专利名称：具有非离子表面活性剂的亲水膜的制作方法
具有非离子表面活性剂的亲水膜 发明领域本发明涉及补充了非离子表面活性剂或用其处理的亲水膜和制备这种膜的方法。 该膜尤其适合于血浆分离或血液透析或血液渗滤，但也可有利地在其他应用中使用。因 此，本发明进一步涉及这种膜分别用于血浆分离、血浆过滤、微滤、血浆治疗、血液透析、血 液渗滤或细胞过滤应用的用途。涂布的亲水膜显示出优良的生物相容性，例如血小板下降 (drop)减小和TAT水平下降。
背景技术：
本发明尤其涉及优选用于血浆分离的亲水微孔膜的处理。微孔膜的平均孔的尺寸 为约0. 05微米-约10. 0微米，但选择的孔的尺寸通常不超过1-2微米。血浆分离或血液成 分部分清除(apheresis)是其中供体或患者的血液被分离成血浆(即血液中不含细胞的组 分)和血细胞的医疗技术。由于数种原因，可进行血浆分离。在治疗性血浆去除术中，患者 血液中的分离的血浆被丢弃并被替代溶液或供体血浆替代再输回患者。这一方法可用于治 疗数种疾病和不适。例如，在免疫疾病中，血浆去除术可用于交换抗体、抗原、免疫复合物或 免疫球蛋白。在非免疫疾病中，血浆去除术便于耗尽代谢物、降解产物以及内源和外源性毒 素。在治疗性血浆去除术的变通方案，血浆分级中，患者血液中分离的血浆经历第二阶段， 进一步分离成高分子和低分子的血浆部分。丢弃高分子部分，而血浆中的低分子部分和血 液中的细胞组分被输入到患者体内。在称为血浆捐献的另一应用中，来自健康供体的分离 的血液血浆用于治疗性血浆交换或者血浆组分分离以供药物目的。可通过离心或者通过使血液流经血浆分离膜，实现全血分离成血浆和细胞组分。 在开发血浆去除术过程中，首先使用不连续的离心，然后在70年代初，更换为连续离心体 系。离心技术的优点是快速且成本低廉；然而，它们常常遭遇在分离的血浆内留下细胞杂质 或细胞残骸的问题。在70年代后期，首次在血浆去除法中引入了膜体系，从而克服了离心 体系的缺点。尽管相关，但血浆分离膜的要求完全不同于透析膜的要求。血浆分离利用通过过 滤分离的效果，相反，透析利用渗透和扩散。筛分系数决定了通过过滤方法消除了多少化合物。筛分系数定义为滤液内化合物 的浓度与血液内这一化合物的浓度之比。筛分系数0是指化合物不能通过膜。筛分系数1 是指100%的化合物可通过该膜。为了设计血浆分离膜，理想的是，全部血浆蛋白质可通过 过滤膜，而细胞组分被完全保留。用于血浆去除术的血浆分离膜的要求可概述为下述特征(1)全谱血浆蛋白质和 脂蛋白的高渗透率或高筛分系数；(2)膜的高表面孔隙率和总孔隙率，以实现高的过滤性 能；⑶亲水、自发可润湿的膜结构；⑷低的结垢性能以供长期稳定过滤；(5)低的蛋白质 吸收；(6)与血液接触的表面光滑；(7)在血液加工过程中没有溶血倾向或者倾向低；(8) 在整个处理过程中恒定的筛分性能和过滤行为；(9)高的生物相容性，没有补体活化，低的 血栓形成(thrombogenicity) ； (10)机械稳定性；(11)通过蒸汽、Y射线和/或ET0灭菌；(12)可提取物含量低。在欧洲专利申请No. 06116781. 3和欧洲专利申请No. 06116786. 2中详细地公开了 证明了具有上述特征的特别合适的膜，这两篇在此通过参考包括在本发明中。本发明的膜材料是具有相对高亲水性能的聚合物组合物。与“疏水”膜相反，“亲 水”膜可根据本发明定义为在没有润湿助剂的情况下它们自发地水可润湿的能力。与其形 状无关，若膜被水基本上无斑点地润湿，则该膜被称为容易或自发地水可润湿性的。此时， 例如从干燥的试验膜中冲切出一片平坦的膜(直径50mm)并置于20°C的水上。1分钟之后， 肉眼检测膜是否无斑点地被水润湿。亲水膜或者可描述为与施加的水具有低的接触角。确 实，当一滴水置于亲水、可自发润湿的膜或由其形成的介质上时，液滴渗透并润湿膜，从而 有效地提供0接触角。通常有利的是在血浆分离应用中使用亲水膜，因为在过滤性方面，这种膜显示出 较好的性能且具有降低的吸收血液组分的倾向，并进而显示出较好的血液相容性。以上提 及的膜属于这一组有利的亲水膜。即使所述膜已经显示出用于血浆去除术的膜所需的所有特征，但仍需要改进的方 面以实现甚至更好的性能。这些方面特别是血栓形成的改进和与血液组分的相互作用降 低，这些仍然可在采用亲水膜的情况下，在一定程度上观察到。本发明还涉及用于血液透析或血液渗滤的半渗透亲水膜，所述膜用非离子表面活 性剂处理或补充了非离子表面活性剂用以改进这些膜的生物相容性，特别是其血栓形成问 题。此处使用的措辞“非离子表面活性剂”是指没有解离的表面活性剂，称为非离子表 面活性剂。该分子不带电。非离子表面活性剂的亲水基团是聚合的环氧烷，优选环氧乙烷 (典型地具有10-100个单元长度的水溶性聚醚)。非离子表面活性剂包括醇乙氧化物、烷 基酚乙氧化物、苯酚乙氧化物、酰胺乙氧化物、甘油三酯乙氧化物(大豆油和蓖麻油乙氧化 物)、脂肪酸乙氧化物和脂肪胺乙氧化物。其他重要的非离子表面活性剂是其中亲水基团是 糖类(多糖)的烷基糖苷。在本发明的上下文中，优选的非离子表面活性剂是聚氧乙烯脱 水山梨醇表面活性剂。本发明还涉及用非离子表面活性剂，优选聚氧乙烯脱水山梨醇表面活性剂，更优 选聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯(聚山梨醇酯20或Tween 20)处理半渗透亲水膜的 方法以供血液透析或血液渗滤。尝试改进疏水膜的性能是现有技术众所周知的，因为这些膜通常遭受低过滤性能 和高的吸收血液组分倾向的问题。在EP0188104A2中，公开了通过喷洒或浸渍聚合物表面在优选例如聚山梨醇酯 20、40、60或80的非水溶液内，接着直接干燥，改进由例如聚丙烯、聚酯、聚乙烯和/或聚氨 酯制备的多孔疏水聚合物表面的润湿性的方法。所使用的溶液内聚山梨醇酯的浓度在约 0. 1-0. 5% w/v 范围内。在JP61-133105中，公开了通过在含0.001-10% (w/w)例如聚氧乙烯脱水山梨醇 脂肪酸酯的水溶液内浸渍优选由聚乙烯制备的疏水多孔膜一定时间，接着干燥，改进该膜 的渗透性和润湿性的方法。在JP63-277251中公开了通过在例如含0. 001_15% w/w例如聚氧乙烯脱水山梨醇烷酯表面活性剂(单月桂酸酯)的水溶液内浸渍孔的尺寸为0.01-5微米的多孔疏水聚砜 基膜一定时间，接着高频干燥，改进该膜的通透率的方法。EP1334763B1也要求保护在表面上用0.002-25% w/w聚氧乙烯脱水山梨醇表面 活性剂，例如已经公开于JP63-277251中的表面活性剂涂布的多孔、疏水的聚砜基膜。与 JP63-277251的唯一区别在于施加表面活性剂的方法，因为它另外包括漂洗膜，从膜上除去 过量表面活性剂的步骤。然而，以上提及的参考文献以及任何其他现有技术无一提及不仅可通过用非离子 表面活性剂另外处理改进疏水膜，而且，令人惊奇地，可通过这种处理改进亲水膜。这是令 人惊奇的，因为人们认为亲水膜不要求润湿性或透水率的改进，而这对疏水膜来说，是显而 易见的情况。事实上，已经令人惊奇的是，可用聚氧乙烯脱水山梨醇涂布亲水膜，其程度使 得这种亲水膜的生物相容性产生差别。发明_既述本发明基于下述发现令人惊奇地，可用非离子表面活性剂处理亲水膜，和这种涂 层在处理膜的血液相容性方面产生差别。本发明的目的因此是提供用以医疗用途，尤其在血浆分离应用中使用的亲水膜， 优选中空纤维膜，以及在血液透析或常规的血液渗滤中使用的中空纤维膜，其相对于现有 技术的膜，特别是在血液相容性高和与血液组分的相互作用下降方面，具有改进的性能，并 提供制备这一膜的方法。通过本发明的方法可获得或获得的膜来解决本发明的这一和其他目的。因此，根 据本发明，还提供制备改进的亲水膜的方法。附图简述
图1 扫描电镜(SEM)表明可根据本发明处理的血浆分离膜的血液接触表面(内 侧)的形态。图2 在外壳(1)内用非离子表面活性剂处理膜的可能方式的示意布局。该布局 描绘了膜的静态处理。在泵(3)的辅助下，表面活性剂(2)的溶液转移到外壳内，于是它流 过无菌过滤器(4)。在其中溶液保留在过滤器内给定时间之后，用过的溶液收集在另一容器 (5)内。图3 未处理的微孔膜(_ ▲-)和用1. 0wt% (_ ■-)和0. 5wt% (- -)的聚山 梨醇酯20溶液处理过的微孔膜的血小板计数(血液出口(blood out)，UF校正)。图4 未处理的微孔膜(_ ▲-)和用1. 0wt% (_ ■-)和0. 5wt% (- -)的聚山 梨醇酯20溶液处理过的微孔膜的TAT生成(血液出口 )。图5 在灌注未处理的微孔膜(-*_)和用1. 0wt% (- ■-)聚山梨醇酯20处理过 的微孔膜的过程中血浆中的tcc生成(血液出口)。为了比较，示出了 Cuprophan 膜 (- -)的tcc生成。图6 在未处理的微孔膜(_ -)和用1. 0wt% (- ▲-)聚山梨醇酯20处理过的 微孔膜的灌注过程中的TCC生成(UF)。图7 在未处理的微孔膜(_ ■-)和用1. 0wt% (- -)聚山梨醇酯20处理过的 微孔膜的灌注过程中，在血浆(血液出口)内的激肽释放酶样活性(激肽释放酶02巨球 蛋白络合物)。符号(-▲_)表示阳性对照。
图8 在亲水半渗透的透析中空纤维膜的灌注过程中的血小板计数。用聚山梨醇 酯20 (0. 2wt.-% )预处理描述为透析1 (_ ■ _)和透析2 (- ▲-)的膜。描述为透析3 (- -) 的膜对应于膜透析1和2，但没有用聚山梨醇酯20处理过。描述为透析4(-令_)的膜是具 有稍微不同配方(recipe)的另一未处理的膜。图9 亲水半渗透的透析中空纤维膜的TAT生成。用聚山梨醇酯20(0. 2wt.-% ) 预处理描述为透析1 (_ ■ _)和透析2 (- ▲-)的膜。描述为透析3 (- -)的膜对应于膜 透析1和2，但没有用聚山梨醇酯20处理过。描述为透析4(-令_)的膜是具有稍微不同配 方的另一未处理的膜。发明详述根据本发明处理的膜例如是多孔的亲水膜，优选中空纤维膜(它优选用于血浆过 滤)。可根据本发明处理的其他膜包括亲水的半渗透膜，它优选用于血液透析或血液渗滤。 可使用得到亲水膜，优选中空纤维膜的任何合适的聚合物，制备此处描述的膜，所述膜将满 足所要求的生物相容性要求和性能。这种膜材料和表面必须高度生物相容且抗凝、抗蛋白 质粘合和抗与免疫系统组分有害的相互作用。中空纤维膜的结构强度必须足够高到安全地 耐受液压和物理干扰。血浆过滤所使用的膜还必须设计具有能通过从纤维内部(腔)过滤到外部，从全 血中分离血浆的形态。可用于制备以上提及的膜的许多潜在合适的聚合物纤维膜材料包括聚氨酯、聚丙 烯、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、尼龙、聚酰亚胺、聚硅氧烷或其他合成树脂，或本领域技术人员 已知的两种或更多种聚合物的结合物。优选的聚合物是聚砜，和更优选聚醚砜和聚芳基醚 砜。可在聚合物掺杂剂(dope)、芯流体(core fluid)和凝结流体存在下，使用包括实现 所需产品的膜纺丝(spinning)方法在内的方法，生产这种聚砜纤维。在聚合工艺、纺丝 工艺和/或纤维膜生产中所使用的这种添加剂材料的实例包括聚乙烯基吡咯烷酮、N-烷 基-2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲亚砜和两种或更多种这些材料 的混合物。优选地，根据本发明处理的膜是亲水的微孔膜，优选中空纤维膜，它包括至少一种 聚砜、聚醚砜或聚芳基醚砜，和进一步包括聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和N-烷基-2-吡咯烷 酮(NAP)或N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。更优选，根据本发明处理的膜是微孔的亲水膜，其优选具有中空纤维的几何形状。 制备本发明优选膜的方法包括下述步骤i.经中空纤维的纺丝喷嘴的外环裂缝(slit)挤出聚合物溶液，同时经中空纤维 纺丝喷嘴的内部钻孔挤出中心流体到沉淀浴内，其中ii.聚合物溶液含有10_26wt%聚砜(PSU)，聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)， 8-15wt%聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，55-75wt%N-烷基-2-卩比咯烷酮(NAP)或N-甲基-2-吡 咯烷酮(NMP)和3-9wt%水，iii.中心流体含有70_90wt% N-烷基_2_吡咯烷酮(NAP)或N-甲基_2_吡咯烷 酮(NMP)和 10-30wt%水，和iv.沉淀浴含有0_20wt % N-烷基_2_吡咯烷酮(NAP)或N_甲基_2_吡咯烷酮 (NMP)和 80-10(^1%水。
在所述方法的一个实施方案中，聚合物溶液含有15_21wt%聚砜(PSU)，聚醚砜 (PES)或聚芳基醚砜(PAES)，10-12. 5wt%聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，和60_70wt % N-烷 基-2-吡咯烷酮(NAP)。在所述方法的另一实施方案中，聚合物溶液含有17_19wt%聚砜(PSU)，聚醚砜 (PES)或聚芳基醚砜(PAES), 10. 75-11. 75wt%聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，和63-66. 5wt% N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)。在所述方法的另一实施方案中，聚合物溶液含有4_8衬％水。在本发明方法的再一 实施方案中，聚合物溶液含有5_7wt%水。在本发明方法的再一实施方案中，聚合物溶液含 有约6wt%水。在所述方法的这些实施方案中，要求中心流体含有70_90wt% N-烷基_2_吡咯烷 酮(NAP)和 10-30wtWjC。在所述方法的这些实施方案中，进一步要求沉淀浴含有0_20wt % N-烷基-2-吡咯 烷酮(NAP)和80-100wt%水。在沉淀浴中使用大于20wt%N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)会 引起在膜形成过程中膜不稳定。制备这种微孔膜的方法对本领域的技术人员来说通常是已知的或者详细地公开 于以上提及的欧洲专利申请Nos. 06116781. 3和06116786. 2中。图1描绘了显示可根据本发明处理的血浆分离膜的血液接触表面形态的扫描电 镜(SEM)。优选地，根据本发明处理的血浆过滤膜的特征在于总的血浆蛋白质筛分系数> 0. 90，优选> 0. 95。对于血浆分离应用来说，优选中空纤维膜的内径范围为100-500微米， 优选150-450微米，更优选200-400微米。较低内径是不利的，因为它们导致太高的侧壁 剪切速度和纤维或整个过滤组件内增加的压降。另一方面，若内径太高，则这会导致太低的 剪切速度，剪切速度太低会增加在低跨膜压力(TMP)下的溶血危险。对于血浆分离应用来 说，进一步优选中空纤维膜的壁厚范围为20-150微米，优选30-125微米，更优选40-100微 米。较低的壁厚是不利的，因为在生产过程中和在血浆分离组件本身内使用过程中纤维的 机械性能下降。较高的壁厚是不利的，因为它们要求增加的时间间隔以进行相翻转工艺，从 而导致不稳定的工艺条件和不稳定的膜。对于血浆分离应用来说，进一步优选中空纤维膜 在膜内的选择性分离层的平均孔径范围为0. 1-1微米，优选0. 1-0. 7微米，更优选0. 1-0. 4 微米。选择性分离层中较低的平均孔径是不利的，因为全部血浆蛋白质没有完全流过多孔 结构。选择性分离层中较高的平均孔径是不利的，因为增加溶血危险(细胞破裂)。可根据本发明处理的其他膜是亲水的半渗透膜，优选中空纤维膜，它用于血液透 析或血液渗滤。根据本发明处理的这些膜优选是中空纤维膜，它包括至少一种聚砜、聚醚砜或聚 芳基醚砜和进一步包括聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。它们可 进一步包括其他疏水聚合物，例如聚酰胺，其优选占制备膜所使用的聚合物溶液总重量的 0. 01-5wt%的低用量。优选地，所述亲水半渗透膜是平均孔的尺寸为约1纳米_约20纳米的不对称膜。 优选地，平均孔的尺寸低于8纳米，更优选低于6纳米。这一膜的特征进一步在于对清蛋白 的筛分系数低于0.01。
优选地，这一膜包括聚砜、聚醚砜或聚芳基醚砜，其用量为制备该膜所使用的聚合 物溶液总重量的10_30wt%。优选的量为10-20wt%。优选聚醚砜和聚芳基醚砜，特别优选 聚芳基醚砜。
聚合物溶液中的亲水组分PVP优选由50_90wt% (以相对于亲水聚合物总重 量的重量计)的分子量低于100,000的低分子量组分和10-50衬％分子量为大于或 等于100,000的高分子量组分组成。低分子量组分与高分子量组分之比也可定义为 1:7-7:1。以制备亲水半渗透膜的溶液总重量的重量计，针对聚砜、聚醚砜或聚芳基醚砜，优 选含量范围为10-30wt%，优选10-20wt%，而针对PVP为20-20wt%，优选3_15wt%。为了制备实施例6中所使用的优选的亲水的血液透析膜，要求中心流体含有 40-50wt% N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和50-6(^卞％水，优选43-48wt % N_甲基-2-吡咯 烷酮(NAP)和53-59wt%水。纺丝溶液包括10-20wt%聚芳基醚砜和5_9wt%聚乙烯基吡咯 烷酮，其中聚乙烯基吡咯烷酮由以上所述的低分子量组分和高分子量组分组成。制备这种亲水的半渗透膜的方法通常是已知的，且例如公开于US4，935，141A、US 5，891，338A、US 6，355，730B1 或 EP 1715941A1 中。没有特别限制根据本发明处理和使用的亲水膜的形状，和可以是管状、平坦的，或 者优选是中空纤维形状。可用前面所述的非离子表面活性剂处理以上所述的亲水膜。优选地，这种非离子 表面活性剂是至少一种聚氧乙烯脱水山梨醇表面活性剂的水溶液。优选地，所述聚氧乙烯 脱水山梨醇选自聚氧乙烯脱水山梨醇酰酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱 水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇三硬脂酸酯 和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，例如聚山梨醇酯20(Tween 20或聚氧乙烯(20)脱水 山梨醇单月桂酸酯)、聚山梨醇酯40(Tween 40或聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单棕榈酸 酯)、聚山梨醇酯60(Tween 60或聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单硬脂酸酯)和聚山梨醇 酯80(Tween 80或聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单油酸酯)。所提及的每一种聚氧乙烯脱 水山梨醇化合物可或者单独或者与另一种聚氧乙烯脱水山梨醇结合使用。在本发明的上下文中，优选聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯。特别优选商业上称 为Tween 20的聚山梨醇酯20(CAS No. 9005-64-5)用于处理本发明的膜，以便改进生物 相容性，例如减少血小板下降和TAT水平下降。聚山梨醇酯20是其稳定性和相对非毒性使 得它可在家庭、科学和药学应用中用作洗涤剂和乳化剂的聚山梨醇酯表面活性剂。它是脱 水山梨醇单月桂酸酯的聚氧乙烯衍生物，且通过聚氧乙烯链的长度与Tween系列中的其他 成员相区分。商业产品含有一系列范围的化学物种。根据本发明，可用基本上由至少一种以上提及的聚氧乙烯脱水山梨醇化合物或其 结合物组成的水溶液处理膜。优选地，该溶液含有0.05wt% -20wt%这种聚氧乙烯脱水山 梨醇。聚氧乙烯脱水山梨醇的浓度优选为0. lwt% -10wt%，更优选0. 2wt% -5wt%，和甚 至更优选0. 2wt% -2wt%。证明0. 2-1. 5衬％的聚氧乙烯脱水山梨醇浓度是特别有利的。因此，优选根据本发明，用具有0. 05wt% _20wt%在水中溶解的聚山梨醇酯20的 溶液，更优选0. lwt% -10wt%，更优选0. 2wt% _5wt%，和甚至更优选0. 2wt% _2 丨％在水 中溶解的聚山梨醇酯20的溶液，和最优选0. 2wt% -1. 5wt%在水中溶解的聚山梨醇酯20的溶液处理膜。制备聚氧乙烯脱水山梨醇溶液所使用的水优选软化且脱气。优选在具有入口和出口部分的外壳内处理膜，即采用例如含该膜的过滤器装置进 行处理。尽管根据本发明还可在外壳外部处理任何膜，但通过在外壳内使膜或膜纤维均勻 地分布，进而使得能均勻地分布聚氧乙烯脱水山梨醇溶液，和因此更加均勻地涂布膜，从而 改进涂布工艺。涂布工艺的效率也得到改进，因为例如过滤器可随后进一步加工成成品且 不必再次处置处理过的膜。然而，还可在将膜转移到这一外壳内之前，处理膜，这例如取决 于其最终目的。在将膜转移到外壳内之前进行处理的情况下，可通过在溶液内浸泡或浸渍 该膜，通过在膜上喷洒溶液或者用该溶液漂洗膜，从而进行处理。还可在纺丝工艺过程中引入聚氧乙烯脱水山梨醇作为聚合物和/或中心溶液的 组分。例如，可改进聚合物的配方并添加聚氧乙烯脱水山梨醇到聚合物溶液内，从而降低已 有聚合物配方的溶剂含量。所添加的用量可在0. l_10wt%之间，优选为0. l-5wt%变化。必 须调节纺丝条件，以便实现具有所要求的分离特征和表面性能的微孔海绵状结构。还可通 过添加在制备膜的方法中所使用的聚氧乙烯脱水山梨醇到中心(钻孔)流体内，降低该组 分的用量。必须调节在中心(钻孔)流体内聚氧乙烯脱水山梨醇的用量到纺丝条件，且可 在0. 1_10衬％之间变化，优选0. l-5wt%之间变化。此外，可使用三层喷丝器(或多层喷丝 器)，制备这类膜。在这一情况下，在三层喷丝器内所使用的两种聚合物溶液中的仅仅一种 (在彼此之上形成两层聚合物层，形成膜的侧壁)含有聚氧乙烯脱水山梨醇。优选添加聚氧 乙烯脱水山梨醇到形成血液接触表面的溶液中。本发明因此还涉及处理亲水膜，优选亲水中空纤维膜，和特别优选亲水的微孔中 空纤维膜的方法与工艺。在其制备之后，根据本发明用聚氧乙烯脱水山梨醇溶液处理膜的方法可概述如 下(a)提供聚氧乙烯脱水山梨醇在水中的溶液；(b)使该亲水膜与溶液接触；(c)从膜中除去该溶液，其中残留在膜上的溶液量应当不超过步骤(b)中施加到 膜上的溶液总量的25%，优选15% ；(d)干燥该膜。因此，在第一步中，通过在水中溶解聚氧乙烯脱水山梨醇，制备溶液。优选软化和 脱气的水。聚氧乙烯脱水山梨醇化合物，例如聚山梨醇酯20倾向于高度粘稠。因此，在将 聚氧乙烯脱水山梨醇加入到水中之后，应当仔细地优选在室温下搅拌该溶液约5-30分钟。 通常15分钟足够。在第二步中，用聚氧乙烯脱水山梨醇的溶液填充过滤器或待处理/涂布的膜在其 内分布的任何合适的容器。若使用过滤器装置，则应当在填充操作过程中，从血液和滤液侧 除去空气。可改变所使用的溶液量适应于所使用的过滤器类型或容器。在溶液再次从装置 中除去之前，溶液可残留在具有闭合端口的过滤器内给定的时间且没有摇动或在其他情况 下移动过滤器和/或内部的溶液。然而，有利的是，例如通过本领域技术人员已知的方式， 建立聚氧乙烯脱水山梨醇溶液从外壳的入口到出口的流动，循环该溶液经过过滤器装置。 循环该溶液会改进过滤器内部聚氧乙烯脱水山梨醇的均勻分布，结果，其均勻吸收到膜上。此外，可以降低获得膜的充足和均勻涂层所需的聚氧乙烯脱水山梨醇的时间和/或用量。可接触该膜与聚氧乙烯脱水山梨醇溶液数分钟到数小时。优选地，处理花费1分 钟-约2小时。在膜与聚氧乙烯脱水山梨醇接触小于1或2分钟的情况下，在膜上的聚氧乙 烯脱水山梨醇的用量不足。处理时间高于2或3小时尽管是可能的，但不是有效的，因为就 生物相容性来说，吸附到膜上的聚氧乙烯脱水山梨醇的效果在一定时间之后不再改进。优 选地，处理时间为2-60分钟，更优选5-45分钟。证明10-30分钟的处理时间是有效的。为 了改进处理的时间效率，聚氧乙烯脱水山梨醇在溶液内的浓度可以增加，而处理时间从例 如采用lwt%聚山梨醇酯20溶液的30分钟下降到采用2wt%聚山梨醇酯20溶液的10分 钟。在膜这样暴露于聚氧乙烯脱水山梨醇溶液过程中的温度可在宽的范围内变化。 4°C -约60°C的温度例如可有效地用于所需的工艺。根据本发明，用聚氧乙烯脱水山梨醇溶 液处理膜的优选温度范围为4°C -40°C。通过在室温，即18°C _25°C下进行处理，获得良好 结果，这对工艺效率来说也是优选的温度范围。作为任选的步骤和取决于待处理的特定膜，可以建议重复这一处理循环至少一 次。特别可建议重复将膜置于溶液中至少两次，其中聚氧乙烯脱水山梨醇溶液没有循环经 过过滤器或容器，而是静态的。在这一情况下，从含膜的过滤器或容器中除去溶液，并如前 所述再次填充过滤器或容器。可再利用聚氧乙烯脱水山梨醇溶液以供另外的处理循环，即 使也可使用新鲜的聚氧乙烯脱水山梨醇溶液。例如，可将膜置于聚氧乙烯脱水山梨醇 溶液中2次例如30分钟。图2描绘了在外壳内膜的处理的可能布局。在第三步中，从过滤器或容器中彻底除去聚氧乙烯脱水山梨醇溶液，其中应当仔 细尽可能多地除去该溶液。优选地，在膜上和/或在过滤器装置内，分别应当残留不大于 25%，更优选15wt%提供给膜的起始溶液。甚至更优选，残留在膜上和/或过滤器装置内部 的溶液量不应当超过起始使用溶液的12%，特别优选不超过8%。任选地，可在随后的步骤中，用溶剂漂洗膜，在该溶剂中各非离子表面活性剂是可 溶的。然而，证明这一漂洗步骤不是实现具有均勻涂层和相对于生物相容性来说显著改进 性能的膜的强制步骤。在漂洗的情况下，可能的溶剂例如是水，电解质的水溶液，例如盐水 缓冲溶液，例如磷酸盐缓冲溶液，醇，例如乙醇或甲醇或其混合物，有机溶剂，例如吡啶、氯 仿、环己烷、乙酸乙酯、甲苯或其混合物。对于聚氧乙烯脱水山梨醇表面活性剂来说，优选水 和电解质的水溶液。在这一情况下，对于任选的漂洗步骤来说，水是特别优选的。在第四步中，干燥膜。优选通过将涂布的膜置于空气流下，优选在30°C -60°C的 升高的温度下进行干燥。在过滤器装置的情况下，流速可在相对宽的范围内变化。可使用 l-10Nm3/h的流速而没有负面影响膜及其性能。有利地，在压力下，空气流经过滤器/膜，以 便还从膜中除去残留的聚氧乙烯脱水山梨醇，特别是在其中没有进行另外的漂洗步骤的情 况下。所使用的压力可适应于所使用的膜，以避免对膜的损坏。干燥所需的时间取决于所 使用的温度和流速，以及在膜和/或外壳上残留的聚氧乙烯脱水山梨醇溶液的用量。一般 地，应当继续干燥，直到残留的水量低于10g/0. 5m2膜材料，优选低于5g/0. 5m2。最优选为 0g-lg/0. 5m2。可直接包装，和例如蒸汽灭菌根据本发明制备/处理的膜而没有负面影响含本发 明非离子表面活性剂的膜。还可对处理过的膜进行ET0灭菌或干燥的射线灭菌。然而，优选蒸汽灭菌。还可在蒸汽灭菌之后，根据本发明处理膜。这一膜在处理之后必须通过二 次蒸汽灭菌或者通过ETO灭菌来再次灭菌。可例如通过测量在以上所述的步骤中，从处理容器，例如过滤器中除去的聚氧乙 烯脱水山梨醇溶液的汇集(pooled)部分内的聚氧乙烯脱水山梨醇的含量，间接测定最终 吸附到膜上的聚氧乙烯脱水山梨醇的用量。可通过反相HPLC(实施例3)，定量测定在所述 汇集部分内的聚氧乙烯脱水山梨醇的含量，并与最初施加到膜上的聚氧乙烯脱水山梨醇的 用量比较。
吸附到本发明的亲水膜上的用量为lmg-200mg/单位干重(g)亲水膜。优选地，用 量为50mg-100mg/单位干重(g)亲水膜(实施例4)。为了评估在涉及的例如根据本发明涂布的血浆过滤膜的治疗过程中，最终释放 到患者体内的聚氧乙烯脱水山梨醇的含量，基于模拟的血浆渗滤处理，进行试验(实施例 5)。在这些试验中，可表明在标准治疗过程中释放的聚氧乙烯脱水山梨醇非常低。总的释 放量例如远低于ADI，其中ADI是由FA0/WH0 Expert Committee针对食品添加剂建立的。 聚山梨醇酯s还得到FDA批准作为药物产品中的非活性成分。为了静脉内灌注和注射， Polysorabte 20的最大允许浓度范围为0. 4% -2. 5%。使用下述三种方法表征涂布的亲水膜的生物相容性能，应当注意在给定实验中观 察到的单一值不可能必然与相同种类的另一实验的单一值相比较，因为在实验中实现的绝 对值将强烈地取决于特定的供体血液。因此，在一个实验内进行阳性和阴性对照，以便解释结果。在富含血小板的血浆(PRP)沿着膜流过之后，测量凝血酶_抗凝血酶III (TAT)水 平并在血库(pool)内作为血栓形成的标记，和进行血小板计数。以循环模式进行实验，因 为在“单次通过模式”中，要求测试高体积的血浆(实施例6)。在未处理的微孔膜血浆过滤器迷你组件的血栓形成评价过程中，与用聚山梨醇酯 20处理过的相同微孔膜相比较，观察到较大的血小板下降和较大的TAT生成(图(3和4))。 在根据本发明进行处理的亲水血液透析膜情况下，TAT生成和血小板下降表明与未处理的 方案相比，处理过的膜具有改进的血栓形成(图8和9)。在新鲜的人血浆流经迷你组件之前和之后，测量通过终末补体复合物(TCC)产生 的补体活化。另外，测量滤液内的TCC生成。在单次模式中进行实验。补体活化测量的细节 公幵于 Deppisch，R.等人的 Fluid Phase Generation of Terminal Complement Complex as a NovelIndex of Biocompa tibility. Kidney International，1990. 37 :p. 696-706 中。 补体活化不仅涉及细胞活化，而且涉及血浆部分的活化。在血浆分离和随后处理，例如吸收 的情况下，双重(double)过滤补体活化成为主要的问题。在增加的补体活化，即生成TCC 的情况下，若它被再灌注到患者体内的话，活化的血浆可引起患者严重的健康问题。在用人类血浆灌注小型化装置的过程中，评估终末补体复合物的生成(实施例 7)。之前证明了根据本发明的未涂布的亲水微孔膜的低的补体活化。因此，未涂布膜的补 体活化与涂布膜相当。图5和6证明在血浆血液出口和在血浆滤液二者内的补体活化没有 受到涂层的负面影响。在用人类血浆灌注小型化装置的过程中，评估接触相的活化(以激肽释放酶样活 性(=激肽释放酶α 2巨球蛋白络合物)形式分析)。之前证明了本发明未涂布的亲水微孔膜的低接触相活化。因此，未涂布和涂布的膜的接触相活化相当。图7示出了接触相活 化没有受到涂层的负面影响。总之，涂布的微孔膜显示就补体活化和接触相活化来说，在体外与未涂布膜具有 同样有利的行为。关于血栓形成和血小板下降，处理过的膜比未处理的膜显示出显著改进 的活化曲线，这使得它更加适合于例如在涉及血浆再灌注的血浆渗滤治疗应用中的使用。在亲水血液透析膜的情况下，膜的血栓形成明显得到改进，这是由于用本发明的 非离子表面活性剂处理所致(实施例6以及图8和9)。
具体实施例方式实施例1制备亲水微孔膜(A)通过在70. 75wt% N_甲基吡咯烷酮(NMP)内溶解18. 0wt%聚醚砜(PES ；BASF Ultrason 6020)，3. 25wt_%低分子量聚乙烯基吡咯烧酮(PVP ；BASF K30)和8. 0wt_%高分 子量聚乙烯基吡咯烷酮(PVP ；BASF K85或K90)和6. 0衬％水，制备聚合物溶液。该聚合物 溶液在室温下的粘度为61810mPaXS。为了制备该溶液，将NMP和水置于在中心颈内具有手 指浆式搅拌器的三颈烧瓶内。然后，将PVP加入到NMP中并在50°C下搅拌，直到形成均勻 的透明溶液。最后，添加聚醚砜(PES)。在50°C下搅拌该混合物，直到获得透明的高粘稠溶 液。冷却温热的溶液到20°C并脱气。为了使溶液充分地脱气，将高度粘稠的聚合物溶液转 移到稳定的不锈钢容器内，紧密地密封该容器，并施加真空到容器上。在50mmHg下使溶液 脱气6小时。在这一脱气工序过程中，移动容器，在容器内产生较大的表面和较薄的聚合物 溶液膜厚，以改进脱气工序。为了形成膜，加热聚合物溶液到50°C并流经喷丝头进入沉淀浴内。作为中心流体， 使用25.0wt%水和75.0wt% NMP的混合物。模头温度为45°C。在13m/min的纺丝速度下 形成中空纤维膜。离开模头的液体毛细管流入到温度为85°C的加热的水浴(沉淀浴)内。 通过加热的水浴产生的蒸汽包围纤维。在模头出口和沉淀浴之间的距离为5cm。所形成的 中空纤维膜被导引经过温度为65°C的5个不同的水浴。最后，将膜缠绕在收卷设备上。将 纤维转移成束，并用水在75°C下洗涤，除去痕量的NMP和水溶性聚合物残渣。所得中空纤维 膜的内径为328微米，外径为426微米，且具有完全不对称的膜结构。在30、70和llOmmHg 的跨膜压力(TMP)下，所测量的总蛋白质筛分系数为100% (平均血液流速QB 4. lml/min, 平均剪切速度2601/s)。对于30、70和llOmmHg的测试值来说，作为校正的滤液值(参见 方法的说明)，游离血红蛋白的程度低于开始溶血的边界值0. 2。(B)在实施例1(B)中，使用与实施例1㈧一样的相同组成的聚合物溶液和沉 淀浴。在室温下聚合物溶液的粘度为62500mPaXS。作为中心流体，使用22.0wt.-%水和 78. Owt.-% NMP的混合物。膜的形成工序与实施例1相同，所不同的是模头温度为50°C，模 头与沉淀浴之间的距离为8cm，和沉淀浴的温度为50°C。此外，除了实施例1(A)以外，离开 喷丝头的液体纤维流经从模头出口延伸到沉淀浴表面上方约2cm距离处的长度为6cm的喷 丝甬道。当从喷丝头的出口行进到沉淀浴内时，喷丝甬道提供在纤维周围的蒸汽或潮湿空 气的调节氛围空间。于是通过沉淀浴的水蒸发，生成蒸汽或潮湿空气。在这一实施例中，没 有从外部来源中供应另外的蒸汽。所得中空纤维膜的内径为318微米，外径为422微米，且具有完全不对称的膜结构。在50、100和150讓1^的跨膜压力(TMP)下，总 的蛋白质筛分系 数分别为100% (平均血液流速QB 3. Oml/min，平均剪切速度:2501/s)。另外，在50mmHg 的TMP下，测定总的蛋白质筛分系数的长期稳定性。在15分钟之后总的蛋白质筛分系数为 100%和在60分钟之后为95%。对于30mmHg的测试值来说，作为校正的滤液值(比较方法 的说明)，游离血珠蛋白的程度低于开始溶血的边界值0. 2。实施例2用聚山梨醇酯20处理亲水膜通过添加聚山梨醇酯20到软化和脱气水中，制备聚山梨醇酯20溶液。在磁 搅拌器上搅拌混合物15分钟。取出小部分所得溶液以供通过RP-HPLC，分析聚山梨醇酯的 精确浓度。含实施例1制备的亲水微孔中空纤维膜束的过滤器装置安装在图2的布局内并 在血液和透析液侧上用总计290g聚山梨醇酯20溶液填充。以避免空气或从装置中除去空 气的方式进行填充。在30分钟之后，从过滤器中除去聚山梨醇酯20溶液，并再次插入到前 面的体系内。储存任何过量的溶液以供进一步分析。在30分钟之后，再次除去溶液，并储 存以供进一步分析。当除去溶液时，仔细排放过滤器足够长的时间，以避免在过滤器内残留 大于35g溶液。然后采用空气流，在50°C和6Nm3/h的流速下干燥过滤器65分钟。之后根 据通常已知的工序包装过滤器并灭菌。实施例3定量分析水溶液内的聚山梨醇酯20定量测定水溶液内例如聚山梨醇酯20的含量的方法基于脱水山梨醇月桂酸酯的 酸水解，接着通过RP-HPLC测量月桂酸(正十二烷酸)的含量。通过GsziandPethO, 1998 Quantitative determinationof 聚山梨酉享酉旨 20 in nasal pharmaceutical preparations byhigh-performance liquid chromatography ( ffliiil^^^夜t匿feiHt去，定fi 测定在经鼻药物制剂内的聚山梨醇酯20)，J. Pharm. Biomed. Anal. 18，715-720，提供定量测 量聚山梨醇酯20的细节。混合1ml聚山梨醇酯20溶液的探针(probe)与1ml 4M H2S04。在约24小时之 后，通过添加4ml乙腈，终止反应。可将所得溶液直接进行RP-HPLC测定。移动相为在 Millipore-Q-水中的20mM的磷酸盐缓冲液。用稀磷酸调节pH到2. 8。混合250ml缓冲溶 液与750ml ACN。流速为1. lml/min。检测仪UV(210nm)，注射体积为200微升；分析时间 为20分钟。温度为室温。实施例4在处理过的膜上定量分析聚山梨醇酯20在亲水膜用本发明的聚氧乙烯脱水山梨醇溶液处理之后，直接测定在所述膜上残 留的聚氧乙烯脱水山梨醇的含量。采用实施例3的方法，测定从膜中除去并收集的起始溶 液的所有部分和在收集部分内的聚氧乙烯脱水山梨醇，例如聚山梨醇酯20的含量。测定在 用于涂布工序而施加的溶液内和在汇集部分内的聚氧乙烯脱水山梨醇的含量之差并得到 保留在膜上的聚氧乙烯脱水山梨醇量。根据实施例2，涂布含实施例1制备的亲水微孔中空纤维膜的两种过滤器，过滤器 A和过滤器B。暴露于聚山梨醇酯20溶液下的可接近的纤维束的干重分别为9g。从过滤 器A中除去的溶液的汇集部分具有8. 37mg聚山梨醇酯20/g溶液的聚山梨醇酯浓度(总计262g)；来自过滤器B的汇集部分具有8. 35mg聚山梨醇酯20/g溶液的聚山梨醇酯浓度(总 计262g)。因此，在过滤器A上残留707mg聚山梨醇酯20。在过滤器B上残留712mg聚山 梨醇酯20。在处理之后，在膜上残留的聚山梨醇酯20量为78. 6mg/单位干重(g)膜A和 79. Img/单位干重(g)膜B。实施例5在模拟的血浆渗滤处理中，定量分析灌注到患者体内的聚山梨醇酯20量根据实施例2，涂布含亲水微孔膜的血浆过滤器，并蒸汽灭菌。为了测定在标准的 血浆渗滤治疗过程中从膜中除去并灌注到患者体内的聚山梨醇酯20的量，模拟这一治疗。 选择血浆渗滤的参数，以对应于临床实践(QB = 150ml/min ；UF(取代流体)=45ml/min ； 时间=1小时)。在打底之后，填充体系的总体积为609ml。在模拟治疗过程中，除去超滤液(45ml/ min)并用相同量的水替代。在模拟治疗最后，分析总的滤液(2700ml)。它含有总量为 13. 88mg的聚山梨醇酯20。还在治疗最后，分析残留的血库609ml，显示聚山梨醇酯20浓度 低于检测下限(0. 4mg/ml)。实验表明，在标准治疗过程中释放的聚山梨醇酯20的量可以忽略不计。为了比 较，通过关于食品添加剂的FA0/WH0 Expert Committee，针对聚山梨醇酯20建立10mg/kg 体重的ADI (可接受的每日服用量)。实施例6血栓形成和血小板下降在肝素化的新鲜人类富含血小板的血浆(PRP)沿着亲水微孔膜流经该膜之后，测 量凝血酶-抗凝血酶III (TAT)水平，在血库内作为血栓形成的标记，并且进行血小板计数。 以循环模式进行实验，因为在“单次通过模式”中，要求高体积的血浆试验。在45分钟期间， 在37°C下，连续取出灌注样品。在用于血液透析的亲水半渗透膜情况下，在肝素化的新鲜人类富含血小板的血浆 (PRP)流经小型化透析仪之后，测量凝血酶-抗凝血酶III (TAT)水平作为血栓形成的标记， 并进行血小板计数。在37°C下循环45分钟，进行实验，并连续取出样品。采用获得德国Behring的TAT-Elisa试验操作盒，分析作为血栓形成标记的凝血 酶-抗凝血酶III。除了 TAT分析以外，还在采用细胞计数器(Sysmex KX-21，德国)的情 况下，在灌注过程中分析细胞数(血小板)。实施例7补体活化在新鲜的肝素化人类血浆流经模拟组件之前和之后，体外测量通过末端补充络合 物(TCC)产生的补体活化。另外，采用亲水的微孔膜，测量滤液内TCC的生成以供试验。以 单次通过模式，在37°c下在30分钟期间内进行试验。Cuprophan 用作阳性对照。采用 Elisa试验体系，分析作为补体活化标记的TCC。补体活化测量的细节例如公开于D印Pisch 等人的 1990 :Fluid Phase Generation of TerminalComplement Complex as a Novel Index of Biocompatibility (作为生物相容性的新型指数，末端补充络合物的流动相生 成),KidneyInternational 37,696-706 中。实施例8
接触相活化在柠檬酸化的人类贫血小板血浆(PPP)沿着亲水微孔膜流经膜和血库(pool)内 之后，测量激肽释放酶样活性(激肽释放酶α 2巨球蛋白络合物)作为接触相活化的标记。 以单次通过模式，在37°C下在20分钟期间内，使用滚压泵进行实验。在405nm下，光电分析样品。
权利要求
用于医疗用途的亲水膜，包括含a)聚砜、聚醚砜或聚芳基醚砜；和b)聚乙烯基吡咯烷酮作为主要结构组分的亲水膜；和用量为1mg-20mg/g干重亲水膜的非离子表面活性剂。
2.权利要求1的亲水膜，其中所述非离子表面活性剂是聚氧乙烯脱水山梨醇。
3.权利要求1或2的亲水膜，其中所述聚氧乙烯脱水山梨醇是选自聚氧乙烯脱水山梨 醇酰酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯脱水 山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇三硬脂酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯中的 至少一种成员。
4.权利要求2或3任何一项的亲水膜，其中所述聚氧乙烯脱水山梨醇是聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯。
5.权利要求1-4任何一项的亲水膜，其中所述非离子表面活性剂以50mg-100mg/g干重 亲水膜的用量存在于膜内或膜上。
6.权利要求1-5任何一项的亲水膜，其中所述膜是微孔膜。
7.权利要求1-5任何一项的亲水膜，其中所述膜是半渗透分离膜。
8.权利要求1-7任何一项的亲水膜，其中所述膜是中空纤维膜。
9.将非离子表面活性剂吸附到亲水膜上的方法，该方法包括a)提供非离子表面活性剂在水中的溶液；b)使该亲水膜与溶液接触；c)从膜中除去溶液，其中残留在膜上的溶液量应当不超过在步骤(b)中施加到膜上的 溶液总量的25% ；d)干燥膜。
10.权利要求9的方法，其中在步骤(c)之后用能溶解非离子表面活性剂的溶液漂洗 膜，所述溶液包括水、电解质的水溶液，例如盐水缓冲溶液，醇，有机溶剂或其混合物。
11.权利要求9或10的方法，其中非离子表面活性剂是聚氧乙烯脱水山梨醇。
12.权利要求9-11任何一项的方法，其中在外壳内处理膜。
13.权利要求9-12任何一项的方法，其中在进一步的步骤(e)中，通过蒸汽灭菌和/或 ET0灭菌，使膜灭菌。
14.权利要求9-13任何一项的方法，其中步骤(a)的溶液包括0.05wt%-20wt%聚氧 乙烯脱水山梨醇。
15.权利要求9-14任何一项的方法，其中在4°C-60°C的温度下，使膜与溶液接触1分 钟-2小时。
16.权利要求9-15任何一项的方法，其中在步骤(b)中循环该溶液。
17.将非离子表面活性剂引入到膜上的方法，该方法包括添加非离子表面活性剂到聚 合物和/或中心溶液中，其用量为0. lwt% -5wt% (10wt% )。
18.权利要求1-6或8任何一项的膜用于血浆过滤、血浆分离、微滤或血浆治疗的用途。
19.权利要求1-5或7-8任何一项的膜用于血液透析或血液渗滤的用途。
全文摘要
本发明涉及补充有非离子表面活性剂或用其处理的亲水膜和制备这种膜的方法。该膜尤其适合于血浆分离或血液透析和血液渗滤，但也可有利地用于其他应用中。因此，本发明进一步涉及这种膜分别用于血浆分离、血浆过滤、微滤、血浆治疗、血液透析和血液渗滤或细胞过滤应用的用途。处理过的亲水膜显示出优良的生物相容性，例如减小的血小板下降和降低的TAT水平。
文档编号B01D67/00GK101808716SQ200880109098
公开日2010年8月18日 申请日期2008年9月26日 优先权日2007年9月28日
发明者B·克劳泽, M·霍尔农, R·德皮施, S·库克 申请人:甘布罗伦迪亚股份公司