一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜及其制备方法，该滤膜包含主体，主体的一侧表面为第一外表面，另一侧表面为第二外表面；第二外表面的平均孔径为15

【技术实现步骤摘要】
一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及膜材料
，更具体的说是涉及一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]膜技术是当代高效分离的新技术，与传统的蒸馏、精馏等技术相比，它具有分离效率高，能耗低，占地面积小等优点，膜分离技术的核心就是分离膜。其中聚合物滤膜是一类以有机高分子聚合物为原材料，根据一定工艺制成的分离膜；其中根据高分子聚合物种类的不同，聚合物滤膜可以细分为纤维素类聚合物滤膜，聚酰胺类聚合物滤膜，砜类聚合物滤膜，聚四氟乙烯类聚合物滤膜等；此外，也可以根据膜的孔径大小可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜及反渗透膜。
[0003]近年来，生物类医药品（特别是免疫球蛋白等抗体）由于其治疗效果高且副作用少而被广泛利用。而抗体等生物大分子主要是由动物细胞等生物产生，因此为了作为医药品使用，需要对含有抗体等生物大分子的流体进行分离纯化，特别是除去流体中还有的各种细小病毒（目前粒径最小的鼠细小病毒约为20nm）从而保证相应生物药物的安全性；目前流体中去除病毒的最常用方式就是通过膜分离，这是因为膜分离技术分离效率高，能耗低，能够在常温下进行，既能高效截留各种病毒，又不会使蛋白质失活，继而能够高效回收各种生物大分子。
[0004]例如中国专利CN1759924B（EMD密理博公司申请）公开了一种多层复合超滤膜（附图13和附图14）；该复合超滤膜包括至少一层具有第一面和等价的第二面的第一多孔膜层，以及至少一层具有等价的第一面和第二面的第二多孔膜层，该第一层与第二层的连接相叠加并具有从所述第二层的等价的第一面至所述第一层的等价的第二面的孔隙率连接过渡区域，其中所述层中的至少一层是非对称超滤膜；这样复合形成的膜结构对细小病毒就有较强的截留作用，同时能够得到较高的蛋白质收率，满足了实际应用的需求；但也存在以下问题，首先由于该滤膜是一种复合膜，在从一层过渡到另一层的过程中,孔径会突然变化（减小）,这就容易导致大范围的粒径保留在通过共浇铸生成的层的界面上，层边界的这种颗粒负载导致过滤器使用寿命的损失，即使用寿命大大降低；并且复合膜存在打褶期间分层/层分离的风险；此外制备该复合膜用的成膜材料主要为聚醚砜，聚醚砜的砜基两边是苯环，使得其亲水性较差，最终成膜就会对蛋白质具有一定的吸附作用，蛋白质收率一般，降低了经济效益。
[0005]与此同时美国专利US20200238221A1（赛多利斯公司申请）也公开了一种多孔单层聚合物膜，该聚合物膜的至少一个主要表面具有至少40%的表面孔隙率,并且聚合物膜的总孔隙率为至少40%表面孔隙率的0.8倍至1.4倍；且该聚合物膜具有1.5至10的不对称因子；该聚合物薄膜是一种单层滤膜，具有不错的通量，和较长的使用寿命，主要应用于过滤病毒,蛋白质或大分子；但该聚合物膜的平均孔径较大，只能截留粒径为几百纳米的大颗粒物质，无法截留粒径为20nm左右的细小病毒。
[0006]为了进一步提高蛋白质收率，中国专利CN201580007740.0（旭化成公司申请）也公开了一种去除病毒的膜，其包含纤维素，用于由含有蛋白质的溶液去除病毒，该去除病毒的膜具有：供给含有蛋白质的溶液的第一侧的表面、和将透过该去除病毒的膜的透过液排出的第二侧的表面，该膜的平均孔径为13nm
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21nm；该膜由纤维素材料制成，具有很强的亲水性，因此在高效截留病毒的同时还具有低蛋白吸附率，与此同时，该膜是单层膜，不存在孔径突然变化以及膜层之间容易分离的缺点；但该滤膜也存在在一定的缺点；首先该去病毒膜是通过铜氨法制备而成，即将成膜物质加入到铜氨溶液进行各种处理，该制备方法不仅污染环境，同时危险性极高，容易对研发人员的生命安全造成极大的危害；其次该病毒膜纳污层（一般情况认为膜截面中平均孔径大于40nm的区域称为纳污层）的厚度很小，这会导致病毒膜的纳污量较小；大颗粒杂质很容易将膜内部流道堵塞，继而使得病毒膜的使用寿命较短；此外其制得的除病毒膜是中空纤维膜，其耐压强度较低，容易损坏，从而导致了该除病毒膜组件及其过滤器的制备工艺相对复杂；此外由于该除病毒膜的耐压强度较低，使得膜前膜后的压差较小，从而使得过滤速度较低，单位时间的经济效益过低。
[0007]综上所述，上述问题的存在也一定程度上限制了除病毒膜的发展。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜及其制备方法，该纤维素类滤膜一体成型，不需要复合，制备工艺相对简单，绿色环保；同时制得的纤维素类滤膜对病毒有较强的截留作用，同时能够得到较高的蛋白质收率，满足了实际应用的需求；为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，包含主体，所述主体内具有非定向曲折通路，所述主体的一侧表面为第一外表面，所述主体的另一侧表面为第二外表面，所述第二外表面的平均孔径为15
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40nm；所述第一外表面的平均孔径至少为所述第二外表面的平均孔径的4倍以上；所述主体包括纳污层和用于截留病毒的截留层，所述纳污层的一侧为第一外表面，所述截留层的一侧为第二外表面；所述纳污层的另一侧和截留层的另一侧以连续的纤维过渡；所述纳污层的平均孔径大于所述截留层的平均孔径；且所述纳污层的平均孔径变化梯度大于截留层的平均孔径变化梯度。
[0009]本专利技术的滤膜是纤维素类材料制成，相较于PES（聚醚砜）等其他有机聚合物成膜材料，由纤维膜类材料制成的滤膜具有很强的亲水性，生物相容性好且无毒，对各种蛋白质的吸附量低（一般认为纤维素类滤膜是有机滤膜中最不容易吸附蛋白质的膜材料）；因此特别适合作为除病毒膜使用；在本专利技术所提供的纤维素类滤膜的膜主体结构中，可以清楚看到滤膜的两个外表面上的孔洞孔径大小是不同的，存在一定的差距；其中一个外表面上的孔洞孔径较大，而另外一个外表面上的孔洞孔径较小；其中滤膜一个孔洞孔径较小的外表面在本专利技术中被称为第二外表面，即第二外表面为滤膜的小孔面（也为出液面），第二外表面的平均孔径为15
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40nm；作为优选，第二外表面的平均孔径为18
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32nm；第二外表面（小孔面）的存在，且主体内
具有非定向曲折通路的共同作用下，该非定向曲折通路是指无规取向的沟槽结构和/或离散分布的孔洞结构，且各非定向曲折通路相互贯通，从而提高了滤膜的过滤精度，保证了该滤膜对细小病毒也有较高的截留作用；而滤膜另外一个孔洞孔径较大的外表面在本专利技术中被称为第一外表面，即第一外表面为滤膜的大孔面（也为进液面），第一外表面的平均孔径至少为第一外表面的平均孔径的4倍以上；第一外表面（大孔面）的存在，有利于提高膜通量，加快膜整体的过滤速度，使得流体通过滤膜的时间较短，时间成本较低；本专利技术中第一外表面和第二外表面这两者之间的平均孔径大小是不同的，且存在一定差距，说明该纤维素类滤膜是一种不对称膜，既能保证膜整体具有较快的过滤速度，纳污量较大，使用寿命较长；又能保证对细小病毒（特别是粒径为20nm左右的细小病毒）有较强的捕集能力，满足实际应用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，包含主体，所述主体内具有非定向曲折通路，所述主体的一侧表面为第一外表面，所述主体的另一侧表面为第二外表面，其特征在于：所述第二外表面的平均孔径为15
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40nm；所述第一外表面的平均孔径至少为所述第二外表面的平均孔径的4倍以上；所述主体包括纳污层和用于截留病毒的截留层，所述纳污层的一侧为第一外表面，所述截留层的一侧为第二外表面；所述纳污层的另一侧和截留层的另一侧以连续的纤维过渡；所述纳污层的平均孔径大于所述截留层的平均孔径；且所述纳污层的平均孔径变化梯度大于截留层的平均孔径变化梯度。2.根据权利要求1所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：所述纳污层的平均孔径变化梯度至少比截留层的平均孔径变化梯度大3nm/μm；所述第二外表面上具有若干个圆孔状的第二孔洞，所述第二孔洞在第二外表面上的孔洞面积率为2%
‑
15%。3.根据权利要求1所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：所述第一外表面上包括有若干个条状的连续的第一纤维，相邻的连续的第一纤维之间环绕形成圆孔状的的第一孔洞；所述第一纤维的平均直径为100
‑
250nm；所述第一外表面的平均孔径为200
‑
600nm；所述第一孔洞在第一外表面上的孔洞面积率为5
‑
25%。4.根据权利要求1所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：所述纤维素类滤膜的平均孔径变化梯度为2
‑
7nm/1μm；所述第一外表面的平均孔径与所述第二外表面的平均孔径之比为6
‑
30；第一外表面上的孔洞面积率至少比第二外表面的孔洞面积率大3%以上。5.根据权利要求1所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：所述纤维素类滤膜的PMI平均孔径为15
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40nm，所述纤维素类滤膜的厚度为70
‑
120μm，孔隙率为25
‑
55%。6.根据权利要求1所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：所述纳污层的平均孔径为80
‑
300nm，孔隙率为35
‑
70%；所述纳污层厚度占膜厚度的70
‑
90%；所述纳污层的平均孔径变化梯度为3
‑
9nm/μm。7.根据权利要求6所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：所述纳污层靠近第一外表面一侧区域的平均孔径大于所述纳污层靠近第二外表面一侧区域的平均孔径；且所述纳污层靠近第一外表面一侧区域的平均孔径变化梯度大于所述纳污层靠近第二外表面一侧区域的平均孔径变化梯度。8.根据权利要求1或6所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：所述纳污层还包括有皮层区，所述皮层区的一侧包括第一外表面；所述皮层区的厚度为1
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15μm，所述皮层区的孔隙率为10
‑
55%，且所述皮层区内靠近第一外表面一侧区域的平均孔径小于所述皮层区内靠近截留层一侧区域的平均孔径。9.根据权利要求1所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：所述截留
层的平均孔径为20
‑
40nm，孔隙率为10
‑
45%，所述截留层的厚度为5
‑
25μm；所述截留层的平均孔径变化梯度为0
‑
3nm/1μm。10.根据权利要求1或9所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：在从所述第一外表面到所述第二外表面的膜厚度方向上，所述截留层内平均孔径随厚度基本不变；或所述截留层内平均孔径随厚度连续梯度变小；或所述截留层内平均孔径随厚度先变小后变大。11.根据权利要求1所述的一种除病毒用不对称的纤维素类滤膜，其特征在于：所述纳污层的平均孔径与所述截留层的平均孔径之比...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾建东，
申请(专利权)人：杭州科百特过滤器材有限公司，
类型：发明
国别省市：