超滤膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了超滤膜及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种本身为疏水性的聚合物膜基质，其表面由羟烷基纤维素制成亲水性的，且具有大于约１５００Ｌ／ｍ２的通透量。本发明专利技术还提供了一种制造所述膜的方法，包括在沸水和／或水蒸气中高压蒸制的步骤或在沸水中浸没的步骤。这种膜可用于从蛋白质溶液中去除病毒。

【技术实现步骤摘要】
对相关申请的交叉引用本申请是于2005年10月14日提交的美国临时专利申请No.60/726,745的相关申请，此处将上述申请文件全文以引用的形式并入本申请中。本专利技术涉及具有至少一个超滤层的膜、制造所述膜的新方法和所述膜的应用。尤其是，本专利技术涉及具有改性的亲水表面的超滤膜、它们的制备方法以及它们从生物分子溶液中去除病毒的用途。
技术介绍
超滤和微孔膜被使用在压力驱动的过滤过程中。分离工艺领域的从业人员根据膜很容易将微孔膜和超滤膜区分开，通常是根据它们的应用和结构特征将其区别开来。微孔膜和超滤膜各自作为单独的、不同的产品被制造、销售和使用。尽管在命名上有些重叠，它们仍是独立的结构，并且在业界也是这样看待它们的。超滤膜主要是用于浓缩或二次过滤(diafilter)溶解的大分子例如蛋白质、DNA、病毒、淀粉、天然或合成的聚合物。在大多数应用中，超滤是通过切向流动过滤(TFF)模式实现的，在此模式下，所供给的液体穿过膜表面，那些分子小于膜孔径大小的分子通过(过滤)，而滞留的分子(滞留物)保留在膜的第一面(上游)。由于液体也通过膜，从而需要反复循环或增加滞留物的流动，以保持有效的TFF作业。应用TFF手段的一个好处是由于流体不断地冲扫膜的表面，从而减少了溶质在膜的表面和附近的结垢和极化现象，使膜的寿命得以延长。也可以在闭塞终端过滤模式(dead end filtration mode)中利用超滤膜。闭塞终端过滤指的是使所有流体流通过滤膜而不加以反复循环或滞留物的流动。不管没有通过滤器的物料是否被留在它的上(上游)表面。微孔膜主要用于在闭塞终端过滤模式中从液体或气体流中去除颗粒，例如固体、细菌和胶体。超滤膜通常是具有表皮的(skinned)非对称膜，绝大部分形成在作为所述膜结构的一个恒定部分的支撑体上。支撑体可以是无纺或纺织织物，或预成型的膜。作为选择，支撑的超滤膜可以通过两种或更多种聚合物溶液的共浇铸，随后使溶液凝固而形成多层膜来制备，其中所述多层膜中的至少一层是超滤膜。病毒去除膜滤器在生物技术工业中的应用不断增长，以保证制造出的治疗产品的安全性。这些滤器必须去除高比例的任何可能存在的病毒，而允许绝大多数的，如果不是全部的话——产品蛋白质通过膜。另外，不能在未完成之际停止过滤，或由于多孔滤器的堵塞导致物流被降低到不经济的低速率，这些都是必须的。膜开发领域的从业人员已经认识到，开发一种具有所期望的特性的组合的膜产品的确是一个挑战。现有技术中，病毒去除膜典型地是超滤膜——通过在膜的内部多孔表面和外部表面上的交联的聚合涂层的聚合制得，具有亲水性和低的蛋白质结合性。并不被下述阐述所限定——据信由于孔径的分布和自由基聚合反应的随机特性，这样的涂覆工艺导致在孔表面的随机分布的涂覆厚度。因为对改进的病毒去除膜所需的耐久性是非常严格-->的，从而需要寻求一种更精密地控制涂覆厚度的方法。当用超滤膜过滤水相蛋白质溶液以从中去除病毒时，膜孔径尺寸应足够小以有效滞留病毒而允许蛋白质通过。期望膜具有高的病毒滞留力，同时具有高的通透量。病毒滞留力用对数减小值(LRV)表征，必须将LRV个10相乘以获得进料中病毒浓度与滤液中病毒浓度的比率。例如，一个LRV为4.0的膜意味着它能够以10,000的比率降低病毒量。通透量被定义为在完全结垢发生之前能够通过膜的指定区域的蛋白质溶液的体积。此处，所用的术语“完全结垢”指的是当利用膜进行有效过滤以获得LRV为3.5或更大的病毒滞留力(virusretention)时，观测到的膜中流量小于最初的膜流量的10％的情况。通常，观测到通过膜的流量越高或膜表面结合的蛋白质量越低，都会导致越高的通透量。一个给定膜的通透量值依照所应用的蛋白质的类型和浓度、压力、离子强度和其它试验条件而差别很大。在典型的方法条件下，良好的过滤膜具有的1000L/m2或更高的通透量。一个更有代表性的评价病毒滞留膜(virus-retentive membrane)的性能指标是利用Vmax方法计算的膜面积。Millipore公司曾经用Vmax方法测量了常规流动过滤装置(Millipore公司技术记录AN1025EN00)的面积要求。这种方法建立在逐渐发生的孔径堵塞模型的基础上，所述模型假定膜堵塞是由于圆柱形膜孔径的均匀收缩导致的。此模型的控制方程是：(1)tb/V＝(tb/[Vmax*A]+1/[Qi*A]其中，A＝过滤面积(m2)V＝处理体积(L)Vmax＝得自相对于t的t/V曲线的斜率的倒数(L/m2)Qi＝最初的容量流动速率(L/min*m2)tb＝处理时间(min)为评估过滤器尺寸，方程式(1)可以被重新整理为下述形式：(2)A/V＝1/Vmax+1/[Qi*tb]在这一方程式中，对尺寸的影响取决于容量项(1/Vmax)和流动时间项(1/Qi*tb)。大多数生物制药学的应用是中等堵塞流体(intermediate plugging stream)，从而容量和流动速率在尺寸方面都是很重要的。这意味着容量项(1/Vmax)和流动时间项(1/Qi*tb)都将被使用。忽略流动时间项可能导致在决定所需的全部过滤面积的时候出现重大错误。发生上述情况的实例可以是在生物负荷(bioburden)降低步骤中，例如在柱纯化步骤之前，或在深度过滤步骤之后。另外，许多缓冲剂和介质应用是在该Vmax的范围之内。A的值越低，膜越良好。另外，当过滤含水蛋白质溶液时，超滤膜必须是亲水性的，使其容易被水湿润。一种相关的评价膜的亲水性的方法是按照如美国专利4,880,548中所记载的方法，测量临界湿润表面张力(CWST)，此处所述美国专利被引入作为参考。简要地说，可以通过单独在其表面施加一系列的不同表面张力的液体，例如脂肪醇或无机盐的水溶液，观测每种液体的吸收或不吸收性，来测量多孔介质的临界湿润表面张力。多孔介质的临界湿润表面张力值，单位为dynes/cm，被定义为被吸收的液体的表面张力和没有被吸收的相邻液体的表面张力的平均值。-->用以过滤蛋白质溶液的超滤膜的另一个理想的特性是苛性环境稳定性，因为苛性溶液常常用于膜的使用之前的贮藏和灭菌。在美国专利4,794,002和5,139,881中提供了一种由本身是疏水性的基质形成的多孔超滤或微滤膜，所述疏水基质例如是砜聚合物基质膜(例如聚砜或聚醚砜基质膜)，其被改性以具备亲水性表面，以技制备所述具有亲水表面的膜的方法，其中所述亲水性表面是通过分子量不低于10,000的聚合物的不可逆的吸收而得到的。在本专利技术的一个方面，基质膜的表面是用羟烷基纤维素例如羟丙基纤维素改性的。在制备所述膜的过程中，使基质膜和羟烷基纤维素接触，使羟烷基纤维素吸收到基质膜中或吸收到基质膜上，随后去除多余的未吸收的用于改性的羟烷基纤维素。美国专利6,214,382公开了一种通过基本上与4,794,002中的方法一样的方法制备的亲水性膜，不同之处仅仅在于使用数均分子量为2,000到8,000的改性聚合物。美国专利4,413,074公开了一种赋予疏水性多孔膜(如聚砜)表面亲水性的方法。使疏水膜与羟烷基纤维素溶液以及表面活性剂的溶液(在例如水、水和脂肪醇的混合溶剂中)接触。然后通过在干燥条件下加热，从膜中去除溶剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滞留病毒的超滤膜，其具有亲水性表面和对ＰｈｉＸ１７４至少４．０的初始ＬＲＶ值，所述膜包含具有表面的超滤基质膜，所述表面由羟烷基纤维素制成亲水性的，所述亲水表面经过选自如下的步骤的处理：（ａ）在水蒸气或水存在下的高压蒸制和（ｂ）在沸水中浸没；所述超滤膜具有大于约１０００Ｌ／ｍ↑［２］的通透量。

【技术特征摘要】
US 2005-10-14 60/726,7451.一种滞留病毒的超滤膜，其具有亲水性表面和对PhiX174至少4.0的初始LRV值，所述膜包含具有表面的超滤基质膜，所述表面由羟烷基纤维素制成亲水性的，所述亲水表面经过选自如下的步骤的处理：(a)在水蒸气或水存在下的高压蒸制和(b)在沸水中浸没；所述超滤膜具有大于约1000L/m2的通透量。2.权利要求1所述超滤膜，其包含包括微滤层的多层膜，所述微滤层具有本身疏水的表面，且该表面由羟烷基纤维素制成亲水性的。3.权利要求1所述超滤膜，其中所述羟烷基纤维素是羟丙基纤维素。4.一种具有亲水表面的超滤膜，其包含基质膜，所述基质膜具有至少一个具有第一外表面的支撑层和具有第二外表面的超滤层，所述支撑层由第一种砜聚合物形成，并且所述超滤层由第二种砜聚合物形成，所述第一外表面和所述第二外表面由羟烷基纤维素制成亲水性的，所述亲水表面经过选自如下的步骤的处理：(a)在水蒸气或水存在下的高压蒸制和(b)在沸水中浸没；所述多层超滤膜具有大于约1000L/m2的通透量。5.权利要求4所述多层超滤膜，其中所述第一种砜聚合物和所述第二种砜聚合物是同样的砜聚合物。6.权利要求5所述多层超滤膜，其中所述砜聚合物是聚砜。7.权利要求5所述多层超滤膜，其中所述砜聚合物是聚醚砜。8.权利要求4所述多层超滤膜，其中所述第一种砜聚合物或所述第二种砜聚合物是聚砜。9.权利要求4所述多层超滤膜，其中所述第一种砜聚合物或第所述二种砜聚合物是聚醚砜。10.权利要求4所述多层超滤膜，其具有大于约1500L/m2的通透量。11.权利要求4所述多层超滤膜，其中所述羟烷基纤维素是羟丙基纤维素。12.权利要求10所述多层超滤膜，其中所述羟烷基纤维素是羟丙基纤维素。13.用于形成具有大于约1000L/m2的通透量的超滤膜的方法，其包括：(a)提供基质膜，所述基质膜具有至少一个具有第一外表面的微孔层和具有第二外表面的超滤层，所述微孔层由第一种聚合物形成，并且所述超滤层由第二种聚合物形成；(b)使所述第一外表面和第二外表面与羟烷基纤维素溶液接触，以将所述羟烷基纤维素吸收到所述第一外表面和第二外表面上或吸收进所述表面中；(c)任选地从所述基质膜上除去过量的羟烷基纤维素，得到表面改性的基质膜；(d)任选地干燥所述表面改性的基质膜，形成干燥的改性基质膜；和(e)使得自步骤(b)、步骤(c)或步骤(d)的表面改性基质膜经受选自如下的步骤的处理：(1)在水蒸气或水存在下的高压蒸制和(2)在沸水中浸没。14.权利要求13的方法，其中使用沸水实...

【专利技术属性】
技术研发人员：威尔逊莫亚，米哈伊尔科兹洛夫，
申请(专利权)人：米利波尔公司，
类型：发明
国别省市：US[]