一种再生纤维素除病毒过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及膜分离技术的领域，尤其是涉及一种再生纤维素除病毒过滤膜及其制备方法，包括多孔主体结构，所述多孔主体结构包括预过滤层、截留层以及支撑层，所述预过滤层的一侧为多孔进液面，所述支撑层的一侧为多孔出液面，截留层的平均孔径小于预过滤层和支撑层的平均孔径；所述预过滤层和截留层的厚度之比为1:3

【技术实现步骤摘要】
一种再生纤维素除病毒过滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及膜分离技术的领域，尤其是涉及一种再生纤维素除病毒过滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]病毒污染严重威胁血液制品的安全性，如何进一步提高制品的安全性是人们始终所关注的问题。虽然经过改进原料血浆筛选的检测方法、增加血浆检疫期、增加制品有效病毒灭活／去除步骤、提高生产技术和GMP等措施已经使制品安全性得到了很大的提高，HIV、HBV和HCV经由现代生产工艺制得的血液制品传播的可能性已经非常小，但仍有少量的病毒，如细小病毒B19（B19）等小型病毒，通过一些凝血因子浓缩物传播的危险还没有完全消除。因此血液制品的研究与生产厂家仍然要致力于不断研发增加病毒灭活／去除的新方法。
[0003]采用小孔径的膜过滤血浆蛋白溶液是通过筛选机制截留并去除血浆中的病毒的一种方法；和常规的过滤不同，这项技术所采用的膜的平均孔径为纳米级别且专为去除病毒而开发，所以又被称为纳米膜过滤。该方法具有分离效率高，不需额外加入其他化学试剂且不会影响蛋白活性等优点，被国内外各大生物医药类企业应用于生物制剂类或者血液制品等产品生产过程中的病毒清除工序。
[0004]目前市场上常用的除病毒过滤膜材料为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）和再生纤维素类。与其他两类相比，PES除病毒过滤膜具有水通量高，病毒截留能力强的双重优势，目前Merck Millpore生产的Viresolve
®
Pro系列材质均为PES，然而PES本身较高的疏水性能导致其对于蛋白具有较高的吸附性能，从而通量衰减剧烈，蛋白回收率较低。经亲水改性后的PVDF具有良好的亲水性能，对蛋白吸附能力较低从而蛋白透过速率稳定，然而PVDF的成本较高，造价高昂。纤维素是从天然植物中提取的天然高分子材料，具有天然的高亲水性，具有更低的蛋白吸附率和蛋白透过率，然而由纤维素所制备的过滤膜具有孔径分布广以及非对称性结构较差，因此其水通量速率较低。
[0005]专利号CN115025641B的中国专利技术专利中，公开了一种纤维素除病毒过滤膜，采用中空纤维素的形式，以丙酮为凝固浴可制备出具有四层结构的纤维素除病毒膜，分别为预过滤层、第一分离层、多空支撑层以及第二分离层。该方法所制的纤维素除病毒膜具有明显的非对称结构和较高的通量，然而使用中空纤维的形式在制备过程中比较复杂，对工艺要求也较为苛刻。
[0006]专利技术专利CN116099385A公开申请了一种高通量的纤维素除病毒滤膜，包括多孔主体，多孔主体内具有非定向曲折通路，多孔主体的两侧分别为第一外表面和第二外表面，多孔主体包括预过滤层以及分离层，其中预过滤层的孔径远大于分离层的孔径。采用醋酸纤维素等纤维素衍生物为原材料后水解的方式制备了再生纤维素膜，良好的亲水性能赋予其极低蛋白吸附力和高蛋白透过率。然而其较厚的分离层也导致了最终的水通量偏低。
[0007]基于此，专利技术专利CN115770490B公开了一种不对称的纤维素除病毒膜利用双铸膜液不同的临界溶解温度从而会形成较为理想的非对称结构，该方法直接弥补了纤维素除病
毒过滤膜在一体成型的过程中，由于具有较厚截留层从而水通量较低的劣势，同时具有不错的病毒截留能力。但是该方法是由双铸膜液制备，制备工艺复杂不易操控，可能会造成过渡层孔径变化突兀，最终该滤膜的蛋白载量偏低。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中的除病毒过滤膜无法兼具较高的蛋白载量和优异的通量的问题，提供了一种再生纤维素除病毒过滤膜及其制备方法。
[0009]为实现上述专利技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术首先提供了一种再生纤维素除病毒过滤膜，包括多孔主体结构，所述多孔主体结构包括预过滤层、截留层以及支撑层，所述预过滤层的一侧为多孔进液面，所述支撑层的一侧为多孔出液面，截留层的平均孔径小于预过滤层和支撑层的平均孔径；所述预过滤层和截留层的厚度之比为1:3
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12；所述截留层和支撑层的厚度之比为5
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10:1；且，所述预过滤层的平均孔径变化率大于支撑层的平均孔径变化率，所述过滤膜的通量大于70L/m2/h@50psi。
[0010]现有技术中的再生纤维素除病毒过滤膜通常为双层结构的，沿其厚度方向划分通常可以分为预过滤层以及截留层。其中：预过滤层可以用于截留待过滤的液体中的大尺寸蛋白聚集体，而截留层则主要用于截留待过滤的液体中的病毒。由于截留层的孔径较小，因此待过滤液体流经截留层其流速便会减慢，从而导致现有再生纤维素除病毒过滤膜的水通量无法进一步提升，为了提升水通量往往需要对待过滤液体进行加压处理，高压液体流经截留层后必然会对截留层产生较大的压力，当压力过大时则会导致截留层发生破裂而导致滤膜的失效。
[0011]本专利技术中的再生纤维素除病毒过滤膜其自身结构呈哑铃型结构，即沿其厚度方向具有孔径由大变小再变大的膜结构特征，按照其厚度方向上的孔径划分，本专利技术中的再生纤维素除病毒过滤膜可划分为预过滤层、截留层以及支撑层，截留层的平均孔径小于预过滤层和支撑层的平均孔径。本专利技术中的截留层介于预过滤层以及支撑层之间，从而截留层的正反两面所承受的压力便能够被分散至预过滤层以及支撑层中，从而有效提升了截留层所能够承受的压力，进而避免了在更高的流速的情况下发生破裂失效的情景。
[0012]此外，本专利技术中对预过滤层、截留层以及支撑层三者之间的厚度比值进行了进一步的限定。专利技术人发现，其三者之间的厚度比值对于过滤膜的过滤效果以及机械强度具有重要的影响。控制预过滤层和截留层厚度比值的原因是为了保证截留层具有一定的厚度，若比值过高则截留层变薄，这会导致病毒截留能力变差，若比值过低则导致预过滤层变薄，减弱了预过滤能力，造成截留层在过滤蛋白溶液容易堵塞。控制预过滤层和截留层的厚度之比为1:3
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12可以保证过滤膜具有优异的病毒截留能力和整体过滤能力。控制截留层和支撑层的厚度比值主要是为了控制支撑层的厚度，若二者比值过高，则支撑层变薄，这会导致截留层过厚影响载量结果，若比值过低则支撑层厚度较高，这会导致除病毒膜的整体耐压性较差，此外提高顶洗时由于除病毒膜恢复形变而导致的病毒的大量释放机率。控制截留层和支撑层的厚度之比为5
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10:1可以保证过滤膜具有较高的蛋白载量和耐压强度。在本发
明中，截留层的厚度远远大于预过滤层以及支撑层，因此能够明显提升截留层对于病毒的截留效果，从而能够有效截留20nm 及以上的病毒。然而，相较于现有技术中的双层纤维素滤膜，本专利技术中的截留层并不比现有技术中的双层纤维素滤膜的截留层更厚，因此虽然截留层的厚度远远大于预过滤层以及支撑层但仍然不会影响滤膜的整体过滤效率。
[0013]最后，专利技术人在实际的实验过程中发现，过滤膜在工作过程中过滤膜两面所处的环境完全不同。其中靠近预过滤层一面的液体环境中通常同时包含了大中小尺寸的颗粒状杂质以及病毒杂质，而靠近支撑层这一面的液体环境中通常仅仅为经过净化处理后的液体，其杂质含量较低甚至为零。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种再生纤维素除病毒过滤膜，包括多孔主体结构，所述多孔主体结构包括预过滤层、截留层以及支撑层，所述预过滤层的一侧为多孔进液面，所述支撑层的一侧为多孔出液面，所述截留层的平均孔径小于预过滤层和支撑层的平均孔径；其特征在于，所述预过滤层和截留层的厚度之比为1:3
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12；所述截留层和支撑层的厚度之比为5
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10:1；所述预过滤层的平均孔径变化率大于支撑层的平均孔径变化率，且所述过滤膜的通量大于70L/m2/h@50psi。2.根据权利要求1所述的一种再生纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述预过滤层厚度为5
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20μm，所述截留层厚度为30
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65μm，所述支撑层厚度为2
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15μm。3.根据权利要求1所述的一种再生纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述预过滤层的平均孔径变化率至少比支撑层的平均孔径变化率大5nm/μm，所述预过滤层的平均孔径变化率为100
‑
240nm/μm；所述支撑层的平均孔径变化率为80
‑
200nm/μm。4.根据权利要求1或2或3所述的一种再生纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述预过滤层的平均孔径为200
‑
600 nm；所述截留层的平均孔径为15
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25nm；所述支撑层的平均孔径为50
‑
400mm。5.根据权利要求1所述的一种再生纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述多孔进液面的平均孔径为200
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800nm；所述多孔进液面的孔洞占比为60
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90%；所述多孔出液面的平均孔径为200
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600nm，所述多孔出液面的孔洞占比为50
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70%。6.根据权利要求1所述的一种再生纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述再生纤维素除病毒过滤膜的厚度为80
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100μm，PMI平均孔径为16
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50nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：马团锋，童聪聪，
申请(专利权)人：赛普杭州过滤科技有限公司，
类型：发明
国别省市：