CC BY
88
УДК 66.081.6-278
Степаненко А.В., Степаненко Е.В., Заболотная Е. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН
Степаненко Ангелина Владимировна, студентка 3 курс бакалавриата факультета цифровых технологий и химического инжиниринга; e-mail: avstep.info@vandex.ru
Степаненко Елена Владимировна, студентка 3 курс бакалавриата факультета цифровых технологий и химического инжиниринга;
Заболотная Елена, аспирант 3 года обучения факультета цифровых технологий и химического инжиниринга кафедры логистики и экономической информатики.
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
В данной статье рассмотрена возможность применения трековых мембран в мембранном плазмаферезе. Проведен анализ метода получения трековых мембран и выявлена эффективность их использования. Ключевые слова: мембранные технологии, трековые мембраны, плазмафильтр, мембранный плазмаферез.
EFFICIENCY OF USING TRACK MEMBRANES
Stepanenko Angelina Vladimirovna, Stepanenko Elena Vladimirovna, Zabolotnaya E. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia, 125047, Miusskaya 9
This article discusses the possibility of using track membranes in membrane plasmapheresis. The analysis of the method of obtaining track membranes is carried out and the effectiveness of their use is revealed. Keywords: membrane technologies, track, plasma filter, membrane plasmapheresis.
Трековая мембрана - это тонкая кристаллическая пленка из полиэтилентерефталата толщиной 10-20 мкм с порами диаметром около 0,4 мкм. Наличие в мембране пор такого диаметра позволяет свободно проходить через нее всем компонентам жидкой части крови и задерживать на ней все форменные элементы. Пористая структура трековых мембран а) поверхность
формируется путем бомбардировки тонкой лавсановой пленки ионами инертных газов, разогнанными в промышленном ускорителе, в результате этого образуются сквозные отверстия заданного одинакового диаметра. На рисунке 1 изображена структура такой мембраны.
б) скол
Рис. 1. Изображение поверхности(а) и скола(б) трековой мембраны [1]
Трековая мембрана - это пленка, в которой создана система сквозных пор. Для наглядности рассмотрим небольшой эксперимент. Возьмем исходную пленку, в которую заворачивают букеты цветов, поместим поверх бумаги и проведем линию обычным маркером. Бумага останется чистой. Если повторить опыт с мембраной, то чернила из маркера оставят полосу и на бумаге [2].
Трековые мембраны довольно широко распространены и применяются в таких сферах как:
1. Фильтрация различных жидкостей и газов;
2. Фильтрация крови в мембранном плазмаферезе;
3. Фильтрация питьевой воды;
4. В электронной промышленности, а именно в процедуре тонкой очистки воздуха;
5. В производстве лекарственных препаратов;
6. В пищевой промышленности при получении ферментных препаратов;
При всех высоких технологиях, лежащих в основе трековой мембраны, фильтр на ее основе является аналогом липидной мембраны живой клетки организма. На рисунке 2 представлен схематичный процесс получения трековых мембран. Сначала проводится обработка пленки восьми заряженными ионами аргона. Они поступают в ускоритель. Энергия ускоренных ионов составляет 2,4МэВ/нуклон, что в два раза меньше порога возникновения наведенной радиации. Управление потоком ионов осуществляется посредством электромагнита. В тех местах, где прошло ядро аргона, остались следы (след по-английски «track»,
откуда и пошло название мембраны) с деструкцией материала, и при травлении там формируются абсолютно круглые одинаковые поры, размер которых зависит от концентрации щелочного раствора и времени экспозиции. Обработанная ионами аргона и облученная ультрафиолетом пленка проходит несколько ванн: ванну с концентрированным раствором щелочи, ванны с уксусной кислотой, для нейтрализации щелочи, и промывочные ванны [3]. Промытая пленка обдувается воздухом и наматывается в рулоны. Сначала вырезаются форменные заготовки из мембраны, сетки, она имеет шестигранную форму ячеек, и полиэтиленовых рамок. Далее они поочередно складываются и запекаются в печи, образовывая почти готовый аппарат. Далее его корпусируют и устанавливают разноцветные заглушки: красная- вход крови, белая- выход плазмы, синяя- выход крови.
-источник излучения
попи мерная пленка
ванна для травления
мембрана с капиллярными порами
Е УИВ В О ООО
Рис. 2. Схема процесса получения трековых мембран [4]
У трековых мембран все поры являются «калиброванными». Ни один другой материал для микрофильтрации не обладает таким свойством. Для них характерен ситовый механизм задержания микрочастиц. Именно поэтому трековые мембраны используются в качестве эталонного теста при определении селективности других типов фильтров. Обладают узким распределением пор по размерам, по сравнению с анизотропными, высокой селективностью производительностью и прочностью, химической стойкостью, стабильностью
механических свойств в широком диапазоне температур, имеют низкую адсорбционную способность по отношению к вирусам [5]. Однако они характеризуются низкими физико-механическими свойствами, умеренной химической стойкостью и плохой термостойкостью (до 120°С). Это не позволяет использовать их в качестве матрицы для создания радиационно-защитных композитов, в том числе для космической промышленности [6]. Процесс фильтрации протекает на поверхности трековой мембраны, и размеры пор в процессе фильтрации не изменяются [7].
Уникальность трековых мембран как фильтрующего материала:
1. Правильная геометрия пор;
2. Возможность контролировать количество пор на единицу поверхности;
2. Чрезвычайно малая дисперсия пор по размерам (25%);
3. Высокая селективность;
4. Биологическая инертность;
5. Радиационной безопасности;
6. Низкий уровень дефектности.
Трековые мембраны хранятся в сухом виде относительно длительное время без какого-либо изменения их свойств, просты в обращении, легко регенерируются, а потому могут использоваться многократно.
Они устойчивы к микробиологическому воздействию, геометрия их пористой структуры не изменяется от рН или ионной силы фильтруемой среды, их термическая и химическая стабильность позволяет подвергать мембраны любым методам термической и химической стерилизации. Последнее чрезвычайно важно для мембранных процессов в биотехнологии и при фильтрации воды с бактериальным загрязнением.
Стоит отметить, что в России и за рубежом существуют мнения, что вода, проходящая через путевую мембрану, структурирована. То есть вода, очищенная с помощью фильтров на трековой мембране, не только чиста, но и полезна для здоровья человека [8].
Как известно, трековые мембраны изготавливаются исключительно плоскими, и они абсолютно совместимы с кровью. Клинический опыт доказывает эффективность применения эфферентной терапии при острых и хронических заболеваниях. Наиболее часто применяется плазмаферез, причем среди его методов - мембранный плазмаферез, который является не только самым физиологичным, но и безопасным, доступным и относительно дешевым. Целью мембранного плазмафереза является количественное и качественное изменение клеточного, белкового, водно-электролитного, ферментативного и газового состава крови. Плазмаферез относится к методам интенсивной терапии. Использование трековых мембран позволяет проводить плазмаферез при помощи всего лишь одноразового стерильного аппарата и системы для переливания.
Основу плазмафильтра для мембранного плазмафереза составляет трековая мембрана -тонкая кристаллическая пленка из
полиэтилентерефталата толщиной 10-23 мкм с порами диаметром около 0,4 мкм. Наличие в мембране пор такого диаметра позволяет свободно проходить через нее всем компонентам жидкой части крови и задерживать на ней все форменные элементы. На основе трековых мембран создан кассетный плазмофильтр «Роса», представленный на рисунке 3.
Рис. 3. Плазмафильтр «Роса» [9]
Наиболее широко используется аппарат для мембранного плазмафереза АМПЛД-ТТ
"ГЕМОФЕНИКС", который выпускается российской компанией "ТРЕКПОР Технолоджи". Используя аппарат ГЕМОФЕНИКС, можно проводить забор плазмы у доноров, тем более, что в этих условиях более предпочтительным является одноигольное соединение, которое предохраняет пациента от инфицирования и повышает безопасность процедуры в целом, а также минимально травмирует вены. Получение необходимого объема плазмы происходит достаточно быстро, а качество получаемой плазмы соответствует всем требованиям службы крови. Подвижность аппарата позволяет получать аутоплазму в условиях хирургических отделений или непосредственно во время операций, в отделениях интенсивной терапии. Кроме того, можно получить более концентрированную плазму с содержанием до 90% в фильтрате, по сравнению с 70% в нормальные условия, что очень важно при лечении тяжелобольных пациентов. С помощью аппарата "ГЕМОФЕНИКС" его можно проводить непрерывную плазмосорбцию и даже обычную гемосорбцию, т.е. этот прибор, при всей своей простоте, может заменить целый комплекс оборудования для обеспечения любых задач эфферентной терапии.
В настоящее время для микро- и ультрафильтрации применяются, в основном, импортные мембранные материалы, высокая стоимость которых ограничивает их широкое использование. Трековые мембраны в последние годы находят все более разнообразное применение для очистки природных вод и анализа загрязнений окружающей среды, очистки жидкостей и газов. Необходимо отметить применение ТМ для создания
чистых лабораторных и производственных помещений. Благодаря особенностям пористой структуры трековые мембраны обладают самым малым, по сравнению с мембранами других типов, газодинамическим сопротивлением в условиях диффузионного режима переноса газа. ТМ успешно служат для очистки белков и вирусов, лекарственных препаратов, производства антивирусных вакцин. Одна из важных областей применения трековых мембран - их использование для получения шаблонных металлических и диэлектрических наноструктур. Наиболее перспективно применение трековых мембран для микрофильтрационных процессов в биотехнологии, медицине, микробиологии и вирусологии.
Список литературы
1. https://reatrack.ru/atm/details/ (дата обращения 24.05.2020)
2. Воинов В. А. Мембранный плазмаферез. -2004.
3. Воинов В. А. Эфферентная терапия. Мембранный плазмаферез //СПб.: Эскулап. - 2002.
4. V.V. Shirkova, S.P. Tretyakova Physical and chemical basis for the manufacturing of fluoropolymer track membranes Radiat. Meas., 28 (1997), pp. 791-798, 10.1016/S1350-4487(97)00186-8 (https://doi.org/10.1016/S1350-4487(97)00186-8)
5. Акименко С. Н. и др. Свойства трековых мембран на основе полиэтиленнафталата //ВИНИТИ. Сер.«Критические технологии». Мембраны. - 2002. -№. 15. - С. 21-28.
6. M. Kutuzau, A. Kozlovskiy, D. Borgekov, I. Kenzhina, M. Zdorovets, A. Chernik, O. Alisienok, A. Shumskaya, E. Kaniukov Optimization of PET ion-track membranes parameters Mater. Today Proc., 7 (2019), pp. 866-871, 10.1016/j.matpr.2018.12.086 (https://doi.org/10.1016/imatpr.2018.12.086)
7. Свитцов А. А. Введение в мембранную технологию 2007.
8. https://kt-819.livejournal.com/47401.html (дата обращения 24.05.2020)
9. Трущенко А. М., Авдашова Л. П., Пушкарева И. Н. Заготовка компонентов крови методами плазмоцитафереза в 1477 воено-морском клиническом госпитале с 2009 по 2011 гг //Здоровье. Медицинская экология. Наука. - 2012. - Т. 47. - №. 1-2.
