高通量膜的制作方法
【專利摘要】具有第一多孔部分和第二多孔部分的膜，其中所述第一部分具有比所述第二部分更開放的孔結(jié)構(gòu)，其中所述第一多孔部分包括通過除去引入的顆粒制備的孔，以及公開了制備和使用所述膜的方法。
【專利說明】高通量膜
[0001]發(fā)明背景
[0002]聚合物膜用于過濾多種流體。然而，存在對(duì)提供高通量性能的膜的需要。
[0003]本發(fā)明提供了改善現(xiàn)有技術(shù)的至少一些缺陷的方法。本發(fā)明的這些和其它的優(yōu)點(diǎn)從列于下面的描述中將是顯而易見的。
[0004]發(fā)明概述
[0005]本發(fā)明實(shí)施方案提供了具有第一和第二多孔部分的膜，其中所述第一部分具有比所述第二部分更開放的孔結(jié)構(gòu)，其中所述第一多孔部分包括通過除去引入的顆粒(例如，通過浙濾)制備的孔。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述膜提供無菌過濾。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了聚合微孔膜，其包含:(a)第一微孔表面；(b)第二微孔表面；和(C)主體，其在所述第一表面和第二表面之間；其中所述主體包含:包括所述第一微孔表面的第一多孔部分和包括所述第二微孔表面的第二多孔部分；和(i)所述第一部分包含至少第一組和第二組不同的受控孔結(jié)構(gòu)，所述第一組比所述第二組具有更大的孔徑；和(ii)所述第二部分包含第三組受控孔結(jié)構(gòu)，其中所述第三組孔結(jié)構(gòu)比所述第一組具有更小的孔徑。通常，所述膜包含互相整合地結(jié)合的至少第一層和第二層，所述第一層包含所述第一多孔部分，且所述第二層包含所述第二多孔部分。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過引入顆粒并浙濾所述顆粒且形成所述第一多孔部分來制備所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)。
[0007]在其他的實(shí)施方案中，通過本發(fā)明提供制備所述膜的方法、使用所述膜的方法和包括所述膜的設(shè)備。
[0008]附圖簡述
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的膜的SEM剖面圖，示出具有更開放的孔結(jié)構(gòu)的第一部分，和具有截留細(xì)菌的孔結(jié)構(gòu)的第二部分。
[0010]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的、使用不同濃度的顆粒制備的膜的其他實(shí)施方案(圖2B-2D)，與沒有使用顆粒制備的膜比較(圖2A)。
[0011]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的、使用不同粒徑制備的膜的其他實(shí)施方案(圖3A-3C)，與沒有使用顆粒制備的膜比較(圖3D)。
[0012]圖4(4A_4B)是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的膜的SEM剖面圖(包括所述膜的區(qū)段的放大圖；圖4B)，示出第一多孔部分和第二多孔部分，所述第一多孔部分具有第一組和第二組不同的受控孔結(jié)構(gòu)，所述第一組具有比所述第二組更大的孔徑，且(ii)所述第二部分包含第三組受控孔結(jié)構(gòu)，其中所述第三組受控孔結(jié)構(gòu)具有比所述第一組和所述第二組更小的孔徑。圖4也示出包含額外組的受控孔結(jié)構(gòu)的所述第一部分，所述額外組具有比所述第二組更小的孔徑。
[0013]發(fā)明詳述
[0014]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，提供具有第一和第二多孔部分的膜，其中所述第一部分比所述第二部分具有更開放的孔結(jié)構(gòu)，且其中所述第一多孔部分包括通過去除引入的顆粒制備的孔。
[0015]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了聚合微孔膜，其包含:(a)第一微孔表面；(b)第二微孔表面；和(C)主體，其在所述第一表面和第二表面之間；其中所述主體包含:包括所述第一微孔表面的第一多孔部分和包括所述第二微孔表面的第二多孔部分；和i)所述第一部分包含至少第一組和第二組不同的受控孔結(jié)構(gòu)，所述第一組比所述第二組具有更大的孔徑；和(ii)所述第二部分包含第三組受控孔結(jié)構(gòu)，其中所述第三組孔結(jié)構(gòu)比所述第一組具有更小的孔徑。通常，所述膜包含互相整合地結(jié)合的至少第一層和第二層，所述第一層包含所述第一多孔部分，且所述第二層包含所述第二多孔部分。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在制備所述第一多孔部分中，所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)通過引入顆粒且除去(例如，浙濾)所述顆粒制備。通常，所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)包含具有長度比直徑的長徑比范圍為約I至約3的孔。
[0016]在通常的實(shí)施方案中，所述膜包含互相整合地結(jié)合的至少兩層，例如，以使得所述膜在通常的操作條件下不分層。
[0017]通常，所述膜的第一部分包含范圍為所述層的總厚度的約25%至約75%的厚度，且所述膜的第二部分包含范圍為所述層的總厚度的約75%至約25%的厚度；更優(yōu)選地，所述膜的第一部分包含范圍為所述膜的總厚度的約40%至約50%的厚度，且所述膜的第二部分包含范圍為所述膜的總厚度的約60%至約50%的厚度。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，提供具有可以為特定應(yīng)用優(yōu)化的孔結(jié)構(gòu)的膜。例如，在所述膜生產(chǎn)期間引入具有期望的尺寸的固體顆粒，且隨后將所述顆粒去除(例如，溶解)，提供所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)，例如，更大預(yù)訂尺寸的孔，同時(shí)也形成所述第二組受控孔結(jié)構(gòu)，例如，由相轉(zhuǎn)化得到的(沒有顆粒的存在)在所述膜的更上游的部分(所述膜的第一多孔部分)的更小預(yù)訂尺寸的孔，允許不毀壞且不堵塞所述膜的流通部分并產(chǎn)生高通量的側(cè)向流動(dòng)。因此，可以“調(diào)整”所述膜的該部分(例如，所述“上游層”)的孔結(jié)構(gòu)。
[0019]此外，所述膜的更下游部分，所述第二多孔部分(例如，“下游”層)具有通過不存在顆粒的相轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的第三組受控孔結(jié)構(gòu)，其提供了比通過去除的顆粒提供的更小的孔結(jié)構(gòu)，使得所述下游部分提供所述膜更有截留力的部分。例如，所述膜的更下游部分可具有截留細(xì)菌的孔徑，提供無菌過濾，而所述更上游部分提供高通量。替代性地，在其它應(yīng)用中，例如，對(duì)于在食品和飲料工業(yè)的過濾，所述膜的更下游部分可具有范圍為約0.5μπι至約4 μ m(優(yōu)選范圍為約0.8 μ m至約2.5 μ m)的孔徑，提供有效過濾，而所述更上游部分提供高通量。
[0020]在一些實(shí)施方案中，所述膜的更上游部分(所述膜的第一多孔部分)具有至少一個(gè)額外組的受控孔結(jié)構(gòu)，其通過相轉(zhuǎn)化和所述顆粒表面的相互作用產(chǎn)生，改進(jìn)了多孔性且允許額外的通過所述膜的側(cè)向流動(dòng)，進(jìn)一步改進(jìn)了通量。
[0021]在其他的實(shí)施方案中，通過本發(fā)明提供制備所述膜的方法、使用所述膜的方法和包括所述膜的設(shè)備。
[0022]在一個(gè)實(shí)施方案中，制備聚合物膜的方法包括:(a)將包含顆粒的第一聚合物溶液流延在載體上；(b)將第二聚合物溶液流延在所述第一溶液上，其中所述第二聚合物溶液不含有存在于所述第一溶液中的所述顆粒；(c)實(shí)施所述第一溶液和所述第二溶液的相分離；和(d)去除所述顆粒以提供聚合物膜。
[0023]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的膜可以用在許多應(yīng)用中，包括，例如，診斷應(yīng)用(包括，例如，樣品制備和/或診斷的側(cè)向流動(dòng)裝置)、噴墨應(yīng)用、過濾制藥工業(yè)的流體、過濾醫(yī)藥應(yīng)用的流體(包括用于家庭和/或患者使用，例如，靜脈應(yīng)用，也包括，例如，過濾生物流體如血液(例如，以除去白細(xì)胞))、過濾電子工業(yè)的流體、過濾食品和飲料工業(yè)的流體、凈化、過濾含有抗體和/或含有蛋白質(zhì)的流體、細(xì)胞檢測(包括原位)、細(xì)胞收集、和/或過濾細(xì)胞培養(yǎng)液。替代性地或額外地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的膜可用于過濾空氣和/或氣體和/或可用于通氣應(yīng)用(例如，允許空氣和/或氣體，但不是液體，從中通過)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的膜可用于多種設(shè)備，包括外科手術(shù)設(shè)備和產(chǎn)品，例如，眼科手術(shù)產(chǎn)品。
[0024]現(xiàn)將本發(fā)明的每個(gè)組成部分在下面更詳細(xì)地描述，其中相同的組成部分具有相同的參考號(hào)碼。
[0025]所述膜可以具有任何合適的孔結(jié)構(gòu)，例如，孔徑(例如，如通過始沸點(diǎn)或通過在，例如，美國專利4340479中描述的&表示、或通過毛細(xì)冷凝流孔徑測定儀表示)、平均孔徑(例如，通過使用掃描電子顯微鏡來放大膜的剖面圖和通過使用軟件測量一系列孔確定)、平均流動(dòng)孔(MFP)尺寸(例如，當(dāng)使用孔徑測定儀表征時(shí)，例如，Porvair孔徑測定儀(Porvair pic, Norfolk,英國),或以商標(biāo)P0R0LUX (Porometer.com ；比利時(shí))可得的孔徑測定儀)、孔等級(jí)(pore rating)、孔徑(例如，當(dāng)使用在，例如美國專利4925572中描述的改進(jìn)的OSU F2測試表征時(shí))或在所述流體通過所述多孔介質(zhì)時(shí)的去除率，其降低或允許一種或多種目標(biāo)物質(zhì)通過。在一些實(shí)施方案中，所述第一受控孔結(jié)構(gòu)可具有規(guī)定的長度比直徑的長徑比。提供的孔結(jié)構(gòu)取決于待使用的顆粒的尺寸、待處理的所述流體的組成和所述處理過的流體的期望的流出物水平。
[0026]如上所述，所述膜將具有至少第一和第二多孔部分，每個(gè)部分具有不同的受控孔結(jié)構(gòu)、所述第一多孔部分具有比所述第二多孔部分更大的孔結(jié)構(gòu)(通常，其中所述第一多孔部分具有至少第一組和第二組不同的受控孔結(jié)構(gòu)，且所述第二多孔部分具有第三組受控孔結(jié)構(gòu))，其中優(yōu)選地通過在所述膜形成的過程中引入顆粒，且隨后例如通過浙濾除去所述顆粒來生產(chǎn)所述更大孔結(jié)構(gòu)(所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)，其可以包括第一和第二亞組的受控孔結(jié)構(gòu))。在一些實(shí)施方案中，所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)包含至少第一和第二亞組的受控孔結(jié)構(gòu)，其中所述第一亞組的受控孔結(jié)構(gòu)大于所述第二亞組的受控孔結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，其中在所述第一個(gè)多孔部分中的所述第二亞組的受控孔結(jié)構(gòu)具有比在所述第二多孔部分中的所述第三組受控孔結(jié)構(gòu)更大的孔結(jié)構(gòu)。
[0027]在一些實(shí)施方案中，所述第一多孔部分具有至少一個(gè)額外組的受控孔結(jié)構(gòu)，所述額外組具有比在所述第一多孔部分中的所述第二組受控孔結(jié)構(gòu)更小的孔徑。
[0028]如上所述，在所述第一多孔部分中的所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)優(yōu)選地通過在所述膜形成的同時(shí)引入顆粒且隨后除去所述顆粒生產(chǎn)。優(yōu)選地，在所述第一多孔部分中的所述第二組受控孔結(jié)構(gòu)，和在所述第二多孔部分中的所述第三組受控孔結(jié)構(gòu)通過相轉(zhuǎn)化形成。在那些實(shí)施方案中，其中所述第一多孔部分具有至少一個(gè)額外組的受控孔結(jié)構(gòu)，所述額外組通過相轉(zhuǎn)化和所述可溶性顆粒表面之間的相互作用形成。
[0029]多種顆粒(例如，可溶解的顆粒)、顆粒直徑和顆粒濃度適合用于制備根據(jù)本發(fā)明的膜，其中所述顆粒用于制備所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)，包括所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)的第一亞組和第二亞組。合適的顆粒包括，例如，碳酸氫鈉(NaHCO3)、乙酸鈉(CH3COONa)、碳酸鈉(Na2CO3)、銀(例如，單質(zhì)銀、銀沸石或銀/鋅沸石)、鹽(包括食用鹽)、糖(包括食用糖(蔗糖))和酸溶液可溶的金屬顆粒。
[0030]所述顆?？梢酝ㄟ^其中所述膜不被去除方法不利影響的多種方法去除。例如，所述顆?？梢杂萌軇┨幚恚渲袑⑺鲱w粒溶解。合適的溶劑包括，例如，水、一種或多種醇、芳族溶劑(其中一些可以是醇)、相對(duì)弱的酸(例如乙酸、檸檬酸，草酸，馬來酸以及它們的組合)。
[0031]通常地，所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)具有范圍在約0.1 μ m(微米)至約200μπι，更通常地，范圍為約10 μ m至約60 μ m的平均孔徑。在那些包含所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)的第一和第二亞組受控孔結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案中，所述第一亞組通常在約10 μ m至約60 μ m的范圍內(nèi)，且所述第二亞組通常在0.1 μ m至約2 μ m的范圍內(nèi)。
[0032]替代性地或額外地，所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)可具有如下限定的長度/直徑的長徑t匕，例如，范圍為約I至約3，優(yōu)選地范圍為約I至約2。
[0033]通常地，所述第二組受控孔結(jié)構(gòu)具有范圍為約0.5 μ m至約10 μ m,更通常地，范圍為約2 μ m至約5 μ m的平均孔徑。
[0034]通常地，所述第三組受控孔結(jié)構(gòu)具有范圍為約0.1 μπι至約2 μπι的平均孔徑。在一些實(shí)施方案中，所述第三組受控孔結(jié)構(gòu)具有阻擋細(xì)菌/截留細(xì)菌的孔徑，例如約0.2 μ m。
[0035]通常地，所述額外組的受控孔結(jié)構(gòu)具有范圍為約0.3 μ m至約5 μ m的平均孔徑。
[0036]通常，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的膜具有范圍為約70 μ m至約400 μ m的厚度。
[0037]優(yōu)選地，所述膜通過熱誘導(dǎo)的相轉(zhuǎn)化過程制備。通常地，所述相轉(zhuǎn)化過程涉及將聚合物溶液流延或擠出成薄膜，且通過以下的一種或多種來沉淀所述聚合物:(a)所述溶劑和非溶劑的蒸發(fā)，(b)暴露到非溶劑蒸氣，例如水蒸氣中，其在所述暴露的表面上吸收，(C)在非溶劑流體中淬火(例如含有水和/或另一種非溶劑的相浸浴)和(d)熱淬火熱膜以使得所述聚合物的溶解度驟然大大降低。相轉(zhuǎn)化可通過濕法加工(浸沒沉淀)、蒸氣誘導(dǎo)相分離(VIPS)、熱誘導(dǎo)相分離(TIPS)、淬火、干-濕流延和溶劑蒸發(fā)(干流延)誘導(dǎo)。干相轉(zhuǎn)化與所述濕過程或干-濕過程不同之處在于不存在浸入凝固。在這些技術(shù)中，最初均相的聚合物溶液由于不同的外部效應(yīng)變得熱力學(xué)不穩(wěn)定且引起相分離為貧聚合物相和富聚合物相。所述富聚合物相形成所述膜的基質(zhì)，而具有增加的溶劑和非溶劑水平的所述貧聚合物相形成所述孔。
[0038]所述不同的孔結(jié)構(gòu)可通過多種過程來控制。通常地，所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)通過任何以下的一種或多種控制:粒徑、粒徑分布、顆粒濃度和顆粒形狀。
[0039]通常地，所述第二組和第三組孔結(jié)構(gòu)通過任何的下列工藝條件和/或溶液組成的一種或多種控制:改變露點(diǎn)、改變空氣速度、改變空氣體積、改變形成所述膜的環(huán)境的相對(duì)濕度、改變?cè)谒鋈芤褐械木酆衔锏臐舛?、改變?cè)谒鋈芤褐械乃鋈軇┖?或非溶劑的濃度且改變?cè)谒鋈芤褐械乃龀煽讋┑姆肿恿俊?br> [0040]通常地，所述額外組的孔結(jié)構(gòu)通過下列的任何一種或多種控制:粒徑、粒徑分布、顆粒物理性質(zhì)(例如，表面粗糙度)和溶液組成(例如，所使用的溶劑可以影響，例如，所述顆粒溶解的速度)。
[0041]所述膜可以手工流延(例如，通過手工傾倒、流延或鋪展在流延用表面上)或自動(dòng)流延(例如，傾倒或以其他方式流延到移動(dòng)床上)。合適的載體的例子包括，例如，聚乙烯涂布的紙或聚酯(例如MYLAR)或帶如不銹鋼帶。
[0042]多種流延技術(shù)，包括雙流延技術(shù)是本領(lǐng)域已知的且合適的。多種本領(lǐng)域已知的設(shè)備可用于流延。合適的設(shè)備包括，例如，機(jī)械涂鋪機(jī)，其包含涂鋪刀，刮刀或噴霧/加壓系統(tǒng)。涂鋪裝置的一個(gè)實(shí)例是擠出模具或狹縫式涂布機(jī)，其包含流延室，可向流延室中引入流延配制劑(包含聚合物的溶液)并在壓力下迫使流延配制劑通過窄狹縫。說明性地，包含聚合物的溶液可借助具有如下刀隙的刮刀流延，所述刀隙范圍為約100 μ m至約500 μ m，更通常地，范圍為約120 μ m至約400 μ m。
[0043]多種聚合物溶液適合用于本發(fā)明且是本領(lǐng)域已知的。合適的聚合物溶液可以包括，聚合物例如，聚芳族化合物；砜類(例如，聚砜類，包括芳族聚砜類，例如，聚醚砜、聚醚醚砜、雙酚A聚砜、聚芳基砜和聚苯基砜)、聚酰胺類、聚酰亞胺類、聚偏二齒乙烯類(包括聚偏二氟乙烯(PVDF))、聚烯烴類(例如聚丙烯和聚甲基戊烯)、聚酯類、聚苯乙烯類、聚碳酸酯類、聚丙烯腈類(包含聚烷基丙烯腈類)、纖維素聚合物類(例如纖維素乙酸酯和纖維素硝酸酯)、含氟聚合物類和聚醚醚酮(PEEK)。聚合物溶液可以包括聚合物的混合物，例如，疏水聚合物(例如，砜聚合物)和親水聚合物(如聚乙烯吡咯烷酮)。
[0044]除了一種或多種聚合物以外，通常的聚合物溶液還包含至少一種溶劑，且還可以包含至少一種非溶劑。合適的溶劑包括，例如，二甲基甲酰胺(DMF) ；N, N-二甲基乙酰胺(DMAc) ；N-甲基吡咯烷酮(NMP) ;二甲基亞砜(DMSO)、甲基亞砜、四甲基脲；二噁烷；丁二酸二乙酯；氯仿和四氯乙烷以及它們的混合物。合適的非溶劑包括，例如，水；多種聚乙二醇類(PEG類；例如，PEG-200、PEG-300、PEG-400、PEG-1000);多種聚丙二醇類；多種醇類，例如甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)、戊醇、己醇、庚醇和辛醇；烷烴類，例如己烷、丙烷、硝基丙烷、庚烷類和辛烷；和酮、醚類和酯類，例如丙酮、丁基醚、乙酸乙酯和乙酸戊酯；和多種鹽，例如氯化鈣、氯化鎂和氯化鋰以及它們的混合物。
[0045]如果需要的話，包含聚合物的溶液還可包含，例如，一種或多種聚合引發(fā)劑(例如，過氧化物類、過硫酸銨、脂族偶氮化合物類(例如，2，2’-偶氮雙(2-脒基丙烷)二鹽酸化物(V50))以及它們的組合中的任何一種或多種)，和/或次要成分，例如表面活性劑和/或脫模劑。
[0046]溶液的合適組分是本領(lǐng)域已知的。說明性的包含聚合物的溶液和說明性的溶劑和非溶劑包括在，例如，美國專利 4340579、4629563、4900449、4964990、5444097、5846422、5906742、5928774、6045899、6146747 和 7208200 中公開的那些。
[0047]根據(jù)本發(fā)明，所述膜可具有多個(gè)層，其中所述層可由相同的聚合物和改變粘度的溶劑、添加劑和處理而形成，或者不同的聚合物可用于不同的層。
[0048]所述膜可具有任何期望的臨界濕潤表面張力(CWST，如在，例如，美國專利4925572中定義的)。正如本領(lǐng)域已知，可以選擇CWST，例如，在，例如，美國專利5152905、5443743,5472621和6074869中另外公開的。通常地，所述膜是親水性的，具有72達(dá)因/厘米(72xlO_5N/cm)或更大的CWST。在一些實(shí)施方案中，所述膜具有75達(dá)因/厘米(約75xl(T5N/cm)或更大的 CWST。
[0049]可以通過濕氧化或干氧化、通過將聚合物涂覆或沉積在表面上或通過接枝反應(yīng)對(duì)所述膜的表面特性(例如，影響所述CWST、納入表面電荷，例如，正電荷或負(fù)電荷和/或改變表面的極性或親水性)進(jìn)行改性。改性包括，例如，輻射、極性或帶電荷的單體、用帶電荷的聚合物涂覆和/或固化所述表面且實(shí)施化學(xué)修飾以在所述表面上連接官能團(tuán)。接枝反應(yīng)可通過暴露于能量源，例如氣體等離子體、蒸氣等離子體、電暈放電、熱、范德格拉夫起電機(jī)(Van der Graff generator)、紫外光、電子束或暴露于多種其它形式的福射或通過使用等離子體處理的表面蝕刻或沉積而激發(fā)。
[0050]額外地或替代性地，所述膜可以包括，例如，在整個(gè)膜中或在所述膜的一部分(例如，所述膜的第一部分)中可包含至少一種組分用于為得到的膜提供一種或多種期望的功能和/或特性，例如，以下的一種或多種:固體，例如，碳酸氫鈉或氯化鈉(例如，可以被浙濾出而得到孔)；用于提供抗微生物功能的組分，例如抑菌或殺菌功能(例如，通過納入基于銀的試劑，例如，硝酸銀)；提供電荷，例如負(fù)電荷(例如，用于吸附帶負(fù)電荷的靶向?qū)嶓w，例如細(xì)菌、哺乳動(dòng)物細(xì)胞、游離核酸、蛋白質(zhì)(在一定的PH環(huán)境下)和藥物，例如肝素)；正電荷(例如，用于吸附帶正電的靶向?qū)嶓w，例如蛋白質(zhì)(在一定的PH環(huán)境下)和藥物，例如多巴胺)；兩性離子；和混合電荷；提供螯合功能(例如，通過納入螯合聚合物例如聚丙烯酸、聚乙烯基磺酸和磺化聚苯乙烯，例如，用于吸附重金屬)；納入樹枝狀高分子(例如，用于結(jié)合藥物活性化合物，包括來自血液樣品的藥物代謝物的聚酰胺胺(PAMAM));納入脂質(zhì)體(例如，用于運(yùn)輸/遞送期望的物質(zhì)如藥物，例如，提供基于膜的藥用皮膚貼劑)；和納入官能化的珠粒和/或吸著劑，例如層析吸著劑、親和性吸著劑(例如抗體、抗體片段、酶，例如，用于吸附靶物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)和/或內(nèi)毒素)、活化的吸附劑(例如活性炭、活性二氧化硅和活性氧化鋁)。有利地，通過納入所述組分作為所述部分(例如，層)的其中一部分，可以提供期望的功能和/或特征，如果期望的話，向所述膜的期望的部分和/或側(cè)面提供，而不是遍布整個(gè)膜。例如，所述期望的功能和/或特征可位于所述膜的首先被待處理流體接觸的部分，或，例如，所述膜的首先被待處理流體接觸的部分相比膜表面的面對(duì)待處理流體的其他部分具有更集中的期望的功能和/或特征。額外地，例如，流延溶液可用于提供具有一種或多種期望的功能和/或特征的膜。
[0051]在本發(fā)明的那些包含過濾器的實(shí)施方案中，其中所述過濾器包含至少一個(gè)包含至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的膜的過濾器元件，所述過濾器可包括額外的元件、層或組分，它們可具有不同的結(jié)構(gòu)和/或功能，例如，預(yù)過濾、支撐、引流、間隔和緩沖中的至少一個(gè)。說明性地，所述過濾器也可包括至少一種額外的元件，例如網(wǎng)和/或篩。
[0052]本發(fā)明還提供了裝置，例如，過濾裝置、層析裝置和/或膜組件，所述膜組件包含一個(gè)或多個(gè)布置于殼體中的本發(fā)明的膜。所述裝置可以是任何合適的形式。例如，所述裝置可包括包含以基本上平面的，打褶的或螺旋的形狀的所述膜的過濾器元件。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述元件可具有空心的通常圓柱形形狀。如果需要的話，所述裝置可包括與上游和/或下游的支撐或引流層結(jié)合的過濾器元件。所述裝置可包括多個(gè)膜，例如，以提供多層過濾器元件，或堆棧以提供膜組件，例如用于膜層析的膜組件。
[0053]在一些實(shí)施方案中包含多個(gè)過濾器兀件的過濾器,通常布置于殼體中，所述殼體包含至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口且在所述入口和所述出口之間限定至少一個(gè)流體流動(dòng)路徑以提供過濾器裝置，其中所述過濾器橫穿所述流體流動(dòng)路徑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述過濾器裝置包含殼體，所述殼體包含至少一個(gè)入口和至少第一出口和至少第二出口，且在入口和所述第一出口之間限定第一流體流動(dòng)路徑，和在入口和所述第二出口之間限定第二流體流動(dòng)路徑，其中，所述過濾器橫穿所述第一流體流動(dòng)路徑，例如，允許切向流動(dòng)以使得所述第一流體沿著所述第一流體流動(dòng)路徑自入口始通過所述過濾器且通過所述第一出口，且所述第二流體沿著所述第二流體流動(dòng)路徑自入口始并通過第二出口，不通過所述過濾器。過濾器筒可以構(gòu)造為包括殼體和端蓋以提供流體密封以及至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口。
[0054]在一些實(shí)施方案中，所述過濾器裝置是可滅菌的。可以采用任何具有合適的形狀且提供至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口的殼體。所述殼體可以由任何合適的剛性非滲透性材料制造，包括任何非滲透性熱塑性材料，所述材料與被加工的生物流體相容。例如，所述殼體可以由金屬，例如不銹鋼或由聚合物制成。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述殼體是聚合物，在一些實(shí)施方案中，是透明或半透明的聚合物，例如丙烯酸系樹脂、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸化樹脂。容易地且經(jīng)濟(jì)地制造這樣的殼體，且允許觀察流體通過所述殼體的通路。
[0055]下列的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是，當(dāng)然，不應(yīng)視為以任何方式限制其范圍。
[0056]實(shí)施例1
[0057]本實(shí)施例說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的膜的制備。
[0058]將由70.27g 的 PEG400 ；0.6g 的 PEG400 二甲基丙烯酸酯(PEG DM) ；0.1g 的HEMA(甲基丙烯酸輕乙酯)、0.Ig的季戍四醇四丙烯酸酯(PTA ；Aldrich Chemical C0.，Milwaukee, WI)、0.05g的V_50 (2，2’-偶氮雙(2_脒基丙烷)二鹽酸化物偶氮引發(fā)劑(WakoChemical, Richmond, VA)、1.17g 的去離子水、3.5g 的甘油、9.5g 的 PES、11.63g 的 DMF、
3.08g的NMP和50g的NaHCO3顆粒(具有42.3 μ m的體積平均粒徑)組成的第一溶液，使用具有10密耳刀隙的第一流延刀，以1.1英寸/秒的流延速度流延在平面玻璃板上。
[0059]將由67.55g 的 PEG400 ；0.6g 的 PEG400DM ；0.1g 的 HEMA、0.1g 的 PTA、0.05g 的V-50、2.0g的去離子水、12.0g的PES, 11.0g的DMF和6.6g的NMP組成的第二溶液，使用具有20密耳刀隙的第二流延刀，以約1.1英寸/秒的流延速度連續(xù)地流延在所述第一溶液上。所述兩次流延之間的時(shí)間為約I秒。溫度為29.4°C。
[0060]將所述玻璃板移入在70%的相對(duì)濕度、5英尺/分鐘的空氣流速下，在21°C的空氣溫度下的環(huán)境室內(nèi)保持10分鐘。將所述玻璃板的溫度保持在23.3°C下1.3分鐘，然后將其變成43.3°C保持4.7分鐘，然后將其變成23.3°C保持I分鐘且最終變?yōu)?5°C保持4.0分鐘。
[0061]將濕膜浸泡在去離子水浴中保持約2小時(shí)并將所述顆粒浙濾出。
[0062]將所述膜用去離子水漂洗幾次，接著在40 %的乙醇中漂洗30分鐘，接著在處于80°C的去離子水中漂洗30分鐘，并在處于65°C下的烘箱中干燥30分鐘。
[0063]所述膜的SEM剖面圖示于圖1中，示出了對(duì)稱部分(標(biāo)記為“第二部分”;71.4μπι厚)和具有非均相結(jié)構(gòu)(標(biāo)記為“第一部分”;242.Ιμπι厚)的部分。所述膜厚度為313.5 μ mD
[0064]所述膜具有約8-12密耳的厚度、88達(dá)因/厘米的CWST、66_84psi的始沸點(diǎn)和約21-29ml.mirf1.cm_2 的水流量。
[0065]由于始沸點(diǎn)高于65psi，所述膜是截留細(xì)菌的。
[0066]實(shí)施例2
[0067]本實(shí)施例說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的膜(按照在實(shí)施例1中描述的制備)的通量對(duì)比市售的膜(SUPOR? MachV C200 ；Pall Corporat1n, East Hills, NY)的通量。
[0068]制備1%的糖衆(zhòng)溶液(將 5g 糖衆(zhòng)(Lyle’s black Treacle, Notts, UK),溶于 4%g的去離子水(DI)中)。將所述膜置于測試池中(在0.2μπι孔徑的額定各向同性的親水性膜的頂部)，沖洗所述測試系統(tǒng)且在1psi下保持5分鐘來測定通量。
[0069]所述市售膜具有約60ml的I %的糖漿通量，而根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案生產(chǎn)的兩種膜分別具有178ml和223ml的I %的糖漿通量。
[0070]實(shí)施例3
[0071]本實(shí)施例說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有不同顆粒含量的膜的制備。
[0072]所述膜的SEM剖面圖示于圖2A-2D中，也示出對(duì)稱部分和(關(guān)于生產(chǎn)的納入NaHCO3顆粒的膜)具有非均相結(jié)構(gòu)的部分。
[0073]按照在實(shí)施例1中的一般描述制備膜，除了代替使用50g的NaHCO3顆粒，使用(^(0%的顆粒；圖2六)、5.3g(5% 的顆粒；圖 2B)、17.6g(15% 的顆粒，圖 2C)和 33.3g(25%的顆粒，圖2D)的顆粒。
[0074]基于使用所述SEM的測量，在圖2C和2D中示出的膜中的所述非均相結(jié)構(gòu)，分別具有1.37±0.24(樣品尺寸=21)和1.36±0.31 (樣品尺寸=28)的長度比直徑的長徑比的第一組受控孔結(jié)構(gòu)。
[0075]制備1%的糖衆(zhòng)溶液(將 5g 糖衆(zhòng)(Lyle’s black Treacle, Notts, UK),溶于 4%g的去離子水(DI)中)。將所述膜置于測試池中(在0.2μπι孔徑的額定各向同性的親水性膜的頂部)，清洗所述測試系統(tǒng)且在1psi下保持5分鐘來測定所述通量。
[0076]沒有顆粒的膜在1psi下5分鐘具有約55ml的I %的糖漿通量，具有5.3g、17.6g和33.3g顆粒的膜分別具有約60ml、約130ml和約165ml的I %的糖漿通量。
[0077]實(shí)施例4
[0078]本實(shí)施例說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有不同顆粒直徑的膜的制備。
[0079]所述膜的SEM剖面圖示于圖3A-3D中，也示出對(duì)稱部分和(關(guān)于生產(chǎn)的納入NaHCO3顆粒的膜)具有非均相結(jié)構(gòu)的部分。
[0080]按照在實(shí)施例1中的一般描述制備膜，除了代替使用50g的NaHCO3顆粒(具有42.3 μ m的體積平均粒徑)，使用49.3g的顆粒(分別具有42.3 μ m (圖3A)、12.1 μ m (圖3B)和3.1 μ m (圖3C)的體積平均粒徑)和Og的顆粒(圖3D)。
[0081]制備I %的糖漿溶液，并按照在實(shí)施例3中的一般描述測試該膜。
[0082]沒有顆粒的膜在1psi下5分鐘具有約55ml的I %的糖漿通量，具有3.1 μ m、
12.1 μ m和42.3 μ m直徑顆粒的膜分別具有約75ml、約10ml和約220ml的I %的糖漿通量。
[0083]實(shí)施例5
[0084]本實(shí)施例說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有不同配方的膜的制備。
[0085]將四種不同的制劑用作第一溶液，下面列出的每個(gè)第一溶液也包括49.3g的NaHCO3顆粒(具有42.3 μ m的體積平均粒徑):
[0086](a)由 75.55g 的 PEG400 ；0.6g 的 PEG DM ；0.1g 的 HEMA、0.1g 的三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTA，Sigma-Aldrich, MO)、0.05g的V_50、3.0g的去離子水、3.0g的高分子量(約59k道爾頓)PES、11.0g的DMF和6.6的NMP組成的第一溶液。
[0087](b)由 73.55g 的 PEG400 ；0.6g 的 PEG DM ；0.1g 的 HEMA、0.1g 的 TMPTA、0.05g 的V-50、3.0g的去離子水、5.0g的高分子量PES、11.0g的DMF和6.6的NMP組成的第一溶液。
[0088](c)由 71.55g 的 PEG400 ；0.6g 的 PEG DM ；0.1g 的 HEMA、0.1g 的 TMPTA、0.05g 的V-50、3.0g的去離子水、7.0g的高分子量PES、11.0g的DMF和6.6的NMP組成的第一溶液。
[0089](d)由 69.55g 的 PEG400 ；0.6g 的 PEG DM ；0.1g 的 HEMA、0.1g 的 TMPTA、0.05g 的V-50、3.0g的去離子水、9.0g的高分子量PES、11.0g的DMF和6.6的NMP組成的第一溶液。
[0090]所述第二溶液由67.55g 的 PEG400 ；0.6g 的 PEG DM ；0.1g 的 HEMA、0.1g 的 TMPTA,
0.05g 的 V-50、2.0g 的去離子水、12.0g 的 PESU1.0g 的 DMF 和 6.6 的 NMP 組成。
[0091]將所述第一溶液使用具有10密耳刀隙的刮刀，連續(xù)地流延在以90英寸每分鐘(ipm)的帶速度移動(dòng)的不銹鋼帶上。
[0092]將所述第二溶液使用具有20密耳刀隙的第二刀連續(xù)地流延在所述第一溶液上。刀片之間的距離為1.25英寸，且所述兩次流延之間的時(shí)間為約I秒。
[0093]使所述溶液通過在以下條件下的室的所述第一和第二部分直到膜形成。帶速為90英尺(228.6cm)每分鐘。在室的第一部分中，帶噴霧溫度為46.4°C、空氣流速為600英尺(182.88米)每分鐘、干球溫度為28.4°C且露點(diǎn)為25.2°C。在室的第二部分中，帶噴霧溫度為38.8°C、空氣流速為580英尺(176.78米)每分鐘、干球溫度為26.7°C且露點(diǎn)為25°C。
[0094]按照在實(shí)施例1中的一般描述，浙濾所述顆粒，且洗滌和干燥所述膜。
[0095]按照在實(shí)施例3中的一般描述，制備I %的糖漿溶液，并測試該膜。
[0096]沒有顆粒的膜在1psi下5分鐘具有約20ml的I %的糖漿通量，具有3 %、5 %、7 %和9%的PES百分比的膜分別具有約32ml、約5lml、約93ml和約IlOml的I %的糖漿通量。
[0097]實(shí)施例6
[0098]本實(shí)施例說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的截留細(xì)菌的膜的制備。
[0099]將由69.55% 的 PEG400 ；0.6% 的 PEG400DM ；0.1% 的 HEMA ；0.1 % 的三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA) ;0.05%的V-50 ;3.0%的去離子水；9.0%的HMW PES; 11.0%的DMF,6.6%的NMP和33.3%的NaHCO3顆粒(具有42.3 μ m的體積平均粒徑)組成的第一溶液，使用具有8密耳刀隙的刮刀，流延在以90ipm的帶速移動(dòng)的帶上。
[0100]將由67.55 % 的 PEG400 ；0.6 % 的 PEG400DM ；0.1 % 的 ΗΕΜΑ、0.I % 的 ΤΜΡΤΜΑ、
0.05%的V-50、2.0%的去離子水、12.0%的PES, 11.0%的DMF和6.6%的NMP組成的第二溶液，使用5密耳的擠出間隙連續(xù)流延在所述第一溶液上。
[0101]流延條件如在實(shí)施例5中所述。按照在實(shí)施例1中的一般描述，浙濾所述顆粒，且洗滌和干燥所述膜。
[0102]將該膜用5.60 X 19的Brevundimonas diminuta攻擊且在濾液中沒有檢測到有機(jī)體，因此該膜提供大于9.7對(duì)數(shù)的去除。
[0103]實(shí)施例7
[0104]本實(shí)施例說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的膜的結(jié)構(gòu)。
[0105]按照在實(shí)施例6中的描述制備膜。如在圖4中的SEM中所示，所述膜具有第一(上游)層(在圖4A中標(biāo)記為“第一部分”;237.9 μ m厚)和第二(下游)層(在圖4A中標(biāo)記為“第二部分” ；93.05 μ m厚)。圖4A還示出了在所述第一部分中的第一組、第二組和額外組的受控孔結(jié)構(gòu)和在所述第二部分中的第三組受控孔結(jié)構(gòu)。圖4B示出了所述第一部分的放大區(qū)段，示出第一和第二受控孔結(jié)構(gòu)和額外的受控孔結(jié)構(gòu)。
[0106]所述掃描電子顯微鏡(HitachiS-3400N, Hitachi High-TechnologiesCorporat1n,東京，日本)將所述膜的剖面放大超過100倍以使得可更加清楚地識(shí)別每組孔。每組孔的孔徑使用QUARTZ PCI軟件(版本8, Quartz Imaging Corporat1n,溫哥華，加拿大)測量，其從模擬SEM捕捉數(shù)字圖像。捕捉并測量多個(gè)孔(N=至少10個(gè)，取決于孔的尺寸)并報(bào)告平均孔徑。
[0107]所述第一層具有平均孔徑為21.1±12.2μπι(Ν = 30)的第一組受控孔結(jié)構(gòu)，和平均孔徑為2.7±1.0(Ν = 13) μ m的第二組受控孔結(jié)構(gòu)，其小于第一組受控孔結(jié)構(gòu)的平均孔徑。
[0108]所述第二層具有平均孔徑為1.6±0.4μπι(Ν= 11)的第三組受控孔結(jié)構(gòu)，其小于所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)的平均孔徑且小于所述第二組受控孔結(jié)構(gòu)的平均孔徑。
[0109]所述第一層還具有平均孔徑為0.7±0.3μπι(Ν = 23)的額外組的受控孔結(jié)構(gòu)，其小于所述第二組受控孔結(jié)構(gòu)的平均孔徑。
[0110]基于測量，使用圖4Α，所述膜具有第一組受控孔結(jié)構(gòu)，所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)具有1.78±0.75(樣品尺寸=27)的長度比直徑的長徑比。
[0111]和B)的任意組合。除非另有說明，術(shù)語“包含”、“具有”、“包括”和“含有”將被解釋為開放式術(shù)語(即，意為“包括，但不限于”)。除非本文另有說明，本文數(shù)值范圍的記載僅意為速記法，其獨(dú)立地涉及落在該范圍內(nèi)的每個(gè)單獨(dú)的值，且將每個(gè)單獨(dú)的值如同其獨(dú)立地被記載在本文而并入說明書中。除非本文另有說明或通過上下文明顯矛盾，本文描述的所有方法可以以任何合適的順序?qū)嵤３橇碛幸?，任何和所有?shí)例的使用或本文提供的示例性語言(例如，“例如(如)”)僅旨在更好地說明本發(fā)明而不對(duì)本發(fā)明的范圍施加限制。在說明書中沒有語言應(yīng)該被解釋為指示任何未要求保護(hù)的要素對(duì)本發(fā)明的實(shí)施是必要的。
[0112]在本文中描述了本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，包括本發(fā)明人已知的用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式。通過閱讀上面的描述，這些優(yōu)選的實(shí)施方案的變體對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可變得顯而易見。本發(fā)明人預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人員恰當(dāng)時(shí)會(huì)使用這些變體，且本發(fā)明人意欲保護(hù)除了按照本文的具體描述還另外實(shí)踐的本發(fā)明。因此，本發(fā)明包括所附的權(quán)利要求中記載的主題的所有被適用的法律允許的修飾和等價(jià)物。此外，除非本文另有說明或通過上下文明顯矛盾，本發(fā)明涵蓋了以其所有可能的變體形式的上述要素的任意組合。
【權(quán)利要求】
1.一種聚合微孔膜，其包含:
2.(a)第一微孔表面；
3.(b)第二微孔表面；和
4.(C)主體，其在所述第一表面和第二表面之間；其中所述主體包含:包括所述第一微孔表面的第一多孔部分和包括所述第二微孔表面的第二多孔部分；和
5.(i)所述第一部分包含至少第一組和第二組不同的受控孔結(jié)構(gòu)，所述第一組具有比所述第二組更大的孔徑；和 (?)所述第二部分包含第三組受控孔結(jié)構(gòu)，其中所述第三組孔結(jié)構(gòu)具有比第一組更小的平均孔徑。 2.權(quán)利要求1的膜，所述膜包含互相整合地結(jié)合的至少第一層和第二層，所述第一層包含所述第一多孔部分，且所述第二層包含所述第二多孔部分。 3.權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的膜，其中所述第一部分包含至少一個(gè)額外組的受控孔結(jié)構(gòu)，所述額外組具有比所述第二組更小的平均孔徑。 4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的膜，其中所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)通過引入顆粒并浙濾所述顆粒且形成所述第一多孔部分來制備。 5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的膜，其中所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)具有范圍為約10μ m至約60 μ m的平均孔徑。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的膜，其中所述第二組受控孔結(jié)構(gòu)具有范圍為約0.5 μ m至約10 μ m的平均孔徑。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的膜，其中所述第三組受控孔結(jié)構(gòu)具有范圍為約0.1 μ m至約2 μ m的平均孔徑。
8.權(quán)利要求7的膜，其中所述第三組受控孔結(jié)構(gòu)具有阻擋細(xì)菌的孔徑。
9.權(quán)利要求3-8任一項(xiàng)的膜，其中所述額外組的受控孔結(jié)構(gòu)具有范圍為約0.3μπι至約5 μ m的平均孔徑。
10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的膜，其中所述第一組受控孔結(jié)構(gòu)包含具有至少第一亞組和第二亞組的不同的受控孔結(jié)構(gòu)，所述第一亞組具有比所述第二亞組更大的平均孔徑，其中所述第二亞組具有比第二組受控孔結(jié)構(gòu)更大的平均孔徑。
11.過濾流體的方法，該方法包括將所述流體通過權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)的膜。
12.制備聚合物膜的方法，其包括: (a)將包含顆粒的第一聚合物溶液流延在載體上； (b)將第二聚合物溶液流延在所述第一溶液上，其中所述第二聚合物溶液不含有存在于所述第一溶液中的所述顆粒； (c)實(shí)施所述第一溶液和所述第二溶液的相分離；和 (d)去除所述顆粒以提供聚合物膜。
【文檔編號(hào)】B01D69/02GK104147941SQ201410201454
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】梁雪梅, 韓賓兵, R·A·莫里斯 申請(qǐng)人:帕爾公司