陶瓷全血中空纤维膜过滤介质及其用于自全血分离血浆/血清的用图_2

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术语"无细胞的"描述了在其体积中没有或基本上没有细胞(红细胞、 白细胞、血小板)的血浆/血清样品,其通过例如离屯、而制备。需要基本上无细胞或无细胞 的样品,用于后续血浆/血清分析,W防阻塞分析系统。
[0042] 对于实施例中的血浆分析,选择W下分析物,其包含相关分子组。用肝素稳定化的 全血的分析物的参考浓度范围取决于所用的测量技术。W下示例性的分析物的参考浓度范 围是通过来自西口子的分析装置"Dimension"而得到的。
[0043] 来自西口子的分析装置"Dimension"不仅可用于分析血浆,而且可用于分析血清。
[0044] 本文使用的表述"确保血浆或血清的渗透性"优选地指待分析的上述血浆或血清 成分在过滤时无一被完全截留。优选地,待分析的血浆或血清成分的浓度在过滤时与全血 样品相比没有明显改变。更优选地,待分析的血浆或血清成分的浓度的改变不超过约50%、 优选地不超过约35%、更优选地不超过约10%、最优选地不超过约8%。
[0045] 本文使用的术语"溶血"是指例如因化学、热或机械影响所致的红细胞破裂,导致 血红蛋白和其它内在成分释放到周围液体中。溶血可W通过在血浆/血清中显示粉红色至 红色色调而目测。溶血在血清和血浆样品中经常发生并且可W损害血液分析的实验室测试 参数。溶血可W从两个来源而发生。体内溶血可能是因为病理条件例如自身免疫溶血性贫 血或输血反应所致。体外溶血可能是因为不适当的标本样品采集、标本样品处理或标本样 品运输所致。具体地讲,溶血可能是由高压降和高剪切或延伸率所致,其可在例如过滤过程 期间当样品穿过多孔过滤介质时发生。溶血的其它重要因素是细菌污染、压力、溫度、渗透 环境、抑值、与表面接触、摩擦力、血液老化和未分离全血样品的胆存时间。
[0046] 溶血程度可与具有某浓度的血红蛋白化b、Hgb)的血浆参考溶液(参见例如,图1) 相比而目测。与不含血红蛋白的参考溶液具有相同颜色的血浆样品显示无溶血(样品被归 类为"0")。与包含约50mg/dl血红蛋白的溶液具有相同的或更少的红色的血浆样品显示 基本上无溶血(样品被归类为"η")。在运一方面,"基本上无溶血"是指血浆样品显示的 溶血程度仍然足够低,W确保样品可W通过例如来自西口子的血浆分析装置"Dimension" 而被分析并具有令人满意的结果。与包含约100mg/dl血红蛋白的溶液具有相同的或更少 的红色的血浆样品显示中度溶血(样品被归类为"m")。与包含高于100mg/dl血红蛋白 含量的溶液具有相应的颜色的血浆样品显示高度溶血(样品被归类为"h")。包含20、50、 100、250、300和1000mg/dl的参考溶液在图1中提供。
[0047] 对于全血过滤,原则上有不同的过滤工艺可用。根据工艺技术,过滤工艺可细分为 3种不同操作模式: ?死端过滤作为静态操作模式 ?错流过滤作为动态操作模式 ?淹没式过滤系统在死端操作模式中,进料流(feedflux)通常与中空纤维膜过滤介 质表面垂直,滤液通常垂直流过中空纤维膜过滤介质,使得死端模块作为两端模块而操作。 截留的所有颗粒都沉积在膜表面。所谓的覆盖层导致时间依赖性、渐增的流动阻力并且通 过膜的渗透通量随时间而减少,通常是W恒压操作模式。在某过滤时间间隔后,必须冲洗模 块W去除覆盖层。通常,死端过滤是不连续工艺。
[0048] 在错流过滤模式中,通常存在平行于在进料一侧的中空纤维膜过滤介质表面的 流。亦在错流模式中,分离的颗粒沉积在膜表面并构成覆盖层。在进料流平行于覆盖层时, 对于覆盖层形成有控制机制。在膜表面引起错流剪切力,其可将沉积颗粒从覆盖层转移到 进料流中。覆盖层可W变成稳定状态,如果颗粒沉积和颗粒的二次夹带之间达到平衡的话。 如果覆盖层压降增加的话,用过滤渗透液施加恒定的或脉冲的反向冲洗,W去除覆盖层。
[0049] 因此,本文使用的术语"错流过滤"是指运样的过滤工艺:其中进料流切向地穿过 中空纤维膜过滤介质或另一类型的过滤介质的表面,并且产生两个引出流。渗透液或滤液 流是穿过过滤介质的液体部分。该渗透液或滤液应含有与起始进料流相同的百分率的可溶 性和/或不溶性成分,条件是运些成分小于过滤介质的孔径。截留流是进料流的剩余部分, 其不能穿过过滤介质,但可W继续流过过滤介质,从而"清洁"和增厚。该"清洁"应理解为 使用切向流将阻止更厚的颗粒堵塞膜,正如在死端过滤工艺中在滤饼中观察到的那样。可 W通过将截留物重复通过过滤介质而增加滤液体积。除了从滤器壳体一侧向另一侧的脉冲 流之外,回路操作模式原则上也是可W的。
[0050] 原则上,"错流过滤"对于本发明的目的即全血过滤而言是高度有利的,因为它特 别适于对压力和剪切力敏感的血细胞。尤其是红细胞对于导致细胞变形的静压降非常敏 感。沿着膜的错流流动的应用保持细胞在液相运动并远离膜表面,使得可用升高的跨膜压 力进行过滤、同时降低溶血风险,因为高的跨膜压力W及因高的细胞量所致的过滤介质阻 塞可W被有效地避免。为了得到血浆/血清用于进一步分析或胆存,通过错流过滤而过滤 的全血样品通常的体积为约0. 01至约10ml。
[00川本文使用的"由外而内(outside-in)"或"外-内(out-in)"错流过滤描述了管状 或毛细管状的过滤介质例如中空纤维膜过滤介质的操作模式。在该操作模式中,进料流在 外部和介于过滤模块外壳一侧的过滤介质之间流动,滤液穿透通过过滤介质壁到内部。截 留通常发生在过滤介质的外表面上,有时低程度地发生在过滤介质本身内。
[005引本文使用的"由内而外(inside-out)"或"内-外(in-out)"错流过滤描述了相 比"外-内"操作模式而言的中空纤维膜过滤介质的相反的操作模式。进料在过滤介质内 流动,滤液穿透通过过滤介质壁到达外部。截留通常发生在管状过滤介质的内表面上,有时 低程度地发生在过滤介质本身内。示例性的内-外错流过滤模块见图2。
[0053] 外-内结构提供了在中空纤维膜过滤介质周围流动的进料量的更多灵活性,而相 比外-内结构,内-外结构提供了穿过中空纤维膜过滤介质的忍化ore)的更多限定的和均 匀流动分布。内-外布置接近仿生学原则:当血细胞将自身排列在血流中间,当流速最高 时,在狭窄毛细管中的血流倾向于在临近容器壁产生几乎无细胞的边界血浆层。认为运样 的细胞分布促进过滤,因为该细胞分布降低了孔堵塞和后续溶血的风险。
[0054] 本文使用的术语"中空纤维膜过滤介质"是指膜过滤介质,优选管状或毛细管状, 其优选地适用于错流过滤,更优选地适用于内-外过滤模式。用内-外过滤模式,死端过滤 也是可W的。然而,错流过滤是本发明优选的。同样,用外-内过滤模式,错流和死端过滤 也是可W的,其中也优选错流过滤。可W通过称为相转化的技术,制备运样的中空纤维膜过 滤介质。可w通过溶剂蒸发、非溶剂沉淀和热凝胶化达到相转化。原则上,相分离工艺可w用于例如大量聚合物,但也可用于玻璃和金属合金。然而,所述工艺也可用于陶瓷材料。
[00巧]陶瓷中空纤维膜过滤介质在原则上可W通过如下所述的相转化过程而制备。
[0056] 通过研磨和揽拌,制备包含至少一种陶瓷粉末材料(原粉(primarypowder))、至 少一种聚合物、和至少一种溶剂、和任选地分散剂、聚合物添加剂和/或烧结助剂的粘性纺 丝液(spinningdope)。优选聚合物在溶剂中是可溶性的。优选的聚合物在运一点上是例 如,聚丙締腊或聚酸讽;优选的溶剂是例如,η-甲基-化咯烧酬。至少一种陶瓷粉末材料优 选地包括氧化侣作为主要成分。聚合物的量占纺丝液总重量的约1重量%至约50重量%, 溶剂的量占纺丝液总重量的约10重量%至约90重量%,陶瓷粉末材料的量占纺丝液总重量 的约3重量%至约50重量%。至少一种陶瓷粉末材料优选地具有体积中位的颗粒直径,从 约0. 1至约2. 0化,优选地约0. 1至约1. 5化。典型地,将更多添加剂成分与纺丝液匀浆, 例如,分散剂、聚合物添加剂、烧结助剂和其它。运些更多的添加剂成分通常使用量至多占 纺丝液总重量的约5重量%。
[0057] 匀浆后,引导纺丝液通过多组分喷嘴的环形横截面,使陶瓷中空纤维膜过滤材料 具有中空纤维结构。引导忍液化orefluid)通过喷嘴,沿着喷嘴轴通过孔体积。纺丝液的 纺丝速率优选地是约0. 5m/min至约15m/min。忍液的流体速度优选地是从约0. 06m/min 至约60m/min。运是指体积流率,对于纺丝液而言通常从约0. 01升A至约5升A,对于忍 液而言通常从约0. 007升A至约2. 8升A。纺丝工艺在周围溫度范围约10°C至约40°C、 优选约18°C至约30°C下进行。施加在纺丝喷嘴前面的纺丝液上的超压优选低于10bar。 在更优选的操作模式中,其低于6 bar。
[005引当纺丝液在喷嘴口接触非溶剂(通常水性沉淀浴)和接触忍液时,纺丝液内的溶 剂通过水而去除并且纺丝液固化(相转化),因为聚合物在沉淀浴中不溶。典型地,忍液具 有与沉淀浴液(在其中引导纺丝液)相同的组成。通过让纺丝液与忍液和沉淀浴接触,在 中空纤维内外表面开始内外沉淀工艺。根据沉淀浴和忍液的溶剂含量不同并根据添加剂、 溫度和沉淀浴和忍液的粘度不同,影响了扩散过程,运在沉淀期间控制多孔膜结构的形成。 用高扩散速率,产生指孔(fingerpore)结构,用低扩散速率,产生海绵状膜结构。
[0059] 当纺丝喷嘴口浸入沉淀浴时,通常将纺丝液直接引入沉淀浴。在另一个优选的纺 丝工艺设计中,在纺丝喷嘴口和沉淀浴表面之间调节最大长度为10cm的气隙。优选地,在 沉淀浴中和忍液中使用的水是经反渗透而产生的无离子水,W防因来自中空纤维膜过滤介 质生产的截留的离子所致的过滤期间渗透液的血浆/血清的失真(falsification)。
[0060] 固化的聚合物预先限定了中空纤维膜过滤介质结构。所得生巧纤维(green fiber)沉积在沉淀浴中,剩余溶剂分子被洗掉。然后将所得生巧纤维在约4(TC至约90°C 的溫度干燥约1小时至约24小时的时间。然后将纤维加热并保持在约200°C至约600°C的 溫度下。在该时间内,聚合物被烧光,即从纤维中去除。然后将纤维进一步加热并保持在约 1000乂至约2000乂、优选约1350。C至约1700。C的溫度达约至少1. 0小时的时间间隔、 优选1. 5-12小时的时间间隔,陶瓷材料被烧结。在该烧结过程期间产生最终的陶瓷中空纤 维膜过滤介质结构。从该过程,产生单层陶瓷中空纤维膜过滤介质,其可经历进一步表面改 性,例如通过对其进行涂覆或通过对其进行预处理,例如预先润湿。
[0061] 从沉淀步骤直到烧结步骤结束,通常纤维直径发生热收缩。运样的收缩为设及沉 淀步骤后起始纤维直径的约5%至约30%。
[0062] 该过程的基本概念W及产生陶瓷中空纤维过滤介质的物理和技术原理描述于已 授予的专利DE199 10 012C1。本发明人的该过程和专利DE199 10 012C1中描述的过 程有一些基本差异。所W专利DE199 10 012C1描述了运样的过程:其中两种聚合物溶液 用于产生多层材料,而在本发明人的过程中仅一种含有陶瓷粉末材料的聚合物溶液用于产 生单层中空纤维膜过滤介质。此外,专利DE199 10 012C1描述了运样的过程:其中多糖、 多糖衍生物或聚乙締醇用作聚合物,而在本发明人的过程中使用聚丙締腊或聚酸讽。此外, 专利DE199 10 012C1描述了运样的过程:其中胺-η-氧化物用作溶剂,而在本发明人的 过程中例如,η-甲基-化咯烧酬用作溶剂,用于制备纺丝液。
[0063] 通过相转化的中空纤维膜过滤介质的生产亦描述于由本申请人提交的专利申请DE101 48 768Α1 中。
[0064] 或者,陶瓷中空纤维膜过滤介质可W通过高压挤出工艺来生产,其也是基于通过 相转化的纤维生产。在运种情况下,挤压纺丝液使其通过穿孔板,而非多组分喷嘴。穿孔板 也被设计为具有多组分开口。将纺丝液的丝线(string)引入沉淀浴并且纺丝液固化为生 巧纤维几何形状,如前所述。施加在穿孔板前面的纺丝液上的压力为至少20bar。
[0065] 或者,陶瓷中空纤维膜过滤介质可W通过高压挤出工艺而生产,不使用相转化 效应。在运种情况下,从粘性聚合物烙化物或溶液中直接挤出纤维并在挤出工艺后直 接干燥和烧结。用于陶瓷中空纤维膜生产的该方法描述于专利申请W0 94/23829和W0 2008/016292Al〇
[0066] 将其制备后,陶瓷中空纤维膜过滤介质应当带手套来处理W防皮肤脂质污染。
[0067] 本文使用的术语"陶瓷材料"是指用金属和非金属化合物制成的无机材料。陶瓷 材料可W是结晶或部分结晶或无定形的。典型地,"陶瓷材料"由"陶瓷粉末材料"制成。具 体地讲,它可由陶瓷粉末材料悬浮液(在此是纺丝液)形成,得到生巧(greenbody)(在 此是生巧纤维)。通过加热作用(加热和烧结)和后续冷却使生巧形状稳定化。
[0068] 技术陶瓷材料也可分为W下不同的材料类别: -氧化物:例如氧化侣、氧化被、氧化姉、氧化错、氧化铁、氧化娃、氧化锭, -非氧化物:例如碳化物、棚化物、氮化物、娃化物, -复合材料:例如微粒强化的、纤维强化的氧化物和非氧化物的组合,和 -更多材料复合物:例如沸石类、巧铁矿等。依照本发明,陶瓷材料优选地包含金属 氧化物,其可选自氧化侣、氧化娃、氧化铁、氧化锭、氧化错。优选地,陶瓷材料主要包含氧 化侣,任选地与另一金属氧化物(例如二氧化铁)组合。特别优选的是,陶瓷材料包含氧 化侣,其量为至少约98wt. -%、优选地其量为约99wt. -%、更优选地其量为约99. 5至约 99. 9wt. -%;和任选地更多的金属氧化物,其量为约0至约2wt. -%、优选地为约0. 1至约1 wt. -%、更优选地为约0. 1至约0. 5wt. -%,基于陶瓷材料的总重量。
[0069] 本文使用的"侣氧化物"(氧化侣,Al2〇3)包含在陶瓷材料中作为α-氧化侣 (曰-ΑΙ2Ο3)或丫-氧化侣(Υ-ΑΙ2Ο3)。优选地,用于制备陶瓷材料的氧化侣粉末的体积中位 粒径是约0. 1至约2. 0化。
[0070] 对于中空纤维膜过滤介质,孔径对于达到自样品中理想地分离各成分(例如自全 血样品分离血浆/血清)而言是重要性质。孔径可W由被截留的分子的大小来限定(分子 量截止,MWCO)。或者,孔径可W由数量
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