Сотрудники Центра прикладной физики Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ получили патент на изобретение «Устройство тангенциальной фильтрации». Главной особенностью разработки является возможность многократного использования одного и того же устройства для различных исследовательских целей, включая микро-, ультра- и диафильтрацию. Устройство найдет применение в области биотехнологий, фармацевтики и лабораторной диагностики.
Принцип тангенциальной фильтрации основан на том, что жидкость движется вдоль поверхности полупроницаемой мембраны под давлением: одна часть потока проходит через мембрану и покидает систему в виде пермеата (фильтрата), а вторая продолжает движение вдоль мембраны и возвращается в рециркуляционную емкость в виде ретентата (концентрата), постепенно уменьшаясь в объеме. По сравнению с другими решениями такой подход позволяет поддерживать высокую производительность фильтрации, при этом снижая загрязнение мембраны и уменьшая потерю целевого компонента.
Разработанное в ЦПФ ЛЯР ОИЯИ устройство состоит из двух камер, между которыми размещается плоский мембранный элемент. Внутри камер сформирован змеевидный канал, по которому подается жидкость, движущаяся по касательной к поверхности мембранного элемента. Через систему трубок осуществляется подвод исходной жидкости, а также отвод ретентата и пермеата.
В отличие от аналогов, где камеры требуется склеивать или сваривать, в этом изобретении использованы камеры из эластичного материала, которые герметизируются за счет давления, которое формируется П-образной струбциной, прижимной планкой и винтовыми зажимами. Важное преимущество такого решения — возможность многократного использования устройства и замены мембраны без клея и сварки. Это упрощает обслуживание всей системы и делает ее более удобной для лабораторного применения. Кроме того, такая конструкция уменьшает локальные напряжения в мембране и снижает риск ее растрескивания. Для работы с вязкими средами одна из камер может дополнительно оснащаться специальной сеткой, создающей турбулентный поток для снижения концентрационной поляризации на поверхности мембраны.
Подобные устройства могут использоваться как в лабораторных, так и в промышленных условиях. В первую очередь, они необходимы для эффективной очистки и разделения жидкостей: культуральных сред, плазмы крови, а также буферных и прочих растворов. Возможность реализации процессов ультра-, микро- и диафильтрации в тангенциальном потоке с применением изобретения была подтверждена опытным путем. Ученые продемонстрировали ультрафильтрацию раствора гемоглобина, а также поэтапное разделение модельной суспензии, содержащей полистирольные частицы разных размеров — от микрометрового до нанометрового диапазона.
Патент RU 2859762 зарегистрирован 7 апреля 2026 года. Авторы изобретения: Илья Виноградов, Ульяна Пинаева, Евгений Андреев, Никита Дрожжин, Александр Нечаев и Павел Апель.
Поздравляем сотрудников Центра прикладной физики ЛЯР ОИЯИ с получением государственной регистрации!
