技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及流體過濾裝置，更具體地涉及結(jié)合有復(fù)合介質(zhì)過濾器結(jié)構(gòu)的流體過濾裝置，以及使用和制備這種裝置和結(jié)構(gòu)的方法。

技術(shù)背景

設(shè)計用于去除不想要的顆粒和污染物的流體過濾器易于阻塞，因為當(dāng)顆粒和污染物被捕獲在過濾介質(zhì)中時，流體路徑逐漸被關(guān)閉或限制。過濾器的容量或使用壽命與其以高于最小值的速率通過流體的能力相關(guān)，或者與在低于最大值的壓力下保持期望的流率的能力相關(guān)。

增加過濾器所需的污垢容納能力或使用壽命的一種方法是用具有較粗糙結(jié)構(gòu)的預(yù)過濾器保護末端過濾器。預(yù)過濾器通常將具有的顆粒尺寸去除等級比末端過濾器的更大。因為預(yù)過濾器的較粗糙的結(jié)構(gòu)將去除否則會阻塞末端過濾器的相對大的顆粒，所以末端過濾器的使用壽命將增加。此外，由于其較粗糙的結(jié)構(gòu)，面對相同的顆粒挑戰(zhàn)，預(yù)過濾器不會像末端過濾器那樣容易阻塞。因此，與末端過濾器本身相比，組合的預(yù)過濾器和末端過濾器允許更長的過濾器使用壽命。

然而，將結(jié)構(gòu)較粗糙的預(yù)過濾器添加到過濾器裝置確實具有缺點，例如與在裝置中支撐和容納附加的預(yù)過濾器材料相關(guān)聯(lián)的成本。預(yù)過濾器的添加可以增加過濾系統(tǒng)占據(jù)的總空間。過濾器體積的這種增加被認為是缺點，因為緊湊性是過濾系統(tǒng)的期望性質(zhì)。

因此，期望開發(fā)具有增加的使用壽命和所需的污垢容納能力的流體過濾結(jié)構(gòu)，其能夠去除相對較大的污染物和顆粒，否則這些污染物和顆粒將阻塞末端過濾器。還期望通過結(jié)合具有這些有利性質(zhì)的流體過濾結(jié)構(gòu)來降低流體過濾裝置的制造成本以及減小這種裝置的外形尺寸要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

適應(yīng)于與預(yù)過濾器和末端過濾器組件相關(guān)的上述需要和問題，本發(fā)明提供了包含復(fù)合過濾介質(zhì)的流體過濾結(jié)構(gòu)，該復(fù)合過濾介質(zhì)具有位于至少兩個含纖維的多孔過濾層之間的粗糙多孔夾層。在某些實施方案中，所述至少兩個多孔過濾層由各自具有不同纖維直徑的靜電紡絲聚合物納米纖維制成。

本發(fā)明的另一個實施方案包括含有位于所述至少兩個含聚合物纖維的過濾層或墊之間的一個或多個聚合物無紡粗糙夾層的復(fù)合過濾介質(zhì)。

本發(fā)明的其他實施方案包括復(fù)合過濾介質(zhì)，其具有(i)包含具有第一纖維直徑的第一聚合物纖維的第一過濾墊，(ii)包含具有第二纖維直徑的第二聚合物纖維的第二過濾墊，以及(iii)位于第一和第二過濾墊之間的粗糙夾層，其中第一纖維直徑不同于第二纖維直徑，并且每個過濾墊具有由實際孔徑確定的不同孔徑等級。

在本發(fā)明的另一個實施方案中，復(fù)合過濾介質(zhì)中的第一和第二聚合物纖維是納米纖維。

在本發(fā)明的另一個實施方案中，第一和第二聚合物納米纖維是靜電紡絲納米纖維。

在某些實施方案中，本發(fā)明提供了復(fù)合過濾介質(zhì)，其含有與第一或第二過濾層中的任一個相比具有較粗孔徑的夾層，其中夾層的平均孔徑比在夾層的任一側(cè)上的第一或第二含纖維過濾層的平均孔徑大大約2至100倍，從而使得與直接層疊在彼此上而其間不存在較粗糙夾層的過濾層相比，所得到的復(fù)合過濾介質(zhì)具有增加的污垢容納能力。

在其他實施方案中，本發(fā)明提供容納流體過濾結(jié)構(gòu)的流體過濾裝置，所述流體過濾結(jié)構(gòu)包含由位于至少兩個含聚合物纖維的過濾墊之間的一個或多個聚合物無紡粗糙夾層制成的復(fù)合介質(zhì)。

在本發(fā)明的另一個實施方案中，復(fù)合過濾介質(zhì)中的所述至少兩種聚合物纖維是納米纖維。

在本發(fā)明的另一個實施方案中，納米纖維是靜電紡絲納米纖維。

在其他實施方案中，本發(fā)明提供容納流體過濾結(jié)構(gòu)的流體過濾裝置的使用方法和制備方法，所述流體過濾結(jié)構(gòu)包含由一個或多個聚合物無紡粗糙夾層制成的復(fù)合介質(zhì)，所述夾層位于至少兩個含聚合物纖維的過濾墊之間。

本發(fā)明的另一個實施方案提供了復(fù)合介質(zhì)的使用方法和制備方法，其中聚合物纖維是納米纖維。

本發(fā)明的另一個實施方案提供了復(fù)合介質(zhì)的使用方法和制備方法，其中聚合物納米纖維是靜電紡絲納米纖維。

在下面的詳細說明書、權(quán)利要求書和其后的附圖中，將闡述本發(fā)明的實施方案的附加特征和優(yōu)點。本文所述的具體實施方案僅以舉例的方式提供，并不意味著以任何方式進行限制。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行許多修改和變化，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。從下文的描述中，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將變得顯而易見。

附圖說明

圖1A、1B和1C描述了根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案的復(fù)合介質(zhì)結(jié)構(gòu)的橫截面圖，并且圖1D描述了沒有位于每個過濾層之間的夾層的現(xiàn)有技術(shù)的多層過濾介質(zhì)的橫截面圖；

圖2是顯示過濾層布置以及夾層的存在或不存在對于根據(jù)某些實施方案的過濾器裝置的吞吐能力的作用的條形圖；

圖3是顯示過濾層布置以及夾層的存在或不存在對于根據(jù)某些實施方案的過濾器裝置的吞吐能力的作用的條形圖；

圖4是顯示過濾層布置以及夾層的存在或不存在對于根據(jù)某些實施方案的過濾器裝置的吞吐能力的作用的條形圖；并且

圖5顯示過濾層布置以及夾層的存在或不存在對于根據(jù)某些實施方案的過濾器裝置的吞吐能力的作用的條形圖。

具體實施方式

除非另有說明，否則說明書(包括權(quán)利要求書)中使用的表示成分、細胞培養(yǎng)物、處理條件等的量的所有數(shù)字應(yīng)該理解為在所有情況下由術(shù)語“大約”修飾。因此，除非另有相反指示，數(shù)值參數(shù)是近似值，并且可以根據(jù)本發(fā)明尋求獲得的期望性質(zhì)而變化。

為了本說明書和所附權(quán)利要求書的目的，除非另有說明，表示成分的量、材料的百分比或比例、反應(yīng)條件的所有數(shù)字以及說明書和權(quán)利要求書中使用的其他數(shù)值應(yīng)理解為在所有情況下由術(shù)語“大約”修飾。

因此，除非相反地指出，否則在下文的說明書和所附權(quán)利要求書中闡述的數(shù)值參數(shù)是近似值，其可以根據(jù)本發(fā)明尋求獲得的期望性質(zhì)而變化。至少，并且并非試圖將等效原則的應(yīng)用限制于權(quán)利要求書的范圍，每個數(shù)值參數(shù)應(yīng)當(dāng)至少根據(jù)報告的有效位數(shù)的數(shù)目并通過應(yīng)用普通的舍入技術(shù)來解釋。

盡管闡述本發(fā)明的寬范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但是在具體實施例中闡述的數(shù)值盡可能精確地報告。然而，任何數(shù)值固有地含有必然由在它們各自的測試測量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準偏差導(dǎo)致的某些誤差。此外，本文公開的所有范圍應(yīng)理解為包括其中包含的所有子范圍。

除非本文另有說明，否則本文中數(shù)值范圍的列舉僅意圖用作單獨地指示落入該范圍內(nèi)的每個單獨值的速記方法，并且每個單獨值被并入說明書中，如同其在文中被單獨列舉。

本文所述的所有方法能夠以任何合適的順序進行，除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾。

本文提供的任何和所有實施例或示例性語言(例如：“例如”)的使用僅旨在更好地說明本發(fā)明，而不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制，除非另有說明。說明書中的語言不應(yīng)被解釋為指示任何未要求保護的要素對于實施本發(fā)明是必要的。

在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行許多修改和變更，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。本文所述的具體實施方案僅以舉例的方式提供，并不意味著以任何方式進行限制。意圖是，說明書和實施例僅被認為是示例性的，本發(fā)明的真實范圍和精神由所附權(quán)利要求書指示。

在進一步詳細描述本發(fā)明之前，將定義多個術(shù)語。這些術(shù)語的使用不限制本發(fā)明的范圍，而是僅用于幫助描述本發(fā)明。額外的定義可以在整個詳細說明書中闡述。

I.定義

在描述本發(fā)明的上下文中(特別是在所附權(quán)利要求書的上下文中)使用的術(shù)語“一個(a)”、“一個(an)”和“該(the)”以及類似的指示物應(yīng)被解釋為包含單數(shù)和復(fù)數(shù)，除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾。

除非另有說明，在一系列要素之前的術(shù)語“至少”應(yīng)理解為是指該系列中的每個要素。

如本文所使用的，術(shù)語“納米纖維”是指具有從幾納米到多達1,000納米的直徑的纖維。

如本文所使用的，術(shù)語“流體過濾結(jié)構(gòu)”、“復(fù)合介質(zhì)(composite media)”、“復(fù)合媒介(composite medium)”、“過濾媒介(filter medium)”或“過濾介質(zhì)(filter media)”是指攜帶感興趣的產(chǎn)物以及顆粒和污染物的流體通過的材料總稱，其中顆粒和污染物沉積在介質(zhì)內(nèi)或介質(zhì)上。

如本文所用，術(shù)語“滲透率”是指給定壓降下通過過濾器的給定面積的過濾介質(zhì)的流體量的速率。通常的滲透率單位是每psi壓降的每平方米每小時的升數(shù)，簡寫為LMH/psi。

如本文所使用的，術(shù)語“靜電紡絲(electrospinning)”或“靜電紡絲(electrospun)”是指通過向該溶液施加電勢從聚合物溶液或熔體制備納米纖維的靜電紡絲方法。用于制備用于過濾介質(zhì)的靜電紡絲納米纖維墊的靜電紡絲方法，包括用于進行靜電紡絲方法的合適的儀器，公開在國際公開號WO 2005/024101、WO 2006/131081和WO 2008/106903中，每件通過引用全體并入本文，并且每件轉(zhuǎn)讓給捷克共和國Liberec的Elmarco S.R.O.

如本文所使用的，術(shù)語“納米纖維墊”是指多根納米纖維的組件，使得墊的厚度通常比墊中單根纖維的直徑大至少大約10倍。納米纖維可以隨機布置在墊中，或者沿著一個或多個軸排列。

如本文所使用的，術(shù)語“生物藥制劑”或“樣品”是指含有感興趣的產(chǎn)物(例如治療性蛋白質(zhì)或抗體)和不需要的組分、顆粒和污染物或顆粒的任何液體組合物，例如蛋白質(zhì)聚集體(例如，感興趣的產(chǎn)物的高分子量聚集體)。

II.示例性流體過濾結(jié)構(gòu)

圖1A描述了包括復(fù)合介質(zhì)的流體過濾結(jié)構(gòu)(20)的示例性實施方案，所述復(fù)合介質(zhì)包含位于第一(26)和第二(28)含有靜電紡絲聚合物纖維的過濾墊之間的至少一個粗糙多孔無紡夾層(25)。

圖1B描述了包括復(fù)合介質(zhì)的流體過濾結(jié)構(gòu)(30)的示例性實施方案，所述復(fù)合介質(zhì)包括位于第一(32)和第二含有靜電紡絲聚合物纖維(36)的纖維墊之間的至少一個粗糙多孔無紡夾層(35)，以及額外的含有靜電紡絲聚合物纖維的墊(34、38)，其每個具有與第一和第二含纖維墊相比的不同的孔徑等級。墊(36、38)和(32、34)分別彼此重疊以形成不對稱結(jié)構(gòu)。在這種墊結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不對稱性改善復(fù)合介質(zhì)過濾器的污垢容納能力。實際上，面對挑戰(zhàn)流的流體過濾結(jié)構(gòu)的較粗糙部分用作所述結(jié)構(gòu)的較精細部分的預(yù)過濾器，其被設(shè)計以防止大于指定尺寸的顆粒通過(“截留”層)。

圖1C描述了包括復(fù)合介質(zhì)的流體過濾結(jié)構(gòu)(40)的示例性實施方案，所述復(fù)合介質(zhì)包括位于第一(42)和第二(44)、第三(46)和第二(44)以及第四(48)和第三(46)含有靜電紡絲聚合物纖維的過濾墊之間的至少一個粗糙多孔無紡夾層(45)。

III.示例性納米纖維聚合物材料

適合用作本發(fā)明的靜電紡絲納米纖維的聚合物的某些示例性實施方案包括熱塑性和熱固性聚合物。合適的聚合物的非限制性實例包括尼龍、聚酰亞胺、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚砜、纖維素、乙酸纖維素、聚醚砜、聚氨酯、聚(脲氨基甲酸酯)、聚苯并咪唑、聚醚酰亞胺、聚丙烯腈、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚苯胺、聚環(huán)氧乙烷、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、丁苯橡膠、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯基丁烯、其共聚物、衍生化合物、共混物及組合。合適的聚酰胺縮聚物包括尼龍-6、尼龍-4,6、尼龍-6,6、尼龍6,6-6,10、其共聚物以及其他線性的通常是脂族的尼龍組合物等。

如本文所使用的，術(shù)語“尼龍”包括尼龍-6、尼龍-6,6、尼龍6,6-6,10、以及其共聚物、衍生化合物、共混物和組合。

IV.形成多孔纖維墊的示例性方法

通過從尼龍溶液沉積納米纖維，制備纖維狀多孔墊的某些示例性實施方案。以干基測量，這樣的納米纖維過濾墊具有在大約0.1g/m²與大約10g/m²之間的優(yōu)選基重(即，在殘余溶劑已經(jīng)蒸發(fā)或以其他方式除去后)。

在其他示例性實施方案中，將尼龍溶于溶劑的混合物中，所述溶劑包括但不限于甲酸、硫酸、乙酸、2,2,2-三氟乙醇、2,2,2,3,3,3-六氟丙醇和水。

在其他示例性實施方案中，通過將干尼龍聚合物溶解在一組溶劑中(即，首先制備儲備溶液)，然后加入其他溶劑以使該溶液準備好用于靜電紡絲來制備尼龍溶液。

在其他示例性實施方案中，尼龍聚合物(即起始的)在溶液制備過程中部分水解，從而使得部分水解的尼龍聚合物(即末尾的)的平均分子量小于起始的尼龍聚合物的平均分子量。

在某些示例性實施方案中，將單層或多層多孔粗糙無紡夾層基材或載體設(shè)置在移動的收集帶上，以收集并與靜電紡絲納米纖維過濾層結(jié)合，形成復(fù)合過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)。

用于制備用于微粒去除的多孔過濾膜的一種優(yōu)選方法是將受控尺寸的纖維設(shè)置在多孔墊基材上，從而使得纖維之間的空間構(gòu)成過濾孔。根據(jù)下面的等式1，平均孔徑與纖維直徑相關(guān)：

等式1(其中d是平均孔徑，d_f是纖維直徑，并且是墊的孔隙率)

復(fù)合分級纖維過濾器結(jié)構(gòu)可以通過將不同受控纖維尺寸的過濾墊層疊在彼此之上而形成。以這種方式，可以形成基本上不對稱的多孔結(jié)構(gòu)。如上所述，這種不對稱多孔結(jié)構(gòu)允許比對稱結(jié)構(gòu)更高的污垢容納能力。

圖1D描述了常規(guī)的分級纖維過濾墊布置(50)，其中含有纖維的過濾墊層通常直接彼此相對設(shè)置。(52、54、56、58)

然而，已經(jīng)出乎意料地發(fā)現(xiàn)，通過用具有比任何纖維過濾墊層粗糙得多的孔徑的多孔夾層隔離纖維過濾墊層，與其中纖維過濾墊層直接彼此接觸的過濾結(jié)構(gòu)(即，沒有位于每個過濾墊層之間的多孔支撐夾層)相比，這種纖維過濾結(jié)構(gòu)中的抗阻塞性顯著提高。(圖1A)

尚未充分理解允許與用粗糙夾層隔離單個纖維墊層相關(guān)聯(lián)的更高抗阻塞性的機制，但是可以推測顆?？赡芫哂性黾拥脑诓煌w維尺寸的纖維墊層之間的界面被捕獲的傾向。不管實際機制如何，添加多孔粗糙夾層導(dǎo)致過濾器阻塞減少，并因此增加過濾器的使用壽命。

用于選擇多層過濾結(jié)構(gòu)的其他考慮包括介質(zhì)和裝置制造的經(jīng)濟性和方便性，以及易于滅菌和驗證。過濾介質(zhì)的優(yōu)選過濾層構(gòu)造通常基于實際考慮來選擇。

V.用于收集納米纖維的示例性夾層基材

收集或沉積在粗糙夾層上的流體過濾層是單層或多層構(gòu)造。

單層或多層多孔粗糙夾層的實例包括但不限于：紡粘無紡材料、熔噴無紡材料、針刺無紡材料、射流噴網(wǎng)無紡材料、濕法成網(wǎng)無紡材料、樹脂粘合的無紡材料及它們的組合。

多孔粗糙夾層的示例性實施方案由合成或天然聚合物材料制成。熱塑性塑料是對于該用途有用的聚合物類。熱塑性塑料包括但不限于：聚烯烴，例如聚乙烯，包括超高分子量聚乙烯，聚丙烯、護套聚乙烯/聚丙烯纖維、PVDF、聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚苯砜、聚氯乙烯、聚酯，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯等，聚酰胺、丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯聚合物和上述的混合物。其他合成材料包括纖維素、環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯等。

合適的多孔粗糙夾層基材包括多孔無紡基材(即，孔徑大約1μm至大約100μm的那些)。

多孔粗糙夾層材料可以是親水性無紡材料或疏水性無紡材料，并且包括但不限于聚烯烴、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯。

多孔粗糙夾層具有與夾層的幾何和/或物理結(jié)構(gòu)和/或形狀相關(guān)聯(lián)的兩個主要相對表面或側(cè)面(即，相對的第一和第二側(cè)面)。當(dāng)復(fù)合介質(zhì)用于樣品過濾時，流體將從一個側(cè)面(表面)流過夾層基材并通過相對的另一個側(cè)面(表面)。

夾層的兩個相對表面之間的厚度方面是多孔的。該多孔區(qū)域具有與孔相關(guān)聯(lián)的表面積。為了防止與術(shù)語“表面(surface)”、“表面(surfaces)”或“表面積”或類似用法相關(guān)的混淆，幾何表面將被稱為外表面或正面表面或側(cè)面。與孔相關(guān)聯(lián)的表面積將被稱為內(nèi)部或多孔表面積。

夾層的多孔材料包含作為空白空間的孔隙，以及構(gòu)成夾層材料的物理體現(xiàn)的固體基質(zhì)或骨架。例如，在無紡夾層中，隨機取向的纖維構(gòu)成基質(zhì)并給予夾層其形式。

當(dāng)復(fù)合介質(zhì)在復(fù)合介質(zhì)的表面上包括涂層或覆蓋物時，意味著內(nèi)表面和外表面被涂覆以便不完全地阻塞孔，即保留相當(dāng)大比例的多孔結(jié)構(gòu)用于對流。特別地，對于內(nèi)表面區(qū)域，涂層或覆蓋是指多孔基體被涂覆或覆蓋，留下相當(dāng)大比例的開放孔。

VI.執(zhí)行的示例性測試方法

“基重”通過ASTM D-3776來測定，其通過引用并入本文并以g/m²報告。

通過將樣品的基重(g/m²)除以聚合物密度(g/cm³)，除以樣品厚度(微米)，乘以100，并從100減去所得數(shù)值，計算得到孔隙率，即，孔隙率＝100-[基重/(密度x厚度)x100]。

纖維直徑如下測定：在納米纖維墊樣品的每一側(cè)面，以60,000放大倍數(shù)獲取掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。從每個SEM圖像測量十個(10)清晰可辨的納米纖維的直徑并記錄。不包括缺陷(即，納米纖維團、聚合物滴、納米纖維的交叉點)。計算納米纖維墊樣品的每一側(cè)面的平均纖維直徑。測量的直徑還包括在SEM的樣品制備期間施加的金屬涂層。確定這種涂層對測得的直徑增加大約4至5nm。在此報告的直徑已經(jīng)通過從測量的直徑減去5nm來校正該差異。

厚度通過ASTM D1777-64測定，其通過引用并入本文，并以微米(micrometers或microns)報告，并由符號“μm”表示。

“滲透率”是在給定壓降下流體通過給定面積的復(fù)合過濾介質(zhì)樣品的速率，并且通過使去離子水通過直徑為25mm的復(fù)合過濾介質(zhì)樣品(3.5cm²過濾面積)來測量。使用液壓(水頭壓力)或氣動壓力(水的空氣壓力)迫使水通過復(fù)合過濾介質(zhì)樣品。

可以使用諸如泡點、液-液孔隙度的常規(guī)膜技術(shù)，或者使用某些尺寸的顆粒進行挑戰(zhàn)試驗來測量靜電紡絲墊的“有效孔徑”。已知纖維墊的有效孔徑通常隨著纖維直徑而增加，并隨孔隙率而減小。

膜制造商給商業(yè)膜過濾器分配公稱孔徑等級，其通常表示滿足針對顆粒或微生物的某些保留標(biāo)準，而非實際孔的幾何尺寸。

將通過旨在作為本發(fā)明的示例的示例性實施方案的以下實施例，進一步闡明本發(fā)明。

實施例

制備用于靜電紡絲的尼龍儲備溶液

實施例1提供了根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案制備用于靜電紡絲的尼龍溶液的示例性步驟。

尼龍6由BASF Corp.，F(xiàn)lorham Park，NJ，USA供應(yīng)，商標(biāo)為Ultramid B24。尼龍6的溶液在以重量比2:1存在的乙酸和甲酸這兩種溶劑的混合物中制備。為了產(chǎn)生直徑大約120nm的纖維，制備11重量％尼龍6的溶液，為了產(chǎn)生直徑大約160nm的纖維，制備12.4重量％尼龍6的溶液，并且為了產(chǎn)生直徑大約200nm的纖維，制備13.7重量％的溶液。通過在玻璃反應(yīng)器中在80℃下將溶劑和聚合物的每種混合物劇烈攪拌5至6小時來制備溶液。隨后將溶液冷卻至室溫。

在實施例1中，尼龍納米纖維墊由具有靜電紡絲所制備的兩種不同纖維直徑尺寸的納米纖維制成，其中(1)第一墊大約20μm厚，并且含有纖維直徑大約120nm的納米纖維，并且設(shè)計為阻留細菌B.diminuta，并且(2)第二墊也大約20μm厚，并且包含纖維直徑大約200nm的納米纖維，其中第二墊具有比第一墊成比例更大的孔隙尺寸。

第二墊可以用作含有120nm直徑的纖維的第一墊的預(yù)過濾層。

制備一組過濾裝置，使得含有200nm纖維直徑的第二墊以O(shè)ptiScale 25膠囊形式(EMD Millipore Corporation，Billerica，MA)直接層疊在含有直徑120nm纖維的第一墊上。OptiScale 25膠囊裝置含有具有標(biāo)稱直徑25mm并且含有3.5cm²正面表面積的膜圓盤。

制備第二組過濾裝置，使得具有在5μm至10μm范圍內(nèi)的纖維直徑的聚丙烯無紡夾層插入在含有200nm直徑纖維的第二墊和含有120nm直徑纖維的第一墊之間。

然后，用由在水中的2g/l EMD大豆(細胞培養(yǎng)基)組成的流挑戰(zhàn)這些過濾器裝置中的每一個，其通過0.45μm等級膜過濾，在2psig下操作。

圖2說明，過濾器設(shè)置實現(xiàn)了與具有含纖維直徑大約120nm的納米纖維的單個多孔墊的過濾器設(shè)置相比更高的吞吐能力，該過濾器設(shè)置具有直接層疊在含有纖維直徑為大約120nm的納米纖維的多孔第一墊上的含有纖維直徑大約200nm的納米纖維的多孔第二墊。然而，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，含有位于含有直徑為大約200nm的纖維的多孔納米纖維墊和含有直徑大約120nm的纖維的多孔納米纖維墊之間的粗糙無紡夾層的過濾結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出比前兩個過濾器設(shè)置中任意一個更高的吞吐能力。

實施例2進一步證明了在兩個過濾層之間包括粗糙多孔夾層的優(yōu)點，其中除了含有實施例1的直徑大約120nm和200nm的纖維的墊之外，產(chǎn)生另外的含有納米纖維的墊，大約20微米厚，含有直徑大約160nm的纖維。將這種含有納米纖維的另外的墊設(shè)置在含120nm纖維的墊和含200nm纖維的墊之間。

圖2說明第一組過濾裝置，其中含納米纖維的墊直接彼此層疊。對于第二組過濾裝置，將具有大約5μm至10μm的近似纖維直徑的粗糙聚丙烯無紡層設(shè)置在含120nm纖維的墊和含160nm纖維的墊之間，以及含160nm纖維的墊和含200nm纖維的墊之間。如在實施例1中，將所有過濾器結(jié)構(gòu)設(shè)置在OptiScale 25膠囊內(nèi)。

如在實施例1中，分級纖維結(jié)構(gòu)優(yōu)于單層結(jié)構(gòu)。此外，含有無紡粗糙夾層的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)優(yōu)于其中納米纖維墊直接彼此層疊的結(jié)構(gòu)。

與對稱結(jié)構(gòu)相比，不對稱或分級的孔結(jié)構(gòu)過濾器允許改善的吞吐能力。出乎意料的是，在不同纖維尺寸的納米纖維層之間添加多孔載體進一步增強了不對稱結(jié)構(gòu)的容量益處。

實施例3還證明了在兩個過濾層之間包括粗糙多孔夾層的優(yōu)點。實施例2中所述的三個納米纖維層被布置，使得大約75μm厚的由纖維直徑大約15μm至20μm的纖維構(gòu)成的尼龍無紡夾層鄰近160nm納米纖維層設(shè)置。在另一變型中，尼龍無紡夾層僅設(shè)置在160nm和120nm納米纖維層之間，并且200nm納米纖維層鄰近160nm納米纖維層設(shè)置。

如實施例1所述地測量這兩個過濾結(jié)構(gòu)的吞吐能力，并且與其中不存在無紡夾層(即，三個納米纖維層彼此相鄰)的過濾結(jié)構(gòu)以及包含設(shè)置在160nm和120nm納米纖維層之間的過濾結(jié)構(gòu)相比較。

圖4說明最高性能的復(fù)合介質(zhì)過濾器結(jié)構(gòu)具有設(shè)置于含200nm和160nm納米纖維的層與含160nm和120nm納米纖維的層之間的無紡夾層。具有僅位于含200nm和160nm納米纖維的層之間的無紡夾層的復(fù)合介質(zhì)過濾器結(jié)構(gòu)顯示介于沒有任何無紡層的過濾器結(jié)構(gòu)與具有兩個無紡層的結(jié)構(gòu)之間的容量性能。其中尼龍無紡夾層僅設(shè)置于含160nm和120nm納米纖維的層之間的過濾器結(jié)構(gòu)的污垢容納能力沒有顯著地不同于沒有任何無紡夾層的過濾器結(jié)構(gòu)。

實施例4說明在設(shè)計用于截留支原體和逆轉(zhuǎn)錄病毒的兩個過濾層之間包括粗糙多孔夾層的優(yōu)點。由70nm納米纖維構(gòu)成的納米纖維墊具有能夠截留支原體的孔徑，并且由40nm纖維構(gòu)成的納米纖維墊具有能夠截留逆轉(zhuǎn)錄病毒的孔徑。將70nm和40nm的納米纖維墊接合到實施例3中所述的三個納米纖維層結(jié)構(gòu)上。在一個變型中，大約75μm厚的由直徑大約15μm至20μm的纖維構(gòu)成的尼龍無紡夾層設(shè)置在70nm和40nm的納米纖維層之間。在第二個變型中，70nm和40nm纖維層之間沒有夾層。

如實施例1所述地測量這兩種過濾結(jié)構(gòu)的吞吐能力。圖5說明含有設(shè)置于含70nm和40nm納米纖維的層之間的無紡夾層的復(fù)合介質(zhì)過濾器結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)于在70和40nm納米纖維層之間沒有任何無紡層的過濾器結(jié)構(gòu)的容量性能。

使用方法

在某些實施方案中，本發(fā)明可以用于從液體樣品中過濾、分離、制備、鑒定、檢測和/或純化感興趣的液體生物藥制品樣品。

在其他實施方案中，本發(fā)明可以與樣品制備方法一起使用，包括但不限于色譜法；高壓液相色譜(HPLC)；電泳；凝膠過濾；樣品離心；在線樣品制備；診斷試劑盒測試；診斷測試；化學(xué)品運輸；生物分子運輸；高通量篩選；親和結(jié)合測定；液體樣品的純化；基于尺寸的流體樣品的組分分離；基于物理性質(zhì)的流體樣品的組分分離；基于化學(xué)性質(zhì)的流體樣品的組分分離；基于生物性質(zhì)的流體樣品的組分分離；基于靜電性質(zhì)的流體樣品的組分分離；及它們的組合。

用于蛋白質(zhì)生產(chǎn)的常規(guī)方法通常涉及細胞培養(yǎng)方法，其中重組工程改造哺乳動物或細菌細胞系以產(chǎn)生感興趣的蛋白。過濾器可以用于減少微生物的生物反應(yīng)器污染，例如細菌、真菌、支原體和病毒。例如，包括直徑為120nm的納米纖維的墊的納米纖維膜適合于去除Brevendumonas diminuta類的細菌。包括直徑為70nm的納米纖維的墊的納米纖維膜適合于去除支原體，主要是Acholeplasma laidlawii類。

通過使用含有蛋白質(zhì)、氨基酸和添加劑池的細胞培養(yǎng)基幫助細胞在生物反應(yīng)器中的生長。由于其被捕獲在過濾介質(zhì)中，這些添加劑會阻塞過濾器，關(guān)閉流體通路，并且因此限制過濾器的壽命。如在實施例1中所述，EMD大豆是可以阻塞納米纖維過濾器中的細菌截留層的細胞培養(yǎng)基。因此，盡管可以使用除去細菌或支原體的過濾器來過濾介質(zhì)，但是由于所述的阻塞現(xiàn)象，它們可能具有有限的壽命。使用本發(fā)明實施方案的過濾器，其中預(yù)過濾器層和無紡夾層例如設(shè)置在細菌截留納米纖維層的上游，可用于過濾該介質(zhì)，并且與使用現(xiàn)有技術(shù)制備的過濾器相比，其具有更長的壽命。

本文引用的所有參考文獻，包括出版物、專利申請和專利，通過引用并入本文，其程度如同每個參考文獻被單獨地和具體地指出通過引用并入本文并在本文中全部闡述。

本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，包括發(fā)明人已知的用于實施本發(fā)明的最佳模式。當(dāng)然，在閱讀前面的說明之后，優(yōu)選實施例的變型對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得顯而易見。本發(fā)明人期望技術(shù)人員適當(dāng)?shù)夭捎眠@樣的變型，并且本發(fā)明人意圖以不同于本文具體描述的方式實施本發(fā)明。因此，本發(fā)明包括適用法律所允許的所附權(quán)利要求書中所述的主題的所有修改和等同物。此外，除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾，否則本發(fā)明包括上述要素在其所有可能變型中的任何組合。上面闡述的公開內(nèi)容可以包括具有獨立效用的多個不同發(fā)明。雖然已經(jīng)以其優(yōu)選形式公開了這些發(fā)明中的每一個，但是本文公開和說明的具體實施方案不應(yīng)被認為是限制性的，因為許多變型是可能的。