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Figure 1. 멤브레인 작용기작.

Vent Filtration_Air Flow Performance

개요

환경, 에너지, 생명공학, 화학공업 등 다양한 연구분야

의 발전과 기술혁신을 위하여 멤브레인의 기술 개발에

주목하고 있으며, 세계 각국에서는 다양한 연구개발을 통

해 삶의 질 향상을 위하여 필터산업에 대한 투자가 이어

지고 있다.

Filter

액체 또는 기체 환경의 혼합물질에 대해 원하는 입자

등에 대해서만 투과 및 분리하는 포괄적인 영역을 의미

한다. 생명공학분야에서는 눈에 보이지 않는 작은 고분자

물질(단백질)의 농축 및 가스, 이물질, 작은 입자를 걸러

주는 정제 용도로서 사용하고 일반적으로 분리막, 세퍼레

이터(Seperator), 필터 등 여러 가지 용어를 혼용해서 사

용하고 있으며 이를 필터와 다른 영역으로 보는 경우가

있다.

멤브레인의 작용기작

입자들이 모두 멤브레인 표면에서 제거되는 듯 하지만

실제적으로 한 가지 이상의 기작이 복합적으로 일어난다. 가장 먼저 일어나는 기작은 표면에서 발생하는

Sieving, 즉 채효과이다. 일반적으로 pore size보다 큰 입자들이 걸러진다. 멤브레인의 지정된 pore size 이

상의 입자는 표면에 남게 되고 그 다음에 medium pore size보다 작은 입자들도 구조 안에서 입자가 걸려

제거(Entrapment) 되기도 한다. 마지막으로 매트릭스 구조 안에서 전기적 성질(+/-), 화학적 친화력(공유

결합) 등의 멤브레인과 상호 작용함으로써 입자들이 제거된다(Adsorption). 이 모든 기작이 상호작용하여

입자가 제거되고 필터역할을 한다.

멤브레인의 종류와 분류

멤브레인은 다양한 종류만큼이나 pore size, 재질, 구조, 응용방법에 따른 다양한 분류기준을 가지고 있

다. 이 중 가장 흔히 사용되는 구분 기준이 pore size에 따른 멤브레인의 분류이다. Pore size별로 filtration

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지상강좌- 영린기기

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가능한 물질들이 각기 다르며, 응용분야에서도 다양하

게 사용된다.

필터는 물질들이 걸러지는 여과작용이 일어나는 부

분에 따라서도 구분이 될 수 있는데 심층필터와 멤브

레인필터로 구분할 수 있다.

심층필터의 세공구조는 일정하지도, 정형적이지도 않기 때문에 포집 특성을 정확히 수치화하기 어려워

필터의 pore size를 정확하게 규정할 수 없어 필터가 만들어진 이후에 실험에 의해 정해진 등급이 주어진

다. 등급보다 큰 모든 물질을 98% 정도 통과시키지 않고 걸러낸다(Nominal). 심층필터는 높은 입자 포집

능력을 가지고 있어서 높은 유체 흐름과 대량 입자를 걸러낼 필요가 있는 폐수분석, cell receptor assays,

Air monitoring 또는 멤브레인 필터의 수명을 연장하기 위한 Prefilter로 사용된다.

멤브레인필터는 채와 같은 방식으로 입자를 제거하는 필터로 내부가 아닌 표면에서 일어난다. 스크린 필

터의 구조는 대개 엄격하게 균일하고, 일정하고, 연속적이며 제작과정에서 정확히 조절할 수 있다. Pore

size와 균일성을 정확히 조절할 수 있기 때문에 필터를 통과할 수 있는 입자의 최대 크기를 정확히 예측할

수 있어 등급을 부여할 수 있다(0.2 um, 0.45 um, 1 um).

미리 규정되고 조절된 Pore size에 의해 필터를 통과 할 수 있는 입자크기가 제한된다(Absolute). 멤브레

인 필터는 극히 얇기 때문에 유체를 거의 흡수하지 않으므로 유체의 멸균, 공기 중의 입자 모니터링, 유체

청정화, Bioasssay 등 입자의 정량적 포집이 요구되는 실험에 이상적이다. 단점은 오염물 포집 능력이 적다

는 것과 입자가 대부분이 막 표면에서 포집되므로 입자가 많을 경우 쉽게 막혀 버릴 수 있다는 것이다.

Figure 2. 멤브레인 타입과 입자크기.

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Vent filter의 역할

실험시 장비 및 실험자의 보호를 위하여 vent filter의 사용이 추천되고 있으며 이들은 air 라인 중에서

보호막 역할은 수행한다. 특히, vent filter 내의 hydrophobic media는 수분 및 공기 중에 존재하는

airosols의 통과를 막아 이들로부터 민감한 장비를 보호한다. 또한, vent filter는 생물 반응기 등에 채용되

어 반응 시 내부환경을 멸균 상태로 유지하는 역할을 하기도 한다.

Vent Filter로 쓰이는 멤브레인은 PTFE, PVDF, 그리고 Glass Laminate가 있다.

주요용도

- 무입자수, 무균수 제조

- 베지, 시약, 염색액 등 각종 용액의 여과멸균 및 청정여과

- 포토레지스트, 유기용제의 청정여과

- 저장탱크의 벤트 필터

- 에어, 가스의 정밀여과

- 발효용 에어의 여과멸균

Pall Vent filter Membrane 종류 및 특징

- PTFE : 소수성 멤브레인으로서 venting이나 파티클을 제거할 때 멸

균되어 사용되며 확실한 수행능력을 보여준다. 또한, 공기의 흐름을

감소시킬 수 있기 때문에 수분은 흡수하지 않는다.

- PVDF : gamma선 조사법에 의하여 멸균된 제품이 공급

- Glass Laminate : 가장 경제적이며, 가장 높은 air flow rate를 제공

하여 효율이 좋은 재질임.

- Polypropylene housings : 다양한 화학적 내구성

- AcroPak 300 capsule : 철저한 Test에 의하여 넓은 응용 범위에서 신뢰성을 확보한 범용 Filter

- Acro 50 : EmflonⅡ 멤브레인 재질이며 5 mRads gamma선에도 안정

Vent 필터 시 고려해야 할 사항

Gas나 Vent filter를 선택 시 가장 중요하게 고려해야 할 사항은 air flow rate, particulate, microorga-

nism retention이다. 멤브레인 재료는 다른 압력에서 공기의 흐름을 수용하기 위해 충분한 유량이 제공되

어야 한다. 무균 공기, 가스가 박테리아의 유지가 필요할 경우, 필터는 효과적으로 파티클과 분무된 가스,

수분을 유지한다.