WO2013110458A1 - Verfahren zum nachweisen von fehlstellen in einer ultrafiltrationsmembran - Google Patents

Verfahren zum nachweisen von fehlstellen in einer ultrafiltrationsmembran Download PDF

Info

Publication number
WO2013110458A1
WO2013110458A1 PCT/EP2013/000205 EP2013000205W WO2013110458A1 WO 2013110458 A1 WO2013110458 A1 WO 2013110458A1 EP 2013000205 W EP2013000205 W EP 2013000205W WO 2013110458 A1 WO2013110458 A1 WO 2013110458A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultrafiltration membrane
dye
membrane
substance
ultrafiltration
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/000205
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Demmer
Hans-Heinrich HÖRL
Louis VALLAIN
Tony SCHREIBER
Original Assignee
Sartorius Stedim Biotech Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sartorius Stedim Biotech Gmbh filed Critical Sartorius Stedim Biotech Gmbh
Publication of WO2013110458A1 publication Critical patent/WO2013110458A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/10—Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks
    • B01D65/102—Detection of leaks in membranes

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting defects in an ultrafiltration membrane.
  • Ultrafiltration is a common filtration technique used in membrane technology to separate and concentrate macromolecular substances and small particles from a liquid medium.
  • the ultrafiltration is used for solutions in which macromolecular substances, such as proteins, are included, which are to be separated according to their molecular weight.
  • a separation range of about 0.1 to about 0.001 ⁇ m can be provided.
  • ultrafiltration is used for concentrating, purifying and fractionating such as separating pyrogens, concentrating proteins into whey or so-called “downstream processing", detoxifying blood by dialysis or concentrating and purifying fermentation products.
  • ultrafiltration ultrafiltration membranes which are predominantly asymmetrically structured, porous membranes, which are usually made of materials such as cellulose, cellulose esters, polysulfone, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyamide or ceramic.
  • materials such as cellulose, cellulose esters, polysulfone, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyamide or ceramic.
  • the pore size of ultrafiltration membranes which differs depending on the filtration task, is usually defined by specifying the limit at which 90% of the molecules of a certain molar mass are retained (molecular weight cut-off, MWCO).
  • Ultrafiltration membranes can be provided in the form of tubing, capillaries, hollow fibers or flat membranes. To the ultrafiltration membrane in practice it is often provided in modules such as plate, coil, capillary or hollow fiber modules.
  • An ultrafiltration membrane can, in principle, be made up of two layers which merge into one another. This also applies to hollow fiber ultrafiltration membranes.
  • the first layer which is also referred to as a skin layer (filtration layer) due to its small thickness, is very narrow-pored and responsible for the actual filtration process.
  • This filtration layer forms, with respect to the filtration direction, the uppermost region of an ultrafiltration membrane, which first comes into contact with the solution to be filtered in a filtration process.
  • the structure and pore geometry of this layer determines the (selective) permeability and thus the deposition performance of the ultrafiltration membrane.
  • the second layer which adjoins with respect to the direction of filtration underneath, is a supporting layer.
  • the support layer is substantially thicker than the filtration layer, microporous and designed so that it is completely permeable to the components of the solution to be filtered, which can penetrate the filtration layer and has the lowest possible unspecific absorption.
  • the support layer serves in particular for the mechanical stabilization of the ultrafiltration membrane.
  • the filtration layer must have no defects, such as small holes or cracks.
  • the ultrafiltration membrane to be tested is filled with a suitable (membrane-compatible) medium, such as For example, water, wetted and then inserted into a pressure-tight housing.
  • a suitable (membrane-compatible) medium such as For example, water, wetted and then inserted into a pressure-tight housing.
  • the ultrafiltration membrane is then pressurized with a test gas, such as air, and the volume of the diffusing test gas is determined and compared with that of known intact ultrafiltration membrane samples of the same type and size.
  • a test gas such as air
  • the bubble pressure point is the pressure of the test gas used, in which the solvent is forced out of the largest pore of the investigated ultrafiltration membrane, whereby a transition from a diffusive gas transport to a convective gas transport takes place.
  • convective gas transport the gas flow, ie the amount of gas bubbles emerging from the pressure-tight housing, increases abruptly. Therefore, several pressure levels have to be checked, for which automated devices that are programmable for the various types of membranes are commercially available.
  • the diffusion method has the disadvantage that it can not be discriminated whether there are many small defects in the ultrafiltration membrane or only a single large defect, such as a large hole, is present. It should be noted that in ultrafiltration membranes commonly occurring defects have such a small size that they can hardly or not be detected with the naked eye.
  • the ultrafiltration membrane to be tested is placed in a suitable housing, as available, for example, under the order no. 16275 from Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Germany, with smoke from an incense candle (for example from Crottendorf Räucherkerzen GmbH, Crottendorf , Germany, available) or a commercially available filterless cigarette acted upon.
  • smoke produced in a storage container by burning off the incense candle or the cigarette is pressed against the ultrafiltration membrane by an overpressure of air.
  • the bubble pressure point must be overcome to allow passage of the smoke through the ultrafiltration membrane. If the smoke passes through any imperfections of the ultrafiltration membrane, components of the Smoke, such as tar and condensate, deposited at the edges of the flaws and thereby made visible.
  • the invention provides a method for detecting defects in an ultrafiltration membrane comprising the steps of:
  • Ultrafiltration membrane and (c) subjecting the ultrafiltration membrane to the aqueous solution provided in step (a) so that the aqueous solution is subjected to ultrafiltration, wherein in the presence of at least one defect in the ultrafiltration membrane, the substance to which a dye is bonded , by the at least one defect of the
  • the size of the substance in the aqueous solution is selected such that an ultrafiltration membrane without defects for the substance with a dye bound thereto is not permeable, wherein the arrangement in step (b) further with a microporous membrane adsorber is provided, such that the surface of the ultrafiltration membrane facing a filtrate chamber of the filtration module is in full contact with a surface of the membrane adsorber, and wherein in step (c) the substance to which a dye is bonded passes through the surface at least one defect of the ultrafiltration membrane is adsorbed to the membrane adsorber.
  • defects can easily be detected by the method according to the invention in that the substance loaded with the dye passes through the imperfections of the ultrafiltration membrane, resulting in a colored zone around the defect.
  • the substance loaded with the dye passes through the imperfections of the ultrafiltration membrane, resulting in a colored zone around the defect.
  • the above-mentioned methods of the prior art fail because the bubble point of small defects is so high, can be detected. Since, depending on the size of the defect within a given period of time, a more or less large amount of the dye-loaded substance passes through the defect, the colored zone around the defect is more or less large.
  • the assembly in step (b) is further provided with a microporous membrane adsorber such that the ultrafiltration membrane surface facing a filtrate compartment of the filtration module is in full contact with a surface of the membrane adsorber, and in step (c) Substance to which a dye is bound, adsorbed after passing through the at least one defect of the ultrafiltration membrane to the membrane adsorber.
  • the membrane adsorbent concentrates the substance to which a dye is bonded practically arbitrarily at the position of passing through the ultrafiltration membrane, so that even minute defects can be made visible by an intense color spot.
  • the visibility can be further improved by the use of suitable fluorescent dyes and corresponding devices for visualization. Accordingly, with the present method, the disadvantages of the above-described Berauchungsvons be avoided.
  • the evaluation of the result obtained with the method according to the invention can be carried out either purely visually or in a manner known per se with a computer-aided optical detection system.
  • the method according to the invention can also be used if it is a composite ultrafiltration membrane with a narrow-pored microfilter as underlayer, the bubble point of which is so high that detection of defects using the methods of diffusion and smoking would require very high pressures, which is not practical is.
  • the process according to the invention has the advantage that even large amounts of the aqueous solution can be prepared quickly and easily, so that even a large number of ultrafiltration membranes and / or very large-area ultrafiltration membranes can be tested for defects in a comparatively short time.
  • Their visual recognition opens the possibility of an assessment of the defects as well as a traceability of the cause of the damage.
  • ultrafiltration membrane according to the invention is not subject to any particular restriction and in principle all ultrafiltration membranes can be used in which the arrangement required in step (b) of the process according to the invention can be provided.
  • ultrafiltration membranes in the form of flat membranes are used in the process according to the invention, since they can be provided particularly simply in the arrangement required in the process.
  • the ultrafiltration membrane has a cut-off (MWCO) in the range of 500 to 400,000 Da, preferably from 800 to 200,000 Da, in particular from 1,000 to 300,000 Da.
  • MWCO cut-off
  • the ultrafiltration membranes are polysulfone, polyethersulfone, polypropylene, Polytetrafluoroethylene, polyamide, polyimide, polyvinylidene fluoride (PVDF), cellulose, cellulose derivatives (eg cellulose esters), ceramics or mixtures thereof.
  • the ultrafiltration membrane is made of cellulose, cellulose derivatives (eg cellulose esters), polysulfone, polyethersulfone, ceramics or mixtures thereof.
  • membrane adsorber is not subject to any particular restriction and, in principle, all microporous membrane adsorbers known to the person skilled in the art can be used with which the arrangement required in step (b) of the method according to the invention can be provided.
  • membrane adsorbers capable of binding the substance to which a dye is attached can be used. These may be anion-exchanging, cation-exchanging, metal chelate-carrying or affinity ligand-bearing membrane adsorbers.
  • the porosity or the pore size of the microporous membrane adsorber which can be used in the present process is not subject to any particular restriction and, in principle, all membrane adsorbers with a nominal pore width in the range from 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m can be used.
  • the membrane adsorbers from Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Germany, which have been identified as Sartobind® under Art. 94IEXS42-001 (cation-exchanging membrane adsorber) and item no. 94IEXQ42-001 (anion-exchanging membrane adsorber) are available.
  • any substance to which a dye is bonded can be used.
  • a substance which is selected from the group of gold or other nanoparticles in the size range of 1-100 nm, dispersions, liposomes in the size range of 20-100 nm, dendritic or hyperbranched polymers and proteins.
  • the term "protein” is not subject to any particular restriction and, in principle, all proteins can be used to which suitable dyes can be bound.
  • the molecular weight of the protein must be be selected such that an ultrafiltration membrane without defects for the protein with the dye bound thereto is not permeable, which can be carried out by the skilled person in a conventional manner, taking into account the above-defined molecular separation limit of the ultrafiltration membrane to be tested.
  • the protein has a molecular weight in the range from 10,000 to 1,000,000 Da, more preferably in the range from 10,000 to 800,000 Da, in particular from 12,000 to 750,000.
  • the protein is selected from the Group consisting of immunoglobulin A, immunoglobulin G, bovine serum albumin, trypsin, cytochrome C and lysozyme.
  • the abovementioned proteins are assigned to the molecular separation boundaries of an ultrafiltration membrane to be tested according to Table 1 below.
  • dye according to the invention is not subject to any particular restriction and it is possible in principle to use all dyes which are suitable for use in accordance with the invention. Substances, especially proteins, can be bound and allow sufficient visualization of defects in the ultrafiltration membrane.
  • the dye is selected from the group consisting of reactive dyes of the triazine type, wool dyes, acid dyes, triphenylmethane dyes and fluorescent dyes known to those skilled in the art.
  • the dye is selected from the group consisting of Cibacron F3GA, amido black, bromophenol blue, Coomassie R250, Ponceau S, phenol red, fluorescein isothiocyanate, dansyl chloride and rhodamine.
  • defects is not subject to any particular limitation in the invention and may be any opening in the ultrafiltration membrane which permits passage of a substance, in particular a protein, with a dye attached thereto, i. e.g. around holes or cracks.
  • An ultrafiltration membrane with defects in particular has holes or cracks whose largest dimension is in the range from 200 nm to 8000 nm, preferably 10 nm to 500 nm and in particular 1 nm to 30 nm.
  • Fig. 1 (a) shows a schematic representation of a pressure filtration device used as a filtration module with inserted ultrafiltration membrane.
  • Fig. 1 (b) shows a schematic representation of a pressure filtration device used as a filtration module with inserted ultrafiltration membrane and additional membrane adsorber, with which the inventive method can be performed.
  • Fig. 2 shows a membrane adsorber which has been obtained after carrying out the ultrafiltration in Example 3.
  • an aqueous solution which contains a substance, for example a protein, to which a dye is bound.
  • the aqueous solution is provided such that a deficiency of the dye which is dissolved in a suitable solvent, e.g. Ethanol, is brought together with an aqueous saline solution of a suitable substance, for example a protein, so that after binding of the dye to the substance no free dye molecules are present in the resulting solution.
  • a suitable solvent e.g. Ethanol
  • a sample of the solution is centrifuged in a centrifugal concentrator with an ultrafiltration membrane having a suitable molecular cut-off which is permeable to the dye but not to the dye-bound substance. Essentially, i. E. below a level disturbing the detectability of the defects, no more free dye molecules if the permeate has no color.
  • the combination of substance / dye is further selected in a manner known to those skilled in the art so that the bond between the dye and the substance is so strong that the dye can not separate again from the substance during the performance of the method.
  • step (b) of the method according to the invention provision is made of an arrangement comprising a filtration module (A, B) (pressure filtration device) with an ultrafiltration membrane 1 and additionally with a membrane adsorber.
  • a filtration module A, B
  • pressure filtration device for example, a commercially available pressure filtration device (as available from Sartorius Stedim Biotech GmbH, Gottingen, Germany, under order number 16249), shown schematically in Figures 1 (a) and 1 (b), may be used. is shown, or a corresponding filtration module can be used.
  • the pressure filtration apparatus has an infusion space A and a filtrate space B.
  • a suitably cut ultrafiltration membrane 1 is placed on the designated edge of the filtrate space B of the pressure filtration device, whereupon the filtrate space B with the infusion space A of the Pressure filtration device is bolted pressure-tight, so that the ultrafiltration membrane 1 rests firmly on the edge of the filtrate B.
  • a suitably cut membrane adsorber 3 is first placed on the designated edge of the filtrate space B of the pressure filtration device in step (b), whereupon a suitably cut ultrafiltration membrane 1 is applied to the membrane adsorber 3 is placed so that the filtrate B facing surface of the ultrafiltration membrane 1 with a surface 31 of the Membranadsorbers 3 in full-surface contact, whereupon the filtrate B is screwed pressure-tight with the infusion space A of the pressure filtration device.
  • the ultrafiltration membrane can be placed on the membrane adsorber either with the support layer or with the skin layer, preference being given to laying with the support layer.
  • a dilute sodium chloride solution for example 0.9 g of common salt / liter of water.
  • step (c) of the method according to the invention the ultrafiltration membrane 1 is pressurized with the aqueous solution 2 provided in step (a), so that the aqueous solution 2 is subjected to ultrafiltration.
  • the aqueous solution 2 optionally in with Saline dilute form, filled in the infusion space A of the pressure filtration device and it is an ultrafiltration, preferably under pressure, performed.
  • the ultrafiltration is carried out at an overpressure of 0.5 to 4 bar.
  • the substance preferably the protein to which a dye is attached, passes through the at least one defect 4 of the ultrafiltration membrane 1, resulting in a colored zone around the defect.
  • the substance with the dye attached thereto is adsorbed on the membrane adsorber 3.
  • the dye forms a clearly visible spot corresponding to the size of the defect, which can be detected visually or by means of a suitable electro-optical device after removal of the membrane adsorber 3 from the pressure filtration device.
  • Example 1 Preparation of an aqueous solution containing a protein to which a dye is attached First, 0.1 g of Coomassie R250 (available from Merck, Darmstadt, Germany, under the Item No. 12553, Batch: 1 169330). dissolved in 9.5 g of absolute ethanol. To the resulting solution was added 0.5 ml of concentrated orthophosphoric acid (available from ROTH, Düsseldorf, Germany), using a deep blue dye solution a content of about 8.3 mg Coomassie R250 / ml solvent mixture was obtained.
  • bovine serum albumin available from Kraeber, Hamburg, Germany, Batch: 48144436
  • saline a solution of 0.9 g / liter of common salt in deionized water
  • Example 2 Experiment with an ultrafiltration membrane without defects
  • Example 3 Detection of artificial defects in an ultrafiltration membrane
  • Example 3 the same experimental setup was used as in Example 2, but in contrast to Example 2 after insertion of the two membranes and before the pressure-tight screwing of the lower part with a disposable injection cannula defects with a diameter of about 0.6 mm or less introduced into the filtration layer of the ultrafiltration membrane. The smallest defects were barely visible to the naked eye. Thereafter, the lower part was screwed pressure-tight with the infusion room and 10 ml of saline solution were filled into the infusion room. After pressurizing to 2 bar, the 10 ml saline was forced through both membranes to rinse them.
  • the pressure filtration apparatus was drained and 10 ml of a mixture of 1 volume of a test solution prepared in accordance with Example 1 above and 9 volumes of saline were charged into the infusion space. After pressurizing with a pressure of 2 bar, the filtration was carried out until the solution emerging from the pressure filtration device was slightly bluish. The pressure filtration device was drained, the membranes were removed and rinsed briefly with saline to remove the remains of the diluted test solution. Visual inspection revealed blue areas on the membrane adsorber, indicating that there were defects in the ultrafiltration membrane. Further, the ultrafiltration membrane remained white, indicating that no nonspecific adsorption of bovine serum albumin had occurred on the surface of the ultrafiltration membrane.
  • Example 3 was repeated once with identical results.
  • Example 4 Detection of defects occurring in practice in an ultrafiltration membrane
  • Example 3 was repeated using a large round ultrafiltration membrane of the same material as in Example 3 with a diameter of 142 mm, but a plan filter housing of the type 16247 (available from Sartorius Stedim Biotech GmbH, Gottingen, Germany) instead of the pressure filtration device of Type 16249 was used.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweisen von Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran (1), umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen einer wässrigen Lösung (2), die eine Substanz enthält, an die ein Farbstoff gebunden ist, (b) Bereitstellen einer Anordnung aus einem Filtrationsmodul (A, B) mit einer Ultrafiltrationsmembran (1), und (c) Beaufschlagen der Ultrafiltrationsmembran (1) mit der wässrigen Lösung (2), die im Schritt (a) bereitgestellt worden ist, so dass die wässrige Lösung (2) einer Ultrafiltration unterzogen wird, wobei bei einem Vorliegen mindestens einer Fehlstelle (4) in der Ultrafiltrationsmembran (1) die Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, durch die mindestens eine Fehlstelle (4) der Ultrafiltrationsmembran (1) hindurchtritt und sich dort optisch durch Färbung zeigt, wobei die Größe der Substanz in der wässrigen Lösung (2) derart ausgewählt wird, dass eine Ultrafiltrationsmembran (1) ohne Fehlstellen für die Substanz mit einem daran gebundenen Farbstoff nicht durchlässig ist, wobei die Anordnung im Schritt (b) ferner mit einem mikroporösen Membranadsorber (3) bereitgestellt wird, derart, dass die einem Filtratraum (B) des Filtrationsmoduls (A, B) zugewandte Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran (1) mit einer Oberfläche (31) des Membranadsorbers (3) in vollflächigem Kontakt ist, und wobei im Schritt (c) die Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, nach dem Hindurchtreten durch die mindestens eine Fehlstelle (4) der Ultrafiltrationsmembran (1) an dem Membranadsorber (3) adsorbiert wird.

Description

Verfahren zum Nachweisen von Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweisen von Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran.
Die Ultrafiltration ist ein gebräuchliches Filtrationsverfahren aus dem Bereich der Membrantechnik, mit dem sich makromolekulare Substanzen und kleine Partikel aus einem flüssigen Medium abtrennen und aufkonzentrieren lassen. Insbesondere wird die Ultrafiltration für Lösungen eingesetzt, in denen makromolekulare Substanzen, wie beispielsweise Proteine, enthalten sind, die gemäß ihrem Molekulargewicht abgetrennt werden sollen. Dabei kann ein Trennbereich von etwa 0, 1 bis etwa 0,001 μηη bereitgestellt werden.
Beispielsweise wird eine Ultrafiltration zum Konzentrieren, Reinigen und Fraktionieren eingesetzt, wie etwa zum Abtrennen von Pyrogenen, Konzentrieren von Proteinen in Molke oder beim sogenannten "Downstream-Processing", Entgiften von Blut mittels Dialyse oder Konzentrieren und Reinigen von Fermentationsprodukten.
Für eine Ultrafiltration werden Ultrafiltrationsmembranen eingesetzt, bei denen es sich überwiegend um asymmetrisch strukturierte, poröse Membranen handelt, die üblicherweise aus Materialien wie beispielsweise Cellulose, Celluloseestern, Polysulfon, Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyamid oder Keramik hergestellt sind.
Die Porengröße von Ultrafiltrationsmembranen, die je nach Filtrationsaufgabe unterschiedlich ist, wird meist mit der Angabe der Grenze, bei der 90 % der Moleküle einer bestimmten Molmasse zurückgehalten werden (molekulare Trenngrenze, "molecular weight cut-off", MWCO), definiert.
Ultrafiltrationsmembranen können in Form von Schläuchen, Kapillaren, Hohlfasern oder Flachmembranen bereitgestellt werden. Um die Ultrafiltrationsmembran in der Praxis einsetzen zu können, wird sie häufig in Modulen bereitgestellt, wie beispielsweise Platten-, Wickel-, Kapillar- oder Hohlfasermodulen.
Eine Ultrafiltrationsmembran kann prinzipiell aus zwei Schichten aufgebaut sein, die ineinander übergehen. Dies gilt auch für Hohlfaser-Ultrafiltrationsmembranen.
Die erste Schicht, die aufgrund ihrer geringen Dicke auch als Skin-Schicht (Filtrationsschicht) bezeichnet wird, ist sehr engporig und für den eigentlichen Filtrationsvorgang zuständig. Diese Filtrationsschicht bildet, bezogen auf die Filtrationsrichtung, den obersten Bereich einer Ultrafiltrationsmembran, der bei einem Filtrationsvorgang zuerst mit der zu filtrierenden Lösung in Kontakt kommt. Die Struktur und die Porengeometrie dieser Schicht bestimmen die (selektive) Durchlässigkeit und somit die Abscheidungsleistung der Ultrafiltrationsmembran. Die zweite Schicht, die sich, bezogen auf die Filtrationsrichtung, darunter anschließt, ist eine Stützschicht. Die Stützschicht ist wesentlich dicker als die Filtrationsschicht, mikroporös und derart ausgelegt, dass sie für die Komponenten der zu filtrierenden Lösung, welche die Filtrationsschicht durchdringen können, vollständig durchlässig ist und eine möglichst geringe, unspezifische Absorption aufweist. Die Stützschicht dient insbesondere der mechanischen Stabilisierung der Ultrafiltrationsmembran.
Um die einwandfreie Funktionsfähigkeit einer Ultrafiltrationsmembran sicherzustellen, d.h. um zu verhindern, dass beispielsweise Proteine, die von der Ultrafiltrationsmembran zurückgehalten werden sollen, durch diese hindurchdringen und somit das erhaltene Permeat verunreinigen, muss gewährleistet werden können, dass die Filtrationsschicht unbeschädigt ist. Insbesondere darf die Filtrationsschicht keine Fehlstellen aufweisen, wie beispielsweise kleine Löcher oder Risse.
Im Stand der Technik sind Verfahren zum indirekten Nachweisen von Fehlstellen in Ultrafiltrationsmembranen bekannt.
Bei einem der Verfahren (Diffusionsverfahren) wird die zu prüfende Ultrafiltrationsmembran mit einem geeigneten (Membran-verträglichen) Medium, wie beispielsweise Wasser, benetzt und dann in ein druckdichtes Gehäuse eingesetzt. Die Ultrafiltrationsmembran wird dann mit einem Prüfgas, wie beispielsweise Luft, mit Überdruck beaufschlagt und das Volumen des diffundierenden Prüfgases wird bestimmt und mit demjenigen von bekannten intakten Ultrafiltrationsmembranmustern gleicher Art und Größe verglichen. Die dabei auftretende Diffusion ist sehr gering. Mit steigendem Druck erhöht sich die Diffusion linear, aber bei der Überwindung des sogenannten Blasendruckpunktes erhöht sich der Gasstrom praktisch schlagartig. Der Blasendruckpunkt ist der Druck des verwendeten Prüfgases, bei dem das Lösungsmittel aus der größten Pore der untersuchten Ultrafiltrationsmembran herausgedrückt wird, wobei ein Übergang von einem diffusiven Gastransport zu einem konvektiven Gastransport stattfindet. Bei dem konvektiven Gastransport steigt der Gasstrom, d.h. die Menge der aus dem druckdichten Gehäuse austretenden Gasblasen, schlagartig an. Es müssen daher mehrere Druckstufen abgeprüft werden, wofür automatisierte, für die verschiedenen Membrantypen programmierbare Geräte im Handel erhältlich sind.
Das Diffusionsverfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass damit nicht unterschieden werden kann, ob in der Ultrafiltrationsmembran viele kleine Fehlstellen vorliegen oder nur eine einzige große Fehlstelle, wie beispielsweise ein großes Loch, vorliegt. Dabei sollte beachtet werden, dass in Ultrafiltrationsmembranen üblicherweise auftretende Fehlstellen eine so geringe Größe aufweisen, dass sie mit dem bloßen Auge kaum oder nicht erfasst werden können.
Bei einem weiteren Verfahren (Berauchungsverfahren) wird die zu prüfende Ultrafiltrationsmembran in einem geeigneten Gehäuse, wie es beispielsweise unter der Bestellnummer 16275 von Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Deutschland, erhältlich ist, mit Rauch aus einer Räucherkerze (beispielsweise von Crottendorf Räucherkerzen GmbH, Crottendorf, Deutschland, erhältlich) oder einer handelsüblichen filterlosen Zigarette beaufschlagt. Dazu wird in einem Vorlagenbehälter durch Abbrennen der Räucherkerze oder der Zigarette entstehender Rauch durch einen Luftüberdruck gegen die Ultrafiltrationsmembran gedrückt. Auch bei diesem Vorgang muss durch Steigerung des Drucks der Blasendruckpunkt überwunden werden, um einen Durchgang des Rauches durch die Ultrafiltrationsmembran zu ermöglichen. Wenn der Rauch durch gegebenenfalls vorliegende Fehlstellen der Ultrafiltrationsmembran hindurchtritt, werden Bestandteile des Rauches, wie beispielsweise Teer und Kondensat, an den Rändern der Fehlstellen abgeschieden und dadurch sichtbar gemacht.
Das Berauchungsverfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass der apparative und zeitliche Aufwand vergleichsweise hoch ist und in vielen Fällen eine nicht unerhebliche Geruchsbelästigung auftreten kann. Auch beim Berauchungsverfahren werden kleinere Fehlstellen nicht erfasst, da der Rauch nur durch die großen (freigeblasenen) Fehlstellen hindurchtreten kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens, das die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet und das auf einfache und kostengünstige Weise den Nachweis von Fehlstellen in der Filtrationsschicht einer Ultrafiltrationsmembran erlaubt. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelöst.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch die Verwendung einer wässrigen Lösung als Prüflösung, die eine Substanz enthält, an die ein Farbstoff gebunden ist, ein Verfahren bereitgestellt werden kann, mit dem Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran in einfacher Weise bei gleichzeitig erhöhter Empfindlichkeit und optischer Erkennbarkeit nachgewiesen werden können.
Insbesondere wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Nachweisen von Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran bereitgestellt, umfassend die Schritte:
(a) Bereitstellen einer wässrigen Lösung, die eine Substanz enthält, an die ein Farbstoff gebunden ist, (b) Bereitstellen einer Anordnung aus einem Filtrationsmodul mit einer
Ultrafiltrationsmembran, und (c) Beaufschlagen der Ultrafiltrationsmembran mit der wässrigen Lösung, die im Schritt (a) bereitgestellt worden ist, so dass die wässrige Lösung einer Ultrafiltration unterzogen wird, wobei bei einem Vorliegen mindestens einer Fehlstelle in der Ultrafiltrationsmembran die Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, durch die mindestens eine Fehlstelle der
Ultrafiltrationsmembran hindurchtritt und sich dort optisch durch Färbung zeigt, wobei die Größe der Substanz in der wässrigen Lösung derart ausgewählt wird, dass eine Ultrafiltrationsmembran ohne Fehlstellen für die Substanz mit einem daran gebundenen Farbstoff nicht durchlässig ist, wobei die Anordnung im Schritt (b) ferner mit einem mikroporösen Membranadsorber bereitgestellt wird, derart, dass die einem Filtratraum des Filtrationsmoduls zugewandte Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran mit einer Oberfläche des Membranadsorbers in vollflächigem Kontakt ist, und wobei im Schritt (c) die Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, nach dem Hindurchtreten durch die mindestens eine Fehlstelle der Ultrafiltrationsmembran an dem Membranadsorber adsorbiert wird.
Insbesondere können durch das erfindungsgemäße Verfahren Fehlstellen dadurch leicht nachgewiesen werden, dass die mit dem Farbstoff beladene Substanz durch die Fehlstellen der Ultrafiltrationsmembran hindurchtritt, was zu einer gefärbten Zone um die Fehlstelle herum führt. Dadurch lassen sich auch kleine Fehlstellen, bei denen die vorstehend genannten Verfahren des Standes der Technik scheitern, weil der Blasenpunkt kleiner Fehlstellen so hoch liegt, nachweisen. Da je nach Größe der Fehlstelle innerhalb eines gegebenen Zeitraums eine mehr oder weniger große Menge der Farbstoff-beladenen Substanz durch die Fehlstelle hindurchtritt, ist auch die gefärbte Zone um die Fehlstelle herum mehr oder weniger groß.
Eine Dokumentation der Fehlstelle(n) auf der Ultrafiltrationsmembran ist im Allgemeinen jedoch schwierig, da der Farbstoff in der Porenflüssigkeit der Ultrafiltrationsmembran nach allen Seiten diffundiert und die Färbung nicht dauerhaft erhalten bleibt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb die Anordnung im Schritt (b) ferner mit einem mikroporösen Membranadsorber bereitgestellt, derart, dass die einem Filtratraum des Filtrationsmoduls zugewandte Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran mit einer Oberfläche des Membranadsorbers in vollflächigem Kontakt ist, und im Schritt (c) wird die Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, nach dem Hindurchtreten durch die mindestens eine Fehlstelle der Ultrafiltrationsmembran an dem Membranadsorber adsorbiert.
Bei dieser Ausführungsform konzentriert der Membranadsorber die Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, an der Stelle des Hindurchtretens durch die Ultrafiltrationsmembran praktisch beliebig stark auf, so dass auch kleinste Fehlstellen durch einen intensiven Farbfleck sichtbar gemacht werden können.
Mit dem vorliegenden Verfahren kann deshalb nicht nur die Anzahl und die Position der in einer Filtrationsschicht vorliegenden Fehlstellen, sondern gleichzeitig auch deren Größe, insbesondere unter Verwendung der vorstehend genannten bevorzugten Ausführungsform, durch bildanalytische Verfahren zuverlässig erfasst werden. Eine Photographie beider Membranen zu Dokumentationszwecken ist möglich. Erfindungsgemäß kann somit einfach festgestellt werden, ob in der Filtrationsschicht der Ultrafiltrationsmembran viele kleine Fehlstellen vorliegen oder nur eine einzige große Fehlstelle, wie beispielsweise ein großes Loch, was insbesondere mit dem vorstehend beschriebenen Diffusionsverfahren nicht möglich ist. Wie bereits erwähnt, werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem sehr geringen apparativen und zeitlichen Aufwand auch sehr kleine Fehlstellen erfasst, da die erhaltenen Farbflecken, insbesondere beim Einsatz eines Membranadsorbers, auch bei kleinsten Farbstoffmengen sehr gut sichtbar sind. Die Sichtbarkeit kann dabei durch die Verwendung von geeigneten Fluoreszenzfarbstoffen und entsprechenden Geräten zur Sichtbarmachung weiter verbessert werden. Demnach werden mit dem vorliegenden Verfahren auch die Nachteile des vorstehend beschriebenen Berauchungsverfahrens vermieden. Die Auswertung des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Ergebnisses kann je nach der Anzahl der zu prüfenden Ultrafiltrationsmembranen und der erforderlichen Genauigkeit entweder rein visuell erfolgen oder in an sich bekannter Weise mit einem computergestützten optischen Erfassungssystem durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dann einsetzbar, wenn es sich um eine Composit-Ultrafiltrationsmembran mit einem engporigen Mikrofilter als Unterschicht handelt, dessen Blasenpunkt so hoch ist, dass ein Fehlstellennachweis mit den Verfahren der Diffusion und des Berauchens sehr hohe Drücke erfordern würde, was nicht praxisgerecht ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist schließlich den Vorteil auf, dass auch große Mengen der wässrigen Lösung schnell und einfach hergestellt werden können, so dass selbst eine große Anzahl von Ultrafiltrationsmembranen und/oder sehr großflächige Ultrafiltrationsmembranen in vergleichsweise kurzer Zeit in Bezug auf Fehlstellen geprüft werden können. Dabei eröffnet deren optische Erkennbarkeit die Möglichkeit einer Beurteilung der Fehlstellen sowie eine Rückverfolgung der Schadensursache.
Der Begriff "Ultrafiltrationsmembran" unterliegt erfindungsgemäß keiner besonderen Einschränkung und es können prinzipiell alle Ultrafiltrationsmembranen verwendet werden, bei denen die im Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Anordnung bereitgestellt werden kann. Insbesondere werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren Ultrafiltrationsmembranen in der Form von Flachmembranen eingesetzt, da diese besonders einfach in der in dem Verfahren erforderlichen Anordnung bereitgestellt werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Ultrafiltrationsmembran eine Trenngrenze (MWCO) im Bereich von 500 bis 400000 Da auf, vorzugsweise von 800 bis 200000 Da, insbesondere von 1000 bis 300000 Da.
Materialien für Ultrafiltrationsmembranen, die in dem vorliegenden Verfahren eingesetzt werden können, sind nicht speziell beschränkt. Vorzugsweise sind die Ultrafiltrationsmembranen jedoch aus Polysulfon, Polyethersulfon, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyamid, Polyimid, Polyvinylidenfluorid (PVDF), Cellulose, Cellulosederivaten (z.B. Celluloseestern), Keramiken oder Gemischen davon hergestellt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ist die Ultrafiltrationsmembran aus Cellulose, Cellulosederivaten (z.B. Celluloseestern), Polysulfon, Polyethersulfon, Keramiken oder Gemischen davon hergestellt.
Der Begriff "Membranadsorber" unterliegt erfindungsgemäß keiner besonderen Einschränkung und es können prinzipiell alle dem Fachmann bekannten mikroporösen Membranadsorber verwendet werden, mit denen die im Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Anordnung bereitgestellt werden kann.
Insbesondere können alle Membranadsorber verwendet werden, die in der Lage sind, die Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, zu binden. Dabei kann es sich um Anionen- austauschende, Kationen-austauschende, Metallchelat-tragende oder Affinitätsliganden- tragende Membranadsorber handeln. Die Porosität bzw. die Porengröße des in dem vorliegenden Verfahren einsetzbaren mikroporösen Membranadsorbers unterliegt keiner speziellen Beschränkung und es können prinzipiell alle Membranadsorber mit einer Nennporenweite im Bereich von 0, 1 μιτι bis 10 μιτι eingesetzt werden. Als besonders geeignet haben sich die Membranadsorber der Firma Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Deutschland erwiesen, die als Sartobind® unter der Art.-Nr. 94IEXS42-001 (Kationen-austauschender Membranadsorber) und der Art.-Nr. 94IEXQ42-001 (Anionen- austauschender Membranadsorber) erhältlich sind.
Als Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, kann in dem vorliegenden Verfahren prinzipiell jedwede Substanz verwendet werden, an die ein Farbstoff gebunden ist. Vorzugsweise wird jedoch eine Substanz verwendet, die aus der Gruppe der Gold- oder anderen Nanopartikel im Größenbereich von 1 - 100 nm, Dispersionen, Liposomen im Größenbereich von 20 - 100 nm, dendritischen oder hyperverzweigten Polymere sowie Proteine ausgewählt ist.
Der Begriff "Protein" unterliegt erfindungsgemäß keiner besonderen Einschränkung und es können prinzipiell alle Proteine verwendet werden, an die erfindungsgemäß geeignete Farbstoffe gebunden werden können. Das Molekulargewicht des Proteins muss jedoch derart ausgewählt werden, dass eine Ultrafiltrationsmembran ohne Fehlstellen für das Protein mit dem daran gebundenen Farbstoff nicht durchlässig ist, was vom Fachmann in an sich bekannter Weise unter Berücksichtigung der vorstehend definierten molekularen Trenngrenze der zu prüfenden Ultrafiltrationsmembran durchgeführt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Protein ein Molekulargewicht im Bereich von 10000 bis 1000000 Da auf, mehr bevorzugt im Bereich von 10000 bis 800000 Da, insbesondere von 12000 bis 750000. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Protein aus der Gruppe, bestehend aus Immunglobulin A, Immunglobulin G, Rinderserumalbumin, Trypsin, Cytochrom C und Lysozym, ausgewählt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend genannten Proteine den molekularen Trenngrenzen einer zu prüfenden Ultrafiltrationsmembran gemäß der nachstehenden Tabelle 1 zugeordnet.
Tabelle 1
Figure imgf000011_0001
Der Begriff "Farbstoff" unterliegt erfindungsgemäß keiner besonderen Einschränkung und es können prinzipiell alle Farbstoffe verwendet werden, die an erfindungsgemäß geeignete Substanzen, insbesondere Proteine, gebunden werden können und eine ausreichende Visualisierung von Fehlstellen in der Ultrafiltrationsmembran ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Farbstoff aus der Gruppe, bestehend aus Reaktivfarbstoffen des Triazin-Typs, Wollfarbstoffen, sauren Farbstoffen, Triphenylmethanfarbstoffen und Fluoreszenzfarbstoffen, ausgewählt, die dem Fachmann bekannt sind.
Eine umfangreiche, jedoch nicht einschränkende Auswahl geeigneter Farbstoffe der vorstehend genannten Farbstoffgruppen findet sich im Colour Index (C. I.), Society of Dyers and Colourists, PO Box 244, Perkin House 82 Grattan Road, Bradford BD 1 2JB, England, sowie speziell auf Fluoreszenzfarbstoffe bezogen im Katalog "The Handbook, a Guide to Fluorescent Probes and Labeling Techniques", 10. Auflage, Hrsg. Richard P. Haugland, 2005, Invitrogen Corporation.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Farbstoff aus der Gruppe, bestehend aus Cibacron F3GA, Amidoschwarz, Bromphenolblau, Coomassie R250, Ponceau S, Phenolrot, Fluoresceinisothiocyanat, Dansylchlorid und Rhodamin, ausgewählt.
Der Begriff "Fehlstelle" unterliegt erfindungsgemäß keiner besonderen Einschränkung und es kann sich dabei um jedwede Öffnung in der Ultrafiltrationsmembran handeln, die ein Hindurchtreten einer Substanz, insbesondere eines Proteins, mit einem daran gebundenen Farbstoff erlaubt, d.h. z.B. um Löcher oder Risse. Eine Ultrafiltrationsmembran mit Fehlstellen weist dabei insbesondere Löcher oder Risse auf, deren größte Abmessung im Bereich von 200 nm bis 8000 nm, vorzugsweise 10 nm bis 500 nm und insbesondere 1 nm bis 30 nm liegt.
Fig. 1 (a) zeigt eine schematische Darstellung eines als Filtrationsmodul verwendeten Druckfiltrationsgeräts mit eingelegter Ultrafiltrationsmembran. Fig. 1 (b) zeigt eine schematische Darstellung eines als Filtrationsmodul verwendeten Druckfiltrationsgeräts mit eingelegter Ultrafiltrationsmembran und zusätzlichem Membranadsorber, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Fig. 2 zeigt einen Membranadsorber, der nach der Durchführung der Ultrafiltration im Beispiel 3 erhalten worden ist.
Im Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine wässrige Lösung bereitgestellt, die eine Substanz, beispielsweise ein Protein, enthält, an das ein Farbstoff gebunden ist. Dabei wird die wässrige Lösung insbesondere so bereitgestellt, dass ein Unterschuss des Farbstoffs, der in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z.B. Ethanol, gelöst ist, mit einer wässrigen Kochsalzlösung einer geeigneten Substanz, beispielsweise eines Proteins, zusammengebracht wird, so dass nach dem Binden des Farbstoffs an die Substanz keine freien Farbstoffmoleküle in der resultierenden Lösung mehr vorliegen.
Um zu prüfen, ob noch freie Farbstoffmoleküle in der resultierenden Lösung vorliegen, kann in der folgenden Weise vorgegangen werden. Eine Probe der Lösung wird in einem Zentrifugalkonzentrator mit einer Ultrafiltrationsmembran mit einer geeigneten molekularen Trenngrenze, die zwar für den Farbstoff, nicht jedoch für die Substanz mit gebundenem Farbstoff durchlässig ist, zentrifugiert. Es liegen im Wesentlichen, d.h. unterhalb eines die Erkennbarkeit der Fehlstellen störenden Niveaus, keine freien Farbstoffmoleküle mehr vor, wenn das Permeat keine Färbung aufweist.
Die Kombination von Substanz/ Farbstoff wird ferner in einer dem Fachmann bekannten Weise so gewählt, dass die Bindung zwischen dem Farbstoff und der Substanz so stark ist, dass sich der Farbstoff während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht wieder von der Substanz trennen kann.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 (b) erfolgt im Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Bereitstellen einer Anordnung aus einem Filtrationsmodul (A, B) (Druckfiltrationsgerät) mit einer Ultrafiltrationsmembran 1 und zusätzlich mit einem Membranadsorber. Für den Schritt (b) kann beispielsweise ein handelsübliches Druckfiltrationsgerät (wie es von Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Deutschland, unter der Bestell-Nr. 16249 erhältlich ist), das schematisch in den Fig. 1 (a) und 1 (b) gezeigt ist, oder ein entsprechendes Filtrationsmodul verwendet werden. In der in den Fig. 1 (a) und 1 (b) gezeigten schematischen Form weist das Druckfiltrationsgerät (Filtrationsmodul) einen Aufgussraum A und einen Filtratraum B auf. Zur Durchführung des Schritts (b) wird in einer Ausführungsform, die in der Fig. 1 (a) gezeigt ist, eine passend zugeschnittene Ultrafiltrationsmembran 1 auf den dafür vorgesehenen Rand des Filtratraums B des Druckfiltrationsgeräts aufgelegt, worauf der Filtratraum B mit dem Aufgussraum A des Druckfiltrationsgeräts druckdicht verschraubt wird, so dass die Ultrafiltrationsmembran 1 fest auf dem Rand des Filtratraums B aufliegt.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren, wie in der Fig. 1 (b) gezeigt ist, wird im Schritt (b) zunächst ein passend zugeschnittener Membranadsorber 3 auf den dafür vorgesehenen Rand des Filtratraums B des Druckfiltrationsgeräts aufgelegt, worauf eine passend zugeschnittene Ultrafiltrationsmembran 1 auf den Membranadsorber 3 gelegt wird, so dass die dem Filtratraum B zugewandte Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran 1 mit einer Oberfläche 31 des Membranadsorbers 3 in vollflächigem Kontakt ist, worauf der Filtratraum B mit dem Aufgussraum A des Druckfiltrationsgeräts druckdicht verschraubt wird. Wird eine Ultrafiltrationsmembran mit einer Skin-Schicht und einer Stützschicht verwendet, kann die Ultrafiltrationsmembran entweder mit der Stützschicht oder mit der Skin-Schicht auf den Membranadsorber aufgelegt werden, wobei ein Auflegen mit der Stützschicht bevorzugt ist. Zwischen den Schritten (b) und (c) kann erfindungsgemäß bevorzugt ein Spülen der Ultrafiltrationsmembran 1 und des Membranadsorbers 3 mit einer verdünnten Kochsalzlösung (beispielsweise 0,9 g Kochsalz/Liter Wasser) durchgeführt werden.
Im Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Beaufschlagen der Ultrafiltrationsmembran 1 mit der wässrigen Lösung 2, die im Schritt (a) bereitgestellt worden ist, so dass die wässrige Lösung 2 einer Ultrafiltration unterzogen wird. Dazu wird nach dem optionalen Spülen der Ultrafiltrationsmembran 1 und des Membranadsorbers 3 mit einer verdünnten Kochsalzlösung die wässrige Lösung 2, gegebenenfalls in mit Kochsalzlösung verdünnter Form, in den Aufgussraum A des Druckfiltrationsgeräts gefüllt und es wird eine Ultrafiltration, vorzugsweise unter Überdruck, durchgeführt. Besonders bevorzugt wird die Ultrafiltration dabei bei einem Überdruck von 0,5 bis 4 bar durchgeführt.
Bei der Ultrafiltration tritt bei einer vollständig intakten Ultrafiltrationsmembran 1 nur das Lösungsmittel (gegebenenfalls mit gelöstem Kochsalz) durch die Ultrafiltrationsmembran 1 und den Membranadsorber 3 hindurch, so dass das Retentat gefärbt und die ablaufende Flüssigkeit (das Filtrat) farblos bleibt.
Wenn jedoch mindestens eine Fehlstelle 4 in der Ultrafiltrationsmembran 1 vorliegt, tritt die Substanz, vorzugsweise das Protein, an das ein Farbstoff gebunden ist, durch die mindestens eine Fehlstelle 4 der Ultrafiltrationsmembran 1 hindurch, was zu einer gefärbten Zone um die Fehlstelle herum führt.
Wenn ein Membranadsorber 3 eingesetzt wird, wird die Substanz mit dem daran gebundenen Farbstoff an dem Membranadsorber 3 adsorbiert. Der Farbstoff bildet dabei einen der Größe der Fehlstelle entsprechenden, deutlich sichtbaren Fleck, der nach der Entnahme des Membranadsorbers 3 aus dem Druckfiltrationsgerät visuell oder mittels eines geeigneten elektro-optischen Geräts erfasst werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert. Beispiele
Beispiel 1 : Herstellung einer wässrigen Lösung, die ein Protein enthält, an das ein Farbstoff gebunden ist Zunächst wurden 0, 1 g Coomassie R250 (von Merck, Darmstadt, Deutschland, unter der Art.-Nr. 12553 erhältlich, Charge: 1 169330) in 9,5 g absolutem Ethanol gelöst. Der erhaltenen Lösung wurden 0,5 ml konzentrierte ortho-Phosphorsäure (von ROTH, Karlsruhe, Deutschland, erhältlich) zugesetzt, wobei eine tiefblaue Farbstofflösung mit einem Gehalt von etwa 8,3 mg Coomassie R250/ml Lösungsmittelgemisch erhalten wurde.
Dann wurde 1 g Rinderserumalbumin (von Kraeber, Hamburg, Deutschland, erhältlich, Charge: 48144436) in 20 ml einer Lösung von 0,9 g/Liter Kochsalz in entionisiertem Wasser (nachstehend als Kochsalzlösung bezeichnet) unter Rühren gelöst.
Nach dem vollständigen Lösen des Rinderserumalbumins wurden der Rinderserumalbumin-Lösung 0,4 ml der in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltenen Farbstofflösung zugesetzt, worauf bis zur Homogenität gemischt wurde.
Um zu prüfen, ob die erhaltene homogene Lösung noch nicht-Protein-gebundenen Farbstoff enthielt, wurden je 5 ml dieser Lösung in Zentrifugalkonzentratoren (Vivaspin® 20, erhältlich von Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Deutschland) mit einer Ultrafiltrationsmembran mit einer molekularen Trenngrenze von 30000 Da (von Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Deutschland, erhältlich, Best.-Nr. VS2021 ) in einer Zentrifuge Modell UNIVERSAL 320 (von Andreas Hettich GmbH & Co. KG, Tuttlingen, Deutschland, erhältlich) 15 min bei 50 % der Maximaldrehzahl zentrifugiert. Auf der Retentatseite lag eine tiefblau gefärbte Lösung vor, während ein wasserklares, farbloses Permeat erhalten wurde. Dies zeigt, dass der gesamte zugesetzte Farbstoff an das Rinderserumalbumin gebunden worden ist, d.h. dass in der homogenen Lösung kein freier Farbstoff vorlag.
Beispiel 2 (Referenzbeispiel): Versuch mit einer Ultrafiltrationsmembran ohne Fehlstellen
Aus einer Ultrafiltrationsmembran mit einer molekularen Trenngrenze von 30000 Da des Typs 14459 (Hydrosart®, Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Deutschland, erhältlich, Charge: 1 16503-3 Ro2 E) und einem Membranadsorber mit einem primären Amin als Liganden des Typs STIC (von Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Deutschland, erhältlich, Charge: T831 ) wurden jeweils Ronden mit einem Durchmesser von 47 mm ausgestanzt und nach vollständigem Benetzen mit Kochsalzlösung in ein Edelstahl-Druckfiltrationsgerät des Typs 16249 (von Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Deutschland, erhältlich) derart übereinander eingelegt, dass die Stützschicht der Ultrafiltrationsmembran auf dem Membranadsorber auflag. Danach wurde das Unterteil mit dem Aufgussraum druckdicht verschraubt und in den Aufgussraum wurden 10 ml Kochsalzlösung gefüllt. Nach dem Beaufschlagen mit einem Druck von 2 bar wurden die 10 ml Kochsalzlösung durch beide Membranen gedrückt, um diese zu spülen. Das Druckfiltrationsgerät wurde entleert und 10 ml eines Gemisches aus 1 Volumenteil einer gemäß dem vorstehenden Beispiel 1 hergestellten Prüflösung und 9 Volumenteilen Kochsalzlösung wurden in den Aufgussraum gefüllt. Nach Beaufschlagen mit einem Druck von 2 bar wurden 5 ml des Gemisches filtriert. Daraufhin wurde das Gerät entleert, die Membranen wurden entnommen und kurz mit Kochsalzlösung gespült, um die Reste der verdünnten Prüflösung zu entfernen. Bei einer visuellen Untersuchung konnten keine blauen Bereiche auf dem Membranadsorber festgestellt werden, was zeigt, dass keine Fehlstellen in der Ultrafiltrationsmembran vorlagen. Ferner war die Ultrafiltrationsmembran weiß geblieben, was zeigt, dass keinerlei unspezifische Adsorption des Rinderserumalbumins auf der Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran stattgefunden hatte.
Beispiel 3: Nachweis von künstlichen Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran
Im Beispiel 3 wurde der gleiche Versuchsaufbau wie im Beispiel 2 eingesetzt, jedoch wurden im Gegensatz zum Beispiel 2 nach dem Einlegen der beiden Membranen und vor dem druckdichten Verschrauben des Unterteils mit einer Einweg-Injektionskanüle Fehlstellen mit einem Durchmesser von etwa 0,6 mm oder weniger in die Filtrationsschicht der Ultrafiltrationsmembran eingebracht. Dabei waren die kleinsten Fehlstellen mit dem bloßen Auge kaum sichtbar. Danach wurde das Unterteil mit dem Aufgussraum druckdicht verschraubt und in den Aufgussraum wurden 10 ml Kochsalzlösung gefüllt. Nach dem Beaufschlagen mit einem Druck von 2 bar wurden die 10 ml Kochsalzlösung durch beide Membranen gedrückt, um diese zu spülen. Das Druckfiltrationsgerät wurde entleert und 10 ml eines Gemisches aus 1 Volumenteil einer gemäß dem vorstehenden Beispiel 1 hergestellten Prüflösung und 9 Volumenteilen Kochsalzlösung wurden in den Aufgussraum gefüllt. Nach dem Beaufschlagen mit einem Druck von 2 bar wurde die Filtration so lange durchgeführt, bis die aus dem Druckfiltrationsgerät austretende Lösung schwach bläulich war. Das Druckfiltrationsgerät wurde entleert, die Membranen wurden entnommen und kurz mit Kochsalzlösung gespült, um die Reste der verdünnten Prüflösung zu entfernen. Bei einer visuellen Untersuchung zeigten sich blaue Bereiche auf dem Membranadsorber, was zeigt, dass Fehlstellen in der Ultrafiltrationsmembran vorlagen. Ferner war die Ultrafiltrationsmembran weiß geblieben, was zeigt, dass keinerlei unspezifische Adsorption des Rinderserumalbumins auf der Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran stattgefunden hatte. Nur an den Rändern und im Bereich der Fehlstellen waren blaue Verfärbungen zu erkennen, was auf ein Vorliegen von gefärbtem Rinderserumalbumin in der Stützschicht infolge einer Fehlstelle in der Skin-Schicht hindeutete. Diese gefärbten Bereiche entfärbten sich langsam durch seitliche Diffusion des Rinderserumalbumins in die Stützschicht, während in dem Membranadsorber aufgrund der hohen Ladungsdichte keine Diffusion stattfand. Die gefärbten Bereiche in dem Membranadsorber, die in der Fig. 2 gezeigt sind, behielten deshalb ihre hohe Farbintensität bei, was für eine nachfolgende Dokumentation des Nachweisergebnisses sehr wichtig ist.
Das Beispiel 3 wurde mit identischen Ergebnissen einmal wiederholt.
Beispiel 4: Nachweis von in der Praxis auftretenden Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran
Das Beispiel 3 wurde unter Verwendung einer großen runden Ultrafiltrationsmembran aus dem gleichen Material wie im Beispiel 3 mit einem Durchmesser von 142 mm wiederholt, wobei jedoch ein Planfiltergehäuse des Typs 16247 (von Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, Deutschland, erhältlich) anstelle des Druckfiltrationsgeräts des Typs 16249 verwendet wurde.
Bei einer visuellen Untersuchung zeigten sich keine blauen Flecken auf der weißen Fläche der Ultrafiltrationsmembran, was zeigt, dass keine unspezifische Adsorption des Rinderserumalbumins auf der Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran stattgefunden hatte. An den Rändern und im Bereich der Fehlstellen waren jedoch blaue Verfärbungen zu erkennen, was auf eine Diffusion von gefärbtem Rinderserumalbumin in der Struktur unter der Filtrationsschicht und somit auf das Vorliegen von Fehlstellen in der Ultrafiltrationsmembran hindeutete. Bezugszeichen
A Aufgussraum
B Filtratraum
A, B Filtrationsmodul
1 Ultrafiltrationsmembran
2 wässrige Lösung
3 mikroporöser Membranadsorber
4 Fehlstelle in der Ultrafiltrationsmembran
31 Oberfläche des Membranadsorbers

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Nachweisen von Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran ( 1), umfassend die Schritte:
(a) Bereitstellen einer wässrigen Lösung (2), die eine Substanz enthält, an die ein Farbstoff gebunden ist,
(b) Bereitstellen einer Anordnung aus einem Filtrationsmodul (A, B) mit einer Ultrafiltrationsmembran (1 ), und
(c) Beaufschlagen der Ultrafiltrationsmembran ( 1) mit der wässrigen Lösung (2), die im Schritt (a) bereitgestellt worden ist, so dass die wässrige Lösung (2) einer Ultrafiltration unterzogen wird, wobei bei einem Vorliegen mindestens einer Fehlstelle (4) in der Ultrafiltrationsmembran ( 1) die Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, durch die mindestens eine Fehlstelle (4) der Ultrafiltrationsmembran ( 1 ) hindurchtritt und sich dort optisch durch Färbung zeigt, wobei die Größe der Substanz in der wässrigen Lösung (2) derart ausgewählt wird, dass eine Ultrafiltrationsmembran ( 1 ) ohne Fehlstellen für die Substanz mit einem daran gebundenen Farbstoff nicht durchlässig ist, wobei die Anordnung im Schritt (b) ferner mit einem mikroporösen Membranadsorber (3) bereitgestellt wird, derart, dass die einem Filtratraum (B) des Filtrationsmoduls (A, B) zugewandte Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran ( 1 ) mit einer Oberfläche (31 ) des Membranadsorbers (3) in vollflächigem Kontakt ist, und wobei im Schritt (c) die Substanz, an die ein Farbstoff gebunden ist, nach dem Hindurchtreten durch die mindestens eine Fehlstelle (4) der Ultrafiltrationsmembran ( 1) an dem Membranadsorber (3) adsorbiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Ultrafiltrationsmembran ( 1 ) mit einer Trenngrenze (MWCO) im Bereich von 500 bis 400000 Da bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Substanz aus der Gruppe, bestehend aus Gold- oder anderen Nanopartikeln im Größenbereich von 1 - 100 nm, Dispersionen, Liposomen im Größenbereich von 20 - 100 nm, dendritischen oder hyperverzweigten Polymeren und Proteinen, ausgewählt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Substanz ein Protein ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Protein ein Molekulargewicht im Bereich von 10000 bis 1000000 Da aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Protein aus der Gruppe, bestehend aus Immunglobulin A, Immunglobulin G, Rinderserumalbumin, Trypsin, Cytochrom C und Lysozym, ausgewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Farbstoff aus der Gruppe, bestehend aus Reaktivfarbstoffen des Triazin-Typs, Wollfarbstoffen, sauren Farbstoffen, Triphenylmethanfarbstoffen und Fluoreszenzfarbstoffen, ausgewählt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Farbstoff aus der Gruppe, bestehend aus Cibacron F3GA, Amidoschwarz, Bromphenolblau, Coomassie R250, Ponceau S, Phenolrot, Fluoresceinisothiocyanat, Dansylchlorid und Rhodamin, ausgewählt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zwischen den Schritten (b) und (c) ein Spülschritt mit einer Kochsalzlösung durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schritt (c) des Beaufschlagens mit Überdruck durchgeführt wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Überdruck 0,5 bis 4 bar beträgt.
PCT/EP2013/000205 2012-01-27 2013-01-23 Verfahren zum nachweisen von fehlstellen in einer ultrafiltrationsmembran WO2013110458A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012001591.7A DE102012001591B4 (de) 2012-01-27 2012-01-27 Verfahren zum Nachweisen von Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran
DE102012001591.7 2012-01-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013110458A1 true WO2013110458A1 (de) 2013-08-01

Family

ID=47715964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/000205 WO2013110458A1 (de) 2012-01-27 2013-01-23 Verfahren zum nachweisen von fehlstellen in einer ultrafiltrationsmembran

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012001591B4 (de)
WO (1) WO2013110458A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103551045A (zh) * 2013-11-11 2014-02-05 国家电网公司 一种反渗透膜的氧化情况的染料判定方法
US9828626B2 (en) 2015-07-10 2017-11-28 Pall Corporation Dendrimer conjugates for determining membrane retention level and/or pore structure
CN112473391A (zh) * 2020-12-23 2021-03-12 安徽昂可特膜科技有限公司 一种反渗透膜缺陷的修复方法
EP4016056A1 (de) 2020-12-16 2022-06-22 Tomas Pink Verfahren zur erkennung von adsorptionsunterschieden, anlagerungs- und/oder rückhaltebereichen in teilweise lichtdurchlässigen behältnissen
WO2022128756A1 (de) 2020-12-16 2022-06-23 Tomas Pink Verfahren zur erkennung von adsorptionsunterschieden, anlagerungs- und/oder rückhaltbereichen in teilweise lichtdurchlässigen behältnissen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090220940A1 (en) * 2005-10-17 2009-09-03 Ovadia Lev Method for Testing the Integrity of Membranes
US20100060887A1 (en) * 2008-09-09 2010-03-11 Korea Institute Of Science And Technology Method for detecting membrane module flaw with the application of fluorescent particles
DE102009034575A1 (de) * 2009-07-24 2011-01-27 Universität Bielefeld Perforierte Membranen
US20110147292A1 (en) * 2008-04-14 2011-06-23 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Cellulose hydrate membrane, method for the production thereof, and use thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4188817A (en) * 1978-10-04 1980-02-19 Standard Oil Company (Indiana) Method for detecting membrane leakage
US5672388A (en) * 1994-07-08 1997-09-30 Exxon Research & Engineering Company Membrane reparation and poer size reduction using interfacial ozone assisted chemical vapor deposition
JP4058657B2 (ja) * 1998-10-05 2008-03-12 東洋紡績株式会社 選択透過性膜モジュールのリーク検査方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090220940A1 (en) * 2005-10-17 2009-09-03 Ovadia Lev Method for Testing the Integrity of Membranes
US20110147292A1 (en) * 2008-04-14 2011-06-23 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Cellulose hydrate membrane, method for the production thereof, and use thereof
US20100060887A1 (en) * 2008-09-09 2010-03-11 Korea Institute Of Science And Technology Method for detecting membrane module flaw with the application of fluorescent particles
DE102009034575A1 (de) * 2009-07-24 2011-01-27 Universität Bielefeld Perforierte Membranen

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103551045A (zh) * 2013-11-11 2014-02-05 国家电网公司 一种反渗透膜的氧化情况的染料判定方法
CN103551045B (zh) * 2013-11-11 2016-03-16 国家电网公司 一种反渗透膜的氧化情况的染料判定方法
US9828626B2 (en) 2015-07-10 2017-11-28 Pall Corporation Dendrimer conjugates for determining membrane retention level and/or pore structure
EP4016056A1 (de) 2020-12-16 2022-06-22 Tomas Pink Verfahren zur erkennung von adsorptionsunterschieden, anlagerungs- und/oder rückhaltebereichen in teilweise lichtdurchlässigen behältnissen
WO2022128756A1 (de) 2020-12-16 2022-06-23 Tomas Pink Verfahren zur erkennung von adsorptionsunterschieden, anlagerungs- und/oder rückhaltbereichen in teilweise lichtdurchlässigen behältnissen
CN112473391A (zh) * 2020-12-23 2021-03-12 安徽昂可特膜科技有限公司 一种反渗透膜缺陷的修复方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012001591A8 (de) 2013-10-17
DE102012001591A1 (de) 2013-08-01
DE102012001591B4 (de) 2018-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012001591B4 (de) Verfahren zum Nachweisen von Fehlstellen in einer Ultrafiltrationsmembran
DE3342703C2 (de) Filtrationsgerät
EP0776223B1 (de) Anordnung zur elimination von substanzen aus flüssigkeiten, insbesondere blut
DE69317956T2 (de) Prüfung von Membranen
DE4315718B4 (de) Auf Unversehrtheit testbare Naß-Trocken-reversible Ultrafiltrationsmembranen und Verfahren zu ihrem Testen
DE69409736T2 (de) Prüfung der Unversehrtheit poröser Strukturen mittels Schallemission
DE69530682T2 (de) Methode zur Isolierung und Reinigung eines Biomakromoleküls
DE102013010724A1 (de) Polymeres Vollbluthohlfasermembranfiltermedium und Verwendung davon zum Abtrennen von Blutplasma/-serum von Vollblut
EP2155368B1 (de) Hohlfaserkapillarmembran und verfahren zu deren herstellung
DE60033528T2 (de) Filtermembranen für physiologisch aktive substanzen
DE3029579A1 (de) Mittel zur abtrennung von plasma oder serum aus vollblut
DE4339810C1 (de) Verfahren zur partiellen Modifizierung von porösen, hydrophilen Filtermembranen, nachbehandelte Filtermembranen und mit ihnen bestückte Filtrationsmodule, insbesondere Filterkerzen
DE3247815A1 (de) Einrichtung zur messung der blutungszeit in vitro
DE10344820B4 (de) Adsorptionsmembranen, Verfahren zur Herstellung derselben und Verwendung der Adsorptionsmembranen in Vorrichtungen
WO2018077782A1 (de) Verfahren zur bestimmung einer permeationseigenschaft von hohlfasermembranen
DE10046173C2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Separation von ungelösten Bestandteilen aus biologischen Flüssigkeiten
DE102013012677A1 (de) Verfahren zum abtrennen von blutplasma/serum von vollblut
DE69407969T2 (de) Vorrichtung und verfahren zur trennung von plasma aus einem blutprodukt
DE2233814A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur analyse von fluessigkeiten
DE2252844C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen unerwünschter Stoffe aus flüssigen Proben
EP3093032A1 (de) System und verfahren zur gewinnung von serum
DE19900681B4 (de) Verwendung von Anionaustauschermembranen zur Entfernung von Endotoxinen aus Nukleinsäure-haltigen Lösungen
DE2314137A1 (de) Produkt, verfahren und vorrichtung zur bildung von stabilen komplexen von polyanionen, die in biologischen fluessigkeiten vorkommen
EP2942623A1 (de) Detektionsvorrichtung zur anreicherung von probenmaterial
DE3110022C2 (de) Vorrichtung zur Erzeugung steriler Flüssigkeiten

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13704348

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13704348

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1