Диализная трубка , также известная как трубка Вискинга , представляет собой искусственную полупроницаемую мембранную трубку [1], используемую в методах разделения, которая облегчает поток мелких молекул в растворе на основе дифференциальной диффузии. В контексте исследований в области естественных наук диализная трубка обычно используется для очистки и обработки образцов белков и ДНК или сложных биологических образцов, таких как кровь или сыворотка. Диализная трубка также часто используется в качестве учебного пособия для демонстрации принципов диффузии , осмоса , броуновского движения и движения молекул через ограничительную мембрану. О принципах и использовании диализа в исследовательских условиях см. Диализ (биохимия) .
Диализ происходит повсюду в природе, и принципы диализа использовались людьми на протяжении тысяч лет с использованием естественных мембран животного или растительного происхождения. [2] [3] [4] Термин «диализ» впервые был регулярно использован в научных или медицинских целях в конце 1800-х и начале 1900-х годов, впервые появившись в работе Томаса Грэма . Первые серийно производимые искусственные мембраны, пригодные для диализа, появились только в 1930-х годах, на основе материалов, используемых в пищевой упаковочной промышленности, таких как целлофан . В 1940-х годах Виллем Колфф сконструировал первый диализатор (искусственную почку) и успешно лечил пациентов с почечной недостаточностью с помощью диализа через полупроницаемые мембраны. Сегодня диализные трубки для лабораторных применений выпускаются в различных размерах и с различными значениями молекулярной массы (MWCO) . Помимо трубок, диализные мембраны также используются в широком спектре различных предварительно отформатированных устройств, что значительно повышает производительность и простоту использования диализа.
Различные диализные трубки или плоские мембраны производятся и характеризуются как различные молекулярно-массовые отсечки (MWCO) в диапазоне от 1 до 1 000 000 кДа. Определение MWCO является результатом количества и среднего размера пор, созданных во время производства диализной мембраны. MWCO обычно относится к наименьшей средней молекулярной массе стандартной молекулы, которая не будет эффективно диффундировать через мембрану при длительном диализе. Таким образом, диализная мембрана с MWCO 10K обычно удерживает >90% белка, имеющего молекулярную массу не менее 10 кДа. Размеры пор обычно варьируются от ~10–100 ангстрем для мембран MWCO от 1K до 50K.
Важно отметить, что MWCO мембраны не является четко определенным значением. Молекулы с массой, близкой к MWCO мембраны, будут диффундировать через мембрану медленнее, чем молекулы, значительно меньшие, чем MWCO. Для того чтобы молекула быстро диффундировала через мембрану, она обычно должна быть как минимум в 20–50 раз меньше, чем рейтинг MWCO мембраны. Поэтому нецелесообразно пытаться отделить белок 30 кДа от белка 10 кДа с помощью диализа через диализную мембрану с рейтингом 20 К. Диализные трубки для лабораторного использования обычно изготавливаются из пленки регенерированной целлюлозы или эфира целлюлозы. Однако диализные мембраны, изготовленные из полисульфона , полиэфирсульфона (ПЭС), протравленного поликарбоната или коллагена, также широко используются для определенных медицинских, пищевых или водоочистных применений.
Мембраны, состоящие либо из регенерированной целлюлозы, либо из эфиров целлюлозы, производятся посредством различных процессов модификации и сшивания целлюлозных волокон (полученных из древесной массы или хлопковых волокон) для формирования пленок с различными свойствами и размерами пор. Изменения в процессе производства значительно изменяют свойства и размеры пор пленок; в зависимости от поперечных связей, введенных в целлюлозу, размер пор может быть изменен. Несмотря на схожесть состава, большинство мембран на основе целлюлозы, производимых в настоящее время, не обязательно полезны для диализа. Мембраны на основе целлюлозы также широко используются для различных применений, начиная от упаковки пищевых продуктов, пленочных материалов или «пластиковой» обертки. [5]
Для диализных приложений регенерированные целлюлозные мембраны экструдируются в виде трубок или листов, а затем высушиваются. Глицерин часто добавляется в качестве увлажнителя для предотвращения растрескивания во время сушки и для поддержания желаемой структуры пор . Регенерированные целлюлозные мембраны очень гидрофильны и быстро гидратируются при введении в воду. Благодаря дополнительной сшивке регенерированные целлюлозные мембраны обладают лучшей химической совместимостью и термостойкостью, чем мембраны из эфиров целлюлозы. Регенерированные целлюлозные мембраны более устойчивы к органическим растворителям и слабым или разбавленным кислотам и основаниям, которые обычно используются в приложениях белковой и молекулярной биологии. Мембраны на основе эфиров целлюлозы обычно поставляются влажными и имеют больший диапазон MWCO. Размеры пор, как правило, более постоянны для мембран из ацетата целлюлозы.