LE MEMBRANE FILTRANTI: differenti caratteristiche

Numero 24
luglio 2013
LE MEMBRANE FILTRANTI: differenti caratteristiche per una scelta mirata
Le membrane sono i filtri più comunemente utilizzati in microbiologia. Si tratta di dischetti microporosi
dotati di una specifica dimensione dei pori che ne determina il grado di filtrazione. Le membrane, agendo
da barriera fisica, trattengono le particelle solide ed i microrganismi che superano il diametro dei loro pori,
catturandoli sulle loro superfici. Le particelle di diametro inferiore tendono ad attraversarle, ma in minima
parte interagiscono con la matrice delle membrane stesse, venendone quindi ugualmente trattenute.
Il diametro delle membrane può variare da 13 a 293 mm ed i materiali di produzione sono diversi, i più
comuni sono gli esteri misti di cellulosa e i materiali polimerici simili (nylon, teflon, polisulfoni etc.).
Caratteristiche generali delle membrane filtranti
 Elevata porosità: le membrane sono molto sottili e possiedono una porosità dell’80% circa,
consentendo un’elevata velocità di flusso dei liquidi e gas per unità di area.
 Purezza: la produzione delle membrane richiede l’utilizzo di materie prime e reagenti chimicamente e
biologicamente puri e di elevata qualità.
 Resistenza: le membrane seguono un processo di verifica della resistenza alla trazione ed allo scoppio;
in particolare i filtri in PTFE e Nylon risultano notevolmente resistenti alle applicazioni più aggressive.
Varietà dei materiali adatti ad ogni applicazione
Considerando le caratteristiche tecniche, le membrane sono adattabili a vari tipi di applicazioni:
 filtrazione generale e filtrazione sterilizzante
 analisi microbiologiche
 preparazione dei campioni
 analisi e monitoraggio dell’ambiente
 monitoraggio dei fluidi
 filtrazione di soluzioni acquose e organiche
 analisi di prodotti farmaceutici
 preparazione dei campioni per la cromatografia e spettrometria di massa
 ventilazione e filtrazione dei gas
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Guida rapida alla scelta delle membrane filtranti
Per effettuare una scelta corretta, è necessario considerare i seguenti punti:
1. Identificare la tipologia di liquido o gas da filtrare: le membrane idrofile sono più adatte ai liquidi
acquosi, per i solventi si preferiscono le membrane in Nylon o PTFE e le membrane idrofobe invece sono
la scelta migliore per fluidi gassosi
2. Controllare la compatibilità chimica tra la membrana ed il prodotto da filtrare
3. Determinare la porosità massima richiesta per ottenere il risultato desiderato
4. Controllare le specifiche delle membrane e valutare qualsiasi condizione esterna che possa limitare la
scelta del tipi di membrane
Fig.1 Guida alla scelta delle caratteristiche delle membrane
Membrane in Esteri Misti di Cellulosa (MCE)
Le membrane in esteri misti di cellulosa sono costituite da acetato di cellulosa e nitrato di cellulosa.
Siccome la membrana in MCE è biologicamente inerte, risulta essere la tipologia più utilizzata nelle
applicazioni analitiche, di ricerca e per le analisi microbiologiche. Essa è caratterizzata da una superficie più
liscia e uniforme rispetto alle membrane in pura nitrocellulosa ed il contrasto generato sulla superficie
facilita la rilevazione delle particelle, riducendo l’affaticamento dell’occhio.
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Il classico metodo di analisi quantitativa microbiologica prevede la conta delle colonie batteriche dopo
incubazione, una tecnica notevolmente semplificata dalla presenza del reticolo sulla membrana. Le linee
sono chiaramente definite e distanziate di 3,1 mm tra loro mentre lo speciale inchiostro utilizzato è atossico
e privo di qualsiasi inibitore della crescita microbica.
Le membrane bianche grigliate vengono utilizzate ad esempio per il recupero dell’ E. coli durante le analisi
delle acque per uso umano, reflue e per altri test microbiologici.
Le membrane nere in MCE sono disponibili in formato semplice senza griglia, utile nelle applicazioni di
conta automatica delle colonie, oppure in formato grigliato, più adatto in caso di procedure manuali, in
quanto si evidenzia il contrasto tra particelle e membrana, evitando la necessità di effettuare colorazioni.
Caratteristiche:

Notevole porosità

Elevata ritenzione di proteine (può essere evitata tramite un pre-trattamento o può essere
sfruttata nelle applicazioni)

Elevata purezza e assenza di Triton

Versione sterile disponibile per applicazioni particolari

Versione sterile in nastro per dispenser

Biologicamente inerte con buona stabilità termica (autoclavabile)

Elevato grado di area superficiale interna per un ottimo assorbimento del prodotto
Applicazioni:
Metodo
Colore
Pori (µm)
Microdialisi del DNA e proteine
bianca
0,1
Filtrazione sterilizzante e test biologici
bianca
0,22
Filtrazione sterilizzante, monitoraggio dell’aria e delle particelle,
rimozione delle particelle, test biologici
bianca
0,3
Chiarificazione delle soluzioni acquose, rimozione e analisi delle
particelle, analisi microbiologiche
bianca
0,45
Test biologici di fluorescenza, monitoraggio particellare, analisi
biologiche
nera
0,45
Monitoraggio particellare, rimozione delle particelle, microbiologia
casearia, ritenzione di muffe, lieviti e alghe
bianca
0,65
Controllo dell’aria e delle particelle, rimozione particellare, analisi
biologiche
bianca
0,8
Test di fluorescenza, monitoraggio dell’aria e delle particelle
nera
0,8
Chiarificazione delle soluzioni acquose
bianca
1
Controllo qualità dei serbatoi contenenti fluidi, monitoraggio dei
fluidi, analisi e raccolta delle particelle
bianca
3
Controllo qualità dei serbatoi contenenti fluidi, monitoraggio dei
fluidi, analisi e raccolta delle particelle
bianca
5
Controllo qualità dei serbatoi contenenti fluidi, monitoraggio dei
fluidi, analisi e raccolta delle particelle
bianca
8
Tab.1 Applicazioni delle membrane MCE
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Specifiche tecniche :
Diametro dei
pori (µm)
Colore
Punto di
bolla (Bar)
Flusso
d’acqua
(ml/min/cm2)
Flusso d’aria
(L/min/cm2)
Porosità
8,0
bianca
0,40
600
63
84
5,0
bianca
0,56
560
30
84
3,0
bianca
0,69
320
28
83
1,0
bianca
0,77
270
20
82
0,8
nera
1,15
180
15
82
0,8
bianca
0,95
180
15
82
0,65
bianca
1,18
135
9
81
0,45
nera
2,35
60
5
79
0,45
bianca
2,23
60
5
79
0,22
bianca
bianca
3,62
19
2
75
14,1
1,6
0,5
74
0,1
Tab. 2 Specifiche tecniche delle membrane MCE
Membrane in Acetato di Cellulosa (CA)
Le membrane in acetato di cellulosa sono costituite da un tipo di acetato di cellulosa puro e modificato al
fine di ridurre al minimo le capacità leganti. Risultano quindi molto efficaci nella filtrazione di soluzioni
proteiche ed enzimatiche, garantendo una minima alterazione del filtro, nella sterilizzazione dei terreni di
coltura, nella sterilizzazione a freddo, nella filtrazione di fluidi biologici e in tutte le applicazioni in cui è
fondamentale il massimo recupero di proteine. La produzione di tali membrane prevede una fase di
impregnazione, che elimina problemi di screpolatura, lacerazione, rottura e deformazione e le rende più
maneggevoli. Queste membrane possiedono una notevole stabilità, resistono alla sterilizzazione con vapore
e non subiscono alterazioni ad alte temperature (fino a 135°C). Sono dotate di pori dal diametro molto
uniforme, garantendo flussi consistenti e performance sicure.
Caratteristiche:
Applicazioni:

Minime capacità leganti

Filtrazione di soluzioni proteiche ed enzimatiche

Idrofile

Filtrazione di fluidi biologici

Elevato flusso di produzione

Sterilizzazione dei terreni di coltura

Notevole resistenza e stabilità

Citologia diagnostica

Struttura uniforme dei pori

Studi di legame recettoriale

Maggiore recupero di microrganismi Gram +
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Specifiche tecniche:
Diametro dei
pori (µm)
Spessore (µm)
Punto di bolla
(Bar)
Flusso d’acqua
(ml/min/cm2 )
Flusso d’aria
(ml/min/cm2 )
0,22
115
4
18,5
--
0,45
115
3,1
40
25
0,80
140
1,5
150
50
3,0
140
0,5
500
180
5,0
140
0,4
900
280
Tab. 3 Specifiche tecniche delle membrane CA
Membrane in Polietersulfone (PES)
La struttura dei pori delle membrane in PES è notevolmente asimmetrica ed offre una elevata capacità di
carico, aumentando le performance di filtrazione e potenziando il volume di produzione e la velocità del
flusso rispetto alle membrane simmetriche. I dischetti filtranti in PES, costituiti da una membrana
polimerica in polietersulfone, sono idrofili e sono realizzati per rimuovere il particolato durante la
filtrazione standard. Grazie al loro basso adsorbimento di proteine e sostanze chimiche risultano ideali per
la filtrazione di soluzioni biologiche, farmaceutiche e nel campionamento ambientale.
La membrana in PES è decisamente resistente, in quanto costruita a partire da un polimero di
polietersulfone ad alta temperatura, molto resistente a qualsiasi variazione di pH. Grazie a questa
caratteristica, la membrana in PES può essere utilizzata nei processi che richiedono tecniche aggressive o
automatiche
Caratteristiche:
Applicazioni:

Intrinseca idrofilia

Filtrazione dell’Acqua

Ridotta ritenzione proteica

Eccellente filtrazione di reagenti chimici

Elevata velocità di flusso grazie alla

Filtrazione di liquidi ad alte temperature
struttura asimmetrica dei pori

Filtrazione soluzioni biologiche, farmaceutiche

Buona compatibilità chimica

Ottima termo-stabilità
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Specifiche tecniche:
Diametro dei pori
(µm)
Punto di bolla
(Bar)
Flusso d’acqua
(seconds/100ml H2O/9,62
cm2 at 24 inch Hg)
Resistenza allo scoppio
(≤ N psi)
0,10
0,22
0,45
0,65
0,80
1,20
5,00
2,1
3,4
2,7
1,9
1,1
0,6
0,4
130
30
21
17
8
/
/
18
16
16
10
10
8
8
Tab. 4 Specifiche tecniche delle membrane PES
Membrane in Nylon (NY)
Il dischetto filtrante in Nylon viene prodotto a partire da una membrana naturalmente idrofila che
attribuisce al prodotto una notevole versatilità d’uso ed una performance costante.
La caratteristica di bagnabilità uniforme conferisce al prodotto una resistenza maggiore durante il suo
utilizzo nella filtrazione generale o in ambito medicale, eliminando la necessità di agenti bagnanti che
potrebbero interferire con i processi biologici ed essere estratti durante la filtrazione di soluzioni acquose.
Le membrane in NY sono flessibili, durevoli, resistenti alla trazione e possono essere autoclavate a 135°C.
Queste membrane di alta qualità sono adatte per la filtrazione di soluzioni acquose e della maggior parte di
solventi organici, vengono ampiamente utilizzate per le preparazioni biologiche e nelle applicazioni in cui
l’utilizzo di altri tipi di membrane risulta difficile.
Caratteristiche:
Applicazioni:

Idrofile

Rimozione batterica e particellare

Ridotto rilascio di sostanze estraibili

Filtrazione di campioni e solventi HPLC

Elevata area superficiale

Produzione di kit diagnostici

Elevata capacità di legame proteico

Biosensori

Qualità costante in ogni lotto

Esami della glicemia e colesterolo

Capacità di legare DNA ed RNA

Filtrazione di farmaci
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
Compatibili
con
solventi
e
soluzioni
Indagine genetica, test sulle proteine, lateral

alcoliche e acquose; adatti per HPLC

flow assay
Elevata robustezza e resistenza al calore
Specifiche tecniche:
Diametro dei pori
(µm)
Punto di bolla (Bar)
Flusso d’acqua
(ml/min/cm2 )
Flusso d’Aria
(L/min/cm2)
0,01
0,22
≥ 4,8
≥ 3,4
4,0
9,9
0,6
1,7
0,45
0,80
1,00
≥ 2,0
≥ 0,89
≥ 0,82
26,9
80,5
130,5
3,2
14
16
3,00
5,00
≥ 0,59
≥ 0,41
252
331
24
36
Tab. 5 Specifiche tecniche delle membrane NY
Membrane in Polipropilene (PP)
Le membrane in polipropilene presentano un elevato livello di porosità ed una vasta compatibilità chimica,
proprietà che favoriscono l’uso di tali membrane sia con soluzioni acquose che con solventi organici. Il filtro
in polipropilene presenta una ridotta capacità di rilasciare sostanze estraibili, adatto per fornire risultati
accurati nelle applicazioni della cromatografia ionica.
In genere, nella preparazione di campioni per HPLC, si preferisce l’utilizzo di membrane filtranti in PP. La
loro capacità di legare le proteine è infatti trascurabile, perciò risultano essere le membrane d’elezione per
il massimo recupero di piccoli volumi di campioni proteici.
Grazie alla loro natura idrofoba, tali membrane sono inoltre ideali nei processi industriali. Poiché il
polipropilene è un materiale idrocarburico puro, non ci sono problemi relativi alla presenza di alogeni a
differenza di quanto accade per le membrane in PVDF e PTFE.
Caratteristiche:
Applicazioni:

Idrofobe

Filtrazione di solventi acquosi e organici

Notevole porosità

Filtrazione di soluzioni con bassi livelli proteici.

Ampia compatibilità chimica

Cromatografia ionica

Livelli di estraibili bassi

Filtrazione gassosa

Resistenza alle alte temperature

Preparazione di campioni per HPLC
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Specifiche tecniche:
Diametro dei pori (µm)
0,15
0,22
0,45
Min.TMF (ml/min/cm2 Bar)
2,5
8,5
Punto di bolla (Bar)
2,1
0,8
0,11
Tab. 6 Specifiche tecniche delle membrane PP
Membrane in Polivinildenfluoruro (PVDF)
Le membrane in PVDF sono membrane particolarmente microporose e sono molto efficienti nella
rimozione del particolato. Presentano un’energia superficiale critica molto bassa e sono idrofobe, di
conseguenza non umettabili. Tali membrane consentono il passaggio di aria umida o altri gas, persino
quando il differenziale di pressione è molto lieve.
Caratteristiche:

Applicazioni:
Funzionali alle alte temperature e

resistenti al deterioramento temporale
Processi industriali chimici (tubi e raccordi,
pompe, valvole)

Eccellenti proprietà meccaniche

Industria dell’olio e gas

Ampia compatibilità chimica

Trasporto di fluidi ad elevata purezza

Facile

Fili e cavi di comunicazione
iniezione, compressione, soffiaggio

Impianti idraulici
Fisiologicamente innocue e adatte al

Batterie al Litio
contatto con alimenti

Purificazione di fluidi


trattamento per estrusione,
Bassi livelli di estraibili
Specifiche tecniche:
Diametro dei pori (µm)
Punto di bolla (Bar)
Flusso d’acqua (ml/min/cm2 )
0,22
0,45
0,8 – 1,5
10 - 15
0,5 – 0,7
37 - 60
Tab. 7 Specifiche tecniche delle membrane PVDF
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Membrane in Teflon (PTFE)
Le membrane in PTFE sono costituite da una struttura microporosa intricata, laminate con una
grande varietà di tessuto e carta. Si tratta di materiale chimicamente e biologicamente inerte,
stabile alle alte temperature e resistente alle maggiori concentrazioni di acidi e basi.
Vengono impiegate ampiamente nelle industrie e in particolare nei campi della biochimica,
microelettronica, produzione farmaceutiche, aziende alimentari e bevande, produzione dell’acqua
pura, industrie casearie, filtrazione dell’aria etc. Sono disponibili sia in formato idrofilo che
idrofobo.
Caratteristiche:


Applicazioni:
Membrana in PTFE con uno strato di

Filtrazione di acidi forti e soluzioni aggressive
supporto in poliestere o polipropilene

Monitoraggio dell’aria e filtrazione gassosa
Efficace filtrazione di microrganismi e

Separazione di fase
altro particolato

Campionamento di aerosol

Elevata compatibilità chimica

Elevata resistenza alle temperature
Specifiche tecniche:
Substrato
Spessore (µm)
PP
160±40
PP
160±40
PET
160±40
PET
160±40
Diametro dei pori
(µm)
Punto di bolla
(MPa)
Temperatura
Massima (°C)
0,45
0,08 – 0,13
150 - 170
0,22
0,14 – 0,16
150 -170
0,45
0,08 – 0,14
250
0,22
0,14 -0,18
250
Tab. 8 Specifiche tecniche delle membrane PTFE
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