desconectar el modulo de la jeringa y darle vuelta para que el exceso de MPD fluya hacia el recipiente de vidrio de recoleccion

6) conectar el modulo al reves (significa el extremo con numero hacia arriba) con el aire y comenzar lentamente el flujo de aire; secar con corriente de aire controlada durante 1 a 2 min y girar el modulo en el medio

7) conectar a la solucion de TMC, mantener vertical (extremo enumerado en la parte de abajo) y comenzar el flujo de la solucion de TMC (tasa de flujo: 10 ml/min)

8) dejar que la solucion corra a traves de las fibras durante 45 s (despues que el modulo se llena, este puede inclinarse de regreso a la posicion horizontal)

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9) desconectar el modulo de la jeringa y girar al reves para lograr que salga la ultima solution de TMC; conectar con el aire y purgar a 10 l/min durante 5-10 s

10) llenar el modulo con MiliQ mediante suction desde un recipiente de vidrio

Despues de los diversos metodos explicados anteriormente se obtiene un modulo de fibras huecas modificado con TFC- acuaporina donde la superficie interna de las fibras han adquirido una novedosa microestructura como se muestra en la figura 3, donde (1) se refiere a la capa TFC de ~200 nm y (2) se refiere a la membrana de soporte de 220 ^m, (1) y (2) juntos representan una section transversal de la pared de la fibra hueca; (3) representa esquematicamente la membrana de bicapa en el caso de flpidos y copoflmeros dibloque como materiales formadores de membrana anfifflica, que tiene, grupos de cabeza hidrofflica y grupos de cola hidrofobica. La caracteristica (3) mostraria una monocapa que tiene una portion media hidrofobica y porciones extremas hidrofflicas o mostraria un tipo de bicapa donde los copoflmeros tribloque asumen una conformation en forma de herradura o mezclas de ambos cuando se usan copoflmeros tribloque para el material de membrana anfifflica. (4) Representa la protema de acuaporina donde se muestra su forma tetramerica. Sin embargo, la protema puede estar presente, ademas, como un monomero o como un dimero, donde ambos tambien son canales de agua.

Resultados de la filtration mediante el uso de osmosis directa

Las Tablas 1 y 2 mas adelante muestran los resultados de la filtracion en la forma de flujo de agua medido, Jw, y flujo inverso de sales medido, Js, para los modulos de HF preparados de acuerdo con la invention mediante el uso de una solucion de alimentation de calcema 10 ^M (CAS num. 1461-15-0, Mw 622,55) y una solucion de extraction de NaCl 2 M ambos en agua desionizada (agua MilliQ) y donde la capa de TFC-acuaporina se forma en el interior de las fibras huecas (lumen) y la solucion de extraccion se aplica al exterior o interior de las fibras. Se uso un flujo en paralelo o contracorriente. Con referencia a la figura 1: Tipicamente, la solucion de alimentacion se bombeo a traves de la entrada (1) y salio a traves de (2), y la solucion de extraccion se bombeo a traves de la entrada (3) y salio a traves de (4). En cinco experimentos se uso un flujo contracorriente, cf. tablas 1 y 2 y la description mas adelante. La protema canal de agua AqpZ se uso en todos los experimentos, y tanto un flpido (asolectina) como diversos copoflmeros de bloque (P3691, P8061) fueron los materiales de membrana de las vesmulas.

Cada experimento se caracteriza por el flujo de agua (Jw), el flujo inverso de sales (Js) y el rechazo de calcema. El flujo de agua describe cuanta agua se transporta en una determinada cantidad de area de membrana en un tiempo determinado (usualmente l/m2h) y se mide mediante el monitoreo de la perdida de peso en la solucion de alimentacion. El flujo inverso de sales caracteriza la cantidad de soluto de extraccion que difunde de regreso a la solucion de alimentacion. Es un indicador de cuan unida a las sales esta una membrana. El Js se determina mediante la medicion de los cambios de conductividad en la solucion de alimentacion. El rechazo de calcema se usa para determinar las propiedades de rechazo directo de una membrana. Aqm, un marcador fluorescente, que puede detectarse facilmente mediante un fluorometro de mesa (por ejemplo, fluorometro Qubit, Invitrogen), se anade a la solucion de alimentacion. Mediante la medicion de su concentration en la extraccion podemos determinar la cantidad de marcador que se rechaza.

El flujo de agua se calcula de la siguiente manera:

Jw=Vt/(A*t); [L/m2h],

donde Vt es el volumen transportado, A el area de membrana activa y t el tiempo en horas. Para determinar el flujo inverso de sales debemos medir la conductividad en la solucion de alimentacion. Con la ayuda de una curva de calibration podemos relacionar despues la conductividad con una concentracion de sales y por lo tanto calcular el flujo inverso de sales de la siguiente manera:

Js= (cf,final*Vf,final-cf,inicial*Vf,inicial/A*t); [g/m2h]

donde Vf marca el volumen inicial y final y cf la concentracion inicial y final de sal en la alimentacion.

El rechazo de calcema se aproxima mediante:

Rca=1-((Vd,final*cca,d,final-Vd,inicial*cca,d,inicial)/Vt*cca,f,inicial))

Donde Vd es el volumen de extraccion inicial y final y cca,d las lecturas de calcema en la solucion de extraccion. La concentracion inicial de calcema en la alimentacion (cca,f) se toma como una constante. Esto es una aproximacion porque una membrana que rechaza la calcema aumentara la concentracion de calcema en la alimentacion. Sin embargo, esto puede tolerarse porque al dejar la concentracion inicial constante en el calculo subestimamos el rechazo total, lo cual es aceptable.

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Tabla 1

(ej, comparativo 12-0644, 12-0636, ejemplo de acuerdo con la invencion 12-0630)

Modulo de HF num,

Velocidad de flujo [ml/min] JwFlujo de agua [L/m2h] Js Flujo inverso de sales [g/m2h] Js/ Jw[g/l] Rechazo de calcema [%] Tiempo de ejecucion

12-0644 (Capa de pelmula delgada solamente)

alimentacion=10 extraccion=50; a 14,07 1,67 0,12 99,97 < 3 h

12-0636 Asolectina d

alimentacion=10 extraccion=50; a 14,66 5,30 0,36 99,98 360 min

12-0636 Asolectina d

alimentacion=10 extraccion=50, a 21,88 4,77 0,22 99,97 360 min

12-0630 P3691 d

alimentacion=50 extraccion=10; ab 17,06 5,17 0,30 99,89 380 min

Notas: a flujo contracorriente; ab extraccion en el interior y flujo contracorriente; d de acuerdo con el Ej, 1, El modulo de HF num, 12-0644 se ha modificado con una capa de pelmula delgada solamente sin vesmulas y/o protema y por lo tanto representa la materia anterior como se describio por Sukitpaneenit y Chung 2012,

La Tabla 1 muestra claramente que cuando se usa el modulo de HF de la invencion es posible obtener un mayor flujo de agua, Jw, de hasta 3 l/m2h por encima del flujo que puede obtenerse para un modulo de HF modificado con pelmula delgada que tiene 9 fibras a la vez que todavfa mantiene una buena relacion Js/Jw tan baja como aproximadamente 0,22. Esto sera una ventaja para los propositos de filtracion, donde un flujo de agua alto es conveniente a la vez que puede tolerarse una retencion de sales menos eficiente, por ejemplo, en el tratamiento de agua residual. Los resultados de acuerdo con la invencion mostrados en la tabla 1 todos se obtienen mediante el uso de un flujo contracorriente, que podna ser una ventaja para un flujo de agua alto.

Tabla 2 * 9

(ejemplo comparativo 12-0644, ej, de acuerdo con la invencion 12-1470, 12-1474)

Modulo de HF num,

Velocidad de flujo [ml/min] JwFlujo de agua [L/m2h] Js Flujo inverso de sales [g/m2h] Js/ Jw[g/l] Rechazo de calcema [%] Tiempo de ejecucion

12-0644 (capa de pelmula delgada solamente)

alimentacion=10 extraccion=50; a 14,07 1,67 0,12 99,97 < 3 h

12-1470 P8061 dd

alimentacion=50 extraccion=10; c 8,72 1,17 0,13 99,01 900 min

12-1474 P8061 dd

alimentacion=50 extraccion=10; c 7,71 1,44 0,19 99,27 900 min

Notas: a flujo contracorriente; c extraccion en el interior; dd preparado de acuerdo con el Ej, 3, El modulo de HF num, 12-0644 se ha modificado con una capa de pelmula delgada solamente sin vesmulas y/o protema y por lo tanto representa la materia anterior como se describio por Sukitpaneenit y Chung 2012,

La Tabla 2 muestra claramente que con el uso del modulo de HF de la invencion es posible obtener un aumento en la retencion inversa de sales, Js, de aproximadamente 0,5 g/m2h correspondiente a un aumento de 25 % en comparacion con la retencion inversa de sales que puede obtenerse para un modulo de HF modificado con pelmula delgada que tiene

9 fibras a la vez que todavfa mantiene un buen flujo de agua de aproximadamente 8 a 9 l/m2h. Estos resultados se obtienen mediante el uso de flujo en paralelo con la solucion de extraccion en el interior de las fibras del modulo de HF. Todos los valores anteriores de rechazo de calcema son mejores que 99 %, lo que muestra que los modulos de HF usados son

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extremadamente hermeticos (sin fuga de membrana). El modulo de HF de la invencion puede usarse tanto con flujo en paralelo como flujo contracorriente, y como se observa en los resultados anteriores puede preferirse tener un flujo contracorriente. En ese caso las diferencias en presion osmotica se distribuyen mas uniformemente en toda la longitud de la fibra. Cuando ambas soluciones de alimentacion y extraccion entran en el mismo lado (flujo en paralelo), entonces el agua se saca inmediatamente de la corriente de alimentacion hacia la corriente de extraccion, y a lo largo de la fibra la diferencia en presion osmotica disminuira rapidamente (la alimentacion se concentra y la extraccion se diluye). Cuando el modulo de hF funciona ahora con flujo contracorriente, entonces tenemos una alimentacion mas limpia que se encuentra con una extraccion diluida en un extremo y una extraccion altamente osmotica que se encuentra con una alimentacion debilmente osmotica (contaminada con sales) en el otro extremo. Por tanto, la diferencia de presion osmotica entre ambos lfquidos esta mas cerca de ser la misma a lo largo de la fibra.

Esto podna favorecer el flujo contracorriente. Sin embargo, lo que habla a favor del flujo en paralelo es que la presion que se genera mediante el bombeo en el interior se encuentra con una presion igual que se genera mediante el bombeo en la parte externa de la fibra.

La Tabla 3 muestra los resultados de 4 ejecuciones con el uso del metodo alternativo descrito anteriormente (PHF22)

Protocolo

Jw Flujo de agua [L/m2h] Js Flujo inverso de sales [g/m2h] Js/ Jw[g/l] Rechazo de calcema [%]

Fibras pHF22 MicroPES-TF10 El experimento se ejecuto durante 3,5 horas

4,04 0,75 0,19 99,98

4,52

1,02 0,23 99,88

4,61

0,86 0,19 99,88

8,1

1,3 0,16 99,94

Promedio

5,32 0,98 0,19 99,92

La Tabla 4 muestra los resultados de 4 ejecuciones con el uso del metodo alternativo descrito anteriormente (PHF22)

Protocolo

Jw Flujo de agua [L/m2h] Js Flujo inverso de sales [g/m2h] Js/ Jw[g/l] Rechazo de calcema [%]

Fibras pHF22 pPES-TF10 El experimento se ejecuto durante 3,5 horas

12,2 2,06 0,17 99,95

13,62

2,41 0,18 99,97

16,48

2,5 0,15 99,98

17,34

2,55 0,15 99,77

Promedio

14,91 2,38 0,16 99,92

La Tabla 5 muestra los resultados de 4 ejecuciones con el uso del metodo alternativo descrito anteriormente (PHF22)

Protocolo

Jw Flujo de agua [L/m2h] Js Flujo inverso de sales [g/m2h] Js/ Jw[g/l] Rechazo de calcema [%]

pHF22 (velocidad de bombeo mas lenta para la solucion de TMC (5 ml/min en lugar de 10 ml/min)) Velocidad de flujo [ml/min]: alimentacion=10 extraccion=50 El experimento se ejecuto durante 200 mins

16,12 3,6 0,22 99,98

16,7

3,44 0,21 99,96

9,56

1,69 0,18 99,69

9,58

2,15 0,22 99,99

Promedio

12,99 2,72 0,21 99,91

El recubrimiento interno de los modulos de fibras huecas con area de membrana activa de 5 cm2 HF MicroPES TF10 dio como resultado una alta reproducibilidad; Todos los experimentos en las tablas 3 y 4 tienen relaciones Js/Jw comparables con Jw y Js variables, lo que puede deberse a diferencias/tolerancias en los experimentos, diferencias en la exactitud de las mediciones, y posiblemente debido al hecho de que el recubrimiento fue un proceso manual. Por lo tanto, los dos experimentos diferentes dieron como resultado modulos de HF con Js/Jw comparables, pero intervalos promedio variables

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de Jw y Js, cf. la tabla 3 que muestra los resultados experimentales de Jw moderado y Js bajo, y la tabla 4 que muestra los resultados experimentales de Jw alto y Js moderado.

Ejemplo 4. Preparacion de un modulo de fibras huecas en donde la superficie externa de las fibras se ha funcionalizado con vesfculas con AqpZ inmovilizadas

Con el uso de un modulo de fibras huecas que tiene membranas de polietersulfona, tal como un modulo disenado especialmente, tal como con 9 fibras correspondientes a aproximadamente 10 cm2, o tal como con un area de membrana de hasta 0,5 m2 que puede corresponder a numerosos cientos de fibras en dependencia de la longitud del modulo (Membrana GmbH, Wuppertal, Alemania), se prepara una capa compuesta de pelfcula delgada en la superficie externa de las fibras mediante polimerizacion interfacial que implica las siguientes etapas del protocolo PHF21:

1) Obtener 4 ml de vesfculas con AqpZ como se preparo en el ejemplo anterior.

2) Disolver 1,3-diaminobenceno en agua MilliQ para obtener una solucion de concentracion al 4,2 % (p/p).

3) El cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo se disuelve en un disolvente organico, tal como un disolvente hidrocarburo de hexano o isoalcano para obtener una concentracion final de 0,15 % (p/v)

4) Se prepara una mezcla de 1,3-diaminobenceno/vesfculas con AqpZ mediante la disolucion/mezcla de 4 ml de la preparacion de vesfculas de la etapa 1 con 6 ml de la solucion de la etapa 2.

5) Introducir la solucion de la etapa 4 en el modulo en la parte externa de las fibras (entradas laterales del modulo); tasa de flujo: 5 ml/min

6) detener el flujo despues de 1 min y dejar que las fibras se empapen durante 1 min

7) vaciar el modulo y purgar con aire para que salga la solucion de MPD sobrante

8) usar flujo de aire para eliminar el agua de la superficie de las fibras (tasa de flujo de aire 25 l/min)

9) bombear la solucion de la etapa 3 en el modulo mediante el uso de una tasa de flujo de 15 ml/min

10) despues de llenar el modulo continuar bombeando durante 30 s

11) desconectar el modulo de la jeringa y girar al reves para que salga la ultima solucion; conectar con el aire y purgar a 10 l/min durante 5-10 s

12) llenar el modulo con MiliQ mediante succion desde un recipiente de vidrio

La Tabla 5 muestra los resultados de 4 ejecuciones mediante el uso del metodo descrito anteriormente (PHF21)

Protocolo PHF21 de acuerdo con el Ej, 4

Jw Flujo de agua [L/m2h] Js Flujo inverso de sales [g/m2h] Js/ Jw[g/l] Rechazo de calcema [%]

Fibras UltraPES

6,36 2,09 0,33 99,66

Recubrimiento externo (20 l/min)

El experimento se ejecuto durante 900 min

Fibras UltraPES

6,63 1,1 0,17 99,96

Recubrimiento externo (25 l/min)

8,57 3,95 0,46 99,57

El experimento se ejecuto durante 900 min

8,14 3,97 0,49 99,72

Promedio

7,43 2,78 0,36 99,73

El recubrimiento externo de modulos de fibras huecas con area de membrana activa de 5 cm2 HF UltraPES TF10 dio como resultado una alta reproducibilidad: Los experimentos en la tabla 5 muestran conjuntos de 2 (aproximadamente 2 x 8 [L/m2h] y 2 x 6 [L/m2h]) con valores comparables de Jw y Js.

Ejemplo 5. Recubrimiento interno para la creacion de una capa TFC sobre las fibras en el modulo de HF MicroPES TF10

Protocolo HF24 para el recubrimiento interno de modulos de 100 cm2 mediante el uso de una bomba de jeringa para succionar las soluciones a traves del modulo:

Usar una bomba de jeringa para bombear las soluciones a traves del modulo

1) pre-empapar los modulos con MiliQ al menos durante la noche

2) Obtener 16 ml de vesfculas con AqpZ como se preparo en el ejemplo anterior.

3) Disolver 1,3-diaminobenceno en agua MilliQ para obtener una solucion de concentracion al 4,2 % (p/p).

4) Se disuelven 75 mg de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo en 50 ml de hexano para obtener una concentracion final de 0,15 % (p/v)

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5) Se prepara una mezcla de 1,3-diaminobenceno/vesfculas con AqpZ mediante la disolucion/mezcla de 16 ml de la preparacion de vesfculas de la etapa 1 con 24 ml de la solucion de la etapa 3.

6) bombear la solucion de la etapa 5 a traves del modulo durante el tiempo necesario hasta que no se observen mas burbujas (golpear suavemente de manera continua para agitar las burbujas hacia afuera) a 10 ml/min; mantener el modulo verticalmente

7) Dejar que la solucion empape las fibras durante 1 min

8) desconectar el modulo de la jeringa y dejar que el exceso de solucion fluya hacia un recipiente de vidrio de recoleccion

9) conectar el modulo al reves con el aire y comenzar lentamente el flujo de aire hasta alcanzar 20 l/min

10) secar con corriente de aire controlada durante 3 a 5 min y girar el modulo en el medio

11) empujar la solucion de la etapa 4 a traves de las fibras a un flujo constante (tasa de flujo: 15 ml/min) durante 45 s (que inician cuando el TMC entra en las fibras)

12) vaciar el modulo mediante la desconexion del tubo

13) soplar aire a traves de las fibras durante 5 a 10 s para expulsar la solucion sobrante

14) llenar las fibras y el modulo con MilliQ

La Tabla 6 muestra los resultados de 2 ejecuciones mediante el uso del metodo descrito anteriormente (PHF24)

Protocolo

Jw Flujo de agua [L/m2h] Js Flujo inverso de sales [g/m2h] Js/ Jw[g/l] Rechazo de calcema [%]

pHF24; fibras MicroPES-TF 10; NaCl 2 M como extraccion Los experimentos se ejecutaron durante 200 min

10,83 1,21 0,11 99,73

14,21

1,65 0,12 99,88

Promedio

12,52 1,43 0,11 99,81

La Tabla 7 muestra los resultados de 3 ejecuciones mediante el uso del metodo descrito anteriormente (PHF24)

Protocolo

Jw Flujo de agua [L/m2h] Js Flujo inverso de sales [g/m2h] Js/ Jw[g/l] Rechazo de calcema [%]

pHF24; fibras MicroPES-TF10; NaCl 1 M como extraccion Los experimentos se ejecutaron durante 200 min

8,26 1,33 0,16 99,97

7,66

1,72 0,22 99,96

6,01

1 0,17 99,74

Promedio

7,31 1,35 0,18 99,89

El recubrimiento interno de modulos de fibras huecas con area de membrana activa de 100 cm2 HF MicroPES TF10 dio como resultado una alta reproducibilidad, cf. las tablas 6 y 7 que muestran los resultados experimentales con NaCl 2 M como solucion de extraccion y la tabla 6 que muestra los resultados experimentales con solucion de extraccion de NaCl 1 M donde una reduccion en el flujo de agua es notable a diferencia de una menor reduccion en el flujo inverso de sales

Ejemplo 6. Pruebas de recubrimiento continuo externo de las fibras huecas

El proposito de este experimento es establecer un metodo de recubrimiento continuo en la parte externa de las membranas de fibras huecas por medio de un proceso de produccion automatizado.

Materiales

La maquina y las fibras se proporcionan por Membrana y los compuestos qmmicos de recubrimiento y las vesfculas con AqpZ son iguales a los usados en los ejemplos anteriores. Las membranas de fibras huecas diferentes analizadas son MicroPES® TF10 y DuraPES® 0.7 (Membrana GmbH, Wupperthal, Alemania). Por lo tanto, el recubrimiento final sostiene un componente inmovilizado de membrana lfquida que contiene protemas de acuaporina.

Metodos

La figura 4 ilustra en forma de un esbozo el recubrimiento externo continuo y automatizado de las fibras huecas (mostradas como una lmea estrecha). En la figura: (1) es una bobina de fibras huecas sin recubrir, preferentemente de un material poroso de polietersulfona (o polisulfona y similares). Desde aqrn se transportan hacia el bano de membrana lfquida con acuaporina/MPD (2) donde las vesfculas de acuaporina empaparan la fibra y se uniran a su superficie. El exceso de la solucion de MPD/acuaporina se elimina durante una etapa de secado (3) donde puede usarse un labio soplante para aumentar la eliminacion del exceso de solucion. Desde aqrn la fibra pasa hacia el bano de TMC/ disolvente hidrocarburo

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de isoalcano donde tiene lugar la polimerizacion interfacial (4). Por lo tanto, las vesfculas de acuaporina (proteopolimersomas de la membrana Kquida) se encapsulan debido a la capa TFC formada sobre la fibra. Una etapa de secado (5) asegura que toda la solucion organica se evapore antes de sumergir la fibra en un bano de agua para eliminar los compuestos qmmicos sobrantes (6). Ahora la fibra se enrolla sobre una nueva bobina. Las fibras huecas recubiertas se cortan despues a la longitud adecuada y se incorporan en los modulos adecuados para propositos de extraccion y separacion de agua FO.

Ejemplo 7. Ensayo de retencion y concentracion de dos peptidos pequenos en modulo de fibras huecas.

En este ejemplo usamos modulos de HF con 5 cm2 de area activa preparados de acuerdo con el ejemplo 3 anterior. Peptido A: GGG SGA GKT MW 0,692 kDa

Se filtraron 100 ml del peptido GGG SGA GKT (MW 0.692 kDa) en tampon TES (solucion de alimentacion) a traves de un modulo de HF de osmosis directa hasta la concentracion deseada (aproximadamente 20x) mediante el uso de NaCl 1 M como solucion de extraccion. El peso de la muestra concentrada se midio para determinar la reduccion de volumen a partir de la muestra inicial. Se mezclaron 10 pl de la muestra concentrada con 90 pl de tampon TES 10x para eliminar el factor de concentracion del tampon cuando se determina la concentracion final de la muestra concentrada del peptido. La muestra total de 100 pl se mezclo despues con 100 pl del kit de cuantificacion LavaPep, se incubo durante 1 hora en temperatura ambiente y despues los conteos de fluorescencia se leyeron en un fluorometro QuBit (Invitrogen). Los conteos de fluorescencia se compararon despues con una curva patron donde se determino la concentracion real de la muestra del peptido. A partir de la misma muestra concentrada inicial del peptido, se prepararon tres muestras (n=3) y se midieron en el Qubit y la cantidad media de conteos fluorescentes se uso para determinar la concentracion a partir de las curvas patron. El volumen de la muestra se concentro aproximadamente 20 veces, y el peptido A se concentro aproximadamente 18 a 19 veces.

Peptido B: AGKT MW 0,375 kDa (condiciones experimentales estrechamente correspondientes a las descritas anteriormente para el peptido A).

100 ml del peptido AGKT (MW 0.375 kDa) en tampon TES se corrieron hasta la concentracion deseada (aproximadamente 20x) con el modulo de fibras huecas FO. La masa de la muestra concentrada se midio para determinar la reduccion de volumen a partir de la muestra inicial. La muestra concentrada se diluyo despues 4 veces con tampon TES para generar una muestra del peptido concentrada 5 veces antes de un procesamiento adicional de la muestra. Esto se realiza para evitar la inactivacion de la senal fluorescente para el peptido mas pequeno como se ha observado en ensayos anteriores. Se mezclaron 10 pl de la muestra concentrada 5x con 90 pl de tampon TES 10x para eliminar el factor de concentracion del tampon cuando se determina la concentracion final de la muestra concentrada del peptido. La muestra total de 100 pl se mezclo despues con 100 pl del kit de cuantificacion LavaPep, se incubo durante 1 hora en temperatura ambiente y despues los conteos de fluorescencia se leyeron en un fluorometro QuBit (Invitrogen). Los conteos de fluorescencia se compararon despues con una curva patron donde se determino la concentracion real de la muestra del peptido. A partir de la misma muestra concentrada inicial del peptido, se prepararon tres muestras (n=3) y se midieron en el Qubit y la cantidad media de conteos fluorescentes se uso para determinar la concentracion a partir de las curvas patron. El volumen de la muestra se concentro aproximadamente 21 veces, y el peptido B se concentro aproximadamente 24 veces.

En ambos casos el factor de concentracion de los peptidos de muestra A y B corresponde al factor de reduccion del volumen, lo que conduce asf a la conclusion de que los modulos de fibras huecas que tienen una capa activa de acuaporina-TFc en el interior pueden usarse para concentrar biomoleculas al menos de tamanos tan pequenos como 0,375 kDa.

Materiales y equipo:

Peptidos: GGG SGA GKT adquirido de CASLO

TES: Acido N-(Tris(hidroximetil)metil)-2-aminometanosulfonico), Sigma Aldrich, Cas 7365-44-8 Kit de cuantificacion de peptidos LavaPep: Adquirido de
www.lavapep.com Parte A(LP-022010)

Parte B (LP-022010)

Fluorometro Qubit, Invitrogen

Numero de catalogo: Q32857

Numero de serie: 45257-233

Configuracion de las mediciones: ADNmc Quant-iT

Tampon TES, 100 ml

m (TES) = 229,8 mg

m(EDTA) = 37,2 mg

Ajustar el pH con NaOH 1 M a 8 y rellenar con agua mQ. Filtrar a traves de un filtro a vacfo.

Para el tampon TES 10x las cantidades de TES y EDTA se multiplican por 10.

Kit de cuantificacion LavaPep.

La parte A, la parte B y el agua mQ se mezclan entre sf segun la relacion (1:1:8).

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La solucion detrabajo Lavapep se mezcla con la muestra concentrada del peptido segun la relacion (1:1).

8. Retencion de creatinina del modulo de fibras huecas

En este ejemplo usaremos, entre otras cosas, los modulos de HF que tienen 5 cm2 de area activa, preparados de acuerdo con el ejemplo 3 anterior. El proposito es determinar la tasa de retencion de creatinina (MW 113,12 g mol-1), que se produce naturalmente en la sangre y la orina. Si la filtracion en el rinon es deficiente, los niveles de creatinina en sangre aumentaran. El nivel de creatinina en sangre y orina se usa comunmente para calcular la eliminacion de creatinina (CrCl), que se correlaciona con la tasa de filtracion glomerular (GFR) que es clmicamente importante como una medicion de la funcion renal.

Ensayo de creatinina

La creatinina en una muestra se detecta con el kit de ensayo para creatinina de abcam (ab65340). En el ensayo la creatinina es convertida a creatina mediante la creatinasa, la creatina es convertida a sarcosina que reacciona con una sonda para generar un color rojo (lambda max = 570 nm) y fluorescencia (Ej/Em=538/587 nm).

Las instrucciones del kit se siguen sin alteraciones. La creatininasa, la creatinasa y la mezcla de enzimas de creatina se reconstituyen con 220 pl de tampon del ensayo cada una y se distribuyen en alfcuotas antes del uso para evitar ciclos de congelacion y descongelacion. El patron de creatinina se reconstituye con 100 pl de H2O desionizada para generar un Patron de Creatinina 100 mM. Para el ensayo colorimetrico el patron de creatinina se diluye unas cien veces en tampon del ensayo para generar una solucion madre de trabajo de 1 nmol/pl. Se prepara una serie de diluciones donde 0, 2, 4, 6, 8 y 10 pl de la solucion de trabajo se mezclan en tampon del ensayo hasta un volumen final de 50 pl.

Para cada muestra se prepara una mezcla de reaccion con los siguientes volumenes.

Tampon del ensayo: 42 pl Creatinasa 2 pl Creatininasa: 2 pl Mezcla de enzimas: 2 pl Sonda: 2 pl

La mezcla de reaccion del fondo contiene los mismos reactivos excepto la creatininasa. En cambio, la cantidad de tampon del ensayo es 44 pl. Las muestras patron (50 pl) se mezclan con la mezcla de reaccion (50 pl), incubadas a 37 °C durante una hora. La O.D. se mide en microcubetas a 570 nm y el fondo se sustrae de todas las muestras. La O.D. se grafica despues contra la concentracion para generar una curva patron.

Para las muestras de creatinina en las fibras huecas se realizara el mismo procedimiento donde la muestra concentrada se diluira 100 veces en tampon del ensayo y 50 pl de la muestra resultante se mezclaran con 50 pl de la mezcla de reaccion. El valor de O.D. medido se medira y la concentracion de la muestra se determinara a partir de las curvas patron.

Referencias

Todos los documentos mencionados en esta descripcion se incorporan aqu como referencia en su totalidad.

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"Polyethersulfone Hollow Fiber Membranes for Hemodialysis" Chapter 4, pags. 65-88, in Progress in Hemodialysis - From Emergent Biotechnology to Clinical Practice, Editado por Angelo Carpi, Carlo Donadio and Gianfranco Tramonti, Published by InTech 2011, Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, Croatia. [recuperado el 2012-11-09].

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Claims (12)

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   Reivindicaciones

   1. Una membrana de fibras huecas (HF) que tiene fibras modificadas con una capa compuesta de pelmula delgada (TFC) que comprende canales de agua de acuaporina, en donde la capa TFC es una capa de poliamida proporcionada sobre una superficie de las fibras, los canales de agua de acuaporina se incorporan en vesmulas antes de la incorporacion en la capa TFC, y en donde dichas vesmulas en las que se incorporan canales de agua de acuaporina son polimersomas.
2. 2. La membrana de HF de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde dichos polimersomas comprenden copolfmeros tribloque del tipo hidrofilo-hidrofobo-hidrofilo (A-B-A o A-B-C), copolfmeros dibloque del tipo hidrofilo-hidrofobo (AB), o una combinacion de estos.
3. 3. La membrana de HF de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en donde dichos canales de agua de acuaporina se seleccionan del grupo que consiste en canales AqpZ y canales de agua SoPIP2;1.
4. 4. La membrana de HF de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde dicha capa TFC se forma mediante polimerizacion interfacial de una solucion acuosa de una di- o triamina con una solucion de haluro de dio triacilo en un disolvente organico, y en donde las vesmulas con canales de agua de acuaporina se incorporan en dicha solucion acuosa.
5. 5. La membrana de HF de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el material de soporte de la fibra hueca es polietersulfona.
6. 6. Un modulo de fibras huecas que comprende una membrana de fibras huecas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores sellado en un alojamiento.
7. 7. Un biorreactor de membrana que comprende un modulo de fibras huecas de acuerdo con la reivindicacion 6.
8. 8. Un metodo para preparar un modulo de fibras huecas que comprende membranas de HF modificadas en el interior de las fibras con una capa compuesta de pelmula delgada (TFC) que comprende canales de agua de acuaporina, dicho metodo comprende las etapas de:

   a) obtener una suspension de vesmulas de acuaporina, en donde dichas vesmulas son proteopolimersomas que tienen una relacion de polfmero con respecto a protema (POPR) de 25 a 500 de la protema calculada sobre una base molar,

   b) preparar una solucion acuosa de una di- o triamina,

   c) disolver un haluro de di- o triacilo en un disolvente organico apolar,

   d) preparar una mezcla de amina y vesmulas de acuaporina mediante la disolucion/mezcla de la preparacion de vesmulas de la etapa a) con la solucion de la etapa b),

   e) bombear la mezcla de la etapa d) a traves del lumen de las fibras huecas en un modulo de fibras huecas mediante el uso de su entrada de extremo,

   f) retirar el exceso de la solucion acuosa mediante una purga con gas del lado del lumen de las fibras mediante el uso de una entrada del modulo,

   g) inyectar la solucion de haluro de acilo de la etapa c) en el modulo a traves del lumen de las fibras huecas para permitir que ocurra una reaccion de polimerizacion interfacial, y

   h) enjuagar el modulo con un disolvente acuoso mediante inyeccion a traves de una entrada del modulo.
9. 9. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, en donde el metodo comprende las etapas de

   a) obtener una suspension de vesmulas de acuaporina, en donde dichas vesmulas son proteopolimersomas que tienen una relacion de polfmero con respecto a protema (POPR) de 25 a 500 de la protema calculada sobre una base molar,

   b) preparar una solucion acuosa de 1,3-diaminobenceno de concentracion de 1 % a 5 % (p/p),

   c) disolver cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo en un disolvente organico seleccionado del grupo que consiste en hexano, heptano, octano o una mezcla de disolventes para obtener una concentracion de 0,05 % a 1 % (p/v),

   d) preparar una mezcla de 1,3-diaminobenceno/vesmulas de acuaporina mediante la disolucion/mezcla de la preparacion de vesmulas de la etapa a) con la solucion de la etapa b),

   e) bombear la mezcla de la etapa d) a traves del lumen de las fibras huecas en un modulo de fibras huecas mediante el uso de su entrada de extremo,

   f) retirar el exceso de la solucion acuosa mediante una purga con gas del lado del lumen de las fibras mediante el uso de una entrada del modulo,

   g) inyectar la solucion de cloruro de benceno-1,3,5-tricarbonilo de la etapa c) en el modulo a traves del lumen de las fibras huecas para permitir que ocurra una reaccion de polimerizacion interfacial, y

   h) enjuagar el modulo con un disolvente acuoso mediante inyeccion a traves de una entrada del modulo.

10. 10.

    El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8 o la reivindicacion 9, en donde dicho modulo de fibras huecas comprende fibras de polietersulfona.

11. 11. 5

    El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8 o la reivindicacion 9, en donde en la etapa f) las fibras se purgan con gas hasta la sequedad y en donde el modulo se mantiene al reves en la etapa f).

12. 12.

    Uso de un modulo de fibras huecas (HF) de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7 para la extraccion de agua pura a traves de osmosis directa.