用于血浆分离的具有中空结构的纤维膜的制作方法

本实用新型揭露一种用于血浆分离的具有中空结构的纤维膜，特别是有关于一种利用高分子材料对具有中空结构的纤维膜的血液接触表层进行改质并应用于分离血浆的血浆分离装置。

背景技术：

血浆分离或者血浆分离治疗是一种医疗科技技术，应用于血液净化或血液吸附治疗，是属于药物治疗之外的另一种选择。血浆分离的基本原理是，将血液抽出，由仪器控制，通过特殊的装置，且于装置内含有过滤或吸附材质，把血液中所要清除的毒素或物质过滤去除后，再将血液送回体内，以达到治疗疾病的效果，所以血液净化治疗，是非药物的治疗方法。

目前血液净化治疗，已经大量运用于包括肾脏、肝脏、及高血脂肪的治疗，它同时也用于器官移植时的抗排斥疗程。将来血液净化，也将用于治疗体内病毒的清除，以及因流感病毒所引发免疫过度激化的因子-细胞激素的清除。其他治疗可运用于如肿瘤、中风及末梢血液循环疾病等等。血液净化的临床运用，持续在研发中，而且发展的潜力及市场商机将是无可限量。

血液净化的基本技术，来自于血液透析器的研发进一步发展出来的血浆分离装置，所以新的血液净化治疗产品，例如洗肝、败血病及高血脂肪治疗等的临床运用，都以血浆分离器制造技术为基础而研发出来。

血液吸附治疗是属于医疗器材的运用治疗，开发的经费远低于药物的研发。治疗过程中所引发的副作用也相对的低，它的发展潜力在于取代一些药物无法治愈的疾病，或因药物过于昂贵的另一治疗选择。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于利用中空纤维膜湿式纺丝制程上，在所调制的纺丝溶液中掺混具有提升血液兼容性功效、降低膜材表面的蛋白质吸附的高分子材料，藉由此高分子材料来对中空纤维膜材料的血液接触表层进行，以提高中空纤维膜于血液净化医疗的血浆分离效果。

本实用新型的另一目的在于，提供制备非对称型中空纤维膜的制程技术，利用从中空纤维膜纺丝喷嘴的外环狭缝挤出含有高分子材料、添加剂及N-甲基吡咯酮有机溶剂的纺丝液的同时，经由中空纤维纺丝喷嘴的中心孔挤出具备调控中空纤维膜作用层表面微孔孔洞大小的调配心液，而形成中空纤维膜。

本实用新型的又一目的在于，是采用一般结构性的高分子做为中空纤维膜材料可以降低整个中空纤维膜的制程成本。

本实用新型的更一目的在于，经由精准调控的膜材配方与制程条件控制所得到的中空纤维膜材具有光滑顺畅的表面，可以降低血液流动中产生的摩擦，以避免血球细胞损伤。

因此，根据上述目的，本实用新型揭露一种用于血浆分离的具有中空结构的纤维膜，其特征在于:所述具有中空结构的纤维膜由聚砜系树脂及改质材料所构成，且所述具有中空结构的纤维膜具有光滑表面，藉由改质材料用以对具有中空结构的纤维膜中，与血液接触面的表层进行改质，使得具有中空结构的纤维膜具有光滑顺畅的表面，可以降低血液流动中因摩擦造成的血球细胞损伤。

附图说明

图1为根据本实用新型所揭露的技术，表示血浆分离装置的截面示意图。

图2为根据本实用新型所揭露的技术，表示中空纤维膜的截面示意图。

图3为根据本实用新型所揭露的技术，表示中空纤维膜的形成步骤流程图。

图4为根据本实用新型所揭露的技术，表示根据实施例一所得到的中空纤维膜的横截面示意图。

图5为根据本实用新型所揭露的技术，表示根据实施例一所得到的中空纤维膜截面微孔结构的放大示意图。

图6为根据本实用新型所揭露的技术，表示根据实施例一所得到的中空纤维膜的内壁微孔放大示意图。

图7为根据本实用新型所揭露的技术，表示根据实施例一所得到的中空纤维膜外壁微孔放大示意图。

图8为根据本实用新型所揭露的技术，表示根据实施例二所得到的中空纤维膜的横截面示意图。

图9为根据本实用新型所揭露的技术，表示根据实施例二所得到的中空纤维膜截面微孔结构的放大示意图。

图10为根据本实用新型所揭露的技术，表示根据实施例二所得到的中空纤维膜的内壁微孔放大示意图。

图11为根据本实用新型所揭露的技术，表示根据实施例二所得到的中空纤维膜外壁微孔放大示意图。

具体实施方式

目前对于血液吸附性治疗可能发展的项目有：免疫失调吸附、血脂肪的滤除、细胞毒素的滤除、体内病毒的滤除及/或肿瘤。以上产品所对应的药物市场，至少都有数十亿美金以上，是非常具有发展前景的技术研发方向。长期目标而言，对于吸附性治疗产品投入研发，顺序分别为败血病吸附治疗、肝脏代谢吸附治疗(洗肝)及红斑性狼疮治疗等。因此，本实用新型所揭露的具中空纤维膜的血浆分离装置的目的也是在于能够让中国台湾在吸附性治疗技术上取得世界领先地位。

因此据于上述，用来进行血浆分离或血浆分离治疗应用的血浆分离中空纤维膜所必须具备的必要特性，如下所述：

1.对于各种不同分子量大小的血浆蛋白以及脂蛋白的渗透率或者筛分系数要越高越好。2.中空纤维膜的表面孔隙密度以及总孔隙率要越高越能显现优异的分离功效。3.较佳的中空纤维膜材的亲水性、瞬间的湿润特性也都是优良的中空纤维膜的必要膜材特性。4.长期而稳定的血浆分离过程中极低的膜孔阻塞特性。5.极低的中空纤维膜的蛋白质吸附特性。6.与血液接触的光滑膜材表面。7.在血浆分离过程中，完全没有或者极低的溶血的可能机率。8.血浆分离过程中稳定而能够长久时间持续的筛分与分离效率特性。9.极佳的血液兼容特性，于血浆分离的相关疗程中不会有血液成分的活性激化，以及甚低的血栓问题产生。10.好的中空膜材机械特性，能够承受高温蒸气、伽玛射线照射以及环氧乙烷等各种的灭菌作业程序。11.非常低的低分子萃取成份产生。

因此，基于上述种种特点以及符合目前市场上血液吸附性治疗的需求，本实用新型揭露了一种具有改质的中空纤维膜以及其形成方法，其具有上述的优点及特性之外还可以降低制程成本以及制成步骤并可以提高血浆分离的效果。

首先请参考图1。图1表示本实用新型所揭露的血浆分离装置的截面示意图。在图1中，血浆分离装置10主要包括管柱12以及容置于管柱12内的中空纤维膜管束14，其中管柱12由具备高机械强度及耐γ-ray照射的PC管材，经由射出成形而成。接着请参考图2，图2是表示本实用新型所揭露的中空纤维膜的截面示意图。在图2中，容置于管柱12内的中空纤维管束14是由多条具有中空结构144的纤维膜142所构成。本实用新型主要是针对中空纤维膜14来说明，血浆分离装置10的管柱12并不在本实用新型的讨论范围内，因此在本实用新型中不多加陈述。

接着请参考图3。图3是根据本实用新型所揭露的技术，表示中空纤维膜的形成步骤流程图。在图3中，步骤30，提供膜材溶液。于此步骤中，膜材溶液至少包含聚砜系树脂、添加剂及有机溶剂，其中，聚砜系树脂可以是聚苯砜、聚砜、聚芳醚砜或聚醚砜。于本实用新型中，所采用的添加剂包括如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚氧化乙烯等，其功能在于改善中空纤维膜材的微孔孔洞大小控制以及血液兼容特性。可以使用的有机溶剂包括如N-甲基吡咯酮、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜等极性有机溶剂，选择此类极性有机溶剂的考虑在于它们优异的对于聚砜系树脂溶解特性，乃是制作高孔隙率、优异功能特性的中空纤维微孔膜的必要条件。

接着，于步骤32，将改质材料与膜材溶液混合以形成纺丝溶液。于此步骤中，所使用的改质材料为亲水性高分子材料，其可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚氧化乙烯。改质材料与膜材溶液之间的比例为16-20wt％:7-10wt％，且混合后所形成的纺丝溶液的黏度约为56,800mPa.S。在本实用新型中，在膜材溶液中掺混做为改质材料的亲水性高分子材料的目的在于提升血液兼容性、降低膜材表面对血浆中的蛋白质的吸附。

另外，在步骤32中，改质材料与膜材溶液是在水浴温度范围40-60℃的温度下进行搅拌混合均匀，于另一较佳的实施中，改质材料与膜材溶液混合时的水浴温度为50℃。于搅拌混合完成之后，再对纺丝溶液执行负压脱泡步骤，在此，负压脱泡步骤的目的在于:消除纺丝溶液中的气泡，以避免后续在中空纤维膜制程中，造成中空纤维膜断丝或者产生针孔等影响中空纤维膜功能特性以及制程良率的现象发生。

接着，步骤34，提供心液。在本实用新型中，心液是含水的N-甲基吡咯酮溶液，其中N-甲基吡咯酮与水溶液的比例介于30:70～70:30之间。

步骤36，执行中空纤维膜纺丝步骤，以形成中空纤维膜。于此步骤中，先将纺丝溶液及心液分别导入中空纤维纺丝喷嘴，使得当纺丝溶液由中空纤维纺丝喷嘴的外环狭缝挤出形成纤维膜时，心液同时由中空纤维纺丝喷嘴的中心孔挤出并且穿过纤维膜的中心，使得原本实心的纤维膜形成中空纤维膜。于此步骤中，由中空纤维纺丝喷嘴的中心孔挤出的心液可以调整以及控制中空纤维膜与血液接触面的表层的微孔孔洞大小。

根据以上所述，对于中空纤维膜的形成过程详述如下:

实施例一:

纺丝溶液及心液制备:

膜材料配方为聚砜系树脂，并于选用聚乙烯吡咯烷酮做为改质材料，且于聚砜系树脂中添加适当比例的聚乙烯吡咯烷酮，以形成纺丝溶液。于本实施例中，纺丝溶液包含20wt％聚砜系树脂、10wt％聚乙烯吡咯烷酮、2wt％聚乙烯吡咯烷酮以及68wt％N-甲基吡咯酮有机溶剂。将纺丝溶液以水浴加热的方式搅拌均匀，其水浴加热的温度在40℃-60℃，较佳的水浴加热的温度为50℃，于搅拌完成之后将纺丝溶液经负压脱泡后备用。在此实施例中，纺丝溶液的黏度为56,800mPa.S。心液是含水的N-甲基吡咯酮溶液，其中N-甲基吡咯酮与水溶液的比例为50％N-甲基吡咯:50％水。

中空纤维膜纺丝步骤:

首先，将纺丝模具的温度设定为50℃，且依不同比例的改质组成，进行计量帮浦的吐量设定以及心液的流量设定。在本实施例中，计量帮浦的吐量为57.6-72ml/min以及心液的流量为1.24-1.5kg/hr。将纺丝溶液以及心液同时导入中空纤维纺丝喷嘴，其中，当纺丝溶液由中空纤维纺丝喷嘴的外环狭缝挤出形成纤维膜时，由于纺丝溶液在被挤出时接触到空气，很容易固化，而心液在同时由中空纤维纺丝喷嘴的中心孔挤出，并且穿过纤维膜的中心，使得原本由中空纤维纺丝喷嘴的外环狭缝挤出的实心的纤维膜，由于心液从纤维膜的中心穿过而形成了中空纤维膜。在此要说明的是，心液的目的是为了在纺丝溶液由中空纤维纺丝喷嘴的外环狭缝挤出形成纤维膜时，以穿透过纤维膜的中心，而形成具有中空结构的纤维膜。

水洗步骤：

接着，当心液穿透过由中空纤维纺丝喷嘴的外环狭缝所挤出的纤维膜而形成中空纤维膜之后，将中空纤维膜置于水洗槽中进行水洗步骤，其目的是将中空纤维膜的溶剂、造孔剂等等添加成份清洗干净，其中，中空纤维膜是经过连续的三段水温的水洗槽来进行水洗，其三段温度分别为75℃、80℃及80℃。

干燥步骤：

在中空纤维膜经过水洗步骤之后，将中空纤维膜置于干燥系统中进行干燥步骤以去除中空纤维膜的水份，在此步骤中，干燥温度为60℃，而干燥系统为三段式热风干燥系统。

接着请同时参考图4至图7。图4是中空纤维膜的横截面示意图、图5是表示中空纤维膜截面微孔结构的放大示意图、图6是表示中空纤维膜的内壁微孔放大示意图以及图7是表示中空纤维膜外壁微孔放大示意图。在本实施例中，将根据上述步骤所得到的中空纤维膜进行扫描电子显微镜扫描孔洞微结构，可以得到根据本实用新型的技术手段所得到中空纤维膜的内径为228um、外径322um、内壁孔隙大小为0.03um以及外壁孔隙大小为2um。

实施例二:

纺丝溶液及心液制备:

膜材料配方为聚砜系树脂，并于选用聚乙烯吡咯烷酮做为改质材料，且于聚砜系树脂中添加适当比例的聚乙烯吡咯烷酮，以形成纺丝溶液。于本实施例中，纺丝溶液包含18wt％聚砜系树脂、12wt％聚乙烯吡咯烷酮、4wt％聚乙烯吡咯烷酮以及66wt％N-甲基吡咯酮有机溶剂。将纺丝溶液以水浴加热的方式搅拌均匀，其水浴加热的温度在40℃-60℃，较佳的水浴加热的温度为50℃，同样的，于搅拌完成之后将纺丝溶液经负压脱泡后备用。在此实施例中，纺丝溶液的黏度为56,800mPa.S。心液是含水的N-甲基吡咯酮溶液，其中N-甲基吡咯酮与水溶液的比例为50％N-甲基吡咯酮:50％水。

中空纤维膜纺丝步骤:

与前述实施例一相同，将纺丝模具的温度设定为50℃，且依不同比例的改质组成，进行计量帮浦的吐量设定以及心液的流量设定。在本实施例中，计量帮浦的吐量为57.6-72ml/min以及心液的流量为1.24-1.5kg/hr。接着，将纺丝溶液以及心液同时导入中空纤维纺丝喷嘴，其中，当纺丝溶液由中空纤维纺丝喷嘴的外环狭缝挤出形成纤维膜时，由于纺丝溶液在被挤出时接触到空气，很容易固化，而心液在同时由中空纤维纺丝喷嘴的中心孔挤出，并且穿过纤维膜的中心，使得原本由中空纤维纺丝喷嘴的外环狭缝挤出的实心的纤维膜，由于心液从纤维膜的中心穿过而形成了中空纤维膜。心液的目的与前述相同是为了要形成中空纤维膜，在此不再加以陈述。

水洗步骤：

接着，当心液穿透过由中空纤维纺丝喷嘴的外环狭缝所挤出的纤维膜而形成中空纤维膜之后，将中空纤维膜置于水洗槽中进行水洗步骤，其目的是将中空纤维膜的溶剂、造孔剂等等添加成份清洗干净，其中，中空纤维膜是经过连续的三段水温的水洗槽来进行水洗，其三段温度分别为75℃、80℃及80℃。

干燥步骤：

在中空纤维膜经过水洗步骤之后，将中空纤维膜置于干燥系统中进行干燥步骤以去除中空纤维膜的水份，在此步骤中，干燥温度为60℃，而干燥系统为三段式热风干燥系统。

接着，请同时参考图8至图11。图8是中空纤维膜的横截面示意图、图9是表示中空纤维膜截面微孔结构的放大示意图、图10是表示中空纤维膜的内壁微孔放大示意图以及图11是表示中空纤维膜外壁微孔放大示意图。在本实施例中，将根据上述步骤所得到的中空纤维膜进行扫描电子显微镜扫描孔洞微结构，可以得到根据本实用新型的技术手段所得到中空纤维膜的内径为180um、外径293um、内壁孔隙大小为0.05um以及外壁孔隙大小为2um。

根据上述实施例一及实施例二所得到的用于高血液相溶性血浆分离的中空纤维膜，透过模块封装管材加工、膜管束组装、离心灌胶封口、封口裁切以及模块封装等程序，即完成具有中空纤维膜的血浆分离装置的组装(如图1所示)。

此外，根据本实用新型所揭露的中空纤维膜较之前的相关产品具有更佳的中空纤维膜材料特性以及可以涵盖整个血浆蛋白质成分范畴的渗透分离效果，且本实用新型所揭露的中空纤维膜的血浆蛋白筛分系数可以达到0.9以上。

另外，由本实用新型所揭露的制程技术以及所得到的中空纤维膜具备有非常高的表面的孔隙密度以及总孔隙率，因而能够达到优异的血浆分离功效。尤其是优良的亲水性、膜材表面的瞬时湿润特性、长时间稳定分离程序中，甚低的阻塞特性以及低蛋白吸附特性等优点。而最重要的是本实用新型所揭露的中空纤维膜具备有相对的非常光滑的膜材表面，因而在与血球细胞接触时可以避免或者将造成溶血现象的机率减至最低。优异的膜材机械性质表现所以制成的血浆分离装置可以适用于包括蒸汽,伽玛射线,环氧乙烷等各种的灭菌处理制程。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本实用新型所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。