非对称再生纤维素除病毒平板过滤膜的制备方法及产品与流程

1.本发明属于去除病毒技术领域，具体是涉及一种非对称再生纤维素除病毒平板过滤膜的制备方法及产品。


背景技术：

2.在生物制药行业、血液制品行业或者重组蛋白领域，病毒去除是非常重要的一个处理步骤。采用病毒过滤膜则是一种即不会导致蛋白改性，又可以降低病毒的有效方法。纤维素由于其优良的亲水性能，不需要后处理改性，且蛋白吸附极低，且相比于pvdf膜通量更快，纤维素除病毒过滤膜是目前的使用较为广泛的去除病毒过滤膜。公开号为cn108602026a的专利文献公开了一种去除病毒的膜以及去除病毒的膜的制备方法，其采用将纤维素溶解于铜氨溶液中，然后在其中加入硅酸盐，形成纺丝原液，然后进行熟化，然后再利用含有氨水的凝固液中进行微相分离和固化，最终得到除病毒纤维过滤膜。该方法存在诸多问题，一方面采用铜氨溶液，污染较大，回收和后处理难度较大，同时，该方法需要对工艺的参数进行严格的控制。
3.公开号为cn105713224a的专利文献公开了一种从细胞培养基中去除病毒污染物的组合物和方法，其采用不对称多孔pes膜，然后添加聚合物聚乙二醇二丙烯酸酯等交联单体，在各种能源如x-射线、uv、自由电子和加热来引发聚合物进行反应。该方法工艺非常复杂，而且聚合物的交联本身带来不对称膜通量的损失。一系列能源的辐射和多种有机合成聚合物也会带来环境的污染。
4.公开号为us9010545a的专利文献公开了一种制备多层孔径复合的除病毒pes膜的方法，其采用两种不同的铸膜液，通过模具同时挤出两种铸膜液到移动钢带上，浸入凝固浴，得到一层大孔，一层小孔的复合膜。该工艺对设备要求难度非常大，工艺非常复杂，不能通过一步法制得多层孔径的过滤膜。


技术实现要素：

5.本发明所要达到的目的是提供一种工艺简单，膜通量不受工艺影响的再生纤维素除病毒平板过滤膜的制备方法。
6.本发明所要达到的另外一个目的是提供一种截留率更高、流速更快，纳污量更大的再生纤维素除病毒平板过滤膜。
7.一种再生纤维素除病毒平板过滤膜的制备方法，包括如下步骤：
8.(1)将酯化纤维素、致孔组份、混合溶剂混合均匀，静置脱泡，得到铸膜液；
9.铸膜液涂至支撑件表面，直接进入步骤(3)；
10.或者可选择的进入步骤(2)和步骤(3)；
11.(2)将涂至支撑件表面的铸膜液进行预成型，得到预成型体；
12.(3)将步骤(1)的涂至支撑件表面的铸膜液或者将步骤(2)得到的预成型体进行固化，得到固化膜；
13.(4)固化膜水解得到再生纤维素膜，后处理得到再生纤维素除病毒过滤膜。
14.本发明即可以对铸膜液直接进行步骤(3)的固化操作，得到固化膜。也可以增加步骤(2)进行预成型。步骤(2)的增加，对于参数的调控更加灵活、可控。
15.作为优选，步骤(1)中酯化纤维素、致孔组份、混合溶剂的重量百分比组成为：
16.酯化纤维素
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12％-30％
17.致孔组份
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20％-45％
18.混合溶剂
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35％-60％。
19.作为优选，所述酯化纤维素的重量百分比含量为15％-25％。所述致孔组份的重量百分比含量为25％-35％，更进一步优选为25％-32％。所述混合溶剂的重量百分比含量为45％-60％，更进一步优选为49％-58％。
20.作为优选，所述致孔组份中包括占总组分(酯化纤维素+致孔组份+混合溶剂)重量0.1％-5％的致孔组份a和20％-40％的孔组份b；作为进一步优选，所述致孔组份中包括占总组分重量0.1％-1.5％的致孔组份a和24％-30％的致孔组份b。作为更进一步优选，所述致孔组份中包括占总组分重量0.3％-1.2％的致孔组份a和24％-30％的致孔组份b。所述致孔组份a选自聚乙烯吡咯烷酮(pvp-k 15，pvp-k30，pvp-k90等中的一种或多种的混合)、聚乙二醇、水中的一种或多种；所述致孔组份b选自甲酰胺、乙酰胺中的一种或两种。
21.作为优选，所述混合溶剂包含易挥发溶剂和不易挥发溶剂；所述易挥发溶剂选自丙酮、二氧六环中的一种或多种；所述不易挥发溶剂选自二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种。作为优选，所述混合溶剂中包括占总组分重量20％-30％的易挥发溶剂和占总组分重量15％-30％的不易挥发溶剂。作为进一步优选，所述混合溶剂中包括占总组分重量28％-30％的易挥发溶剂和占总组分重量20％-28％的不易挥发溶剂。
22.作为优选，所述酯化纤维素选自二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、丙酸纤维素、邻苯二甲酸乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素中的一种或多种。
23.作为优选，步骤(1)中，混合温度为30-80℃，进一步优选为40-80℃。
24.通过调整步骤(1)中物料办理，可以得到不同平均孔径的再生纤维素除病毒平板过滤膜。
25.作为优选，步骤(2)中，预成型在空气中进行，进行预成型过程中，通过控制空气湿度和/或空气风速度或空气停留时间调控预成型体中孔径大小和分布。空气湿度越大，空气风速度越大，停留时间越久，水汽的浸入与挥发性溶剂的挥发交换的程度越高，表面开孔就越大，表面孔的大小范围在0.1μm-10μm，底面孔大小基本维持恒定18nm-45nm，并且从截面层看，大孔层占比越高。大孔层占比会影响膜的强度，会影响膜的孔隙率，会影响病毒的截留效率，会影响igg的透过率。
26.作为优选，所述空气湿度为60％-95％；所述空气风速度为0.1m/min～1m/min；所述停留时间为5s-50s。作为进一步优选，所述述空气湿度为75％-90％；所述空气风速度为0.2m/min-0.5m/min；所述停留时间为10s-40s。湿度增加，停留时间增加，风速增大，都有利于致密层厚度的减小，拉伸力的减小和流速的增大。
27.作为优选，步骤(2)中，得到的预成型体顶侧表面的孔径的大小范围在0.1μm-10μm；底侧表面的孔径大小为18nm-45nm。
28.作为优选，步骤(3)中，固化在凝固浴中进行，通过调整凝固浴体系的表面张力调
控固化膜的孔径大小和分布。凝固浴体系的表面张力小于21mn.m-1
，由于物质之间的交换速率变慢，导致分相速度降低，膜固化成型时间上升，不利于正常生产。凝固浴体系的表面张力大于28.9mn.m-1
，表面层会导致超滤的结构，形成皮层小孔结构厚度范围在100-300nm，孔径范围在1k-100k之间，底面变成大孔，孔径范围在0.1-2μm，不利于病毒的过滤。在不同表面张力的作用下，物质的分相速度不一样。表面张力越大，铸膜液与凝固浴的交换速度越快，分相加快，表层固化时间越短，形成小孔层，由于表层的小孔，阻碍了表层以下铸膜液的交换速度，从而形成了大孔。
29.作为优选，所述凝固浴包括重量比为10％-60％之间的高表面张力溶剂和40％-90％的低表面张力溶剂。作为进一步优选，所述凝固浴包括重量比为10％-50％之间的高表面张力溶剂和50％-90％的低表面张力溶剂。作为更进一步的优选，所述凝固浴包括重量比为35％-50％之间的高表面张力溶剂和50％-65％的低表面张力溶剂。
30.作为优选，固化时，所述凝固浴的温度为15℃-30℃，进一步优选为15℃-25℃，更进一步优选为17℃～22℃，最为优选的为20℃-24℃。
31.作为优选，所述高表面张力溶剂为水；所述低表面张力溶剂为甲醇、乙醇和异丙醇三种的任意混合或其中一种。
32.作为优选，所述预成型体或固化膜为自顶层至底层孔径减小的结构，或者所述预成型体或固化膜为两侧向中间层孔径减小的结构。
33.作为优选，所述凝固浴体系的表面张力控制在21-28.9mn.m-1
之间。
34.作为优选，水解在碱溶液中进行，所述碱溶液的浓度为0.01mol/l-1mol/l，水解后的再生纤维素膜，进行清洗，保湿处理，烘干得到所述的再生纤维素除病毒过滤膜。
35.水解过程中，水解浓度越高，所需得到再生纤维素的时间会越短，水解温度越高范围在30-80℃，得到再生纤维素的时间也会越短。最终表征手段是通过红外进行验证，直到醋酸纤维素的羰基峰1740cm-1
完全消失，得到完全的再生纤维素。
36.本发明中，所述支撑件包括仅起到支撑作用最终需要与再生纤维素除病毒过滤膜分离的支撑平台或支撑带结构，或者即起到支撑作用且最终与再生纤维素除病毒过滤膜分离形成一体结构的无纺布。所述支撑平台可以为钢带、pet薄膜等。
37.一种由上述任一项技术方案所述的再生纤维素除病毒过滤膜的制备方法制备得到的再生纤维素除病毒过滤膜。
38.作为优选，所述过滤膜中致密层内孔径为10-40nm。进一步优选为15-25nm，更进一步优选为18-22nm。本发明中，所述“致密层”(又称精密层)是指主要起到过滤去除病毒的膜层。
39.作为优选，干燥状态下膜厚为50μm-200μm，干燥状态下膜厚为80μm-140μm。
40.作为优选，干燥状态下，所述过滤膜中致密层厚度为50μm-100μm；作为进一步优选，所述过滤膜中致密层厚度为60μm-90μm；作为更进一步优选，所述过滤膜中致密层厚度为65μm-90μm。
41.本发明相比现有技术来说，本技术中所述的再生纤维素除病毒过滤膜具有的优点在于：1.原材料再生纤维素天然亲水，蛋白吸附极低，制备过程简单，不需要经过后续的处理。2.再生纤维素除病毒过滤膜的制备方法使得截面结构的可控，可控的结构使得对过滤料液的选择性大大增加，使过滤所伴随的堵塞得到抑制，提高过滤性能。3.厚实的精密过滤
层(致密层加了产品质量的稳定性，提高了病毒的去除率。4.在保证病毒去除的情况下，高通量大大提高了工艺的流程时间。5.利用无纺布作为平板膜的支撑材料，大大增加了过滤膜的耐压能力，缩短工艺的时间。
附图说明
42.图1和图2为实施例1对应的膜产品喷金后对应的扫描表面和底面电镜图。
具体实施方式
43.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
45.一种再生纤维素除病毒过滤膜的制备方法，包括：
46.步骤s1：配置铸膜液，将重量比为12％-30％之间的醋酸纤维素、0％-5％之间的致孔剂(pvp或者peg或者水)、20％-30％之间的挥发性溶剂(丙酮和二氧六环)和15％-30％之间的常规不挥发溶剂(nmp和dmac或者dmf或者dmso等)于40℃-80℃之间混合、20％-40％的非溶剂(甲酰胺、乙酰胺)充分搅拌均匀，脱泡静置并冷却至室温；不同的配方组成，可以得到不同孔径的膜。孔径分布可以通过pmi仪器进行测试；
47.s2：将脱完泡的铸膜液涂至钢带进行预成型：将涂至钢带的铸膜液产品置于空气段进行蒸发诱导相转化，形成预成型体。空气湿度越大，空气风速度越大，停留时间越久，水汽的浸入与挥发性溶剂的挥发交换的程度越高，表面开孔就越大，表面孔的大小范围在0.1μm-10μm，底面孔大小基本维持恒定18nm-30nmm，并且从截面层看，大孔层占比越高。大孔层占比会影响膜的强度，会影响膜的孔隙率，会影响病毒的截留效率，会影响蛋白质(比如igg，免疫球蛋白)的透过率。
48.s3：利用非溶剂诱导相转化进行固化：将s2步骤中形成的预成型体匀速浸入凝固浴中进行固化。在本步骤中的凝固浴包括重量比为10％-60％之间的水和40％-90％之间的非溶剂，使凝固浴体系的表面张力控制在21-28.9mn.m-1
之间，小于21mn.m-1
，由于物质之间的交换速率变慢，导致分相速度降低，膜固化成型时间上升，不利于正常生产。大于28.9mn.m-1
，表面层会导致超滤的结构，形成皮层结构，孔径范围在1k-100k之间，底面变成大孔，孔径范围在0.1-2um，不利于病毒的过滤。在不同表面张力的作用下，物质的分相速度不一样。表面张力越大，铸膜液与凝固浴的交换速度越快，分相加快，表层固化时间越短，形成小孔层，由于表层的小孔，阻碍了表层以下铸膜液的交换速度，从而形成了大孔。所述凝固浴体系中的非溶剂为甲醇、乙醇和异丙醇三种的任意混合或其中一种。
49.s4：将醋酸纤维素膜置于碱性溶液中进行水解，形成再生纤维素膜；水解浓度越高(范围在0.01mol/l-1mol/l)，所需得到再生纤维素的时间会越短，水解温度越高范围在30-80℃，得到再生纤维素的时间也会越短。最终表征手段是通过红外进行验证，直到醋酸纤维素的羰基峰完全消失，得到完全的再生纤维素。
50.s5：清洗，将水解后的成品膜进行清洗并且将清洗完的再生纤维素膜浸泡在5-30％的甘油水溶液中，进行保湿，然后烘干。
51.实施例1～5：
52.一种再生纤维素除病毒过滤膜的平板膜制备方法，包括步骤：
53.s1：在本实施例中，总物料为30kg，选取15.6％的二醋酸纤维素(ca)，致孔组分a(1％聚乙烯吡咯烷酮k30)，致孔组分b(26％乙酰胺)，29.4％的常规易挥发溶剂丙酮，28％的常规不易挥发溶剂二甲基乙酰胺，40℃混合均匀得到铸膜液。将铸膜液均一地涂覆至钢带上(刮刀厚度350μm)；
54.s2：控制环境湿度在75％，停留时间为30s，吹风速度在0.2m/min，得到预成型铸膜液。
55.s3：将预成型铸膜液浸入24℃的50％甲醇水溶液中，表面张力在25.6mn.m-1
，停留60s；得到的固化膜厚约180μm；
56.s4：将步骤s3得到的醋酸纤维素膜在0.02m/l和50℃的氢氧化钠水溶液中水解5和10小时，通过红外进行验证，醋酸纤维素的羰基峰1740cm-1
完全消失，得到完全的再生纤维素膜(湿膜厚度约为135μm)；
57.s5：清洗，将水解后的成品膜进行清洗并且将清洗完的再生纤维素膜浸泡在20％的甘油水溶液中，进行保湿，然后烘干。最终干燥后得到的干膜厚度为100μm。
58.扫描电镜拍摄：将实施例1得到的除病毒过滤膜进行冷冻干燥，然后喷金，用s-4800型场发射扫描电镜(日本hitachi公司)进行拍摄，结果见图1和图2。
59.总物料不变，改变步骤s1中物料的组成得到不同孔径的再生纤维素膜，得到实施例2～5，见表1：
60.表1
[0061][0062]
实施例6～14：
[0063]
总物料量为30kg，选取18.8％二醋酸纤维素为原材料，0.3％致孔剂a组分pvp-k30，24.8％致孔剂b组分乙酰胺，29.5％溶剂a丙酮，22.6％溶剂b二甲基乙酰胺，4％溶剂二甲基亚砜，混合均匀得到铸膜液。将铸膜液均一地涂覆至无纺布上(刮涂厚度为350微米)改变空气段工艺(见表2)，完成得到预成型铸膜液；将预成型铸膜液浸入24℃的50％甲醇水溶液中，其表面张力为25.6mn.m-1
，停留60s，将得到的醋酸纤维素膜在0.02m/l和50℃的氢氧化钠水溶液中水解10小时，得到完全的再生纤维素膜，清洗，将水解后的成品膜进行清洗并且将清洗完的再生纤维素膜浸泡在20％的甘油水溶液中，进行保湿，然后烘干，干膜厚度控制在160μm左右。
[0064]
表2
[0065][0066][0067]
实施例15～21
[0068]
总物料量为30公斤，选取18.8％二醋酸纤维素为原材料，0.3％致孔剂a组分pvp-k30，24.8％致孔剂b组分乙酰胺，29.5％溶剂a丙酮，26.6％溶剂b二甲基乙酰胺。空气段工艺同实施例1，预成型后，浸入不同温度和浓度的甲醇水溶液凝固浴中(见表3)，将得到的醋酸纤维素膜在0.02m/l和50℃的氢氧化钠水溶液中水解10小时，经红外检测，得到完全水解的再生纤维素膜，清洗，将水解后的成品膜进行清洗并且将清洗完的再生纤维素膜浸泡在20％的甘油水溶液中，进行保湿，然后烘干，干膜厚度控制在100μm左右。
[0069]
表3
[0070]
实施例温度(℃)浓度％151750162050172250182750192255202260212265
[0071]
实施例22～24
[0072]
与实施例4条件相同，不同之处在于利用表4中的酯化纤维素代替实施例4中的二醋酸纤维素：
[0073]
表4
[0074]
实施例酯化纤维素22三醋酸纤维素23丙酸纤维素24醋酸丁酸纤维素
[0075]
性能检测
[0076]
平均孔径(nm)、泡压(mpa)、流速(lmh/bar)、致密层厚(μm)、拉伸强度(n)、蛋白质透过率(％)、病毒截留(lrv)、表面孔大小(nm)、底面孔大小(nm)检测，见表5：
[0077]
检测方法分别如下：
[0078]
平均孔径测试：用孔径分布测试仪pmi进行测试，先裁切一定尺寸的膜，然后用低表面张力(15.6mn.m-1
)溶剂(美国pmi设备商提供)进行润湿，然后放入测试槽内，最后通过干-湿线得到平均孔径和开始出泡孔径。
[0079]
泡压测试：将得到的膜用低表面张力液体13.6mn.m-1
(3m
tm
novec
tm
7100)润湿后，对该膜用压缩氮气缓慢地施加压力，直至膜表面产生连续的气泡，此时的气体压力称为泡压(mpa)。
[0080]
流速：采用millipore的virusmax测试装置加25mm的不锈钢可换膜过滤器进行测试(蛋白质透过率实验和病毒过滤实验均采用此装置)，有效过滤面积为4.1cm2，使用温度为25℃的超纯水，压力控制在2bar下进行过滤测试。
[0081]
致密层厚测试：通过sem截面图，测试出致密层的厚度。
[0082]
拉伸强度的测试：用裁膜刀将测试样品剪成宽1cm，长8-10cm的小膜片，用微机控制电子万能试验机ld22.501量程范围0-50n进行拉伸强度的测试。
[0083]
蛋白质透过率测试：配制一定浓度的igg蛋白质溶液(比如1g/l、5g/l等)，经过0.22μm的预过滤排除颗粒和蛋白质溶液的预聚体。然后同样采用millipore的virusmax测试装置加25mm的不锈钢换膜过滤器进行测试，用紫外分光光度计uv-5(梅特勒所制)在280nm波长下，进行吸光度的测试。透过率计算公式如下：
[0084]
透过率＝c1/c0×
100％，c1为透过液浓度，c0为原液浓度。
[0085]
病毒截留实验测试：使用多克隆抗体igg作为抗体溶液，向所得到的抗体溶液中添加5％的mvm鼠细小病毒和bvdv牛病毒性腹泻病毒，充分搅拌得到含有病毒的抗体溶液。采用millipore的virusmax测试装置加25mm的不锈钢换膜过滤器进行测试：
[0086]
lrv＝log
10
(c0/cf)
[0087]
c0表示含有病毒的抗体的原液的感染滴度，cf表示使用再生纤维素除病毒过滤膜后的过滤液中的感染滴度。
[0088]
表面孔和底面孔大小检测：表面孔和底面孔测试方式是同样采取sem图，进行测量。
[0089]
表5
[0090][0091][0092]
由实施例1～5以及上述测试数据可知，改变步骤s1中物料的组成可以得到不同孔径的再生纤维素膜，充分说明本发明的方法具有较强的可控性，可以根据需要去除的病毒的尺寸大小选择适当的工艺，得到适当的膜产品。
[0093]
由实施例6～14以及上述测试结果可知，干膜厚度均控制在100μm左右，但精密层(致密层)的厚度完全不一样。湿度增加，停留时间增加，风速增大，都有利于精密层厚度的减小，拉伸力的减小和流速的增大。
[0094]
由实施例15～18以及上述测试结果可知，浓度越低，表面张力越大，温度越大，都会影响表面孔的大小，导致表面孔形成皮层结构，底面孔变大。