直流电压控制的带电膜吸附和解吸的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于分离、消除和/或浓缩目的的膜。本发明专利技术的目的在于：尽可能在没有添加含大量离子的物质，例如酸、碱或盐的情况下，简单且可靠地吸附分子并且简化在膜处吸附和色谱结合的目标分子的解吸。另外，本发明专利技术的目的还在于开发可容易测量的值，所述值允许在吸附过程和/或其控制期间指示膜的当前和/或剩余的结合容量。根据本发明专利技术，上述目的通过以下方式实现：在带电的膜处进行吸附，并且通过物理场、电磁场和/或通过产生电场来实现解吸。这特别通过如下方式实现：将薄金属层施加到带正电或带负电的膜的一侧或两侧上并施加电压以进行解吸。解吸。解吸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】直流电压控制的带电膜吸附和解吸的方法和设备


[0001]本专利技术涉及通常用于物质、生物分子、病毒和细菌的机械拦截的膜，特别是聚合物膜。

技术介绍

[0002]膜的拦截率由孔大小确定，并且流速由孔隙率、孔站膜基质的比例来确定。
[0003]所谓的色谱膜从聚合物膜中发展而来。所述色谱膜除了机械拦截特性外具有引起吸附带电物质的附加特性。所述膜具有由通过掺入物质而产生的一定的表面调节特性或色谱特性。
[0004]在WO00/50161中描述了带正电的膜。由例如聚芳烃、聚砜、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、氟聚合物、聚碳酸酯、聚酯、醋酸纤维素或硝酸纤维素组成的多孔膜基质的表面通过将它们与具有连接的带正电荷的阳离子基团(例如季铵基团)的聚合物结构交联来带电。所述阳离子基团经由共价键结合到膜的聚合物结构处。该所谓的色谱膜具有正电荷，无论待过滤溶液的pH值如何，其都保持带正电。借助这种带正电的表面，可以以吸附的方式结合带负电的生物分子，即例如白蛋白(BSA)。在WO00/50161中描述了基于BSA的结合容量可以达到25mg/ml(ml膜体积)或更高。
[0005]结合容量可以通过确定吸附物质的量来确定。这例如可以通过由膜过滤并确定在通过膜之前和之后的浓度并确定通过膜的通量来进行。可以以各种已知方式确定浓度。例如，可以以光度法确定浓度。
[0006]为此，可以使用UV/VIS分光光度计，例如Aqualytic型号XD7000，其具有：
[0007]‑
190和1100nm之间的波长范围，1nm的分辨率，光度分辨率：0.001(吸收)和/或0.1％(透射)。
[0008]例如，经由细毛细管通过测量单元(比色皿)的滤液的在线测量可以在方法正进行的过程中执行，并且由此证实：完全拦住所输送的蛋白质即滤液不含蛋白质多长时间。如果输送具有已知浓度的溶液并确定通过膜的流速，则借此可以确定在发生穿透之前膜可以吸附的量。基于膜体积，这个量特别地是结合容量。
[0009]在WO00/50160中描述了带负电的膜。由例如聚芳烃、聚砜、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、含氟聚合物、聚碳酸酯、聚酯、醋酸纤维素或硝酸纤维素组成的多孔膜基质的表面通过将它们与具有悬垂带负电的阴离子基团(例如羟基)的聚合物结构交联而带电。所述阴离子基团通过共价键与膜的聚合物结构结合。该所谓的色谱膜具有负电荷，待过滤溶液的pH值如何，其都保持带正电。借助这种负电荷，可以结合带正电的物质或蛋白质。WO00/50161描述了25mg/ml或更高的溶菌酶的结合容量。
[0010]在AU 2014277783 B2中描述了一种膜结构，所述膜结构由两个膜层构成，硅纳米可以以结合成团的方式定位在所述膜层之间。这两个膜层可以带正电或带负电，或者一个带正电而另一个带负电。一定量结合的硅颗粒也可以带有电荷。
[0011]在这些示例中列出的产品用于分离生物分子。例如，可以将病毒与蛋白质分离。在
此，选择与待获取的蛋白质的等电点相对应的待进行过滤的溶液的pH值。如果该溶液经由带正电的膜过滤，该膜的孔足够大以不机械地拦住蛋白质(例如0.2μm、0.4μm或0.8μm)，那么蛋白质会通过该膜，因为蛋白质在等电点处不具有电荷。所有其他在所设定的pH值下带负电的物质(例如病毒)都被吸附结合。蛋白质可以通过这些色谱特性进行纯化。
[0012]生物分子也可以经由带正电或带负电的膜进行浓缩。在此，目标分子吸附结合，进而从溶液中去除。
[0013]在进一步的步骤中，通过改变pH值或经由含有大量盐的溶液再次解吸目标分子，这些溶液在目标分子被吸附后被泵送通过膜。这可以逐渐地发生。因此，溶液的含盐量就可以逐渐增加。这意味着带弱电荷的物质最初会被盐离子从膜的接合位点置换。结合更强的其他物质需要更高浓度的盐离子，以便从膜的结合位点脱离。类似地，指示OH或H+离子的浓度的pH值也逐渐地改变，并且用于逐渐地脱离不同电荷强度的吸附分子。经由改变pH值或通过添加大浓度盐分子(例如1摩尔NaCl溶液)，大量带电离子将目标分子从结合位点置换出来。
[0014]色谱膜除了机械拦截之外的吸附特定的优点之外，还具有一定缺点。因此，如果添加的化学物质超过所结合的带电分子的现有结合力，则吸附的物质只能再次解吸。这通常通过pH值的显著改变或通过添加高盐溶液来完成。由于离子浓度和强度，结合的分子通过盐离子或氢或氢氧根离子取代。然后，需要冲洗以再次冲洗掉pH值变化或高盐含量，使得可以再次使用膜的色谱特性。附加地，所获得的目标分子溶液也必须被中和和/或去除它们的盐负荷。诸如敏感生物分子的目标分子会因pH值急剧变化或高盐含量而受损。这也限制了色谱膜方法。膜的吸附结合力越大，解吸介质的离子含量就必须越大。然而，过强的酸和碱或盐浓度导致对待分离的生物分子的损坏增加。
[0015]另一个缺点是结合容量固定直到突破或恢复后终止。如果目标分子溶液的浓度未知，则需要额外的测量方法，例如UV/VIS分光光度法或滤液的电导率测量，以避免目标分子突破。
[0016]对金属膜施加电压也是已知的。但是，为此，必须在有源面上恒定且可靠地施加电压，以实现或支持根据设计方案的过滤效果。此外，例如从EP 3 115 099 A1或WO 2018/122315 A1中还已知将电压施加到金属覆层的聚合物膜上。从EP 0 860 888 A1中还已知用薄金属层涂覆金属膜。

技术实现思路

[0017]本专利技术的目的在于尽可能在没有添加含大量离子的物质，例如酸、碱或盐的情况下，简单且可靠地吸附分子，并且简化在膜处吸附和色谱结合的目标分子的解吸。附加地，另一个目的在于开发可容易测量的值，所述值允许在吸附过程和/或其控制期间指示膜的当前和/或剩余的结合容量。
[0018]根据本专利技术，所述目的通过以下方式实现：即在膜上，特别是在化学带电的膜上进行吸附，并且通过物理场、电磁场和/或通过产生电场来实现解吸。这特别地通过将薄金属层施加到带正电或带负电的膜，特别是化学带正电或带负电的膜的一侧或两侧上来实现。这种带电的膜特别地在没有施加电压的情况下具有电荷。特别地，金属层很薄，以至于它几乎不或根本不改变孔隙率，但特别地，该金属层的厚度确保其连续的导电性。优选地，使用
不能被氧化或很难被氧化的金属，例如金、铂、钯。
[0019]金属层用作可以用直流电压充电的电极。优选地，所施加的直流电压的大小被选择成，使得通过所产生的电场实现吸附结合的分子完全解吸。
[0020]根据该方法，该目的还特别通过一种通过吸附和电吸附进行分离的方法来实现，所述方法包括以下步骤
[0021]a.提供带电的聚合物膜、特别是化学带电的聚合物膜，所述聚合物膜至少在聚合物膜的第一侧上具有由金属构成的平面多孔的第一覆层，所述第一覆层特别地作为工作电极，并且在膜的另一侧上提供，特别是作为平面多孔的第二覆层的反电极，或者独立于所述膜提供反电极；
[0022]b.I.使具有平面多孔的金属覆层的带电聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过吸附和电吸附进行分离的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供带电的、特别是化学带电的聚合物膜，所述聚合物膜至少在所述聚合物膜的第一侧上具有由金属构成的平面多孔的第一覆层；b.使带电的所述聚合物膜与至少一种第一流体，特别是在第一体积中的至少一种第一流体接触，其中所述聚合物膜具有由金属构成的平面且多孔的第一覆层；c.使带电的所述聚合物膜与所述至少一种第一流体和/或至少一种第二流体，特别是第一体积中的所述至少一种第一流体和/或至少一种第二流体接触，其中所述聚合物膜具有由金属构成的平面且多孔的第一覆层和反电极；d.在带电的所述聚合物膜的由金属构成的所述第一覆层和所述反电极之间施加第一直流电压，其中所述直流电压以与所述聚合物膜的电荷相反的方向施加。2.根据权利要求1所述的方法，其中带电的所述聚合物膜是阴离子或阳离子交换聚合物膜，所述聚合物膜具有由金属构成的平面且多孔的覆层。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b开始和步骤d开始之间，将所述第一流体至少部分地从所述体积中去除，和/或在步骤b开始和步骤c开始之间，所述第一流体至少部分地通过所述聚合物膜，其中特别地将所述第一流体的至少10％和/或至少5ml的所述第一流体去除或使其通过，和/或步骤b和/或步骤d执行至少1秒，特别是至少30秒。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b之前和/或期间，在由金属构成的覆层和与所述第一流体接触的所述反电极之间施加第二直流电压，特别地在步骤b的整个持续时间施加，和/或施加至少1秒、特别地至少30秒，其中所述第二直流电压具有与所述第一直流电压相反的极性。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一直流电压和/或第二直流电压的绝对值在10mV与3V的范围内。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反电极通过在所述第一侧相对的第二侧上的由金属构成的平面、多孔的第二覆层来形成，其中由金属构成的平面的所述第一覆层和第二覆层彼此通过所述聚合物膜绝缘，或者通过其间布置有绝缘且可渗透的间隔物的可渗透电极形成，特别是由金属网形成。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，具有由金属构成的第一覆层和/或第二覆层的所述聚合物膜的孔隙率以初始泡点孔和/或平均孔大小计相对于未覆层的所述聚合物膜减少0.1％和10％之间，特别是减少0.1％和1％之间，和/或由金属构成的所述第一覆层和/或第二覆层的厚度处于5到200nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬，
申请(专利权)人：I三薄膜有限公司，
类型：发明
国别省市：