DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO CENTRÍFUGA E MÉTODO PARA CONCENTRAÇÃO DE MISTURAS LÍQUIDAS

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um dispositivo de filtração centrífuga e um método para concentração, fracionamento, purificação, e / ou dessalinização de amostras líquidas de pequeno volume, usando membranas de osmose inversa, nanofiltração ou ultrafiltração . O dispositivo de filtração centrífuga é particularmente adequado para fazer nanofiltração ou osmose inversa de amostras líquidas com pressões osmóticas elevadas.

ESTADO DA TÉCNICA

Misturas líquidas podem ser fracionadas utilizando processos de separação com membranas conduzidos por diferença de pressão, tendo em conta o peso molecular dos componentes das misturas líquidas e o limite de exclusão molecular da membrana. Dependendo da gama de pesos moleculares, podem ser utilizadas membranas de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração e osmose inversa, as quais operam em gamas de pressão diferentes. Para volumes maiores do que centenas de mililitros, a filtração tangencial de membrana é geralmente a melhor alternativa para concentrar essas misturas, uma vez que o escoamento tangencial minimiza a polarização de concentração. Para volumes de misturas líquidas entre poucos mililitros e centenas de mililitros, uma técnica comum para fracionar e concentrar pequenos volumes de misturas liquidas é a filtração centrífuga. Como o próprio nome diz, com esta técnica a diferença de pressão de transmembranar é criada pela aceleração centrífuga no interior de uma centrifugadora .

Em comparação com os processos de filtração de membrana frontal, a filtração centrífuga tem a vantagem de impelir os elementos de fluido mais densos, que se acumulam na superfície da membrana, para longe do eixo de rotação sob o efeito da força centrífuga. Com a orientação adequada da membrana, a camada limite de concentração que se forma junto da membrana pode ser afastada da membrana pela força centrífuga, proporcionando um mecanismo de auto-limpeza, reduzindo a polarização da concentração e mantendo o fluxo de filtração elevado.

Há vários dispositivos de filtração centrífuga descritos na literatura, mas todos eles foram desenvolvidos para microfiltração e / ou ultrafiltração . O aparelho, inventado por P.N. Rigopulos, revelado na Pat . US 3,488,768 foi provavelmente o primeiro dispositivo de filtração centrífuga de amostras líquidas de pequeno volume. Esta patente descreve várias concretizações de um dispositivo de filtração centrífuga em que o ângulo entre o vetor de força centrífuga e a superfície da membrana é preferencialmente inferior a 15° para garantir uma remoção eficiente da camada concentrada na vizinhança da membrana. O principal inconveniente deste dispositivo é que ele não impede a filtração de continuar até à secura completa do concentrado. De modo semelhante, o mesmo problema ocorre nos dispositivos de filtração centrífuga revelados na Pat. US 4, 683, 058, concedida a G.F. Lyman e G. Mathus, e na Pat. EP 0298513, concedida a A. Szabados, uma vez que estes dispositivos não apresentam locais onde o concentrado se pode acumular sem secar.

A filtração até à secura pode ser evitada melhorando a conceção dos dispositivos de filtração centrífuga. Na Pat . US. 4,632,761, concedida a W.F. Bowers e P.N. Rigopulos, descreve-se um dispositivo de filtração centrífuga em que a membrana é suportada por uma placa que tem canais de drenagem de permeado. A filtração pára antes da secura, quando o nível de menisco do líquido atinge o nível radial do bordo mais externo da conduta de drenagem do permeado mais exterior e, consequentemente, uma certa quantidade de concentrado permanece no dispositivo no final do processo de filtração, independentemente do tempo de filtração decorrido. A principal desvantagem deste dispositivo resulta do concentrado ainda ficar em contacto com a membrana, o que pode levantar problemas de adsorção de soluto.

Para minimizar o contacto de soluções altamente concentradas com a membrana foram desenvolvidos dispositivos de filtração centrífuga distintos, compreendendo uma câmara de concentrado que recebe o concentrado. Normalmente, a câmara de concentrado está localizada no nível radial mais exterior, de modo a maximizar o arrastamento dos elementos de fluido mais pesados e mais concentrados para essa câmara. Exemplos de dispositivos com este tipo de câmara de concentrado estão descritos nas seguintes patentes: Pat. US 4, 722, 792, concedida a T. Miyagi et al . , US 5, 647, 990, concedida a V. Vassarotti, US 6,357,601, concedida a W.F. Bowers et al . , US 8.747.670, concedida a L. Bonhomme et al . Um interessante dispositivo de filtração centrífuga foi revelado na Pat. US 6,719,896, concedida a P. Clark, na qual o volume final de concentrado é ajustado pelo utilizador por desobstrução das condutas de permeado. Estas condutas de permeado são preparadas no processo de fabrico do dispositivo e o utilizador necessita apenas destapar as condutas correspondentes ao volume de concentrado final desejado.

Outro fator significativo que pode influenciar o desempenho da filtração é o ângulo entre a superfície da membrana e o vetor da força centrífuga. Para um dado dispositivo de filtração centrífuga, esse ângulo varia com o tipo de rotor da centrifugadora . Numa centrifugadora de rotor basculante o dispositivo roda na horizontal, enquanto que numa centrifugadora de rotor de ângulo fixo, o dispositivo roda com uma dada inclinação relativamente ao eixo de rotação. Muitas configurações com ângulos diferentes entre a superfície da membrana e o eixo do dispositivo de filtração centrífuga foram reveladas em invenções anteriores. Quando a superfície da membrana é perpendicular ao eixo do dispositivo de filtração centrífuga, não existe alinhamento entre a superfície da membrana e o vetor de força centrífuga, o que conduz a uma fraca auto-limpeza da membrana, no caso de centrifugadoras de ângulo fixo, ou mesmo sem auto-limpeza, no caso de centrifugadoras de rotor basculante, o que pode resultar no entupimento da membrana (ver, por exemplo, as Pat. US 3,583,627, concedidas a O.H. Wilson, US 4,632,761, concedida a W.F. Bowers e P.N. Rigopulos, US 4, 683, 058, concedida a G.F. Lyman e G. Mathus, US 5,601,711, concedida a E. Sklar et al . , US 5, 733, 449, concedida a W.F. Bowers e B. Yankopoulos, US 7,658,982, concedida a D. Schwarzwald e as patentes europeias EP 0298513, concedida a A. Szabados, EP 0709132, emitida a G. Cianci e EP 2260943, concedida a M.M. Klerks) . A ação de autolimpeza da superfície da membrana pode ser fomentada se a superfície da membrana estiver paralela ao eixo do dispositivo de filtração centrífuga ou se estiver inclinada num pequeno ângulo em relação a este eixo (ver, por exemplo, as Patentes US 4,600,507, concedidas a A. Shimizu e

5. Otsubo, US 4,722,792, emitidas a T. Miyagi et al., US 4,769,145, concedida a M. Nakajima, US 5,112,484, concedida a P. Zuk Jr . , US 5,647,990, concedida a V. Vassarotti, US 6, 344, 140, concedida a P. Zuk Jr . , US 6,375,855, concedida a V. Vassarotti, e US 8,747,670, concedida a L. Bonhomme et al . ) · Outra medida para manter a membrana limpa é a de inverter a orientação da membrana de tal modo que o vetor normal ao lado ativo da membrana (face da membrana virada para a câmara de permeado) aponta, pelo menos em certa medida, na mesma direção que o do vetor de força centrífuga. Neste tipo de dispositivo de filtração centrífuga, a membrana é, normalmente, colocada na base de um pistão que pressiona contra a mistura líquida a filtrar. O permeado passa através da membrana para uma câmara de permeado interna (no interior do pistão) e o fluido concentrado é arrastado para longe da membrana devido à força centrífuga (ver, por exemplo, os dispositivos revelados nas patentes US 3,661,265, concedida a D.J. Greenspan , US 3,960,727, concedida a H.T. Hochstrasser, US 4,522,713, concedida a D. Nussbaumer et al . , US 4, 832, 851, concedida a W.F. Bowers e D.B. Tiffany, US 5,490,927, concedida a A.E. Herczeg, e US 6,302,919 concedida a B. Chambers et al .

Embora uma maior área de membrana por unidade de volume possa resultar numa maior extensão de adsorção de soluto, nos últimos anos, alguns dos dispositivos de filtração centrífuga inventados maximizam a superfície da membrana de modo a aumentar o fluxo de filtração, como está descrito na Pat . US

6, 357, 601, concedida a W.F. Bowers et al . , e na Pat. US 8,980,107, concedida a M.J. Domanico et al . Em muitos casos, a filtração pode também ser utilizada em conjunto com um processo de adsorção. Neste caso, algum tipo de modificação física ou química da superfície da membrana é primeiro realizada entre esta e um ligando específico que irá ligar, durante a filtração, a uma molécula alvo presente na amostra líquida. Dependendo do objetivo da filtração, a molécula alvo ligada pode então ser recuperada ou descartada. Exemplos de tais dispositivos foram revelados na Pat . US 5,552,325, concedida a S. Nochumson e B.S. Goldberg, US 5, 783, 037, concedido a D.R. Vlock et al . , US 5, 833, 860, concedida a W. Kopaciewicz et al . , US 7, 045, 064, concedida a T.N. Warner.

Nos dispositivos de filtração centrífuga, a massa de permeado produzido durante o processo de filtração é conduzida para um reservatório de permeado onde é recolhida facilmente no final do processo. No entanto, a massa de concentrado permanece na câmara junto da membrana e é necessário algum tipo de manipulação para retirá-la. Nas invenções divulgadas na literatura, existem três métodos principais para recolher o líquido concentrado: 1) recurso a um tubo acoplado a uma seringa, 2) recurso a uma centrifugação adicional após o processo de filtração, acoplando uma câmara complementar para remoção de concentrado (ver a Pat US 5, 112, 484, concedida a P. Zuk Jr . , e a Pat. US 5,490,927, concedida a A.E. Herczeg) ou 3) recurso a uma centrifugação adicional invertendo o dispositivo de filtração centrífuga (ver a Pat. US 4,632,761, concedida a W.F. Bowers e P.N. Rigopulos, a Pat. US 5, 501, 841, concedida a Y.C. Lee et al . , e a Pat. US 8, 747, 670, concedida a L. Bonhomme et al . ) . Existem vários dispositivos de filtração centrífuga comerciais disponíveis para volumes de amostra desde cerca de 0,5 mL até 100 mL, mas todos eles usam apenas membranas de microfiltração ou de ultrafiltração . Os dispositivos com membranas de ultrafiltração têm um limite de exclusão molecular tipicamente entre 1 kDa e 1000 kDa . Isso significa que, hoje em dia, os dispositivos de filtração centrífuga podem ser aplicados para concentrar ou purificar vírus, bactérias ou macromoléculas , como proteínas. Para um peso molecular inferior a 1 kDa, situado na gama da nanofiltração e osmose inversa, não há dispositivos de filtração de centrífuga disponíveis no mercado. Isto significa que não existem dispositivos de filtração centrífuga capazes de concentrar pequenos peptídeos, drogas, toxinas, biomarcadores , etc. Estas pequenas moléculas apenas podem ser concentradas por membranas de nanofiltração ou osmose inversa. No entanto, com este tipo de membranas, para alcançar fluxos de filtração e rejeições de soluto razoáveis, bem como fatores de concentração elevados, é necessário operar a pressões tipicamente entre 5 e 80 bar.

A adaptação de dispositivos de filtração centrífuga para operar com alta pressão não é simples. De facto, embora a força centrífuga possa ser aumentada facilmente na centrifugadora, a pressão de alimentação começa a diminuir rapidamente assim que diminui o nível de líquido na câmara de amostra. Isto coloca um problema grave, uma vez que é no final do ciclo de concentração que a pressão de alimentação tem de ser elevada, para compensar a pressão osmótica da solução concentrada, que é máxima nesta fase final de concentração. Aumentar muito a aceleração centrífuga não resolve adequadamente este problema, uma vez que as membranas de nanofiltração e de osmose inversa podem compactar irreversivelmente a altas pressões. De facto, quando de ultrapassa muito a pressão máxima recomendadas pelos fabricantes de membranas, observa-se uma compactação irreversível grave das membranas (McConnon, 2015) , o que faz com que o fluxo de permeação diminua drasticamente ao longo do processo de concentração.

É um objeto da invenção um dispositivo de filtração centrífuga e um método para o fracionamento, purificação, concentração e / ou dessalinização de amostras líquidas de misturas numa vasta gama de peso molecular, incluindo pesos moleculares abaixo de 1 kDa .

É um outro objeto da invenção a provisão de um dispositivo de filtração centrífuga que pode usar membranas de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração e de osmose inversa .

É um outro objeto do invento a provisão de um dispositivo de filtração centrífuga que é fácil de manusear, e tem procedimentos simples de injeção da amostra, e de remoção do permeado e do concentrado.

Os problemas e limitações dos dispositivos de filtração centrífuga descritos no estado-da-arte, relacionados com a dificuldade concentrar e / ou purificar amostras líquidas por nanofiltração e osmose inversa, são superados pela provisão de um método e de um dispositivo para realizar o referido método, tal como está definido nas reivindicações anexas. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O dispositivo da invenção permite realizar o fracionamento, purificação, concentração e/ou de dessalinização de amostras liquidas de misturas de substâncias numa ampla gama de pesos moleculares, incluindo o caso particular de amostras liquidas com elevada pressão osmótica, utilizando também membranas de nanofiltração e de osmose reversa para realizar a separação. Usando um gargalo longo e estreito entre a câmara de amostra, que está mais próxima do eixo de rotação da centrifugadora, e a câmara de filtração, que está mais afastada do referido eixo de rotação, consegue-se manter a pressão a níveis elevados durante todo o processo de filtração, o que permite atingir maiores fatores de concentração e reduzir o tempo de filtração .

Os dispositivos de filtração centrífuga anteriormente descritos apresentam uma grande parte do seu volume ocupado pela câmara de amostra que se prolonga até à região da membrana. No entanto, à medida que a amostra vai sendo filtrada, o seu volume vai reduzindo e a pressão do líquido diminui praticamente até zero. Como a pressão gerada pela força centrífuga varia de forma quadrática com a distância da interface ar / líquido da amostra até à membrana, após algum tempo decorrido desde o início do processo de filtração, o nível de líquido baixa e os valores da pressão e fluxo de permeado reduzem-se a uma pequena fração dos seus valores iniciais. Assim, para se atingir um fator de concentração elevado, é necessário aumentar muito o tempo de filtração. A operação a baixos fluxos também tem como consequência uma redução da rejeição de soluto, uma vez que a rejeição tem tendência a diminuir com a diminuição do fluxo de permeado. Para mitigar estes efeitos adversos, ou seja, o aumento do tempo de filtração e a redução do coeficiente de rejeição, a pressão de filtração pode, naturalmente, ser aumentada através do aumento gradual da velocidade de rotação da centrifugadora ao longo do ensaio. No entanto, o controlo da velocidade de rotação da centrifugadora é difícil ou mesmo impossível de implementar, porque o nível de líquido na câmara de amostra não é conhecido em tempo real. Para ultrapassar estas limitações importantes dos dispositivos de filtração centrífuga comuns, é aqui descrito um dispositivo de filtração centrífuga que mantém a pressão a um nível elevado durante a maior parte do processo de filtração.

Nesta invenção, a fim de manter a pressão elevada junto da membrana durante a maior parte do tempo do processo de filtração, a amostra líquida é colocada tão longe quanto possível da membrana, em termos de distância radial. Em termos práticos, isto significa que a amostra líquida é colocada numa câmara, aqui designada como a câmara de amostra, situada tão longe quanto possível da câmara de onde a membrana está localizada, aqui designada como câmara de filtração, e ambas as câmaras estão ligadas por um canal o mais fino possível, que é designado por gargalo estreito. Além disso, a maior parte do volume da amostra líquida inicial está confinada à câmara da amostra, a fim de garantir uma altura de líquido sempre elevada durante o ciclo de filtração. Usando este conceito inovador, a pressão é mantida a um nível elevado durante a maior parte do processo de filtração e a queda de pressão ocorre apenas no final da fase de filtração, em que já só resta na câmara de amostra uma pequena porção da amostra líquida inicial. Para prevenir a filtração até à secura, o dispositivo de filtração centrífuga tem também uma câmara para recolher os elementos de amostra concentrados que se deslocam para fora da membrana por ação da força centrífuga. Esta câmara é designada por câmara de concentrado .

No final do ciclo de filtração, a pressão de alimentação pode ser vanta osamente aumentada por aumento da velocidade da centrífuga, desde que isso não comprometa a integridade mecânica do dispositivo de filtração centrífuga. Com este procedimento, a amostra líquida pode ser adicionalmente concentrada até ao ponto em que se atinja a pressão osmótica da solução concentrada ou que o fluxo de permeado tenda para zero devido à compactação da membrana.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

O dispositivo de filtração centrífuga da invenção compreende, mas não está limitado a, um invólucro que compreende uma câmara de amostra, uma câmara de filtração, uma câmara de concentrado, uma câmara de permeado, um gargalo estreito que liga a câmara de amostra à câmara de filtração e uma tampa para evitar o derramamento de líquido para o exterior do dispositivo. O corpo do dispositivo de filtração centrífuga descrito acima pode ser feito de uma única peça ou de várias peças, dependendo das formas de realização da invenção. Além disso, o sistema inclui também canais de ventilação das câmaras, para evitar que haja desequilíbrio de pressão entre a câmara de permeado e a câmara de filtração, após a paragem da centrifugadora .

O modo de funcionamento do dispositivo é descrito em seguida de forma sucinta. Quando o dispositivo de filtração centrífuga gira em torno do eixo de rotação numa centrifugadora, o processo de filtração ocorre na câmara de filtração, a qual é alimentada com liquido fresco a partir da câmara da amostra através do gargalo estreito. Além disso, durante a rotação do dispositivo de filtração centrífuga em torno do eixo de rotação, a força centrífuga varre os elementos mais pesados do fluido que se acumulam na superfície da membrana localizada no interior da câmara de filtração. Este mecanismo de auto limpeza minimiza a polarização de concentração na membrana. Ao mesmo tempo, a solução líquida que permeia através da membrana escoa para a câmara de permeado, através de pelo menos um canal de permeado estreito ou de um suporte poroso.

O método para realizar o fracionamento, purificação, concentração e / ou dessalinização de amostras líquidas de misturas de substâncias consiste em três passos principais. O primeiro passo é a introdução da amostra de líquido a ser processada no dispositivo de filtração centrífuga. No segundo passo, a filtração é realizada colocando o dispositivo de filtração centrífuga numa centrifugadora a uma velocidade de rotação que cria a diferença de pressão transmembranar pretendida, tipicamente entre 0 e 10 bar para ultrafiltração e microfiltração, entre 10 bar e 60 bar para nanofiltração e entre 20 bar e 80 bar para osmose inversa. A velocidade de rotação da centrifugadora pode ser aumentada no final da etapa para aumentar a pressão transmembranar e, com isso, aumentar a concentração final do líquido concentrado. Finalmente, na última etapa, os fluidos separados são removidos do dispositivo de filtração centrífuga. A remoção do permeado é fácil porque basta aceder à câmara de permeado que fica por baixo da membrana. A remoção do concentrado pode ser feita por sucção deste através de um tubo fino que entra pelo gargalo estreito até à câmara de filtração. Em alternativa, o concentrado por ser conduzido novamente para a câmara de amostra através do gargalo estreito, invertendo a posição do dispositivo de filtração centrífuga e ligando a centrifugadora a baixa rotação.

A tabela seguinte resume o método para realizar o fracionamento, purificação, concentração e / ou dessalinização de amostras líquidas de misturas de substâncias .

Tabela 1 - Método para realizar o fracionamento, purificação, concentração e / ou dessalinização de amostras líquidas de misturas de substâncias.

Passo 1 Colocar a amostra na câmara de amostra do dispositivo de filtração centrífuga

Passo 2 Realizar a filtração centrífuga

• colocar o dispositivo de filtração centrífuga e o contra-peso na centrifugadora, conforme recomendado pelo fabricante da centrifugadora

• selecionar a velocidade, ou um perfil temporal de velocidade de rotação, e o tempo de rotação apropriados para o propósito de filtração

• realizar a centrifugação

• remover o dispositivo de filtração centrífuga da centrifugadora

Passo 3 Recolha dos líquidos concentrado e permeado do dispositivo de filtração centrífuga

• separar a câmara de permeado do dispositivo de filtração centrífuga e recolher o líquido permeado

• remover o líquido concentrado; dependendo da forma de realização do dispositivo, a remoção do concentrado pode ser feita por sucção, utilizando um tubo fino flexível através do gargalo estreito, ou por centrifugação a baixa velocidade de rotação do dispositivo de filtração centrífuga invertido DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Estes e outros objetivos, características e vantagens da invenção serão mais evidentes a partir da descrição detalhada que se segue, quando lida em conjunto com os desenhos em anexo .

FIG. 1 é o esquema de um dispositivo de filtração centrífuga genérico de acordo com o objeto da invenção.

FIG. 2 é o esquema do dispositivo de filtração centrífuga, durante o processo de filtração, esboçando os fundamentos de funcionamento.

FIG. 3 é a vista isométrica do objeto da invenção de acordo com certas concretizações (em particular com as formas de realização 1 e 2) .

FIG. 4 é uma vista explodida do objeto da invenção de acordo com a forma de realização 1.

FIG. 5 é a vista de cima do objeto da invenção de acordo com a forma de realização 1.

FIG. 6 é uma vista em corte do objeto da invenção ao nível A-A da FIG. 5, de acordo com a forma de realização 1.

FIG. 7 é uma vista em corte do objeto da invenção ao nível do corte A-A da FIG. 5, de acordo com a forma de realização 1, quando colocado numa centrifugadora num certo ângulo com o eixo de rotação. FIG. 8 é uma vista em corte do objeto da invenção ao nível do corte A-A da FIG. 5, de acordo com a forma de realização 1, quando colocado numa centrifugadora num determinado ângulo com o eixo de rotação, antes da filtração com uma amostra de líquido no reservatório de alimentação.

FIG. 9 é uma vista em corte do objeto da invenção ao nível do corte A-A da FIG. 5, de acordo com a forma de realização 1, quando colocado numa centrifugadora num certo ângulo com o eixo de rotação, no final da filtração já com o líquido permeado na câmara de permeado.

FIG. 10 é uma vista explodida das duas partes da forma de realização 2 que diferem da forma de realização 1 do objeto da invenção.

FIG. 11 é a vista de cima do objeto da invenção de acordo com a forma de realização 2.

FIG. 12 é uma vista em corte do objeto da invenção ao nível do corte B-B da FIG. 11, de acordo com a forma de realização 2.

FIG. 13 é a vista ampliada do objeto da invenção na secção C definida na FIG. 12, de acordo com a forma de realização 2.

FIG. 14 é a vista isométrica do objeto da invenção, acordo com a forma de realização 3.

FIG. 15 é uma vista explodida do objeto da invenção, de acordo com a forma de realização 3. FIG. 16 é a vista de cima do objeto da invenção, de acordo com a forma de realização 3.

FIG. 17 é uma vista em corte do objeto da invenção ao nível do corte D-D da FIG. 16, de acordo com a forma de realização 3.

FIG. 18 é uma vista em corte do objeto da invenção ao nível do corte E-E da FIG. 16, de acordo com a forma de realização 3.

FIG. 19 é uma vista em corte do objeto da invenção ao nível do corte D-D da FIG. 16, quando se utiliza um reservatório extra para coletar o concentrado, efetuando uma centrifugação com o dispositivo de filtração centrífuga invertido, de acordo com a forma de realização 3.

FIG. 20 é um gráfico de um conjunto de resultados da filtração de uma solução de sacarose, obtidos com um dispositivo de filtração centrífuga, de acordo com a forma de realização 1.

DESCRIÇÃO DE TALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um dispositivo de filtração centrífuga (1) para a concentração de misturas líquidas, para ser inserido no rotor de uma centrifugadora que compreende: um invólucro, o qual compreende uma câmara de amostra (2, 102, 302) com pelo menos um orifício de ventilação (123, 312); uma câmara de permeado (6, 106, 306) com pelo menos um orifício de ventilação (145, 351); pelo menos uma câmara de filtração (4, 104, 304) com pelo menos uma membrana semi-permeável (5, 105, 205, 305); uma câmara de concentrado (7, 107, 307) a jusante da câmara de filtração (4, 104, 304); e pelo menos um gargalo (3, 103, 303) que liga a câmara de amostra (2, 102, 302) à câmara de filtração (4, 104, 304) e cujo volume é inferior ao volume contido na câmara de concentrado (7, 107, 307) e na câmara de filtração (4, 104, 304) .

Num modo preferencial de realização da invenção, o volume do gargalo (3, 103, 303) é inferior a 1/5 do volume contido nas câmaras de concentrado e de filtração.

Num modo preferencial de realização da invenção, a área da secção transversal do gargalo (3, 103, 303) é inferior a 1 mm ² .

Usando um gargalo longo e estreito entre a câmara de amostra, que está mais próxima do eixo de rotação da centrifugadora, e a câmara de filtração, que está mais afastada do referido eixo de rotação, preferencialmente um gargalo com um volume que corresponde a menos de 1/5 do volume contido nas câmaras de concentrado e de filtração, e uma secção transversal com uma área preferencialmente inferior a 1 mm ² , consegue-se manter a pressão a níveis elevados durante todo o processo de filtração, o que permite atingir maiores fatores de concentração e reduzir o tempo de filtração .

Num modo preferencial de realização da invenção, o invólucro compreende adicionalmente um canal de remoção de concentrado (133, 333) que liga a câmara de amostra (102, 302) à câmara de concentrado (107, 307), e através do qual se pode inserir um tubo flexível para remover a mistura líquida concentrada. Este canal também permite eliminar facilmente bolsas de ar que existam nas câmaras de filtração e de concentrado no inicio da centrifugação. Num modo preferencial de realização da invenção, o dispositivo compreende adicionalmente pelo menos um canal de permeado (144, 237, 346, 347) que liga o lado do permeado da membrana de filtração à câmara de permeado, e que permite conduzir o fluxo de permeado para a câmara de permeado.

Num modo ainda mais preferencial de realização da invenção, o vetor normal ao lado ativo da membrana faz um ângulo de aproximadamente 90° com o vetor da aceleração centrífuga, por forma a maximizar a ação de autolimpeza da camada limite de concentração.

Num outro modo ainda mais preferencial de realização da invenção, o dispositivo de filtração centrífuga compreende duas câmaras de filtração (304a, 304b) com duas membranas semi-permeáveis (305a, 305b), voltadas uma para a outra em lados opostos da câmara de filtração (304), e um gargalo (303) que desemboca em duas condutas (303a, 303b) independentes, que por sua vez desembocam nas câmaras de filtração (304a e 304b) .

Num outro modo preferencial de realização da invenção, as membranas semi-permeáveis (5, 105, 205, 305) têm um limite de exclusão molecular na gama da osmose inversa e da nanofiltração, ou seja, entre 100 Da e 1000 Da. Utilizando membranas de nanofiltração ou osmose inversa, para que sejam alcançados fluxos de filtração e rejeições de soluto razoáveis, bem como fatores de concentração elevados, é necessário operar a pressões tipicamente entre 5 e 80 bar. O dispositivo da invenção evita a rápida diminuição da pressão de alimentação assim que diminui o nível de líquido na câmara de amostra, mantendo a pressão a níveis elevados durante todo o processo de filtração, o que permite atingir maiores fatores de concentração e reduzir o tempo de filtração.

Num outro modo preferencial de realização da invenção, as membranas semi-permeáveis (5, 105, 205, 305) têm um limite de exclusão molecular na gama da ultrafiltração ou microfiltração, ou seja, entre 1 kDa e 1000 kDa .

A invenção refere-se ainda a um método para a concentração de uma mistura líquida que compreende as seguintes etapas: a) prover um dispositivo de filtração centrífuga (100, 200 ou 300) de acordo com as reivindicações 1 a 8 ;

b) prover uma centrifugadora com um rotor capaz de receber o referido dispositivo de filtração centrífuga;

c) introduzir a amostra de mistura líquida a concentrar na câmara de amostra (2, 102, 302);

d) inserir o dispositivo de filtração centrífuga dentro do rotor da centrifugadora;

e) ligar a centrifugadora e fixar a velocidade de rotação num valor que permita atingir uma pressão suficiente para a amostra permear através da membrana;

f) esperar o tempo suficiente para que a amostra permeie através da membrana e se atinja o fator de concentração pretendido ;

g) retirar o dispositivo de filtração centrífuga do rotor da centrifugadora;

h) retirar do dispositivo de filtração centrífuga o permeado e o concentrado. Num modo preferencial de realização da invenção, no passo e) do dito método, a velocidade de rotação da centrifugadora é definida para aumentar gradualmente, desde um dado valor inicial até um dado valor final, ao longo do processo de filtração.

Nesta secção descrevem-se em seguida os fundamentos do funcionamento do objeto da invenção e de três concretizações alternativas propostas.

A FIG. 1 mostra um esboço genérico de um dispositivo de filtração centrífuga. Esta figura é aqui utilizada para descrever e explicar os fundamentos de operação do objeto da invenção. O dispositivo de filtração centrífuga 1 compreende uma câmara de amostra (2), pelo menos um gargalo estreito (3) que liga a câmara de amostra (2) a uma câmara de filtração (4), uma membrana semi-permeável (5) que permite a passagem de permeado da câmara de filtração (4) para uma câmara de permeado (6), e uma câmara de concentrado (7) . Todos os componentes são colocados no interior de um invólucro e neste caso pressupõe-se que a aceleração centrífuga atua na horizontal, da esquerda para a direita.

A FIG. 2 mostra o esboço genérico do dispositivo de filtração centrífuga (1) representado na FIG. 1 durante a operação. Num determinado momento do ciclo de filtração, o dispositivo de filtração centrífuga (1) gira a uma velocidade angular ω em torno do eixo de rotação da centrifugadora. No início da filtração, a amostra de líquido (2a) colocada na câmara de amostra (2) flui para o gargalo estreito (3) . Deste gargalo, flui depois para a câmara de filtração (4) onde ocorre permeação. Parte da amostra concentrada acumula-se depois na câmara de concentrado (7) . À medida que o processo de filtração prossegue, uma parte da amostra de liquido permeia através da membrana (5), sendo recolhida como permeado (6a) na câmara de permeado (6) . Outra porção da amostra é retida e concentrada pela membrana (5), sendo em parte recolhida como o concentrado (7a) na câmara de concentrado (7) . A filtração ocorre devido ao aumento de pressão provocado pela aceleração centrífuga no interior centrifugadora a alta rotação. Quando o dispositivo de filtração centrífuga (1) é posto em rotação, a diferença pressão, Ap, entre os níveis r... 8 e ?¾. 9 é dada, em boa aproximação, por Ap = £ ω {τ —?†}, em que p é a massa especifica média do líquido entre as posições radiais ? _j e ·? .

Se o ângulo for maior ou igual que 0 ^o e menor que 90°, a força centrífuga cria um mecanismo de auto limpeza que faz com que os elementos de fluido concentrados pela membrana se afastem desta, na direção radial. Para α maior ou igual que 0 ^o e menor que 90°, os elementos de fluido mais concentrados são projetados na direção da câmara de concentrado (7), onde acaba por ficar grande parte da amostra liquida concentrada (7b) .

Para que todo o fluido da câmara de amostra (2) passe pelo gargalo estreito (3), é necessário que o ângulo β entre a superfície da parede (2c) e o vetor de força centrífuga esteja compreendido entre 90° e 180°. O gargalo estreito (3) permite manter a diferença pressão transmembranar elevada durante quase todo o ciclo de filtração. O dispositivo de filtração centrífuga é desenhado para que o nível da amostra de alimentação atinja a entrada do gargalo estreito, quando já se atingiu o fator de concentração pretendido. Deste modo, a pressão transmembranar nunca decai muito durante todo o ciclo de filtração.

Para evitar danos da membrana, é necessário colocar orifícios de ventilação na câmara de amostra (2) e na câmara de permeado (6) . De outro modo, quando a centrifugadora pára, a pressão na câmara de permeado pode ser maior que a pressão na câmara de alimentação e a membrana pode romper. A localização dos orifícios de ventilação deve ter em conta a orientação dos níveis de líquido na câmara de amostra (2) e de permeado (6), quando centrifugadora está em repouso e em funcionamento, para que não se perca amostra líquida por esses orifícios. A FIG. 3 mostra um esboço isométrico da forma de realização 1, ou da forma de realização 2, do dispositivo de filtração centrífuga da invenção. O invólucro do dispositivo de filtração centrífuga (100) (ou 200 para a forma de realização 2) é composto por várias partes. A tampa (110) encaixa num furo na superfície superior (121) da parte superior (120) . A superfície do bordo inferior da parte superior (120) liga-se à parte de suporte de membrana (140) (240 para a concretização 2) que, por sua vez, se liga à parte de fundo (150), que tem, preferencialmente, uma forma hemisférica, adequada para ser inserida em rotores típicos de centrifugadoras. A parte de suporte (140) tem uma placa porosa ou uma superfície com micro canais por baixo da membrana, para permitir que o permeado escoe para a câmara de permeado (106) existente no interior da parte de fundo (150) (ver FIG. 4) .

Todas as partes que compõem a forma de realização 1 da invenção podem ser vistas na FIG. 4, sob a forma de uma vista explodida do dispositivo de filtração centrífuga (100) representado na FIG. 3. A forma de realização 1 usa uma única membrana (105) colada pelos seus bordos à superfície superior (141) da parte de suporte de membrana (140) . A cola para unir os bordos da membrana à superfície superior (141) tem de ser compatível com o solvente da amostra líquida e com o material da superfície superior (141) . Para o caso de membranas de poliamida com suporte poroso de poliéster em contacto com metal, podem-se usar colas à base de resinas epoxy ou de poliuretano.

A parte de suporte da membrana (140) está presa entre a parte superior (120) e a parte de fundo (150) . Dois o-rings (142 e 143) garantem a estanquicidade do fluido na câmara de filtração (104), de concentrado (107) e de permeado (106) . Pelo menos um canal estreito de permeado (144) interliga a superfície (141) do suporte da membrana (140) à câmara de permeado (106), na parte inferior (150) do dispositivo de filtração centrífuga. A superfície superior (141) pode ter uma placa porosa ou um conjunto de ranhuras para facilitar o escoamento do permeado na direção do canal estreito de permeado (144) . Uma cavidade, delimitada pela parte de suporte de membrana (140) e pela parte superior (120), define a câmara de concentrado (107) . A câmara de filtração (104) é definida como o espaço vazio entre a membrana (105) e a superfície inferior do bloco interno (130) . A altura da câmara de filtração (104) é determinada pela altura do bordo (132) da superfície inferior do bloco interno (130) . Por esta razão, a área efetiva da membrana é menor que a área da superfície superior (141) do suporte de membrana (140) e depende das dimensões do bordo (132) . Uma descrição mais clara do bordo (132) pode ser vista na FIG. 10. A câmara de amostra (102) está delimitada entre a parte superior do bloco interno (130) e superfície interna da parte superior (120) .

A câmara de amostra (102) deve estar situada, preferencialmente, tão longe quanto possível da câmara de filtração e o mais próximo quanto possível do eixo de rotação. No bloco interno (130), existem canais estreitos sulcados que conectam a câmara de amostra (102) às câmaras de filtração (104) e de concentrado (107) . Um dos canais sulcados é o gargalo estreito (103), que corresponde ao gargalo estreito (3) esboçado esquematicamente na FIG. 1. O gargalo estreito (103), que não está visível na FIG. 3, mas é visível na FIG. 6, liga a câmara de amostra (102) à câmara de filtração (104), permitindo que a amostra líquida seja alimentada à câmara de filtração. Na forma de realização 1, existe um segundo canal estreito (133) (canal de remoção de concentrado) que liga a câmara de amostra (102) à câmara de concentrado (107) . Através do orifício (122), pode-se inserir um tubo capilar flexível no canal estreito (133) (canal de remoção de concentrado) e dessa forma retirar, por sucção com uma seringa, o concentrado da câmara de concentrado de (107) . O canal estreito (133) (canal de remoção de concentrado) também facilita a passagem da amostra líquida para a câmara de filtração na fase inicial da centrifugação, permitindo eliminar eventuais bolsas de ar.

Na superfície de topo (121), há um primeiro orifício de ventilação (123) ligado à câmara de amostra (102) . Dessa forma, previne-se a ocorrência de vácuo no final do ciclo de filtragem, o que poderia danificar a membrana. Um segundo orifício de ventilação (145) (ver FIG. 6) está localizado na parte de suporte de membrana (140) e faz ligação à câmara de permeado (106) . Finalmente, a parte superior (120) pode ser fechada com a tampa (110), a qual tem um o-ring de vedação (111) .

A vista de topo da forma de realização 1 da invenção está na FIG. 5, que mostra a localização do corte transversal A-A a ser utilizado nas FIGS. 6, 7, 8 e 9.

A FIG. 6 mostra a vista em corte da forma de realização 1 da invenção de acordo com o corte A-A definido na FIG. 5. As conexões entre as várias câmaras e os dois furos de ventilação são visíveis na FIG. 6. Como mencionado acima, o gargalo estreito (103) liga a câmara de amostra (102) à câmara de filtração (104) . O gargalo estreito (103) é formado por um sulco no bloco interno (130) . A câmara da amostra (102) é definida como o espaço vazio entre o bloco interno (130) e a parte de topo (120) . A superfície (131) do bloco interno (130), e que define a câmara de amostra, faz um ângulo γ com o eixo vertical do dispositivo de filtração centrífuga .

A ligação entre a câmara de amostra (102) e a câmara de concentrado (107) é feita através do segundo canal estreito (133) (canal de remoção de concentrado), o qual é constituído por duas secções (134 e 135) . A secção (134) é um canal perfurado no bloco interno (130), a partir da superfície (131) . A secção (134) está ligada à secção (135), a qual é um sulco gravada no bloco interno (130) . Para minimizar os volumes mortos do gargalo estreito (103) e do segundo canal estreito (133) (canal de remoção de concentrado) , estes dois canais são tão finos quanto possível . A FIG. 7 mostra uma vista em corte da forma de realização 1 da invenção, de acordo com o corte A-A definido na FIG. 5, quando o dispositivo de filtração centrífuga é colocado no interior do rotor de ângulo fixo de uma centrífuga, com ângulo ε. Conforme já foi referido, o ângulo β deve estar compreendido, preferencialmente, entre 90° e 180°, enquanto que o ângulo a deve ser, preferencialmente, próximo do ângulo ε do rotor, para que a membrana fique alinhada com a aceleração centrífuga.

As FIG. 8 e FIG. 9 mostram a da forma de realização 1 do dispositivo de filtração centrífuga posicionado na mesma configuração representada na FIG. 7, mas em duas fases de filtração diferentes. A FIG. 8 mostra a fase inicial, antes da filtração, onde a amostra líquida (102a) preenche todo o espaço definido pela câmara de amostra (102), o gargalo estreito (103), o segundo canal estreito (133) (canal de remoção de concentrado), a câmara de filtração (104) e a câmara de concentrado (107) . A FIG. 9 ilustra a fase final do processo de filtração, onde a câmara de permeado (106) já contém a maior parte do líquido permeado (106a) que permeou através da membrana, enquanto que o líquido concentrado (107a) está retido na câmara de concentrado (107) . A câmara de permeado (106) deve ter um volume igual ou superior ao volume de amostra a processar e o orifício (145) deve estar posicionado de modo a que, mesmo com permeação de toda a amostra, não ocorram fugas de permeado pelo orifício (145) . A forma de realização 2 da invenção é semelhante à forma de realização 1 já descrita, mas inclui uma membrana adicional na câmara de filtração. Deste modo, duplica-se a área de membrana e reduz-se a metade o tempo necessário para concentrar a amostra de fluido. Esta forma de realização 2 do dispositivo de filtração centrífuga está ilustrada na FIG. 10. A membrana adicional (205b) está colocada sobre a superfície inferior da do bloco interno (230) e o segundo canal de permeado (237) liga o lado do permeado da membrana (205b) à câmara de permeado (106) . O segundo canal permeado (237) compreende duas secções: uma secção de canal (238) dentro da parte interna do bloco (230) e outra seção (246) dentro da parte de suporte de membrana (240) . A haste perfurada (236) liga a secção de canal (238) no bloco interno (230) à secção de canal (246) no suporte de membrana (240) . A segunda membrana (205b) é colada à superfície inferior do bloco interno (230), usando o mesmo tipo de colagem que já foi descrito para colar a primeira membrana.

A vista de topo da forma de realização 2 da invenção está representado na FIG. 11, a qual mostra a localização do corte transversal B-B a ser usado na FIG. 12. A secção de corte B-B muda de direção na posição alinhada com o centro do canal de permeado (144), a fim de passar através do meio da haste perfurada (236) . A região definida pela linha tracejada C está ampliada na FIG. 13. O canal permeado (237) está representado na FIG. 13 como um tubo com curvaturas. No entanto, as secções (238 e 246) do canal de permeado (237) podem ser canais retos, feitos por perfuração . Outra forma de realização 3 da invenção está esquematizada nas FIGS. 14, 15, 16 e 17. A FIG. 14 mostra um esboço em perspetiva isométrica da forma de realização 3 do dispositivo de filtração centrífuga da invenção. O invólucro externo do dispositivo de filtração centrífuga (300) compreende uma parte exterior (350) e uma tampa (310) na parte superior do mesmo. Existem também dois orifícios para prevenir o desequilíbrio de pressão no final da filtração, e evitar que as membranas rompam. Na superfície lateral da parte externa (350) existe o orifício (351) ligado à câmara de permeado. Na superfície de topo da tampa (310) existe o orifício (312) ligado à câmara de amostra. A forma do dispositivo de filtração centrífuga (300) deve ser, preferencialmente, concebida para este dispositivo poder ser inserido em rotores de centrifugadoras comuns.

A FIG. 15 mostra a vista isométrica explodida da forma de realização 3 da invenção. Todas as partes internas do dispositivo de filtração centrífuga (300) estão suportados no bordo (352) da parte exterior (350) . A novidade da forma de realização 3 da invenção é a utilização de um bloco interno (330) que separa a câmara de amostra (302) da câmara de filtração (304) . Nesta forma de realização 3 da invenção existem duas membranas, ou seja a membrana (305a) e a membrana (305b) . A membrana (305a) está apoiada na ranhura (342), enquanto que a membrana (305b) está apoiada em ranhura semelhante do lado oposto. As superfícies destas ranhuras devem ter, preferencialmente, um conjunto de saliências ou superfícies porosas para facilitar a passagem do fluxo do permeado para reservatório de permeado (306) . Cada uma das peças de suporte de membrana (340 e 341) tem pelo menos um canal de permeado, (346 e 347), respetivamente, a fim de conduzir o fluxo de permeado para a câmara de permeado (306) . A câmara de permeado (306) é definida pelas paredes internas do invólucro externo (350) . As peças de suporte de membrana (340 e 341) estão ligadas aos bordos (361a e 361b) da parte interna (360) . O conjunto que compreende as partes (340, 341 e 360) é tapado pela tampa (310) e encaixa no interior da parte externa (350), estando o bordo (362) da parte interna (360) suportado no bordo (352) da parte externa (350) . Nesta forma de realização 3 da invenção, o bloco interno (330) encaixa na parte interna (360), criando as câmaras de filtração (304a e 304b) que ficam compreendidas entre o bloco interno (330) e as membranas (305a e 305b) . A espessura dos canais de filtração é determinada pelas dimensões da haste (339) do bloco interno (330) .

A bloco interno (330) é suportado através do encaixe do bordo (338) na extremidade (363) da parte interna (360) . A câmara de amostra (302) é criada por uma cavidade no topo do bloco interno (330) . O gargalo (303) liga a parte mais funda da câmara de amostra (302) às câmaras de filtração (304a e 304b) através dos canais estreitos auxiliares (303a e 303b) . Opcionalmente, pode-se usar um canal estreito (333) (canal de remoção de concentrado) para remover o concentrado no final da filtração, com o auxilio de um tubo capilar flexível. Este canal também permite eliminar facilmente bolsas de ar que existam nas câmaras de filtração no início da centrifugação.

A forma de realização 3 da invenção pode ser ainda melhor entendida com recurso aos cortes seccionais D-D e E-E esquematizados na FIG. 16, que ilustra a vista de topo da forma de realização 3 da invenção. O corte D-D é visto de frente na FIG. 17. Durante a filtração, o líquido da amostra fresco flui da câmara de amostra (302) para o interior do gargalo estreito (303) . O gargalo estreito desemboca depois nas condutas (303a e 303b) que desembocam por sua vez nas câmaras de filtração (304a e 304b), onde estão as membranas (305a e 305b) . A amostra concentrada é recolhida na câmara de concentrado de (307) . O permeado passa pelos canais (346 e 347) e é recolhido na câmara de permeado (306) .

A FIG. 18 mostra a vista em corte da forma de realização 3 da invenção ao longo da secção E-E definida na FIG. 16. O canal estreito (333) (canal de remoção de concentrado) no centro do dispositivo pode ser utilizado para retirar a amostra concentrada no final da filtração ou para facilitar a eliminação de bolsas de ar que possam existir inicialmente nas câmaras de filtração.

Outra opção para remover o concentrado da forma de realização 3 da invenção é o de separar da montagem a tampa (310) e a parte externa (350), inserir um reservatório (370) através da abertura da parte (330) de bloco interno e efetuar uma centrifugação a baixa rotação com o dispositivo invertido. Este procedimento é melhor entendido com o auxilio da FIG. 19. Depois de retirar a tampa (310) e a parte externa do conjunto (350), o reservatório adicional (370) é inserido no topo do bloco interno (330) e o novo conjunto é invertido e centrifugado a uma velocidade de rotação baixa. Como resultado, o liquido concentrado que estava na câmara de concentrado (307) flui para a câmara (371), onde pode ser recolhido como a amostra concentrada (307a), depois de se separar o reservatório (370) do dispositivo.

O dispositivo de filtração centrífuga pode utilizar membranas de osmose inversa, membranas de nanofiltração, com um limite de exclusão molecular que está tipicamente entre 100 Da e 1 kDa, ou membranas de ultrafiltração com um limite de exclusão molecular entre 1 kDa e 1000 kDa. EXEMPLOS

Para avaliar o desempenho do dispositivo de filtração centrífuga divulgado nesta invenção, várias experiências de filtração centrífuga foram realizadas com soluções aquosas de sacarose utilizando a forma de realização 1 do objeto da invenção, com um ângulo γ de 30° e um ângulo δ de 34°. O protótipo utilizado tem altura de 103 mm e largura de 28.7 mm, tendo sido manufacturado numa liga leve de alumínio (com exceções do bloco interno (130) em teflon e dos o-rings (111, 142 e 143 de polinitrilo) . Neste protótipo, a câmara de amostra 102 tem um volume de cerca de 3.2 mL .

A sacarose foi selecionada como soluto de referência, por ter um peso molecular de 342, 3 g / mol que está na gama do limite de exclusão molecular de nanofiltração . A avaliação quantitativa do desempenho do dispositivo de filtração centrífuga foi baseada no fator de concentração e na rejeição aparente. O fator de concentração, CF, é o rácio da concentração final do concentrado, C _c ., pela concentração inicial da amostra, C _a , ou seja, CF = C/C _t7 . A rejeição aparente, R _s , é calculada como a diferença entre as concentrações da amostra inicial e a do permeado, C^, e Ç _B , respectivamente, dividido pela concentração da amostra inicial, ou seja R _a = {C _a — £ _ρ .)/€ _α . Uma rejeição aparente próxima de 1 indica que a membrana impede a passagem do soluto para o permeado.

Em todos os exemplos usou-se a membrana de nanofiltração NFX fabricada pela Synder Filtration (Vacaville, EUA) . A membrana, que tem, segundo o fabricante, um limite de exclusão molecular nominal entre 150 e 300 Da, foi colada ao suporte, usando para isso duas resinas epoxy: Araldite Standard da Ceys (Espanha) e Omegabond OB-101 da Omega (EUA) . A membrana foi colada sobre a superfície (141) da parte de suporte de membrana como a seguir se descreve. Um pedaço de membrana com a forma da superfície (141) foi cortado de uma folha de membrana nova. Um fino fio (cerca de 1 mm) de mistura Omegabond OB-101 foi espalhado a cerca de 2 mm dos bordos, quer da superfície (141) do dispositivo de filtração centrífuga, quer da superfície do suporte de poliéster da membrana (105) . A superfície do suporte de poliéster da membrana (105) foi colocada em contacto com a superfície (141) da parte de suporte de membrana (140) e foi aguardado o tempo necessário para a cura das colas, de acordo com as instruções dos fabricantes das colas. Após a cura das colas, uma fina camada de mistura Araldite Standard foi espalhada até cerca de 3 mm do bordo da membrana (105) (incluindo o rebordo) para garantir a sua selagem. Após a cura da cola, o dispositivo de filtração segundo a forma de realização 1 ficou apto para utilização.

As concentrações de sacarose no permeado e no concentrado, no final da filtração, foram determinadas através do uso do refratómetro diferencial DD-5 da Atago (Japão) . Em todos os exemplos usou-se uma centrifugadora RC6 da Sorvall com um rotor de ângulo fixo F10-6x500y. A este rotor acoplou-se um adaptador por forma a que o ângulo ε fosse 34°. Nos exemplos apresentados em seguida, o volume da câmara de amostra foi de cerca de 3.2 mL, o comprimento do gargalo estreito foi de 1.9 cm, o volume contido no gargalo estreito foi de 0.018 ml, e o volume contido nas câmaras de concentrado e de filtração foi de 0.1 mL nos exemplos 1 e 2 e de 0.4 mL no exemplo 3. A razão entre o volume do gargalo e o volume contido nas câmaras de concentrado e de filtração foi então sempre inferior a 1/5 (esta razão é 0.18 nos exemplos 1 e 2 e 0.04 no exemplo 3) . A área da secção transversal do gargalo estreito foi de 1 mm ² .

Exemplo 1

Um volume de 3.2 mL de solução aquosa de sacarose com uma concentração de 7.7 g / L foi filtrada em conformidade com o presente método divulgado na invenção (ver Tabela 1) . A altura da câmara de filtração ou seja, a distância da superfície da membrana 105 à superfície inferior da parte interna do bloco 130, foi de 0.2 mm.

Antes da filtração da própria amostra, a membrana foi lavada com água para remover as substâncias conservantes e protetoras da membrana colocadas pelo fabricante desta. Para isso, filtraram-se 3.2 mL de água desionizada no dispositivo de filtração centrífuga a uma velocidade de rotação de 6000 rpm durante 30 minutos, repetindo-se o processo uma vez. Nestas condições, a pressão média na câmara de filtração 104 no início do ciclo de filtração é 16 bar. Depois da lavagem da membrana, filtrou-se 3.2 ml de solução de sacarose durante 45 minutos a uma velocidade de rotação de 6000 rpm. Este tempo de filtração foi suficiente para que toda a solução contida na câmara de alimentação fosse filtrada.

No final do processo de filtração, o permeado foi retirado do reservatório de permeado e a amostra líquida concentrada foi retirada do dispositivo por sucção, usando de um tubo capilar flexível e uma seringa, de acordo com o método descrito na presente invenção. Nestas condições, foi possível extrair do dispositivo de filtração centrífuga cerca de 105 μΐ de concentrado, o qual apresentava uma concentração média de 117 g / L de sacarose. A rejeição aparente obtida neste ensaio foi de 97%.

Em resumo, este exemplo prova que através da forma de realização 1 do objeto da invenção é possível concentrar 3.2 mL de uma solução aquosa de sacarose com uma concentração de 7.7 g / L, por forma a obter 105 μΐ de solução concentrada, obtendo-se um fator de concentração de 15, com a uma rejeição aparente de 97%.

Exemplo 2

Uma solução aquosa de sacarose com uma concentração de 30.7 g/L foi filtrada durante 60 minutos a uma velocidade de rotação de 9000 rpm. A membrana neste exemplo foi previamente lavada com água, usando o mesmo procedimento do exemplo 1, mas apenas durante 15 minutos.

Introduziram-se 3.2 mL de solução de sacarose no dispositivo de filtração centrífuga. A pressão média na câmara de filtração 104, no início do ciclo de filtração, foi de 35 bar, para a velocidade de rotação de 9000 rpm. Nestas condições, no final da filtração centrífuga extraiu-se um volume de 325 μL de concentrado, com uma concentração de 233 g/L de sacarose. A rejeição aparente da membrana foi de 99.2%. Em resumo, este exemplo prova que o dispositivo de filtração centrífuga, operando a 9000 rpm durante 60 minutos, é capaz de concentrar uma amostra de 3.2 ml de uma solução aquosa de sacarose, aumentando a sua concentração de 30.7 g / L para 233 g/L.

Exemplo 3

Neste exemplo, estudou-se a evolução temporal da filtração de uma solução aquosa de sacarose com uma concentração de 30.7 g/L, operando a uma velocidade de rotação de 9000 rpm. Para isso, efetuaram-se ensaios de filtração com tempos de filtração crescentes. Neste exemplo, a altura da câmara de filtração do dispositivo de filtração centrífuga foi de 1.3 mm. A FIG. 20 mostra a evolução do caudal médio de permeado em cada um dos intervalos temporais e da concentração de sacarose no concentrado no final de cada um desses intervalos . O caudal médio de permeado é o volume médio de permeado que atravessa a membrana por unidade de tempo e foi obtido determinando o volume de permeado acumulado na câmara de permeado (106) nos diferentes intervalos de tempo assinalados na FIG. 20. Uma vez que com o dispositivo de filtração centrífuga, divulgado nesta o invenção, se obtém elevada repetibilidade entre ensaios, e a membrana utilizada nos diferentes ensaios foi sempre a mesma, foi possível determinar o volume médio de permeado entre dois instantes genéricos tl e t2, ou seja no intervalo temporal [tl,t2], calculando a diferença de volume de permeado acumulado em ensaios de filtração centrífuga com tempos de filtração distintos tl e t2. Assim, para cada intervalo [tl,t2] foi realizado um ensaio de tempo de filtração t2 partindo sempre