一种高强度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除病毒滤膜领域，尤其涉及一种高强度纤维素除病毒过滤膜，包含多孔曲折结构，所述多孔曲折结构一侧为多孔进液面，另一侧为多孔出液面，所述多孔进液面平均孔径大于所述多孔出液面平均孔径，所述多孔进液面与所述多孔出液面之间以连续纤维过渡；所述膜的孔隙率为55

【技术实现步骤摘要】
一种高强度纤维素除病毒过滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及除病毒滤膜领域，尤其涉及一种高强度纤维素除病毒过滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]在生物、医药领域，膜分离技术因其不会破坏蛋白质等活性物质的结构而备受青睐，成为生物制剂制造过程中不可或缺的工艺之一。目前的法规要求生物制药制造过程中至少采用两种不同的去病毒方式，其中病毒过滤和低pH病毒灭活法是最常用的病毒去除/灭活方法。然而，低pH病毒灭活法只能灭活脂包膜病毒，无法去除脂包膜病毒，如小白鼠病毒（MMV）。这些病毒由于它们对化学失活具有很高的抗性，因此往往需要通过物理方法来实现分离纯化。
[0003]在生物制药产品的纯化过程中，采用除病毒滤膜能够有效去除非脂包膜病毒。这种方法通过使用小孔径的膜过滤血浆蛋白溶液，利用筛选机制截留并去除血浆中的病毒。与常规过滤不同的是，这项技术所采用的膜的平均孔径为纳米级别，专门设计用于去除病毒，因此被称为纳米膜过滤。该方法具有高效的分离效率，无需额外添加其他化学试剂，且不会影响蛋白质的活性等优点，因此被国内外众多生物医药企业应用于生物制剂类或血液制品等产品的病毒清除工序。
[0004]目前，除病毒膜多采用非对称形式，通过孔径的变化截留病毒的同时保持较高的通量。
[0005]例如专利技术专利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。
[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。
[0007]然而，非对称结构的过滤膜通常机械稳定性较差，容易发生变性甚至坍塌，从而影响过滤效果。同时对于高蛋白质浓度等不稳定体系的料液而言，料液中的蛋白质浓度和蛋白质聚集体浓度均较高，蛋白质和蛋白质聚集体的数量较多，容易导致滤膜孔结构的快速堵塞。尤其是非对称结构的过滤膜，由于其孔径的不均匀分布，极易在过滤高蛋白质浓度料液的过程中发生滤膜堵塞，从而影响过滤效果和过滤效率。
[0008]为了适应过滤高浓度料液的需求，有些在使用中会选择使用除病毒膜组件。这类组件包含多层除病毒膜，适用于蛋白质稳定性较低的料液体系，能够在仅略微降低通量的基础上显著提高膜组件的容量，具有较长的使用寿命和较高的过滤效率。然而，这种组件需
要通过堆叠多层膜来连接，容易对膜造成损伤。而在多层除病毒膜之间加入隔层则可能对密封性能产生影响，导致病毒泄露等问题。
[0009]此外，过滤纯化通常需要施加压力，尤其是对于高浓度料液的分离纯化来说。为了提高膜的通量，往往需要使用较高的压力。然而，使用多层膜不利于通量和蛋白质的回收率。为了提高通量而增加的压力可能会导致膜的损伤，从而影响整体过滤效率。因此，需要开发一种能够在较高压力下保持长时间稳定性、具有良好病毒截留效果以及理想蛋白质收率的纤维素除病毒膜。

技术实现思路

[0010]本专利技术是为了克服现有技术中的纤维素除病毒过滤膜机械稳定性较差，极易在过滤高蛋白质浓度料液的过程中发生滤膜堵塞，从而影响过滤效果及过滤效率的缺陷，提供了一种高强度纤维素除病毒过滤膜及其制备方法以克服上述不足之处。
[0011]第一方面，本专利技术首先提供了一种高强度纤维素除病毒过滤膜，包含多孔曲折结构，所述多孔曲折结构一侧为多孔进液面，另一侧为多孔出液面，所述多孔进液面平均孔径大于所述多孔出液面平均孔径，所述多孔进液面与所述多孔出液面之间以连续纤维过渡；所述膜的孔隙率为55
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80%，膜的平均孔径为15
‑
60nm；所述膜的孔径强度系数为1~3 nm/N；膜的孔径强度系数的计算公式如下：膜的孔径强度系数=（拉伸后的膜平均孔径
‑
拉伸前的膜平均孔径）/拉力（单位：nm/N）。
[0012]现有技术中的不对称滤膜，按照其厚度方向划分可分为预过滤层以及截留层，其中截留层的平均孔径范围孔径大致在15
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25nm，从而实现对于病毒的有效过滤，而预过滤层的平均孔径范围大致在200
‑
600 nm之间，其用于过滤溶液中的蛋白聚集体等大尺寸颗粒。沿预过滤层至截留层，并且整个膜的膜孔径变化率往往大于100
‑
240nm/μm。
[0013]然而，由于预过滤层中的孔径较大，导致其相较于小孔径的截留层而言其机械稳定性较弱，在过滤过程中容易发生坍塌。同时，其仅仅适用于低浓度的蛋白质溶液，对于高蛋白质浓度等不稳定体系的料液而言，料液中的蛋白质浓度和蛋白质聚集体浓度均较高，蛋白质、蛋白质聚集体数量较多，容易导致滤膜孔结构的快速堵塞，尤其是非对称结构的过滤膜，由于其孔径的不均匀分布，极易在过滤高蛋白质浓度料液的过程中发生滤膜堵塞影响过滤效果及过滤效率。
[0014]本申请中的纤维素滤膜其膜整体呈现出较为对称的结构，虽然其孔隙率达到了55
‑
80%的高度，然而其膜结构整体的平均孔径依然在15
‑
60nm，表明本申请中的高强度纤维素除病毒过滤膜具有小孔径、高孔隙率的特点。由于小孔径纤维素滤膜在形成过程中其滤膜中的纤维素的固含量相对大孔径纤维素滤膜而言更高，因此纤维素分子之间排列更为紧密，从而使得本申请中的纤维素滤膜的力学强度能够保持在一个较高的水平范围内，从而能够适用于在加压情况下对于高浓度料液的分离纯化，结合其天然的亲水性能和均匀的孔径分布使得其在面对不同性状和浓度的蛋白料液时，依然具有良好的载量结果。
[0015]为了进一步限定本申请中的高强度纤维素除病毒过滤膜的力学性能，本申请中还引入了膜的孔径强度系数的概念，膜的孔径强度系数的计算公式如下：膜的孔径强度系数=
（拉伸后的膜平均孔径大小
‑
拉伸前的膜平均孔径大小）/拉力大小（单位：nm/N），从上述膜的孔径强度系数计算公式可知，膜的孔径强度系数可以直观的表征多孔膜的机械性能。
[0016]作为优选，本申请的膜的孔径强度系数测试是将所述高强度纤维素除病毒过滤膜在润湿状态下在用一定拉力横向拉伸膜一段时间，静置后再次测定膜参数。润湿状态是指膜用保存液润湿保存，保存液优选为甘油溶液、氢氧化钠溶液中的一种或多种。本申请的专利技术人在进行多次测试之后发现拉力为3~5N是最适合的区间，大于5N极易对膜造成不可逆损伤，当拉力小于3N时，膜还未发生形变，对膜孔几乎无影响，不利于考察膜孔强度；拉伸时间优选为3~5秒，该范围内的作用时间可以对膜充分拉伸；静置时间优选为10~30分钟，等待膜整体状态趋于稳定。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度纤维素除病毒过滤膜，包含多孔曲折结构，所述多孔曲折结构一侧为多孔进液面，另一侧为多孔出液面，所述多孔进液面平均孔径大于所述多孔出液面平均孔径，所述多孔进液面与所述多孔出液面之间以连续纤维过渡，其特征在于，所述膜的孔隙率为55
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80%，膜的平均孔径为15
‑
60nm；所述膜的孔径强度系数为1~3 nm/N。2.根据权利要求1所述的一种高强度纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述多孔进液面的孔径强度系数为2~3 nm/N；所述多孔出液面的孔径强度系数为1~2 nm/N。3.根据权利要求1所述的一种高强度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50
‑
200nm；所述多孔出液面的平均孔径在10
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50nm。4.根据权利要求1所述的一种高强度纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，膜的厚度为80
‑
100μm，所述膜孔径变化率不大于3nm/μm。5.根据权利要求1~4所述的一种高强度纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述多孔进液面的平均纤维直径为55
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65nm，所述多孔进液面的孔洞占比为75
‑
85%。6.根据权利要求1所述的一种高强度纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述膜的拉伸强度为15
‑
20mPa，断裂伸长率为110
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150%，临界压力为60
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80psi，耐压性测试的厚度变化不超过3um。7.根据权利要求1所述的一种高强度纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述膜可用于蛋白浓度为10g/L
‑
100g/L的蛋白料液过滤，且 LRV＞4。8.根据权利要求7所述的一种高强度纤维素除病毒过滤膜，其特征在于，所述膜的水接触角小于20
°
，当蛋白料液浓度为80g/L时，所述膜的蛋白载量为65
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90L/m2/400min。9.一种用于制备如权利要求1~8中所述的高强度纤维素除病毒过滤膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：（S.1）将纤维素原料溶解于铜氨溶液，配制得到铸膜液；（S.2）将所述铸膜液流延至基底表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玮，
申请(专利权)人：杭州华玮生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：