Redução de incrustação proteíca em mebranas de ultrafiltração de poli(étersulfona) por deposição de dopamina e polietilenoimina

Abstract

Os processos de separação por membranas (PSM) podem ser aplicados na concentração e purificação de proteínas, sendo um método de baixo gasto energético. Porém, sua principal desvantagem é o rápido decaimento do fluxo do permeado causado pelo acúmulo do soluto na superfície e poros das membranas, chamada incrustação. Uma alternativa para minimizar as incrustações causadas pelas proteínas durante o processo de ultrafiltração se baseia na modificação da superfície da membrana, visando torna-la mais hidrofílica. Assim, neste trabalho propõe-se a modificar a propriedade anti-incrustante de uma membrana de poli(éter sulfona) (PES), baseado no método mussel- inspired. Este método utiliza a dopamina (DA), que apresenta as propriedades de polimerizar-se em atmosfera oxidante e ligar-se à maioria das superfícies. A solução de DA foi acrescentada a polietilenoimina (PEI), um polímero rico em amina, visando aumentar a hidrofilicidade da superfície. Foram estudados o tempo de imersão da membrana na solução de DA e PEI, as temperaturas de reação e as concentrações de DA e PEI, e as membranas foram posteriormente caracterizadas por diferentes técnicas. Os resultados mostraram que as membranas com 2 h de deposição na solução DA/PEI a 25°C apresentaram os melhores resultados para permeabilidade inicial. A análise de ângulo de contato com água mostrou que as membranas com DA/PEI apresentaram diminuição dos ângulos de contato, em relação à membrana controle. O teste de absorção de água confirmou os resultados de ângulo de contato. Na avaliação do desempenho do processo de ultrafiltração, a membrana com DA/PEI nas concentrações 2:16 mg.mL-1 foi a que apresentou maior permeabilidade inicial em relação à membrana controle e à membrana DA/PEI 2:0 (mg.mL-1). Na ultrafiltração da solução de albumina de soro bovino (ASB) (2,5 g.L-1), as membranas controle e 2:0 incrustaram rapidamente, a membrana 2:16 apresentou mínima incrustação. A membrana que apresentou maior recuperação de permeabilidade após as limpezas foi a membrana modificada com 2:16 mg.mL-1 de DA/PEI. A morfologia da superfície das membranas recobertas com DA e PEI não mostrou muitas alterações entre as membranas estudadas. Análises do potencial zeta da superfície das membranas demonstrou mudança na carga das membranas estudadas em função da concentração de DA/PEI. Os resultados indicam que a membrana 2:16 apresenta maior hidrofilicidade e tem propriedade anti-incrustante para proteína ASB.

Abstract : The membrane separation processes (MSP) can be applied in the concentration and purification of proteins as a method of low energy cost. However, its main disadvantage is the rapid decay of permeate flux caused by the accumulation of solution on the surface and pores of the membranes, called fouling. An alternative to minimize the fouling caused by the proteins during the process of ultrafiltration is based on the modification of the membrane surface, aiming to make it more hydrophilic. Thus, this work proposes the improvement of the antifouling property of a polyether(sulfone) (PES) membrane based on the mussel-inspired method. This method uses dopamine (DA), which has the properties of polymerizing in an oxidizing atmosphere and attaches to most surfaces. A solution of AD adopted a polyethyleneimine (PEI), an amine-rich polymer, aiming to increase the surface hydrophilicity. The immersion time of the membrane in the solution of DA and PEI, the reaction temperatures and the concentrations of DA and PEI were studied, with later characterized of the modified membranes by different techniques. The results showed that the membranes with 2h deposition in the DA/PEI solution at 25°C had the best results for initial permeability. The analysis of the contact angle with water showed that the DA/PEI 2:0 and 2:16 membranes showed a decrease of the contact angles in relation to the control membrane. The water absorption test confirmed the contact angle results. In the evaluation of the performance of the ultrafiltration process, the membrane with DA/PEI concentrations of 2:16 mg.mL-1 was the one with the highest initial permeability in relation to the control membrane and the DA/PEI 2:0 (mg.mL-1) membrane. In the ultrafiltration of the bovine serum albumin solution (BSA) (2.5 g.L-1) the control and 2:0 membranes rapidly fouled, while the 2:16 membrane presented minimal fouling. The membrane that presented the highest permeability recovery after cleaning was the membrane modified with 2:16 mg.mL-1 of DA/PEI. The surface morphology of membranes coated with DA and PEI did not show many changes among the membranes studied. Analysis of the zeta potential of the surfaces of the membranes showed a change in the charge of the studied membranes as a function of the DA/PEI concentration. The results indicate that the 2:16 membrane have the highest hydrophilicity and presents antifouling properties for BSA protein.