病毒过滤器的制造方法

病毒过滤器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及能够用于除去包括细小病毒在内的病毒颗粒的病毒过滤膜。本发明还涉及制造该膜的方法。该膜包含聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮。
【专利说明】病毒过滤器

【技术领域】
[0001] 本发明涉及能够用于除去包括细小病毒在内的病毒颗粒的病毒过滤膜。本发明还 涉及制造该膜的方法。该膜包含聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮。

【背景技术】
[0002] JP 10337456 A公开一种基于聚丙烯腈的孔径为0. 01至I i! m的精密过滤膜。该 膜由包含2-50wt% (优选5-35wt%，更优选l〇-25wt%)的丙烯腈均聚物或至少70wt%的 丙烯腈与< 30wt. %的一种或多种可与丙烯腈在包含两种或更多种有机溶剂的混合溶剂中 共聚的乙烯基化合物形成的丙烯腈共聚物和l-40wt% (优选l-30wt% )的重均分子量为 1，OOODa至1，300, OOODa (优选2, 900Da至110, OOODa)的聚乙烯吡咯烷酮的溶液制备。该 混合溶剂包含Y-丁内酯或碳酸亚乙酯。通过将该溶液纺丝到温度为_30°C至90°C (优选 (TC -90°C，更优选0°C -80°C )的凝固浴中制得中空纤维膜。
[0003] JP 10337456 A的工作实施例1描述由包含如下物质的纺丝溶液制备中空纤维 膜：16wt%的共聚物，该共聚物为91. 5wt%丙烯腈、8. Owt%丙烯酸甲酯和0. 5wt%的甲代 烯丙基磺酸钠的共聚物；和20wt%的重均分子量为9,000Da(BASF K17)的PVP;在48wt% 的N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP)和16wt%的Y-丁内酯中。将溶液在80°C下经由双孔喷丝 头（0? 5mm - 0? 7mm - I. 3mm)纺丝至包含水（80°C )的凝固浴中，使用由90wt% NMP和10wt% 水组成的中心流体。喷嘴和凝固浴之间的空气隙为20mm，包围喷嘴的纺丝甬道中的气氛的 温度为60°C且湿度为100%。纺丝速度为10m/min。所获得的膜的平均孔径为0. 12iim。在 对比例1中,仅用NMP作为溶剂重复该操作,获得平均孔径为0. 0089 iim的中空纤维膜。
[0004] EP 0 923 984 Al公开了一种基于聚丙烯腈的中空纤维膜，其具有海绵结构。膜 的孔径从膜壁中心向膜的两个表面连续地减少，且膜外表面上的孔径不同于内表面上的孔 径。膜由包含如下物质的溶液制得：5至35wt%的基于丙烯腈的聚合物,2至99. 9wt%的碳 酸丙二酯与至少一种其它可溶解该基于丙烯腈的聚合物的有机溶剂的溶剂混合物，以及1 至40wt%的特定的添加剂，其选自水、盐、醇、酮、二醇、甘油和重均分子量为1至2,800kDa 的聚乙烯吡咯烷酮。
[0005] EP 0 923 984 Al的工作实施例1详述了由如下物质的溶液制造中空纤维膜： 18. 5wt %的共聚物，该共聚物为91. 5wt %的丙烯腈、8. Owt %的丙烯酸甲酯和0. 5wt %的 甲代烯丙基磺酸钠的共聚物；和21wt%重均分子量为600Da(PEG 600)的聚乙二醇；在 9. 15wt %碳酸丙二酯和51. 85wt %的二甲亚砜的混合物中。膜的内径为760 ii m，外径为 1340 iim，外表面上的平均孔径为0.02 iim，内表面上的平均孔径为0.08 iim。其渗水率为 96 ? 10 4cm3/ (cm2 ? bar ? sec)。
[0006] KR 415342 BI公开了一种用作超滤膜的聚丙烯腈多孔中空纤维膜的制造方法。该 方法使用包含如下物质的聚合物溶液：12_25wt%的聚丙烯腈；3-15wt%的包含聚乙烯吡 咯烷酮、聚乙烯醇或其混合物的第一添加剂；10-40wt%的1-丁氧基乙醇作为第二添加剂； 和选自N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺及其混合物的溶剂。实施 例使用包含18_22wt%重均分子量为150kDa的聚丙烯腈；和5%重均分子量为IOkDa的PVP 的DMF溶液。所获得的膜包含5或7个不同的区域，其中两个具有带有大孔（macrovoids) 的手指结构。
[0007] KR 20010106681 A公开了一种制备具有海绵结构而不含大孔的聚丙烯腈多孔平 板膜的方法。该方法使用包含l〇wt%聚丙烯腈和5wt%聚乙烯吡咯烷酮在二甲亚砜中的聚 合物溶液。溶液被铺展在玻璃板上，并浸入到含有7〇Wt%二甲亚砜、20被％水和lOwt%聚 乙烯吡咯烷酮的凝固浴中。实施例中使用分别具有10kDa、55kDa和1，300kDa的不同重均 分子量的聚乙烯吡咯烷酮。显示为海绵结构而不含大孔的膜仅在用重均分子量为IOkDa的 聚乙烯吡咯烷酮的条件下获得。


【发明内容】

[0008] 本发明提供中空纤维膜，其显示均质的海绵结构且由聚丙烯腈（PAN)和重均分子 量大于1，OOOkDa的聚乙烯吡咯烷酮（PVP)组成，该膜能够用于从液体中除去病毒。该膜由 在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP)中的8-12wt %的聚丙烯腈和2至小于6wt %的聚乙烯吡咯 烷酮的溶液制备。该膜显示出（i)对金纳米颗粒（具有20nm的直径并模拟细小病毒）的 高截留率（rejection)，（ii)对单克隆抗体（Mab)进料溶液的高通过率（对IgG的筛漏系 数?1)，（iii)高进料通量（其导致此类膜的高进料容量），和（iv)低蛋白质吸附和低污 染，其确保稳定的经时的高过滤速度。

【具体实施方式】
[0009] 在本发明的一个方面中，提供一种包含聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮的中空纤 维膜，其具有 8* 10 4 至 15* IO-4Cm3/(cm2 ? bar ? sec)，优选 9 ? 10 4 至 11 ? 10 4cm3/ (cm2 ? bar ? sec)的水压渗透率，对IgG的筛漏系数为大于0. 9且GPR为大于1. 7,优选大 于2. 0,更优选大于2. 3,最优选大于2. 6。
[0010] 本发明中使用的膜由包含聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮的溶液制备。
[0011] 合适的聚丙烯腈均聚物的实例具有约150,000至250, 000Da，优选180,000至 220, OOODa的重均分子量（CAS-Nr. 25014-41-9)。用于制备本发明的膜的合适的聚丙烯腈 的实例可商购自 Dolan GmbH, D-93309Kelheim(Donau)，商品名为 H0M0-PAN。
[0012] 聚丙烯腈在溶液中的浓度一般为8至12wt. -%，例如9至llwt. -%。
[0013] 合适的聚乙烯吡咯烷酮均聚物的实例具有约1，000至2, OOOkDa，如1，100至 1，400kDa 或 1，400 至 1，800kDa 的重均分子量；约 200 至 400kDa，如 250 至 325kDa 或 325 至325kDa的数均分子量；和约4至5,例如4. 3至4. 4或4. 3至4. 8的多分散性Mw/Mn。 [0014] 用于制备本发明的膜的合适的聚乙烯吡咯烷酮的实例分别是Luvitec? K85、 Luvitec? K90 和Luvitec? K90HM,全部可商购自 BASFSE。
[0015] 本发明的一个实施方式使用重均分子量为约1，IOOkDa;且数均分子量为约 250kDa的聚乙烯吡咯烷酮均聚物。
[0016] 本发明的另一实施方式使用重均分子量为约MOOkDa ;且数均分子量为约 325kDa的聚乙烯吡咯烷酮均聚物。
[0017] 本发明的又另一实施方式使用重均分子量为约l，800kDa;且数均分子量为约 375kDa的聚乙烯吡咯烷酮均聚物。
[0018] 聚乙烯吡咯烷酮在溶液中的浓度一般为2至6wt%，如2至小于6wt%，例如3至 5wt % 〇
[0019] 在一个实施方式中，用于制备本发明的膜的纺丝溶液包含相对于溶液的总重量 为8至12wt%，如9至Ilwt %的聚丙烯腈，相对于溶液的总重量为2至小于6wt%，如3 至5wt%的高分子量（彡l，000kDa)PVP，和相对于溶液的总重量为82至90wt%，如84至 88wt% 的 NMP。
[0020] 聚合物溶液根据DIN EN ISO 1628-1在22°C下测量的粘度通常为50,000至 140, OOOmPa ? s ;例如 50, 000 至 120, OOOmPa ? s ;如 70, 000 至 100, OOOmPa ? s。
[0021] 本发明的多孔中空纤维膜可通过连续溶剂相转化纺丝方法制备，该方法包括以下 步骤：
[0022] a)将至少一种聚丙烯腈（PAN)和至少一种聚乙烯吡咯烷酮（PVP)溶解在N-甲 基-2-吡咯烷酮中以形成聚合物溶液；
[0023] b)将所述聚合物溶液通过具有两个同心开口的喷嘴的外环狭缝挤出至沉淀浴中； 同时
[0024] c)通过所述喷嘴的内孔挤出中心流体；
[0025] d)洗涤所获得的膜；并随后
[0026] e)将所述膜干燥。
[0027] 用于制备本发明的膜的中心流体或孔液体包含20至40wt %的水和60至80wt % 的NMP，如25至40wt%的水和60至75wt%的NMP。
[0028] 沉淀浴由60wt %至80wt %的NMP和20wt %至40wt %的H2O组成，例如由70wt %至 80wt %的NMP和20wt %至30wt %的H2O组成。沉淀浴的温度为5至30°C，如15至25°C。
[0029] 在膜的制备方法的一个实施方式中，喷丝头的温度为25 - 50°C，如30_40°C。喷嘴 的开口和沉淀浴之间的距离为〇至5cm，如0. 5至2cm。在方法的另一实施方式中，喷嘴浸 没在沉淀浴中。在一个实施方式中，纺丝速度为5至10m/min。
[0030] 然后将膜洗涤以除去残余溶剂和低分子量组分。在用于制造膜的连续方法的一个

【具体实施方式】中，膜被引导通过几个水浴。在该方法的一些实施方式中，单独的水浴具有不 同的温度。例如，各水浴可具有高于在前的水浴的温度。
[0031] 然后，将膜干燥，随后将其灭菌。在一个实施方式中，中空纤维膜随后用25至 50kGy的￠-福射灭菌。在另一个实施方式中，中空纤维膜随后用Y-福射灭菌。在又另一 个实施方式中，中空纤维膜随后用环氧乙烷（ETO)灭菌。
[0032] 选择透过性中空纤维是对称类型的，且具有均质的海绵状结构，其在膜的整个厚 度上是基本均匀的。该膜不允许直径为20nm或更大的病毒颗粒通过，但对抗体如IgG是可 渗透的。中空纤维一般不含大孔（包括在壁中的空的空间，并具有大于约5微米的最大尺 寸）。它们无论是在其里面或外面均不具有皮层或在表面上的致密层。
[0033] 在一个实施方式中，膜包含相对于膜的总重量为75 - 85wt%的聚丙烯腈（PAN)和 15 - 25wt%的聚乙烯吡咯烷酮（PVP)。膜中PAN和PVP的比例可分别通过元素分析测定。
[0034] 在本发明的一个【具体实施方式】中，膜是内径为200至1，OOOii m，优选300至 500iim，更优选300至400iim的中空纤维膜。壁厚度一般为20至200iim，优选30至 100 ii m，更优选 40 至 85 ii m。
[0035] 纤维根据下述方法测定的破裂压力为至少5bar(g)，如5至IObar (g)，例如7至 9bar(g)〇
[0036] 本发明的膜在37 °C下测定的水压渗透率Lp可在8 ? KT4至15 ? lO'm3/ (cm2-bar* sec)内变化，例如在 9 *10 4 至 11 *10 4cm3/(cm2-bar* sec)内变化。在本发明 的一个实施方式中，膜用25-50kGy的￠-辐射（或电子束）灭菌，随即显示其水压渗透率Lp 为 20 ? 10 4 至 40 ? 10 4cm3/ (cm2 ? bar ? sec)，例如 25 ? 10 4 至 35 ? 10 4cm3/ (cm2 ? bar ? sec)。
[0037] 本发明的膜对IgG水溶液的筛漏系数通过25°C下15. Og/1的IgG在PBS缓冲液中 的溶液的死端过滤测定为至少〇. 9,如至少0. 95,特别是至少0. 99。
[0038] 本发明的膜显示对直径为20nm的金纳米颗粒（模拟猪细小病毒）在25°C下测量 的截留率GPR(金颗粒截留率，以log(A/F)定义，A/F是进料中和滤液中金颗粒浓度的比 率）为>1. 7,优选>2. 0,更优选>2. 3,特别优选>2. 6。GPR与膜对病毒颗粒的截留率成正 t匕。1. 4的GPR对应于水溶液中猪细小病毒的数目下降3个数量级，2. 3的GPR对应于下降 6个数量级。本发明的膜因此可有利地用于液体中病毒颗粒的去除。
[0039] 因此，本发明的进一步方面是包含本发明的膜的扩散装置和/或过滤装置，例如 用于从液体中除去病毒颗粒的装置。
[0040] 装置中使用的膜可以是中空纤维形式或多个中空纤维形式，如中空纤维膜束。合 适的纤维、其特性和制备已在上面描述。
[0041] 在装置的一个实施方式中，膜在装置的两个流体隔室之间形成界面。
[0042] 一个示例性装置包含两个由安装在壳体中的半透膜分隔的隔室，第一内部隔室装 配有两个通道（accesses)，第二外部隔室包含一个或两个通道，两个隔室都由基于适当的 粘合剂化合物的封装化合物（pottingcompound)分隔开，旨在用于形成（i)用于分隔含有 如上定义的中空纤维束类型的半透膜的该装置的两个隔室的圆柱状隔离物，或（ii)该包 括如上定义的片状膜类型的半透膜的该装置中的严密密封。
[0043] 另一示例性装置包含多个包含在外壳内的中空纤维膜，且设置该膜，使得中空纤 维外部的空间（即，毛细管间隔室（extracapillary compartment))内的流体与流经中空 纤维及其对应的孔的流体分隔开。此外，装置在该装置的相对端上的外壳内包括两个歧管 端部腔室。中空纤维的两个管腔中的每一个连接至不同的端部腔室。端部腔室和毛细管间 隔室由中空纤维的半透膜分隔开。
[0044] 本发明的进一步方面是从液体中除去病毒颗粒的方法，包括经由本发明的膜来过 滤液体。在本发明的一个实施方式中，过滤是常规流过滤（normal-flow filtration,NFF)， 也称作死端过滤或直接流过滤（dead-end or direct flow filtration)。在本发明的另一 实施方式中，过滤是切向流过滤（tangential-flow filtration, TFF)，也称作错流过滤。由 于本发明的膜不具有表皮（skin)，因此能够用它进行内向外和外向内过滤。
[0045] 本发明的膜、方法和装置能够有利地用于生物制药工业中需要从液体中除去病毒 颗粒的多种工艺中。
[0046] 实施例
[0047] 方法
[0048] 小模件（mini-module)的制备
[0049] 如下制备小模件[=壳体中的纤维束]:将纤维束切成20cm的长度，使纤维在 40°C和〈lOOmbar下干燥1小时，随后将纤维束转移至壳体中。利用UV固化粘合剂将纤维 的末端封闭。将小模件在60°C的真空干燥箱中干燥过夜，然后用聚氨酯封装纤维束的末端。 在聚氨酯硬化之后，切割封装的膜束的末端，以重新打开纤维。小模件确保纤维得到保护。
[0050] 根据式（1)计算IOcm2的有效表面积A所需的纤维数：
[0051]

【权利要求】
1. 一种多孔中空纤维膜，其具有均质的海绵状结构且不含最大尺寸大于5 μ m的大孔， 该多孔中空纤维膜包含相对于膜的总重量为75 - 85wt%的聚丙烯腈和15 - 25wt%的聚乙 烯吡咯烷酮；其中所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为1，〇〇〇至2, OOOkDa。
2. 如权利要求1所述的膜，其在37°C测量的水压渗透率为8· KT4至15· KT4Cm3/ (cm2 · bar · sec) ; 15. Og/Ι的IgG在PBS缓冲液中的溶液通过死端过滤在25°C测定的膜对 IgG的筛漏系数大于0. 9 ;且在25°C对20nm的金颗粒测量的GPR值大于1. 7。
3. 如权利要求1所述的膜，其在37°C测量的水压渗透率为20· KT4至40· KT4Cm3/ (cm2 · bar · sec) ; 15. Og/Ι的IgG在PBS缓冲液中的溶液通过死端过滤在25°C测定的膜对 IgG的筛漏系数大于0. 9 ;且在25°C对20nm的金颗粒测量的GPR值大于1. 7。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的膜，其内径为300至400 μ m ;壁厚度为40至 85 μ m ;且破裂压力为至少5bar (g)。
5. -种用于制备多孔中空纤维膜的连续溶剂相转化纺丝方法，包括如下步骤： a) 将至少一种聚丙烯腈和至少一种聚乙烯吡咯烷酮溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮中以 形成聚合物溶液； b) 将所述聚合物溶液通过具有两个同心开口的喷嘴的外环狭缝挤出至沉淀浴中；同 时 c) 通过所述喷嘴的内孔挤出中心流体； d) 洗涤所获得的膜；并随后 e) 将所述膜干燥； 其中，所述聚合物溶液包含相对于所述聚合物溶液的总重量为2至6wt%的重均分子 量为1，〇〇〇至2, OOOkDa的聚乙烯吡咯烷酮。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述聚合物溶液包含相对于所述溶液的总重量为8 至12wt%的聚丙烯腈。
7. 如权利要求5或6所述的方法，其中所述聚合物溶液根据DIN EN ISO 1628-1，在 22°C测量的粘度为 50, 000 至 140, OOOmPa · s。
8. 如权利要求5至7中任一项所述的方法，其中所述中心流体包含相对于所述中心流 体的总重量为20至40wt %的水和60至80wt %的NMP。
9. 如权利要求5至8中任一项所述的方法，其中所述沉淀浴包含相对于所述沉淀浴的 总重量为20至40wt %的水和60至80wt %的NMP。
10. 如权利要求5至9中任一项所述的方法，其中所述喷丝头的温度为25至50°C。
11. 如权利要求5至10中任一项所述的方法，其中所述膜的纺丝速度为5至10m/min。
12. 如权利要求5至11中任一项所述的方法，其中所述膜在干燥后用25至50kGy的 β-辐射或电子束灭菌。
13. -种扩散装置和/或过滤装置，其包含权利要求1-4中任一项所述的膜或根据权利 要求5-12中任一项所述的方法制备的膜。
14. 权利要求1至4中任一项所述的膜或权利要求5至12中任一项所制备的膜用于从 液体中除去病毒颗粒的用途。
15. 根据权利要求14所述的用途，其涉及切向流过滤。
【文档编号】B01D71/44GK104321133SQ201480001311
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2013年2月25日
【发明者】马库斯·奥尔农, 贝恩德·克劳泽, 约翰内斯·格克勒, 费迪南德·施温格, 斯祖蒙·杜特扎克, 西门·贝特尔 申请人:甘布罗伦迪亚股份公司