Ultrafiltration à flux tangentiel
From Wikipedia, the free encyclopedia
L'ultrafiltration à flux tangentiel est une technique utilisée pour séparer des analytes d’une matrice liquide. Pour cette application, les analytes à séparer du reste de la matrice doivent avoir une taille supérieure à celle des pores de la membrane choisie pour la séparation. Cette méthode de séparation est surtout utilisée dans l’industrie laitière pour concentrer une solution de protéines, mais elle est depuis peu utilisée afin de fractionner deux protéines[1]. L’ultrafiltration à flux tangentiel peut aussi être utilisée lors de la séparation de diverses protéines, de virus ou encore de cellules[2].
Pour réaliser une ultrafiltration par flux tangentiel, on utilise un montage composé d’une pompe péristaltique ou son équivalent, d’une jauge à pression, d’un filtre membranaire, de tubes ainsi que de valves ou de pinces[3]. Les montages d’ultrafiltration sur flux tangentiel sont munis d’une jauge à pression pour contrôler de débit de filtration. En ajustant la jauge à une pression fixe le fluide devra circuler dans le montage avec un débit régulier. Les valves ou les pinces, quant à elles, sont utilisées pour diriger le fluide au bon endroit. Il est important que l’analyte soit dirigé dans le rétentat (fluide contenant les substances retenues par la membrane) en premier lieu avant d’être préconcentré[4].
Le filtre membranaire est la partie du montage qui contient la membrane et c’est à cet endroit que l’extraction va se produire. Il existe deux principaux types de membranes : les membranes organiques et les membranes inorganiques. Les membranes organiques représentent 90 % de l’utilisation d’ultrafiltration à cause de leur faible coût de production. Par contre, elles sont beaucoup moins résistantes. Les membranes de type inorganique, qui sont aussi appelées membranes minérales, sont plus dispendieuses mais beaucoup plus résistantes. Les membranes inorganiques sont généralement composées de carbone, d’alumine, de métal, de silico-aluminate, de carbure ou de silicium, mais la majorité des membranes sont faites de céramique recouverte d’une couche active d’oxydes métalliques, de verre ou de carbone. Ces matériaux permettent d’optimiser la performance des membranes puisqu’elles sont plus résistantes aux hautes températures et elles sont disponibles dans une plus grande variété de tailles de pores, ce qui offre une meilleure sélectivité durant la séparation[5].
Dans le cas de l’ultrafiltration, la dimension des pores de la membrane permet le passage des molécules ayant des masses moléculaires comprises entre 1 et 10 kDa[2], ce qui signifie que les molécules ayant une masse molaire plus élevée ne pourront pas traverser la membrane. C’est ainsi que la séparation se produit. Les molécules qui ne réussissent pas à traverser les pores de la membrane, le rétentat, sont redirigées vers la cuve contenant le soluté de départ afin de passer une autre fois dans le filtre membranaire, tandis que les molécules ayant réussi à traverser la membrane (le perméat), sont dirigées vers la cuve à rejet. L’analyte recherché est donc à l’intérieur du rétentat, ce qui explique pourquoi la filtration est faite plusieurs fois.
Les membranes peuvent aussi être chargées négativement ou neutres. Les membranes chargées sont souvent utilisées dans la séparation du sang. Celles-ci permettent d’attirer les molécules chargées positivement, tandis que les molécules possédant une charge négative ne peuvent pas traverser le filtre. C’est ce qui permet aux petites molécules, suffisamment petites pour franchir les pores de la membrane, de demeurer dans le plasma sanguin grâce à leur charge négative[6]. Avec une membrane chargée, il est donc possible d’utiliser les pores plus grands et de permettre la séparation d’analytes ayant des densités plus similaires avec plus de rapidité.
Méthode de séparation
Pour commencer la séparation, une cuve est remplie d'un échantillon contenant l’analyte à extraire puis connectée au reste du montage. On commence à faire circuler l'échantillon dans les tuyaux jusqu’à ce qu’il arrive dans le filtre membranaire par un flux parallèle à la membrane, à l’intérieur duquel l’extraction se produit. Le fluide circule à l’intérieur du montage à l’aide d’un gradient de pression. La membrane utilisée durant la séparation dépend de l’analyte à extraire, du seuil nominal de coupure de la masse moléculaire, de la taille de pores désirée et aussi de sa stabilité en présence de la matrice. Par exemple, une membrane composée de polysulfone est moins affectée par la variation de pH[5].
Après être passé par le filtre membranaire, l’échantillon sera donc séparé. D’un côté, le perméat sera redirigé vers une cuve de rejet, tandis que le rétentat sera dirigé de nouveau vers la cuve contenant la solution initiale afin d’être filtré à nouveau.
