一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜及其制备方法和应用技术

技术编号：40419597 阅读：7 留言：0更新日期：2024-02-20 22:37

本发明专利技术涉及除病毒滤膜领域，尤其涉及一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜及其制备方法和应用，所述非对称高通量除病毒纤维素滤膜，包括大孔层以及小孔层，所述大孔层平均孔径为400‑1200nm，所述小孔层平均孔径为35‑55 nm；其中，所述小孔层中20nm及以下孔洞占孔洞总数量的比例为0‑15%。本发明专利技术通过对非对称纤维素滤膜的小孔层中20nm及以下孔洞占孔洞总数量的比例进行限定，从而极大提高过滤过程中的通量，使得其在过滤中大型病毒的过程中其效率能够大幅提升。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及除病毒滤膜领域，尤其涉及一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜及其制备方法和应用。

技术介绍

1、在医药行业中，"生物制剂"通常指代"免疫生物制剂"。它是由微生物（如细菌、立克次体、病毒等）、微生物代谢产物的有效抗原成分、动物毒素、人或动物的血液或组织等进行加工制作的生物制品，用于预防、治疗和诊断相关传染病或其他相关疾病。

2、医用生物制剂的生产，在满足药品生产的一般要求的同时，还具备一系列特点。例如，首先需要培养微生物、病毒和活体细胞等，然后进行后续加工，得到生物物质。此外，还需要遵循洁净化、钝化、提取、冷冻、冻干等特殊工艺步骤。由于生物制剂的生产制造过程容易引入病毒等可能影响制剂安全性的杂质，因此在生产过程中需要有针对性地去除病毒。在生物和医药领域，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，已成为生物制剂制造过程中不可或缺的工艺之一。

3、在生物制药产品的纯化过程中，采用除病毒滤膜可以有效去除非脂包膜病毒。该方法通过使用孔径在纳米级别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。与常规过滤方法不同的是，该技术采用的膜具有纳米级别的平均孔径，专门用于去除病毒，因此被称为纳米膜过滤。

4、目前，除病毒过滤膜主要针对大于或等于20纳米的病毒进行过滤。例如，专利cn116637510a提供了一种具有高孔隙率致密化的上表面结构、断面孔隙率梯度可控、平均孔径在15-25纳米范围内的除病毒聚醚砜平板膜。该除病毒膜具有高孔隙率，可以提高过滤速率；同时，表层具有孔径在20纳

5、专利cn116492852a制备的除病毒纤维素滤膜具有极高的水通量。由于纤维素材质本身的特性，当过滤蛋白质料液时，料液不容易被吸附在膜上，从而保证了后续的蛋白质料液回收率。此外，为了提高过滤速率，本领域技术人员通常还会采用增加压力的方法。然而不对称膜由于其结构的特殊性可能导致过滤膜的强度降低。而该专利中制备得到膜具有优异的机械强度，该专利制备得到的除病毒膜可以高效截留20nm尺寸的病毒，但50nm以上的病毒如果使用该滤膜虽然具有较好的截留能力，但通量较低，极大的影响了生产效率，因此需要孔径分布更适合用于过滤大尺寸病毒的过滤膜。

技术实现思路

1、本专利技术是为了克服现有技术中的水通量以及滤膜的机械强度较低的缺陷，提供了一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜及其制备方法和应用以克服上述不足之处。

2、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：

3、第一方面，本专利技术首先提供了一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，包括多孔主体结构，所述多孔主体结构包括大孔层以及小孔层，所述大孔层的一侧为进液面，所述小孔层的一侧为出液面，所述大孔层以及所述小孔层之间以连续纤维过渡，大部分病毒的尺寸都在200nm以下，因此将截面上平均孔径在200nm以下的部分确定为小孔层，截面上平均孔径在200nm以上的部分确定为大孔层，所述大孔层平均孔径为400-1200nm，所述小孔层平均孔径为 35-55 nm，所述小孔层中20nm及以下孔洞占孔洞总数量的比例为0-15%。

4、病毒尺寸的范围较为广泛，通常在18-300nm之间。为了方便起见，现有技术中一般将病毒按照尺寸分为三个大类，即大型病毒（150nm以上），中型病毒（50-150nm）以及小型病毒（50nm以下）。因此对于中大型病毒而言，使用更大孔径更大的除病毒过滤膜显得更具有时间效益以及经济效益。

5、然而如
技术介绍
中提及的，现有技术中的纤维素滤膜，其主要针对的是20nm以上的病毒。但是，本领域技术人员未曾预料到的是，由于随着病毒尺寸的增加，这些大尺寸的病毒容易造成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，极易在过滤包含有中大尺寸病毒料液的过程中发生滤膜堵塞，最终影响过滤效果及过滤效率。

6、专利技术人在针对大尺寸病毒料液的过滤研究中意外发现小孔层中不同大小孔洞的孔径分布对其通量有着显著的影响，尤其在过滤过程中小孔层中的小孔比例对于过滤通量具有较大影响。

7、本申请的膜中20nm以下孔洞比例在0-15%，这说明了本申请过滤膜的小孔层中几乎不存在尺寸过小的孔洞。这些小尺寸的孔径在过滤过程中极易对料液的流动造成阻碍，从而引起堵塞，而本申请的膜中几乎没有小尺寸的孔洞，这可以极大提高过滤过程中的通量。

8、作为优选，所述小孔层中20-50nm之间的孔洞占孔洞总数量的比例为60-85%,所述小孔层中50nm以上孔洞占孔洞总数量的比例为10-35%。

9、本申请中的非对称高通量除病毒纤维素滤膜其小孔层中20-50nm的孔洞比例60-85%，该孔径范围是对中大型病毒可以进行有效截留的重点区域，同时该孔径范围在过滤过程中不影响料液的流通。而50nm以上孔洞比例为10-35%，大孔洞的存在也可以对大孔层中未截留住的各类大尺寸杂质进行阻挡，使得这部分的杂质不进入相对较小的孔洞区域从而造成堵塞，同时较大尺寸的孔洞可以提高纤维形成的流道之间的贯通性，从而进一步提升过滤效率。

10、作为优选，所述小孔层中30-50nm之间的孔洞占孔洞总数量的比例为45 - 80%。

11、通过该优选条件进一步可以说明小孔层的极小孔分布较低，从而在满足对中大型病毒的截留效果的前提下进一步保证了过滤通量。

12、作为优选，所述小孔层中50nm的胶体金吸收最高峰的位置距出液面膜厚度方向上距离为10-24μm，30nm的胶体金吸收最高峰的位置距出液面膜厚度方向上距离为 0-3μm。

13、根据生物制药中较普遍的表征手段，从过滤膜进液面加入含有不同尺寸的胶体金分散液，通过分析过滤膜截面对胶体金的吸收强度来判断其对相应尺寸病毒的截留能力。对本申请中提供的非对称高通量除病毒纤维素滤膜，分别从进液面供给含有20nm、30nm、50nm直径的胶体金的溶液，利用该去除病毒的膜捕捉胶体金，对于该去除病毒的膜的截面测定亮度，确定对应的胶体金吸收最高峰位置。实验发现，20nm胶体金在过滤膜中不存在明显截留，这与孔径分布中20nm以下孔洞占比极低的结果一致。

14、50nm的胶体金吸收最高峰的位置距出液面膜厚度方向上距离为10-24μm，30nm的胶体金吸收最高峰的位置距出液面膜厚度方向上距离为 0-3μm。

15、50nm的胶体金吸收最高峰的位置距出液面膜厚度方向上距离为10-24μm，说明50nm尺寸孔径集中出现区域与出液面具有一定有效距离作为病毒截留的保证截留区，因为胶体金吸收最高峰距离进液面之间的区域内有80%以上的孔可以将对应尺寸胶体金截留的孔洞，吸收最高峰在10-24um之间，说明了有足够的区域对50nm及以上区域的病毒进行有效截留。本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，包括多孔主体结构，所述多孔主体结构包括大孔层以及小孔层，所述大孔层的一侧为进液面，所述小孔层的一侧为出液面，所述大孔层以及所述小孔层之间以连续纤维过渡，其特征在于，所述大孔层平均孔径为400-1200nm，所述小孔层平均孔径为 35-55 nm，所述小孔层中20nm及以下孔洞占孔洞总数量的比例为0-15%。

2.根据权利要求1所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

7.根据权利要求5或6所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

9.根据权利要求1或2或5或6所述的一

10.根据权利要求9所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

11.根据权利要求1或2或5或6所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

12.根据权利要求11所述的一种非对称高通量除病毒纤维素滤膜，其特征在于，

13.一种用于制备权利要求1-12中任意一项所述非对称高通量除病毒纤维素滤膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

16.根据权利要求13-15中任意一项所述的方法，其特征在于，

17.根据权利要求13-15中任意一项所述的方法，其特征在于，

18.如权利要求1-12中任意一项所述的非对称高强度除病毒纤维素滤膜或者如权利要求13-17任一项所述的方法制备得到的所述非对称高强度除病毒纤维素滤膜在去除50nm以上的病毒中的应用。

19.一种除病毒膜组件，其特征在于，

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【技术特征摘要】