CH688612A5 - polyvinylidene fluoride membrane. - Google Patents

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CH688612A5
CH688612A5 CH03856/94A CH385694A CH688612A5 CH 688612 A5 CH688612 A5 CH 688612A5 CH 03856/94 A CH03856/94 A CH 03856/94A CH 385694 A CH385694 A CH 385694A CH 688612 A5 CH688612 A5 CH 688612A5
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kuf
membranes
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CH03856/94A
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Peter John Degen
Ioannis P Sipsas
Gregory C Rapisarda
Joseph Gregg
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Pall Corp
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Description

       

  
 



  La présente invention se rapporte à une membrane poreuse comprenant du fluorure de polyvinylidène, aussi bien qu'à des méthodes de préparation et d'utilisation d'une telle membrane. La présente membrane inventive a été trouvée être particulièrement utile dans la filtration de solutions pharmacologiques et autres, plus particulièrement dans l'élimination des virus de telles solutions. 



  En préparant des solutions qui sont destinées à une administration à des hôtes animaux ou humains, telles que solutions pharmacologiques et de soutien de vie, il est important que de telles solutions soient aussi exemptes que possible de substances qui puissent causer des réactions négatives chez l'hôte. Un tel contaminant qui est particulièrement concerné sont les virus. Les virus sont la cause de beaucoup de maladies craintes dans le monde, telles que, par exemple, la polio, l'hépatite, et le sida. 



  Beaucoup de procédés physiques et non physiques sont actuellement utilisés pour soit éliminer soit inactiver les virus. Les procédés non physiques utilisés pour inactiver les virus incluent, par exemple, la pasteurisation à la chaleur et un traitement chimique. Cependant, ces procédés n'affectent pas tous les virus également. De plus, si des agents biothérapeutiques sont présents, de tels agents peuvent également devenir inactivés. De plus, les produits chimiques utilisés dans les traitements chimiques peuvent avoir un effet néfaste sur un hôte. 



  Une approche alternative implique un traitement de séparation physique. De tels procédés utilisent des membranes de filtration, par exemple, des membranes symétriques ou asymétriques microporeuses ou d'ultrafiltration, pour éliminer les virus d'une solution. De telles membranes éliminent les virus par soit adsorption, tamisage, ou une combinaison d'adsorption et de tamisage. Le tamisage est généralement préféré à l'adsorption en raison du contrôle plus grand qui peut être exercé sur le procédé de tamisage et parce que le  tamisage est moins sujet à permettre au virus de passer accidentellement à travers la membrane de filtration. 



  Lors du filtrage des virus, on doit tenir compte de la taille des virus cibles de façon à sélectionner le milieu de filtration approprié. Alors que tous les virus ne sont pas de la même taille, les virus sont typiquement caractérisés en tant que soit virus "grands", soit virus "petits". Les grands virus incluent les virus d'environ 0,08  mu m de diamètre efficace et plus, par exemple, les adénovirus, les rhéovirus, et les virus de l'herpès. Les petits virus incluent les virus qui ont un diamètre efficace d'environ 0,025 à  0,028  mu m, par exemple, les virus de l'hépatite, les virus de la polio, et les parvovirus. 



  Le tamisage efficace des virus est limité à présent par les membranes de filtration disponibles. Alors que des membranes à la fois microporeuses et d'ultrafiltration ont été proposées pour tamiser les virus, chacune de ces membranes sont inadéquates sous divers aspects. 



  Les membranes microporeuses sont caractérisées comme étant isopropies et sans peau. En d'autres termes, elles ont une structure de pores consistants, et leur capacité à éliminer les particules, comme mesurés par, par exemple, la réduction du titre, dépend de la taille des pores et de l'épaisseur de la membrane. La plus petite taille de pores moyenne couramment disponible dans ce type de membrane, cependant, est seulement d'environ 0,04  mu m, par exemple, Ultipor N66-NDP (Pall Corporation, Glen Cove, New York). Alors que de telles membranes sont capables d'éliminer les virus relativement grands en utilisant des membranes d'épaisseur raisonnable, elles ne peuvent généralement pas éliminer ceux qui tombent dans la catégorie de tailles plus petites. Les essais pour préparer une membrane microporeuse ayant des pores plus petits ont été sans succès jusqu'à ce jour. 



  Les membranes d'ultrafiltration sont caractérisées comme étant asymétriques, c'est-à-dire qu'elles possèdent une taille de pores non uniforme au travers de leurs épaisseurs. Spécifiquement, de telles membranes consistent typiquement d'une bicouche intégrale, dans laquelle une couche est une peau mince qui montre ce qui a été appelé des fissures analogues à  des fentes, alors que l'autre couche est une sous-structure épaisse contenant une concentration élevée de macrovides ou d'intrusions analogues à des doigts. La couche fine a une taille de pores relativement petite, alors que la sous-structure épaisse a une taille de pores relativement plus grande. C'est la peau, qui est intégrale avec la balance de la membrane, qui fournit à la membrane sa graduation de filtration.

  Les membranes d'ultrafiltration sont généralement disponibles dans un intervalle de diamètre de pores de 0,001 à 0,02  mu m. 



  Idéalement, la peau intégrale couvre complètement les macrovides du substrat épais. En pratique, cependant, la peau au dessus des macrovides contient pratiquement toujours des défauts significatifs, tels que des craquelures, des trous d'épingle, et d'autres défauts et imperfections, qui soit ouvrent une brèche dans la couche de peau soit amènent à un échec lors de l'utilisation. Ainsi, il ne peut y avoir de certitude concernant l'intégrité de la membrane et de son taux d'élimination. 



  Ainsi, bien que les membranes d'ultrafiltration soient utilisées en pratique, les membranes sont utilisées sur une base statistique au vu des défauts d'intégrité. C'est-à-dire que, puisque seulement une petite portion du liquide filtré passera à travers l'un des défauts, et comme seulement une portion de tout le liquide filtré contient le matériau indésirable que l'on cherche à éliminer, la probabilité est que seulement une petite quantité d'un tel matériau passera à travers la membrane. Alors que ceci peut être acceptable pour certaines applications, cela est inacceptable pour d'autres applications, particulièrement dans ces situations dans lesquelles le liquide filtré est destiné à être administré à un humain ou à un animal et que tout virus ou analogue qui a passé à travers la membrane peut créer un problème grave de santé pour le receveur. 



   De plus, la fabrication de membranes d'ultrafiltration acceptables est difficile au vu de leur structure et des défauts qui accompagnent invariablement cette structure. A ce jour, aucune membrane d'ultrafiltration n'a été fabriquée qui  soit en fait exempte de défauts. De plus, en raison de la couche extrêmement fine (de l'ordre de quelques microns d'épaisseur), qui est responsable de toutes les caractéristiques de filtration d'une membrane d'ultrafiltration, il est tout à fait difficile de reproduire sur une base consistante des membranes d'ultrafiltration qui possèdent le même niveau de défauts, de taille de pores et de distribution de taille de pores.

  En addition, l'intégrité et d'autres propriétés de telles membranes ne peuvent même pas être facilement testées après fabrication et avant utilisation réelle en raison des procédures de tests typiques, par exemple, les tests de "point de bulle" et de KL, qui requiéreraient des pressions de test si excessivement élevées qu'elles briseraient ou endommageraient autrement les membranes. 



  Ainsi, un besoin important reste pour une membrane de filtration qui soit capable de fournir l'élimination efficace et prévisible de petites particules, telles que des virus, d'un fluide. Un telle membrane doit de préférence montrer des propriétés d'adsorption minimales de façon à prévenir le refoulement et d'autres effets de filtration indésirables. De plus, la membrane de filtration doit être facilement reproductible et testable quant à son intégrité avant une utilisation réelle. Une méthode commercialement adaptable pour préparer de telles membranes serait également désirable. La présente invention fournit une telle membrane de filtration, aussi bien que des méthodes reliées de préparation et d'utilisation d'une telle membrane.

  Ces objets et avantages et d'autres de la présente invention, aussi bien que des caractéristiques inventives additionnelles, seront apparents à partir de la description de l'invention donnée ici. 



  La présente invention fournit une membrane en fluorure de polyvinylidène isotrope, sans peau, poreuse, ayant un KUF d'au moins 15 psi (103 kPa), et de préférence inférieur à 50 psi (345 kPa), lorsque testée en utilisant des pais de liquides ayant une tension interfaciale d'environ 4 dynes/cm (4 mN/m). La présente membrane selon l'invention a de préférence une réduction de titre d'au moins 10<8> contre un bactériophage T1, plus préférablement également contre un  coliphage PR772, et même encore plus préférablement également contre un bactériophage PP7. La présente membrane peut avoir une épaisseur d'environ 20 millièmes (500  mu m) ou moins et même aussi peu qu'environ 5 millièmes (125  mu m) ou moins. 



  Ainsi, l'invention a pour objet une membrane en fluorure de polyvinylidène, isotrope, sans peau, poreuse, ayant (a) un KUF d'au moins 103 kPa lorsque testée en utilisant des paires de liquides ayant une tension interfaciale d'environ 4 mN/m et/ou (b) une réduction de titre d'au moins 10<8> contre un bactériophage T1. 



  Selon une caractéristique de la membrane de l'invention, cette membrane a un KUF de 103 kPa à 345 kPa. 



  Selon une autre caractéristique de la membrane de l'invention, ladite membrane a une réduction de titre d'au moins 10<8> contre un bactériophage T1. 



  Dans ce cas, ladite membrane a de plus une réduction de titre d'au moins 10<8> contre le coliphage PR772 et/ou le bactériophage PP7. 



  Plus précisément, la membrane de l'invention a une réduction de titre de 10<2> ou moins contre le bactériophage PP7. 



  Une caractéristique supplémentaire de la membrane de l'invention est que ladite membrane a une épaisseur d'environ 500  mu m ou moins. 



  La membrane de l'invention peut de plus comprendre un revêtement de surface et d'un polymère rendant ladite membrane hydrophile et moins susceptible d'adsorption de protéines. 



  Dans ce cas, ledit polymère comprend un ou plus monomères acryliques ou méthacryliques ayant des groupes fonctionnels hydroxyles. 



  Ledit polymère peut avoir été greffé par irradiation sur ladite membrane. 



  L'irradiation préférée est l'irradiation par faisceaux électroniques. 



  La présente invention fournit également une méthode de préparation d'une telle membrane en procurant une solution de moulage comprenant un fluorure de polyvinylidène et un solvant  pour celui-ci, en chauffant la solution de moulage à une température uniforme d'environ 57 DEG C à environ 60 DEG C, en répartissant la solution de moulage sur un substrat pour former un film, en trempant le film dans un bain de trempe de façon à former une membrane poreuse, et en lavant et séchant la membrane poreuse. 



  Ainsi, une méthode selon l'invention de préparation de membranes poreuses est caractérisée en ce qu'elle comprend le séchage d'une membrane moulée humide par exposition de ladite membrane à une irradiation de micro-ondes dans des conditions suffisantes pour effectuer l'élimination du liquide de ladite membrane. 



  Selon une caractéristique de la méthode de l'invention, ladite membrane comprend du fluorure de polyvinylidène. 



  Plus précisément, une méthode selon l'invention de préparation d'une membrane comprend la fourniture d'une solution de moulage comprenant du fluorure de polyvinylidène et un solvant pour celui-ci, le chauffage de ladite solution de moulage à une température uniforme d'environ 57 DEG C à environ 60 DEG C, la répartition de ladite solution de moulage sur un substrat pour former un film, la trempe dudit film dans un bain de trempe de façon à former une membrane poreuse, et le lavage et le séchage de ladite membrane poreuse. 



  Selon une caractéristique de cette méthode, ladite membrane est au moins partiellement séchée par exposition de ladite membrane à une irradiation de micro-ondes. 



  Selon une caractéristique supplémentaire de la méthode de l'invention, ladite membrane est traitée pour munir ladite membrane d'un revêtement de surface d'un polymère rendant ladite membrane hydrophile et moins susceptible de l'adsorption de protéines. 



  Dans ce cas, ledit traitement comprend la liaison à la surface de ladite membrane d'un polymère comprenant un ou plus monomères acryliques ou méthacryliques ayant des groupes fonctionnels hydroxyles. 



   Ledit polymère est alors greffé par irradiation sur ladite membrane. 



  Une irradiation préférée du polymère est une irradiation par faisceaux électroniques. 



  La membrare préparée selon la méthode de l'invention est également un objet de la présente invention. 



  L'invention concerne également une méthode de filtration d'un fluide comprenant le passage d'un fluide à travers la membrane selon l'invention ou obtenue par le procédé de fabrication selon l'invention. 



  Cette méthode de filtration selon l'invention est de plus caractérisée en ce que ledit fluide comprend des virus avant d'être passé à travers de ladite membrane et contient moins de virus après avoir été passé à travers ladite membrane. 



  L'invention a également pour objet un élément de filtre comprenant la membrane de l'invention ou obtenue par le procédé de fabrication de l'invention ayant des côtés qui ont été mis en chevauchement et scellés pour former une configuration tubulaire ayant une surface extérieure, un intérieur, et deux extrémités, et des chapeaux d'extrémité scellés aux extrémités du tube, où au moins l'un desdits chapeaux d'extrémités a une ouverture centrale procurant un accès à l'intérieur du tube et où tous lesdits scellements sont étanches au fluide. 



  Selon une caractéristique de l'élément de filtre de l'invention, ladite membrane est striée. 



  Selon une autre caractéristique de l'élément de filtre de l'invention, au moins l'un des côtés de ladite membrane est adhéré à une couche de support poreuse. 



  Dans ce cas, l'élément de filtre selon l'invention peut comprendre des membranes multiples adhérées ensemble. 



  De plus, lesdites membranes peuvent être séparées par une couche de support poreuse à laquelle chaque membrane est adhérée. 



  L'invention sera mieux comprise au cours de la description qui va suivre et qui est faite en référence aux figures d'accompagnement dans lesquelles: 
 
   - les fig. 1A et 1B sont des micrographies électroniques à balayage d'une membrane en fluorure de polyvinylidène de la présente invention prises à un  agrandissement de 500 (fig. 1A) et à un agrandissement de 5,0K (fig. 1B); 
   - les fig. 2A et 2B sont des micrographies électroniques à balayage du sommet (fig. 2A) et du fond (fig. 2B) d'une membrane de fluorure de polyvinylidène de la présente invention prises à un agrandissement de 10,1K; 
   - la fig. 3 est un graphe représentant une courbe montrant la relation entre la température de la solution de moulage ( DEG C) et le KUF résultant de la membrane (psi et kPa);

   
   - la fig. 4 est un graphe représentant une courbe montrant la relation entre la chute de pression ( DELTA P) au travers de la membrane divisée par l'épaisseur de la membrane (pouce de Hg/millième et cm de Hg/ mu m; échelle logarithmique) et le KUF de la membrane (psi et kPa). 
 



  La présente invention fournit une nouvelle membrane isotrope, sans peau, poreuse, ayant une graduation de pores qui est inférieure à ce qui a été antérieurement accompli avec de telles membranes. Les caractéristiques de tailles de pores de la présente membrane inventive peuvent être caractérisées en termes de KUF aussi bien que de réduction de titre. 



  Spécifiquement, la présente invention fournit une membrane en fluorure de polyvinylidène isotrope, sans peau, poreuse ayant un KUF d'au moins environ 15 psi (103 kPa), de préférence d'au moins environ 17 psi (117 kPa), et plus préférablement d'au moins environ 20 psi (138 kPa), lorsque testée en utilisant des paires de liquides ayant une tension interfaciale d'environ 4 dynes/cm (4 mN/m). La présente méthode inventive aura typiquement un KUF inférieur à environ 50 psi (345 kPa), par exemple, d'environ 15 psi (103 kPa) à environ 50 psi (345 kPa); et plus généralement aura un KUF inférieur à  40 psi (276 kPa), lorsque testée en utilisant des paires de liquides ayant une tension interfaciale d'environ 4 dynes/cm (4 mN/m).

  Même plus généralement, la présente membrane inventive, aura un KUF inférieur à environ 30 psi (207 kPa), par exemple, d'environ 18 psi (124 kPa) à environ 30 psi (207 kPa), lorsque testée en utilisant des paires de liquides ayant une tension interfaciale d'environ 4 dynes/cm   (4 mN/m). 



  La présente membrane inventive peut également être caractérisée par sa réduction de titre contre divers phages. La présente membrane inventive a de préférence une réduction de titre d'au moins environ 10<8> contre le bactériophage T1, plus préférablement également contre le coliphage PR772 plus petit, et le plus préférablement contre le bactériophage PP7 encore plus petit également. La réduction de titre d'une membrane particulière de la présente invention est tout à fait prévisible sur la base du KUF et de l'épaisseur de la membrane. De plus, la réduction de titre peut être travaillée pour être dans des limites plutôt strictes, mettant en évidence une étroite distribution de tailles de pore.

  Par exemple, la présente membrane inventive peut avoir une réduction de titre d'au moins environ 10<8> contre un bactériophage T1, ou même contre un coliphage PR772, tout en ayant une réduction de titre d'environ 10<2> au moins contre PP7. 



  La présente membrane inventive peut être préparée de façon à être de toute épaisseur appropriée et peut être formée en couches de façon à atteindre une épaisseur désirée. Généralement, la présente membrane inventive aura une épaisseur d'environ 20 millièmes (500  mu m) ou moins, de préférence 10 millièmes (250  mu m) ou moins, et plus préférablement d'environ 5 millièmes (125  mu m) ou moins. Pour la plupart des applications, la présente membrane inventive peut avoir une épaisseur d'environ 3 millièmes (75  mu m) à environ 5 millièmes (125  mu m). La présente membrane inventive peut être de ces épaisseurs variées et sera encore caractérisée par les valeurs ci-dessus de KUF et/ou de réduction de titre.

  Ainsi, bien que la membrane de la présente invention soit préparée de façon à être tout à fait fine, par exemple, d'environ 1 à 5 millièmes (25 à 125  mu m) d'épaisseur ou même aussi fine que de 1 à 3 millièmes (25 à 75  mu m) d'épaisseur, la présente membrane inventive peut encore fournir une excellente réduction de titre contre les virus. 



   Puisque la présente membrane inventive est isotrope, elle a une structure de pores substantiellement uniforme et symétrique. Les membranes représentatives de la présente invention sont montrées sur les micrographies électroniques à balayage des fig. 1A (X 500) et 1B (X 5,00 K), qui montrent la  structure de pores fins et uniformes de la membrane, et dans les micrographies électroniques à balayage des fig. 2A et 2B (toutes les deux X 10,1K), qui montrent les vues de dessous et de dessus de la même membrane. En addition, la nature isotrope du présent milieu inventif est illustrée par le tracé en ligne droite dans le graphe de la fig. 4. Cette figure décrit un tracé de la chute de pression ( DELTA P) de la membrane indépendante de l'épaisseur de la membrane (pouce de Hg/millième et cm de Hg/mil) sur une échelle logarithmique en fonction du KUF de la membrane (psi et kPa).

  La courbe et ligne droite résultante est indicatrice d'une membrane isotrope. 


 Détermination de KUF 
 



  Les méthodes de test connues comme méthodes de test de "point de bulle" (ASTM F316-86) et de KL ont été employées dans le passé pour évaluer les caractéristiques de tailles de pore des membranes microporeuses. Bien que ces méthodes de test, particulièrement la méthode de test de KL, puissent être utilisées pour évaluer la présente membrane inventive, de tels tests requièrent des pressions élevées en conjonction avec des membranes de très petits pores, qui peuvent provoquer des problèmes de fiabilité. Ainsi, la présente membrane inventive est de préférence caractérisée par l'utilisation de la méthode de test de KUF qui a été développée par Pall Corporation pour fournir un moyen pour évaluer de façon plus fiable la taille des pores et l'intégrité des membranes avec de très petites graduations de pores. 



  La méthode de test de KUF est décrite dans la demande de brevet U.S. série No. 07/882 473 déposée le 13 Mai 1992. Selon la méthode de test de KUF, la membrane à tester est d'abord bien mouillée avec un liquide mouillant qui est capable de mouiller complètement la membrane. Un liquide de déplacement, qui est non miscible avec le liquide mouillant utilisé pour mouiller la membrane qui a une tension interfaciale faible, stable, est placé en contact avec le côté amont de la membrane mouillée. Une pression est ensuite appliquée par incrément au liquide de déplacement, et l'écoulement du liquide de déplacement à travers la membrane est mesuré comme une fonction de la pression appliquée. Le liquide de déplacement doit être  stable mais non miscible avec le liquide mouillant, et la tension interfaciale entre les deux liquides doit être d'environ 10 dynes/cm (10 mN/m) ou moins.

  Contrôler la tension interfaciale à moins de 10 dynes/cm (10 mN/m) permet au déplacement du fluide d'être atteint à des pressions beaucoup plus basses que dans un test similaire effectué normalement avec une interface eau/air (c'est-à-dire, dans les méthodes de test de point de bulle ou de KL). En addition, il est important que la tension interfaciale entre les deux liquides reste constante pendant la procédure de test. Le tracé de la vitesse d'écoulement du liquide de déplacement, par unité de surface de la membrane, à travers la membrane comme une fonction de la pression appliquée peut être fait, et une ligne droite peut être tracée à travers la partie à forte pente de la courbe résultante, en utilisant une analyse de régression qui intersectera l'axe horizontal à une valeur de pression donnée.

  Ce point d'intersection est considéré être la valeur de KUF et est directement relié à la taille des pores de la membrane. Puisqu'il n'y a pas d'écoulement en diffusion à travers une membrane qui est exempte de défauts, la vitesse d'écoulement du liquide de déplacement à travers la membrane avant que la valeur de KUF soit zéro, c'est-à-dire, une ligne plate dans le tracé typique de la vitesse d'écoulement en fonction de la pression. 



  Les valeurs KUF citées ici ont été déterminées en utilisant des paires de liquides ayant une tension interfaciale d'environ 4 dynes/cm (4 mN/m). En particulier, les valeurs KUF précitées ici ont été déterminées en utilisant du n-pentanol, saturé avec de l'eau, en tant que liquide mouillant, et de l'eau, saturée avec du n-pentanol, en tant que liquide de déplacement. Les phases non miscibles sont mutuellement saturées pour assurer que la tension interfaciale entre les liquidest qui est d'environ 4,4 dynes/vm   (4,4 mN/m) à température ambiante, ne change pas en raison d'une dissolution d'une phase dans l'autre. D'autres facteurs tels que la température doivent également rester relativement constants pendant la procédure de test de façon à éviter des changements significatifs dans la tension interfaciale entre les liquides  non miscibles durant le test.

  Alors que d'autres paires de liquides peuvent être utilisés pour déterminer KUF, tels que, par exemple, du n-butanol et de l'eau, du n-pentanol et de l'eau ont été utilisés ici parce que les valeurs de KUF ainsi obtenues étaient dans un intervalle pratique pour la mesure et parce que les solubilités élevées mutuelles de n-pentanol et d'eau assuraient qu'il y avait une adsorption à tension sélective de l'un des composants par la membrane, qu'ensuite une telle adsorption aurait peu ou pas d'effet sur la valeur de KUF obtenue. D'autres systèmes alcool/eau, par exemple, n-octanol/eau et n-hexanol/eau, et d'autres paires de liquides à base non alcooliques, pourraient, bien sûr, être utilisés de façon similaire dans la détermination de KUF. 



  Les tensions interfaciales pour plusieurs liquides organiques qui forment une frontière de phase avec l'eau sont rapportées dans le livre Interfacial Phenomena, 2è ed., par J. T. Davies et E.K. Rideal (1963), sont décrits ci-après, avec les solubilités des divers composants dans l'eau comme reporté dans le Chemical Rubber Handbook (CRC), édition de 1970. 
<tb><TABLE> Columns=4 
<tb>Head Col 1: Composée 
<tb>Head Col 2: Tension de surface
 interfaciale
 (dynes/cm ou mN/m) 
<tb>Head Col 3: Temp.
 ( DEG C) 
<tb>Head Col 4:

  Solubilité 
 (g/100 g H2O)
<tb><SEP>éthyl éther<SEP>10,7<SEP>20<SEP>7,5
<tb><SEP>n-octanol<SEP>8,5<CEL AL=L>20<CEL AL=L>0,054
<tb><SEP>n-hexanol<SEP>6,8<SEP>25
<tb><SEP>20<SEP>0,6
<tb><SEP>aniline<CEL AL=L>5,85<SEP>20
<tb><SEP>n-pentanol<SEP>4,4<SEP>25
<tb><SEP>22<SEP>2,7
<tb><SEP>éthyl acétate<SEP>2,9<SEP>30
<tb><SEP>15<SEP>8,5
<tb><SEP>isobutanol<SEP>2,1<SEP>20
<tb><CEL CB=3 AL=L>15<SEP>10,0
<tb><SEP>n-butanol<SEP>1,8<SEP>25
<tb><SEP>1,6<SEP>20
<tb><CEL CB=3 AL=L>15<CEL AL=L>9,0 
<tb></TABLE> 



   Bien que seulement les liquides organiques et l'eau soient décrits dans le tableau immédiatement ci-dessus, la méthode de test de KUF, comme antérieurement indiqué, peut être effectuée en utilisant toute paire de liquides non miscibles. 



  Selon la méthode de test de KUF, le liquide mouillant peut être un composé liquide unique, tel que du n-octanol, et le liquide de déplacement peut être également être un composé unique, tel que l'eau, s'il est substantiellement insoluble dans le n-octanol. Alternativement, le liquide mouillant peut être un mélange d'équilibre comprenant un premier composé liquide, tel que du n-pentanol, qui est saturé avec un second composé liquide, tel que l'eau. Le second composé liquide, saturé avec le premier est ensuite utilisé en tant que liquide de déplacement. En ce qui concerne les deux modes de réalisation, il est important que la tension interfaciale entre les deux liquides reste relativement constante pendant que l'on effectue le test.

  Il est ainsi recommandé que les phases soient stables en composition, c'est-à-dire, que lorsque les phases sont en contact aucun flux net de fluide ne se produise au travers de l'interface. Ainsi, il n'y a pas de variation substantielle dans la solubilité du liquide de déplacement dans le liquide mouillant, qui, si présente, affecterait les résultats. 



  En pratique le test de KUF est habituellement mis en Öuvre avec chacune des phases non miscibles saturées avec le fluide dans lequel elle est en contact intime. Par exemple, la solubilité du n-pentanol dans l'eau est de 2,7 g par 100 g d'eau à 22 DEG C. Puisque le n-pentanol se dissoudra dans l'eau on préfère que la phase eau soit saturée avec du n-pentanol. De la même manière, avec la phase n-pentanol, on préfère qu'elle soit saturée avec de l'eau. Des phases mutuellement saturées sont facilement atteintes par secousse d'un mélange contenant des quantités suffisantes de chacun des fluides ensemble dans un conteneur ou un entonnoir de séparation. Dans les tests et exemples décrits ici, la phase organique était dans chaque cas utilisée pour mouiller la membrane.

  C'est une extension évidente de la méthode d'inverser les fluides, c'est-à-dire, de mouiller la membrane avec la phase aqueuse et de mettre sous pression le côté amont de la membrane avec la phase organique. 



  Les valeurs de KUF absolues, bien sûr, varieront selon le système alcool/eau particulier, bien que les valeurs obtenues  en utilisant d'autres systèmes alcool/eau puissent être généralement corrélés aux valeurs de KUF du système n-pentanol/eau par l'utilisation du rapport de leurs tensions interfaciales respectives. Par exemple, une valeur de KUF d'environ 45 psi (310 kPa) dans le système n-pentanol/eau est équivalent à une valeur de KUF d'environ 18 psi (124 kPa) dans le système n-butanol/eau (c'est-à-dire, 45 psi (ou 310 kPa) x 1,8/4,4). 


 Réduction du titre 
 



  La réduction du titre fait référence à la capacité d'une membrane particulière à éliminer une particule donnée d'un fluide. En tant que telle, la réduction du titre est une mesure standard de la capacité de la membrane à éliminer des organismes biologiques, tels que des bactéries et des virus. Alors que toute particule appropriée peut être utilisée dans la détermination de la réduction du titre, la réduction du titre de la présente membrane inventive a été évaluée en mettant en compétition la membrane avec les bactériophages T1 et PP7 (généralement un mélange 50:50 des deux bactériophages à un niveau de 10<9 >à 10<1><0> bactériophages/ml) dans un tampon gel phosphate. Pour les buts des évaluations reportées ici, E. coli ATCC N DEG 11303 était la source du phage T1, et P. aeruginosa N DEG ATCC 15612 était la source du phage PP7.

  En addition aux bactérisphages T1 et PP7, la présente membrane inventive a également été testée contre le coliphage PR772. La source de phage PR772 pour les buts des évaluations reportées ici étaient le professeur H. W. Ackerman, Département de Microbiologie, Faculté de Médecine, Université de Laval, Québec, Canada. 



  La réduction du titre d'une membrane est défini comme le rapport du phage contenu dans l'influent à celui obtenu dans l'effluent. Comme la taille du phage T1 est d'environ 0,078  mu m, la taille du phage PR772 est d'environ 0,053  mu m, et la taille du phage PP7 est d'environ 0,027  mu m, ces phages fournissent d'excellents modèles pour attester de l'efficacité d'élimination d'une membrane en ce qui concerne des virus plus grands, de tailles intermédiaires, et plus petits. Une membrane est généralement considérée pour avoir une capacité "absolue" d'élimination par rapport à une particule particulière, par  exemple, la phage T1 comme représentatif de virus plus larges, lorsqu'elle a au moins une réduction de titre de 10<8>, et de préférence d'au moins 10<1><0>, contre cette particule.

  Bien sûr, une capacité d'élimination absolue d'une membrane par rapport aux phages PR772 ou PP7 confirmerait la capacité d'élimination absolue de cette membrane à des virus plus grands. 



  Puisque ces organismes biologiques sont capables de réplication rapide, ils permettent une détection facile des quantités les plus petites dans le filtrat d'une solution test. Ainsi, l'incapacité à détecter une quantité d'un élément particulier tel qu'un organisme biologique modèle dans le filtrat d'une solution test est une excellente confirmation du fait que la membrane particulière empêche réellement tous les organismes biologiques dans le liquide en compétition de passer à travers la membrane.

  De plus, puisque la quantité de virus trouvés en tant que contaminants dans la plupart des procédés commerciaux excède rarement environ 10<4>/ml, la capacité de la présente membrane inventive a avoir une réduction en titre de 10<8> ou plus peut fournir l'assurance pratiquement absolue de l'élimination de tous les virus d'une large variété de liquides, particulièrement ceux impliqués dans le traitement commercial, par exemple, la production pharmaceutique. 



  La réduction du titre est une fonction de la valeur KUF d'une membrane et de l'épaisseur de la membrane. Puisque la chute de pression à travers une membrane est affectée de facon exponentielle par le KUF d'une membrane, alors que la chute de pression à travers une membrane est seulement affectée linéairement par l'épaisseur de la membrane, de petites améliorations dans la réduction du titre d'une membrane particulière peuvent être généralement accomplies d'une manière plus économique en augmentant l'épaisseur de la membrane, par exemple, en fournissant des couches multiples de la même membrane. 


 Chute de pression 
 



   La chute de pression à travers une membrane est tout à fait importante dans l'utilisation de telles membranes pour des buts de filtration. La présente membrane inventive fournit avantageusement la réduction de titre désirée contre une  certaine matière particulaire avec une chute de pression ( DELTA P) satisfaisante à travers la membrane. Les chutes de pression référencées ici ont été calculées en utilisant des techniques conventionnelles, telles que celles décrites dans le brevet U. S. 4 340 479, et toutes les valeurs de chute de pression reportées ici (pouce de Hg (cm de Hg) ou psi (kPa)) ont été déterminées à une vitesse d'écoulement d'air constante de pieds/mn (61 cm/mn). 


 Méthode de préparation 
 



  Les membranes de la présente invention sont préparées à partir de fluorure de polyvinylidène (PVDF) en utilisant la procédure de moulage mouillé décrite dans le brevet U. S. 4 340 479 en conjonction avec les contraintes particulières de température discutées ici. Le fluorure de polyvinylidène approprié peut être utilisé, tel que les résines Kynar< TM > 761 et PVDF 761. Le fluorure de polyvinylidène aura typiquement un poids moléculaire d'au moins environ 5000 daltons, de préférence un poids moléculaire d'au moins environ 10 000 daltons. 



  La présente méthode inventive de préparation des membranes décrites ici comprend la fourniture d'une solution de moulage comprenant du fluorure de polyvinylidène et un solvant pour celui-ci, le chauffage d'une solution de moulage à une température uniforme d'environ 57 DEG C à environ 60 DEG C, la répartition de la solution de moulage sur un substrat pour former un film, la trempe du film dans un bain de trempe de facon à former une membrane poreuse, et le lavage et le séchage de la membrane poreuse. La température de la solution de moulage est directement reliée au KUF de la membrane résultante, comme cela est illustré dans le graphe de la fig. 3 qui contient une courbe tracée de la température de la solution de moulage ( DEG C) en fonction du KUF de la membrane résultante (psi et kPa).

  Par exemple, une température de solution de moulage d'environ 58 DEG C résultera et la formation d'une membrane ayant un KUF d'environ 31 psi (214 kPa), alors qu'une température de solution de moulage d'environ 60 DEG C résultera en la formation d'une membrane ayant un KUF d'environ 17 psi (117 kPa). 



  On a découvert de façon surprenante que la température à laquelle la solution de moulage de fluorure de polyvinylidène est maintenue est tout à fait critique pour la préparation de la présente membrane inventive. Une grande attention doit être exercée pour assurer que la température de la solution de moulage est uniforme, c'est-à-dire, à une température particulière +/-  0,01 DEG C, de façon à assurer l'uniformité substantielle de la structure de pores dans la membrane.

  De plus, alors que ne voulant pas être liés à une théorie particulière sous jacente de la présente invention, il apparaît que la solution de moulage a au moins une mémoire à court terme, de sorte qu'il est difficile de préparer la présente membrane inventive d'une valeur de KUF désirée si la température de la solution de moulage a significativement excédé environ 60 DEG C à un moment quelconque pendant le traitement de cette solution de moulage, même si la température est ensuite abaissée à en dessous d'environ 60 DEG C.

  Une explication possible pour cet effet apparent est que, alors qu'une température unique peut être reportée pour la solution de moulage et que la température est réellement la moyenne d'un intervalle (ou distribution) de températures dans la solution de moulage de sorte qu'une portion significative de la solution de moulage peut réellement être bien au-dessus de la valeur de la température reportée.

  Ceci peut expliquer le succès particulier dans la préparation de membranes appropriées par l'utilisation des techniques préférées de la présente méthode inventive, qui impliquent d'approcher la température désirée de la solution de moulage avec les dispositifs de chauffage avec une précision qui va en augmentant (qui fournit non seulement efficacement une température uniforme pour la solution de moulage mais également réduit significativement la possibilité qu'une portion de la solution de moulage excèdera significativement environ 60 DEG C, et plus préférablement la température finale désirée de la solution de moulage, à une étape quelconque donnée du procédé de chauffage). 



  Alors que la présente méthode inventive peut être mise en Öuvre d'une variété de manières appropriées, un mode de réalisation préféré de la présente méthode inventive commence  avec la formation d'une solution consistant de fluorure de polyvinylidène sous forme de poudre, d'un solvant pour la résine, avantageusement du diméthylacétamide, et un nonsolvant, avantageusement de l'isopropanol. La solution comprend environ 10 à environ 20% en poids, et avantageusement d'environ 15 à 17% en poids de fluorure de polyvinylidène. La balance de la solution comprend les solvant et non-solvant dans un rapport en poids dans l'intervalle d'environ 90:10 à environ 70:30, de préférence environ 80:20. 



  La température de la solution de polymère est ensuite augmentée à la température de la solution de moulage désirée. De petites quantitées de polymères peuvent être manipulées efficacement à des températures uniformes dans un procédé en une étape, par exemple quelques centaines de grammes de polymère dans un litre de solution peuvent être uniformément chauffés dans une bouilloire chemisée avec une agitation par pâles à rpm élevé. Avec de plus grandes quantités, particulièrement des quantités de production commerciale, il n'est pas pratique d'utiliser un procédé de chauffage en une étape tel qu'une bouilloire chemisée en raison des variations de températures significatives dans la solution de moulage qui doivent être évitées pour préparer de façon satisfaisante la présente membrane inventive. 



  En ce qui concerne les quantités plus grandes, donc, la température de la solution de moulage est de préférence augmentée par étape de façon à contrôler précautionneusement l'uniformité de température tout en minimisant le temps requis pour augmenter la température. A chaque étape successive, la température est augmentée et amenée plus près de la température de moulage nécessaire pour préparer une membrane du KUF désiré, mais d'une manière qui assure une uniformité plus grande (c'est-à-dire, une distribution de température plus étroite) de façon à assurer que la solution de moulage n'excède pas la température de moulage désirée. 



   En particulier, une quantité plus grande de fluorure de polyvinylidène peut être placée dans un réservoir contrôlé thermostatiquement et dispersée dans un mélange approprié de solvant et de non-solvant. Pendant le mélange de la solution de  moulage, la température du réservoir est maintenue à une température qui permet au contenu à l'intérieur d'atteindre une température d'environ 47 DEG C à environ 51 DEG C, qui est bien en dessous de la température de solution de moulage désirée. Cette température moyenne est choisie de façon à assurer qu'aucune portion significative de la solution n'excède la température de solution de moulage désirée entre environ 57 DEG C et environ 60 DEG C.

  Les composants doivent rester dans le réservoir jusqu'à ce que le fluorure de polyvinylidène ait été dissout, et la solution résultante chauffée uniformément avec cet équipement, par exemple, pendant 16 heures ou à peu près. 



  La solution de moulage est ensuite de préférence transportée à travers un échangeur de chaleur pour augmenter sa température à environ 52 DEG C et ensuite passée à travers un mélangeur en ligne (ou autre dispositif de chauffage à précision élevée approprié) qui augmente la température de la solution de moulage à la solution de moulage uniforme désirée entre environ 57 DEG C et environ 60 DEG C +/- 0,01 DEG C. L'uniformité de température est tout à fait importante pour l'uniformité de la structure de pores dans la membrane résultante. 



  Après que la solution de moulage ait été chauffée dans le mélangeur en ligne, et avant que la solution de moulage soit répartie (c'est-à-dire, moulée) sur un substrat, la viscosité de la solution de moulage sera typiquement augmentée en passant la solution de moulage à travers un niveleur de viscosité, par exemple, un autre échangeur de chaleur qui abaisse la température de la solution de moulage à environ 35 DEG C ou à peu près. La solution de moulage est ensuite répartie sur un substrat approprié, par exemple, du mylar, trempée par exposition à un bain de trempe approprié, par exemple, une solution aqueuse de diméthylacétamide et d'isopropanol, et lavée, par exemple, avec de l'eau déionisée, par des techniques conventionneles de façon à former la présente membrane inventive. 



  Après que le lavage soit complété, la membrane mouillée est collectée et séchée. Alors que le séchage peut être entrepris par d'autres moyens appropriés, par exemple, par chauffage dans une étuve, on a découvert qu'un séchage par  application directe de chaleur, comme dans une étuve, résulte en une augmentation indésirable de la taille des pores de la membrane résultante. Ceci a été surmonté, cependant, par l'application d'énergie de micro-ondes à la membrane de façon à effectuer le séchage de la membrane. Des micro-ondes ayant une fréquence d'environ 24 MHz sont de préférence utilisés, bien que toute fréquence puisse être utilisée tant que la taille des pores ou la valeur de KUF n'est pas indument affectée. 


 Traitement thermique 
 



  La membrane de fluorure de polyvinylidène résultante peut être traitée thermiquement ou cuite, si désirée, pour améliorer ses propriétés. En particulier, la présente membrane inventive peut être chauffée dans des conditons pour améliorer la résistance et l'hydrophilisation subséquente de la membrane. 



  De préférence, la présente membrane inventive est chauffée à une température d'au moins environ 80 DEG C pendant un temps suffisant pour atteindre un état de sorte que, lorsque subséquemment hydrophilisée, la membrane hydrophilisée résultante ait des propriétés hydrophiles substantiellement uniformes. Bien sûr, la présente membrane inventive ne doit pas être chauffée à une température si élevée que la membrane devienne molle et se déforme, soit sous son propre poids soit en raison de la tension provenant de tout moyen mécanique par lequel la membrane est supportée dans le procédé de chauffage. Typiquement, la limite supérieure de température sera d'environ 160 DEG C. La quantité de temps de chauffage variera avec la température de chauffage et la nature de la membrane chauffée.

  Par exemple, de petites pièces de membrane sous forme de feuille plate qui sont en contact direct avec une surface à température élevée peut requérir seulement une brève exposition, par exemple, moins d'une minute, pour chauffer, alors qu'une membrane roulée de plusieurs centaines de pieds linéaires peut requérir beaucoup d'heures de chauffage à basse température pour la membrane pour atteindre une température d'équilibre appropriée. Plus préférablement, la présente membrane inventive est chauffée à une température d'environ  120 DEG C pendant environ 24-72 heures, spécialement pendant environ 48 heures. 



  Le traitement thermique de la présente membrane inventive peut être effectué sans que la membrane soit restreinte; cependant, la membrane est de préférence restreinte dimensionnellement pendant le traitement thermique de facon à minimiser ou éviter les changements dimensionnels dans la membrane, par exemple, un rétrécissement. Tout moyen approprié peut être utilisé pour restreindre dimensionnellement la membrane. Par exemple, la membrane peut être placée dans un cadre ou peut être enroulée sur un noyau ou rouleau, de préférence avec un matériau en interfeuille, tel qu'un matériau non tissé fibreux, pour prévenir le contact couche-à-couche de la membrane. Plus préférablement, la présente membrane inventive est traitée thermiquement sous forme de rouleaux interfeuillés avec un matériau non tissé fibreux de polyester. 



  Le traitement thermique des membranes de fluorure de polyvinylidène est plus complétement décrit dans les brevet U. S. 5 196 508 et 5 198 505. Ces brevets décrivent également les améliorations dans les modifications de surface qui peuvent être obtenues par traitement thermique des membranes de fluorure de polyvinylidène. 


 Modification de surface 
 



  La membrane de fluorure de polyvinylidène résultante est hydrophobe et montre une tendance significative à adsorber les protéines et analogues, qui peuvent être présentes dans le liquide filtré. Ces caractéristiques sont indésirables en ce qu'elles contribuent à une chute de pression plus élevée à travers la membrane et peuvent de façon ultime résulter en le refoulement prématuré de la membrane et/ou, dans certains cas, la formation d'une couche de tamisage secondaire sur la surface de la membrane. Comme résultat, la présente membrane inventive est de préférence modifiée en surface pour la rendre hydrophil (c'est-à-dire, ayant une tension de surface de mouillage critique (CWST) d'au moins environ 72 dynes/cm (72 mN/m) comme déterminé par le test CWST décrit dans le brevet  U.S. 4 880 548) et moins susceptible d'adsorption de protéines et de refoulement. 



   Une telle modification de surface de la présente membrane inventive peut être mise en Öuvre de toute manière appropriée et est de préférence accomplie par polymérisation de greffe d'un monomère approprié sur la surface de la membrane. Des exemples préférés de tels monomères incluent les monomères acryliques ou méthacryliques ayant des groupes fonctionnels alcool, tels que, par exemple, l'hydroxyéthylacrylate, l'hydroxyéthyl-méthacrylate, l'hydroxypropylacrylate, l'hydroxypropyl-méthacrylate et les combinaisons de ceux-ci, particulièrement l'hydroxypropylacrylate et/ou l'hydroxyéthylméthacrylate. Ces monomères peuvent être combinés avec de petites quantités de monomères acryliques n'ayant pas de groupes fonctionnels alcool, tels que le méthyl méthacrylate, comme décrit dans le brevet    U.S. 5 019 260. 



  Tout moyen approprié peut être utilisé pour polymériser les monomères appropriés sur les membranes de la présente invention. Une greffe par irradiation est la technique préférée pour atteindre un tel résultat. La source d'irradiation peut provenir d'isotopes radio-actifs tels que le Cobalt 60, le Strontium 90, et le Césium 137, ou de machines de type machines de rayons X, accélérateurs d'électrons, et équipement ultraviolet. De préférence, cependant, l'irradiation est sous la forme d'une irradiation par faisceaux électroniques. On a trouvé que, en utilisant cette forme d'irradiation, une distribution très uniforme d'irradiation peut être fournie. Ceci résulte à son tour en un produit final qui est greffé plus uniformément en comparaison à ces membranes qui sont greffées en utilisant d'autres sources d'irradiation, par exemple, le Cobalt 60. 



  Le greffage sera typiquement atteint par soit l'irradiation de la membrane et ensuite son exposition à une solution appropriée du monomère soit par l'irradiation de la membrane alors qu'elle est exposée à une solution appropriée du monomère. Quelle que soit la procédure utilisée, le greffage doit être mené en l'absence d'oxygène, par exemple, sous une atmosphère d'azote, puisque l'oxygène réagira avec les sites  créatifs créés par l'exposition par irradiation, abaissant par là le nombre de sites disponibles pour la liaison désirée du polymère. Si la membrane est irradiée avant immersion dans la solution de monomère, la membrane doit contacter la solution de monomère aussi rapidement que possible pour éviter les réactions indésirables résultant de la perte des sites réactifs pour la liaison du polymère à la surface de la membrane.

  La solution de monomère peut comprendre toute concentration appropriée du monomère à polymériser par greffe, typiquement 1 à 10% en volume de monomère dans un système solvant, généralement l'eau en elle-même ou avec un alcool approprié tel que l'alcool t-butylique. La solution de monomère préférée dans le contexte de la présente invention est de 4% en volume d'hydroxypropylacrylate, 25% en volume d'alcool t-butylique, et 71% en volume d'eau déionisée. Les détails et paramètres du greffage de polymères des membranes est bien connu dans l'art. 



  Alors que la polymérisation par greffe peut être mis en Öuvre en l'absence d'agents de réticulation, on préfère que de tels agents de réticulation soient utilisés, particulièrement lorsque les monomères acrylates ci-dessus mentionnés sont polymérisés par greffe sur la surface de la membrane. Tout agent de réticulation approprié peut être utilisé dans le contexte de la présente invention.

  Les agents de réticulation appropriés incluent lesdits groupes poly-acrylates et méthacrylates de diols et polyols, particulièrement les diols linéaires ou ramifiés aliphatiques tels que l'éthylène glycol, le 1,2-propylène glycol, le diéthylène glycol, le dipropylène glycol, le dipentylène glycol, le polyéthylène glycol, le polypropylène glycol, le polytétraméthylène-oxyde glycol, et poly(éthylène oxyde-copropylène-oxyde)glycol, aussi bien que des triols acrylates tels que le triméthylolpropane triacrylate. Des exemples d'autres monomères de réticulation qui peuvent être utilisés dans la présente invention incluent les allyles, les maléimides, les acides dicarboxyliques insaturés, les composés aromatiques vinyliques, les polybutadiènes, et les esters d'acide triméllitique.

  D'autres agents de réticulation appropriés sont décrits dans les brevet U.S.    4 440 896, 4 753 938, 4 788 055 et 4 801 766. 



  Les polyéthylène glycol diméthacrylates dans lesquels le poids moléculaire du polyéthylène glycol est d'environ 200 à environ 600, sont des agents de réticulation préférés dans le contexte de la présente invention. Le polyéthylène glycol 600 diméthacrylate, spécialement en conjonction avec l'hydroxypropylacrylate de greffage par irradiation sur la surface de la membrane, est l'agent de réticulation le plus préféré. 



  L'agent de réticulation peut être utilisé en toute quantité appropriée. Typiquement, l'agent de réticulation sera ajouté à la solution de greffage en une quantité d'environ 0,025% en poids à environ 5% en poids, plus typiquement en une quantité d'environ 0,05% en volume à environ 2% en volume. Ainsi, par exemple, une solution de monomères contenant 4% en volume d'hydroxypropylacrylate dans de l'eau et d'alcool t-butylique contient de préférence environ 0,5% en volume de polyéthylène glycol 600 diméthacrylate en tant qu'agent de réticulation. 


 Utilisations illustratives 
 



  La présente membrane inventive peut être utilisée dans toute application appropriée, incluant beaucoup d'applications dans lesquelles les membranes d'ultrafilation sont utilisées couramment. Au vu de l'excellente réduction de titre de la membrane contre les virus et les particules de tailles similaires, la présente membrane inventive a une utilité particulière dans la filtration des liquides pharmacologiques et analogues, bien que la présente membrane inventive puisse être utilisée pour filtrer tout fluide approprié. 



  Par conséquent, la présente invention fournit une méthode de filtration d'un fluide comprenant le passage d'un fluide à travers la présente membrane inventive, particulièrement une membrane isotrope, sans peau, poreuse, de fluorure de polyvinylidène ayant un KUF d'au moins 15 psi (103 kPa) lorsque testée en utilisant des paires de liquides ayant une tension interfaciale d'environ 4 dynes/cm (4 mN/m) et/ou ayant une réduction de titre d'au moins 10<8> contre un bactériophage T1. Le fluide à passer à travers la présente  membrane inventive comprend des virus, par exemple, en excès de 10<2>/ml ou même 10<4>/ml, avant d'être passé à travers la membrane, lesquels virus peuvent être éliminés du fluide de sorte que le fluide comprenne moins de 10<2>/ml ou même pas de virus après avoir été passé à travers la membrane.

   Ainsi, la présente membrane inventive peut être utilisée pour traiter des fluides pour réduire ou éliminer des virus de celui-ci et peut également être utilisée pour récupérer et concentrer les virus des fluides pour une identification virale, un test, et analogue. 



  La capacité de la présente membrane inventive à être testée par rapport à son intégrité avec une facilité relative, et à être préparée de façon consistante sur une base commerciale, permet à la présente membrane inventive de fournir un taux d'élimination prévisible pour des substances données. De plus, les excellentes caractéristiques d'élimination de la présente membrane inventive sont obtenues à une chute de pression raisonnable à travers la membrane. Ainsi, dans la mesure où la présente membrane inventive peut être utilisée dans des applications dans lesquelles des membranes d'ultrafiltration sont couramment utilisées, la présente membrane inventive s'avérera beaucoup plus désirable que, et avoir une performance meilleure, les membranes d'ultrafiltation dans ces mêmes applications. 



  La présente membrane inventive peut être utilisée seule ou peut être mise en nappe avec une structure de support appropriée. De façon similaire, la présente membrane inventive peut être utilisée dans des filtres appropriés, des cartouches de filtration, et analogues. Bien sûr, au vu de la nature hautement uniforme de la structure des pores dans la présente membrane inventive, aussi bien que de la faible susceptibilité d'adsorption de protéine des modes de réalisation greffés de la membrane, la présente membrane inventive peut être utilisée dans des applications de filtration en cul de sac, aussi bien que dans des applications de filtration tangentielles ou à flux croisés. 



  La présente membrane inventive est attendue être spécialement utile dans des éléments de filtre, tels que des  cartouches de filtre, qui sont généralement décrits dans le brevet U.S. 4 340 479. Les éléments de filtre préférés utilisant la présente membrane inventive comprennent la présente membrane inventive sous la forme de feuille, où les côtés de la membrane ont été chevauchés et scellés pour former une configuration tubulaire ayant une surface extérieure, un intérieur, et deux extrémités, et des chapeaux d'extrémité scellés aux extrémités du tube, où au moins l'un des chapeaux d'extrémité a une ouverture centrale procurant un accès à l'intérieur du tube, et où tous les scellements sont étanches au fluide. La présente membrane inventive est de préférence striée dans un tel élément de filtre de façon à fournir une grande surface de membrane pour le volume de l'élément de filtre.

  Au moins l'un des côtés de la membrane sera typiquement collé à une couche de support poreuse, et, dans une telle situation, la membrane et la couche de support poreux seront généralement tous les deux striés. L'élément de filtre peut comprendre une membrane unique de la présente invention, ou, plus préférablement, comprend une multiplicité de telles membranes collées ensemble. Lorsqu'il y a des membranes multiples dans l'élément de filtre, les membranes sont de préférence séparées par une couche de support poreuse à laquelle chaque membrane est collée. Les autres aspects de l'élément de filtre peuvent être de toute autre construction appropriée et préparés à partir de tout matériau approprié.

  Par exemple, les chapeaux d'extrémité peuvent être préparés à partir d'un matériau polymérique approprié, tel que du polyester, particulièrement, du polybutylène glycol téréphthalate ou du polyéthylène glycol téréphthalate. L'élément de filtre peut être construit en utilisant les techniques qui sont bien connues dans l'art. 



  Les exemples suivants illustrent plus avant la présente invention et, bien sûr ne doivent pas être considérés comme limitant d'une manière quelconque son étendue. 


 Exemple 1 
 



  Cet exemple illustre la préparation de plusieurs membranes de filtrations selon la présente invention. Les  diverses membranes de filtration ont été préparées en utilisant différentes températures de solution de moulage pour démontrer l'effet de la température de la solution de moulage sur le KUF de la membrane de filtration résultante. 



  Une solution de moulage a été préparée à partir de 17,0% en poids de résine de fluorure de polyvinylidène, 66,4% en poids de diméthyl acétamide (solvant), et 16,6% d'isopropanol (non-solvant). La solution de moulage a été agitée dans un récipient fermé pour dissoudre la résine de fluorure de polyvinylidène dans le mélange 80:20 p/p solvant/non-solvant, et la température de la solution de moulage a été augmentée à 50,9 DEG C et maintenue à cette température. 



  Quatre échantillons de solutions de moulage ont ensuite été passés à travers un mélangeur en ligne, et chacun des échantillons de solutions de moulage a été porté à une température différente. Chacune des solutions a ensuite été refroidie pour augmenter la viscosité, moulée en tant que film sur un substrat, et soumise à un bain de trempe comprenant 42% en poids d'eau, 51% en poids de diméthyl acétamide, et 7% en poids d'isopropanol. Le bain de trempe a été maintenu à 30 DEG C. Le film de moulage restait généralement en contact avec le bain de trempe pendant moins d'une minute. La membrane résultante a ensuite été lavée avec de l'eau pour éliminer le solvant, et la membrane a été séchée par micro-ondes sous restriction pour empêcher le rétrécissement. Les membranes ont ainsi été préparées avec chacun des quatre échantillons de solutions de moulage. 



  Les températures de chacun des échantillons de solution de moulage et les valeurs de KUF de chacune des membranes résultantes sont décrites ci-après. 
<tb><TABLE> Columns=3 
<tb>Head Col 1: Echantillon 
<tb>Head Col 2: Température
 ( DEG C +/- 0,01 DEG C) 
<tb>Head Col 3: KUF 
 (psi) [kPa]
<tb><SEP>1A<SEP>58,22<SEP>30 [207]
<tb><SEP>1B<SEP>58,97<SEP>23 [159]
<tb><CEL AL=L>1C<CEL AL=L>59,77<SEP>18 [124]
<tb><SEP>1D<SEP>60,17<SEP>17 [117] 
<tb></TABLE> 



  Les données résultantes sont tracées sous la forme de la température de la solution de moulage ( DEG C) en fonction de KUF (psi et kPa) en tant que graphe de la fig. 3. Comme cela est apparent à partir des données, une augmentation de la température de la solution de moulage dans l'intervalle d'environ 57 DEG C à environ 60 DEG C résulte en une diminution correspondante dans le KUF de la membrane de filtration préparée à partir de la solution de moulage. 


 Exemple 2 
 



   Cet exemple illustre la préparation des membranes de fluorure de polyvinylidène de la présente invention qui ont été munies d'un revêtement polymérisé par greffe de façon à rendre la membrane hydrophile et moins susceptible de liaison de protéines. Les propriétés de telles membranes à la fois avant et après greffage ont été évaluées pour démontrer que le procédé de greffage n'affecte pas de façon négative la graduation des pores de la membrane et contribue à seulement une modeste augmentation dans la chute de pression à travers la membrane de filtration. 



  Plusieurs membranes de valeurs KUF différentes ont été préparées selon la procédure décrite dans l'Exemple 1. Une portion de chaque membrane a été greffée en utilisant une procédure de greffe à faisceaux d'électrons. En particulier, les membranes ont été passées sous un générateur de faisceaux d'électrons (avec des réglages à 175 kV et 3 mA) à une vitesse de 20 pieds/mn de façon à atteindre le taux d'irradiation total de 2,4 Mrad. Les membranes ont ensuite été passées dans une solution de greffage de 4% en volume d'hydroxypropyl-acrylate, 25% en volume d'alcool t-butylique, et 71% en volume d'eau  déionisée, roulées sous une atmosphère d'azote (c'est-à-dire, protégées de l'oxygène, et stockées pendant plusieurs heures avant de laver les exemples de monomère non greffé. Les membranes greffées ont été séchées sur cadre à 100 DEG C pendant 10 minutes. 



  Le KUF, l'épaisseur, et la chute de pression ( DELTA P) à travers chaque membrane, sous forme non greffée, ont été déterminés, les résultats sont décrits ici après. 
<tb><TABLE> Columns=7 
<tb>Head Col 1: Echantillon 
<tb>Head Col 2 to 4 AL=L: Membrane non greffée 
<tb>Head Col 5 to 7 AL=L: Membrane greffée 
<tb>Head Col 2 AL=L: épaisseur
 (millième +/- 0,2 mil) ( mu m +/- 5  mu m) 
<tb>Head Col 2: KUF 
 (psi) 
 [kPa] 
<tb>Head Col 3:  DELTA P 
 (pouce Hg) [cm Hg] 
<tb>Head Col 4:

  KUF 
 (psi) 
 [kPa] 
<tb>Head Col 5:  DELTA P 
 (pouce Hg) [cm Hg] 
<tb>Head Col 6: mouillable  par l'eau
<tb><SEP>2A<SEP>1,6 <SEP>17<SEP>5,5<SEP>18<SEP>5,7<CEL AL=L>oui
<tb><SEP>[41]<SEP>[117]<SEP>[14,0]<SEP>[124]<SEP>[14,5]
<tb><SEP>2B<SEP>1,6<CEL AL=L>24<SEP>10,2<SEP>25<SEP>13,8<SEP>oui
<tb><SEP>[41]<SEP>[165]<SEP>[25,9]<CEL AL=L>[172]<SEP>[35,1]
<tb><SEP>2C<SEP>1,9<SEP>21<SEP>16,7<SEP>24<SEP>28,7<SEP>oui
<tb><CEL CB=2 AL=L>[48]<SEP>[145]<SEP>[42,4]<SEP>[165]<SEP>[72,9]
<tb><SEP>2D<SEP>2,0<SEP>24<CEL AL=L>16,6<SEP>25<SEP>28,7<SEP>oui
<tb><SEP>[51]<SEP>[165]<SEP>[42,2]<SEP>[172]<CEL AL=L>[72,9]
<tb><SEP>2E<SEP>1,9<SEP>17<SEP>8,0<SEP>16<SEP>6,8<SEP>oui
<tb><CEL CB=2 AL=L>[48]<CEL AL=L>[117]<SEP>[20,3]<SEP>[110]<SEP>[17,3] 
<tb></TABLE> 



  Comme cela est apparent à partir des données résultantes, le greffage des présentes membranes inventives rend ses membranes hydrophiles de façon souhaitable, c'est-à-dire, mouillable par l'eau, tout en affectant de façon contraire les caractéristiques de KUF et de chute de pression de la membrane seulement d'une manière modeste. 


 Exemple 3 
 



  Cet exemple illustre les excellentes réductions de titre contre divers virus qui sont caractéristiques de la présente membrane inventive. 



  Diverses membranes (disques de 142 mm d'environ 1,5-2,0 millième (38,50  mu m) d'épaisseur) ont été préparées selon la procédure décrite dans l'Exemple 1 et ont été greffées selon la procédure décrite à l'Exemple 2. Les membranes greffées ont été mises en compétition avec un mélange 50:50 de bactériophages T1 et PP7 (à un niveau d'environ 10<1><0> bactériophages/ml) dans un tampon phosphate gel. Comme antérieurement discuté, la taille du phage T1 est d'environ 0,078  mu m, alors que la taille du phage PP7 est d'environ 0,027  mu m. Ainsi, ces bactériophages sont tout à fait représentatifs de virus plus grands ou plus petits, respectivement. Les réductions de titre de chaque membrane, seules ou en couches multiples ont été déterminées comme le rapport du phage particulier contenu dans l'influent à celui présent dans l'effluent.

  Le KUF de la membrane non greffée, le nombre de couches de membranes testées, et la réduction du titre (TR) pour chaque phage sont donnés ci-après. 
<tb><TABLE> Columns=5 
<tb>Head Col 1: Echantillon 
<tb>Head Col 2: KUF 
 (psi) [kPa] 
<tb>Head Col 3: Nombre de
 couches 
<tb>Head Col 4: TR 
 (T1 phage) 
<tb>Head Col 5:

  TR
 (PP7 phage)
<tb><SEP>3A<SEP>23 [159]<SEP>3 (SEP)<> 1,3 x 10<1><0> (SEP)<> 4,4 x 10<9>
<tb><SEP>3B<CEL AL=L>21 [145]<SEP>3 (SEP)<> 1,3 x 10<1><0><SEP>0,0 x 10<6>
<tb><SEP>3C<SEP>24 [165]<SEP>1 (SEP)<> 9,1 x 10<9><SEP>5,0 x 10<1>
<tb><SEP>3D<SEP>24 [165]<SEP>2 (SEP)<> 9,1 x 10<9><SEP>4,0 x 10<2>
<tb><CEL AL=L>3E<SEP>24 [165]<SEP>3 (SEP)<> 1,0 x 10<9><SEP>5,0 x 10<4>
<tb><SEP>3F<SEP>24 [165]<SEP>3<CEL AL=L>> 1,0  x 10<1><0><SEP>1,0 x 10<5>
<tb><SEP>3G<SEP>23 [159]<SEP>3 (SEP)<> 1,0 x 10<1><0><SEP>9,0 x 10<5>
<tb><SEP>3H<SEP>17 [117]<SEP>3 (SEP)<> 1,0 x 10<1><0><SEP>5,7 
<tb></TABLE> 



  Les données résultantes montrent que la membrane de filtration de la présente invention peut avoir une très haute réduction de titre et peut être capable de l'élimination "absolue" des virus, comme cela est particulièrement apparent avec l'échantillon 3A. De plus, cette capacité de réduction de titre peut être accomplie avec des membranes remarquablement fines, comme exemplifié par l'exemple 3C. En addition, les données résultantes démontrent que la membrane de filtration de la présente invention a une structure de pores très uniforme. Par exemple l'échantillon 3H, est capable d'éliminer tous les  bactériophages T1 tout en laissant essentiellement tous les bactériophages PP7 passer. Ainsi, la membrane échantillon 3H a une taille de pores entre environ 0,078  mu m et environ 0,027  mu m, ce qui est une distribution de pores tout à fait étroite. 


 Exemple 4 
 



  Cet exemple illustre de plus l'excellente réduction de titre de virus qui caractérisent de la présente membrane inventive. 



  La membrane de filtration greffée de l'Exemple 3 qui a été désignée échantillon 3F a été mise en compétition avec un mélange de coliphages PR772 (à un niveau de 5,2 x 10<8> phages/ml) et de bactériophages PP7 (à un niveau de 1,7 x 10<9> phages/ml) dans un tampon phosphate gel. Comme antérieurement décrit, la taille du phage PR772 est d'environ 0,053  mu m, alors que la taille du phage PP7 est d'environ 0,027  mu m. Ainsi, ces phages sont tout à fait représentatifs des virus de taille intermédiaire et plus petits, respectivement. Les réductions de titre de chaque membrane de virus en couches multiples a été déterminée comme le rapport du phage particulier contenu dans l'influent à celui présent dans l'effluent.

   Le KUF de la membrane non greffée, le nombre de couches de membranes testées et la réduction de titre (TR) pour chaque phage sont décrits ci-après. 
<tb><TABLE> Columns=5 
<tb>Head Col 1: Echantillon 
<tb>Head Col 2: KUF 
 (psi) [kPa] 
<tb>Head Col 3: Nombre de 
 couches 
<tb>Head Col 4: TR 
 (PR772 phage) 
<tb>Head Col 5: TR
 (PP7 phage)
<tb><SEP>3G<SEP>23 [159]<SEP>3 (SEP)<> 5,2 x 10<8><SEP>2,2 x 10<6> 
<tb></TABLE> 



  Les résultats déterminés confirment l'excellente réduction de titre de la présente membrane inventive contre les virus de taille intermédiaire. De plus, au vu de l'efficacité modérée d'élimination de cet échantillon particulier de membranes contre le phage PP7 beaucoup plus petit, la taille de pores de l'échantillon de membrane particulier est montrée pour être tout à fait petite, c'est-à-dire, en dessous d'environ 0,053  mu m, alors que la distribution de tailles de pores de l'échantillon est également montrée pour être tout à fait  étroite, c'est-a-dire quelque peu inférieure à environ 0,027  mu m à en dessous d'environ 0,053  mu m. 


 Exemple 5 
 



  Cet exemple illustre la limite de fonctionnement inférieure approximative en termes de tailles de pores de la présente membrane inventive en ce qui concerne une réduction de titre satisfaisante contre des virus plus grands. 



  Une membrane de 1,8 millième (46  mu m) d'épaisseur a été préparée selon la procédure décrite à l'Exemple 1 et évaluée en ce qui concerne KUF, la chute de pression ( DELTA P), et la réduction du titre (TR) contre des bactériophage T1 et PP7 comme décrit à l'Exemple 3. Les données résultantes sont décrites ci-après. 
<tb><TABLE> Columns=6 
<tb>Head Col 1: Echantillon 
<tb>Head Col 2: KUF 
 (psi) [kPa] 
<tb>Head Col 3:  DELTA P
 (pouce Hg) [cm Hg] 
<tb>Head Col 4: Nombre de couches 
<tb>Head Col 5: TR 
 (phage) 
<tb>Head Col 6: (T1 TR 
 (PP7 phage)
<tb><SEP>5A<SEP>17 [117]<SEP>6,8 [17,3]<SEP>1<SEP>7 x 10<6><SEP>< 10
<tb><CEL AL=L>5B<CEL AL=L>17 [117]<SEP>6,8 [17,3]<SEP>2 (SEP)<> 9 x 10<8><SEP>< 10 
<tb></TABLE> 



  Les données résultantes démontrent que la présente membrane inventive ayant une valeur KUF d'environ 17 psi (117 kPa) et une épaisseur d'au moins environ 3,6 millième (92  mu m) montrera une réduction du titre de plus de 10<8> contre des virus plus grands. Le fait que la présente membrane inventive de cet exemple avait une capacité "absolue" d'élimination par rapport au plus grand phage T1 alors que n'ayant essentiellement pas de capacité d'élimination par rapport au phage PP7 plus petit démontre que le présent milieu inventif non seulement a une taille de pore d'entre environ 0,078  mu m et environ 0,027  mu m, mais que la distribution de tailles de pores est tout à fait étroite, c'est-à-dire, d'en dessous de 0,078  mu m à au-dessus d'environ 0,027  mu m. 


 Exemple 6 
 



  Cet exemple illustre les caractéristiques d'adsorption faible de protéines de la membrane de filtration greffée de la présente invention. 



  Un test de liaison de charge d'immersion a été effectué sur des échantillons de membranes de filtration greffées préparées selon la procédure de l'Exemple 2 (échantillons 6A-6D), aussi bien que sur des contrôles non greffés (6E et 6F). Chaque membrane a été immergée dans une solution de IgG contenant du IgG de chèvre de 125I et de 200  mu g/ml d'IgG de chèvre non marqué pendant 60 minutes. Chaque membrane a été lavée avec une solution saline tamponnée phosphate (PBS) et évaluée quant à l'IgG adsorbé. Les membranes ont ensuite été lavées avec une solution aqueuse de SDS à 1% dans de l'urée 2M et évaluées quant au composant IgG adsorbé. Les membranes ont ensuite été lavées avec une solution aqueuse de SDS 1% dans de l'urée 2M et évaluées à nouveau quant à l'IgG adsorbé.

  Les résultats de ces évaluations sont décrits ci-après. 
<tb><TABLE> Columns=6 
<tb>Head Col 1: Echantillon 
<tb>Head Col 2: Substrat 
<tb>Head Col 3: Solution de  greffe 
<tb>Head Col 4: Epaisseur
 (mil)
 [ mu m] 
<tb>Head Col 5: Adsorption 
 Post-PBS 
 ( mu g/cm<2>) 
<tb>Head Col 6: Adsorption 
 Post-SDS 
 ( mu g/cm<2>)
<tb><SEP>6A<SEP>PVDF<SEP>12% HEMA<SEP>1,9 [48]<SEP>25,0<SEP>19,5
<tb><SEP>6B<CEL AL=L>PVDF<SEP>9% HEMA<SEP>1,8 [46]<SEP>28,8<SEP>23,9
<tb><SEP>6C<SEP>PVDF<SEP>9% HEMA<CEL AL=L>1,7 [43]<SEP>22,4<SEP>19,6
<tb><SEP>6D<SEP>PVDF<SEP>4% HPA<SEP>1,7 [43]<SEP>12,4<CEL AL=L>8,8
<tb><SEP>6E<SEP>PVDF<SEP>aucune<SEP>1,6 [41]<SEP>-<SEP>86,6
<tb><SEP>6F<CEL AL=L>PVDF<SEP>aucune<SEP>1,5 [38]<SEP>-<SEP>82,6 
<tb></TABLE> 



  Les données résultantes démontrent qu'une membrane de filtration de la présente invention qui a été polymérisée par greffe de façon appropriée aura un faible niveau d'adsorption de protéines. Les présentes membranes inventives greffées avec l'hydroxyéthylméthacrylate (HEMA) montraient un niveau beaucoup plus réduit d'adsorption de protéines en comparaison au contrôle non greffé. De plus, la présente membrane inventive greffée avec de l'hydroxypropylacrylate (HPA) adsorbait  seulement environ la moitié de protéines par rapport aux membranes greffées HEMA de la présente invention. 


 Exemple 7 
 



  Cet exemple illustre que le séchage par micro-ondes de la présente membrane inventive n'a pas d'effet significatif contraire sur les caractéristiques de filtration de la membrane. 



  Deux échantillons de membranes ont été préparés selon la procédure décrite à l'Exemple 1. Une des membranes a été séchée avec un sécheur micro-ondes (désigné 7A), alors que l'autre membrane a été séchée sur un séchoir à tambour à vapeur (désigné 7B). Les valeurs KUF des deux membranes ont été déterminées à la fois avant et après séchage, les résultats sont décrits ci-après. 
<tb><TABLE> Columns=3 
<tb>Head Col 1: Echantillon 
<tb>Head Col 2: KUF (comme moulé)
 (psi) [kPa] 
<tb>Head Col 3: KUF (séché) 
 (psi) [kPa]
<tb><SEP>7A<SEP>22 [152]<SEP>21 [145]
<tb><SEP>7B<SEP>22 [152]<SEP>17 [117] 
<tb></TABLE> 



  Ces résultats démontrent que le séchage par micro-ondes des membranes, en contraste au séchage conventionnel, n'affecte pas substantiellement la taille des pores de la présente membrane inventive. 


 Exemple 8 
 



  Cet exemple illustre la nature isotrope, c'est-à-dire, la structure de pore symétrique, de la présente membrane inventive. 



   Plusieurs membranes de différentes valeurs KUF ont été préparées selon la procédure décrite à l'Exemple 1. Le KUF et la chute de pression ( DELTA P) divisée par l'épaisseur (pouces de Hg/mil et cm de Hg/ mu m) de chaque membrane ont été déterminés, et les résultats sont décrits ci-après. 
<tb><TABLE> Columns=3 
<tb>Head Col 1: Echantillon 
<tb>Head Col 2:

  KUF (psi) [kPa] 
<tb>Head Col 3:  DELTA P/mil (pouce Hg/mil) [cm Hg/ mu m]
<tb><SEP>8A<SEP>12 [83]<SEP>1,50 [0,15]
<tb><CEL AL=L>8B<CEL AL=L>12 [83]<SEP>1,32 [0,13]
<tb><SEP>8C<SEP>13 [90]<SEP>1,50 [0,15]
<tb><SEP>8D<SEP>16 [110]<SEP>3,27 [0,33]
<tb><SEP>8E<SEP>17 [117]<SEP>2,84 [0,28]
<tb><SEP>8F<SEP>17 [117]<SEP>2,93 [0,29]
<tb><CEL AL=L>8G<SEP>17 [117]<SEP>2,63 [0,26]
<tb><SEP>8H<SEP>17 [117]<SEP>4,27 [0,43]
<tb><SEP>8I<CEL AL=L>18 [124]<SEP>2,65 [0,27]
<tb><SEP>8J<SEP>18 [124]<SEP>4,06 [0,41]
<tb><SEP>8K<SEP>19 [131]<CEL AL=L>3,90 [0,39]
<tb><SEP>8L<SEP>21 [145]<SEP>11,20 [1,12]
<tb><SEP>8M<SEP>21 [145]<SEP>5,33 [0,53]
<tb><CEL AL=L>8N<SEP>22 [152]<SEP>20,75 [2,08]
<tb><SEP>8O<SEP>22 [152]<SEP>7,85 [0,79]
<tb><SEP>8P<CEL AL=L>23 [159]<SEP>8,00 [0,80]
<tb><SEP>8Q<SEP>23 [159]<SEP>14,40 [1,44]
<tb><SEP>8R<SEP>23 [159]<CEL AL=L>11,00 [1,10]
<tb><SEP>8S<SEP>24 [165]<SEP>12,08 

   [1,21]
<tb><SEP>8T<SEP>24 [165]<SEP>14,96 [1,50]
<tb><SEP>8U<SEP>24 [165]<SEP>14,07 [1,41]
<tb><SEP>8V<SEP>24 [165]<SEP>11,93 [1,19]
<tb><CEL AL=L>8W<SEP>24 [165]<SEP>14,52 [1,45]
<tb><SEP>8X<SEP>24 [165]<SEP>9,70 [0,97]
<tb><SEP>8Y<CEL AL=L>25 [172]<SEP>22,27 [2,23] 
<tb></TABLE> 



  Les données résultantes sont tracées sous la forme de la chute de pression ( DELTA P) à travers la membrane divisée par l'épaisseur de la membrane (pouce Hg/millième et cm Hg/ mu m) sur une échelle logarithmique en fonction du KUF de la membrane (psi et kPa) en tant que graphe de la figure 4. La courbe tracée est le résultat d'un ajustement par les moindres carrés et à un facteur de corrélation de 0,87. Comme cela est apparent à partir des données, une augmentation dans le KUF résulte en une augmentation logarithmique de la chute de pression comme une fonction de l'épaisseur de la membrane de l'épaisseur. Cette relation est caractéristique d'une membrane de filtration isotrope, et confirme que le présent milieu de filtration inventif est isotrope de nature. 



   Toutes les références citées sont ici incorporées dans leur entier par référence. 



  Alors que cette invention a été décrite avec une emphase sur les modes de réalisation préférés, il sera évident à ceux de spécialisation ordinaire dans l'art que des variations des produits préférés et des méthodes préférées peuvent être utilisées et qu'il est entendu que l'invention peut être pratiquée autrement que spécifiquement décrit ici. Par conséquent, cette invention inclut toutes les modifications englobées dans l'esprit et l'étendue de l'invention telles que définies par les revendications suivantes. 



  
 



  The present invention relates to a porous membrane comprising polyvinylidene fluoride, as well as to methods of preparing and using such a membrane. The present inventive membrane has been found to be particularly useful in the filtration of pharmacological and other solutions, more particularly in the removal of viruses from such solutions.



  When preparing solutions which are intended for administration to animal or human hosts, such as pharmacological and life support solutions, it is important that such solutions are as free as possible from substances which may cause negative reactions in humans. host. One such contaminant that is particularly concerned are viruses. Viruses are the cause of many feared diseases around the world, such as, for example, polio, hepatitis, and AIDS.



  Many physical and non-physical methods are currently used to either eliminate or inactivate viruses. Non-physical methods used to inactivate viruses include, for example, heat pasteurization and chemical treatment. However, these methods do not affect all viruses equally. In addition, if biotherapeutic agents are present, such agents may also become inactivated. In addition, the chemicals used in chemical treatments can have a detrimental effect on a host.



  An alternative approach involves physical separation treatment. Such methods use filtration membranes, for example, symmetrical or asymmetric microporous or ultrafiltration membranes, to remove viruses from a solution. Such membranes remove viruses by either adsorption, sieving, or a combination of adsorption and sieving. Screening is generally preferred over adsorption because of the greater control that can be exercised over the screening process and because screening is less likely to allow the virus to accidentally pass through the filtration membrane.



  When filtering viruses, the size of the target viruses must be taken into account in order to select the appropriate filtration medium. While not all viruses are the same size, viruses are typically characterized as either "large" or "small" viruses. Large viruses include viruses about 0.08 µm effective diameter and larger, for example, adenoviruses, rheoviruses, and herpes viruses. Small viruses include viruses that have an effective diameter of about 0.025 to 0.028 µm, for example, hepatitis viruses, polio viruses, and parvoviruses.



  The effective screening of viruses is now limited by the available filtration membranes. While both microporous and ultrafiltration membranes have been proposed to screen viruses, each of these membranes is inadequate in various aspects.



  Microporous membranes are characterized as being isopropic and skinless. In other words, they have a consistent pore structure, and their ability to remove particles, as measured by, for example, titer reduction, depends on the size of the pores and the thickness of the membrane. The smallest average pore size commonly available in this type of membrane, however, is only about 0.04 µm, for example, Ultipor N66-NDP (Pall Corporation, Glen Cove, New York). While such membranes are capable of removing relatively large viruses using membranes of reasonable thickness, they generally cannot eliminate those that fall into the smaller size category. Attempts to prepare a microporous membrane with smaller pores have been unsuccessful to date.



  Ultrafiltration membranes are characterized as being asymmetrical, that is to say that they have a non-uniform pore size through their thicknesses. Specifically, such membranes typically consist of an integral bilayer, in which one layer is thin skin which shows what have been called crack-like cracks, while the other layer is a thick substructure containing a concentration high macrovides or finger-like intrusions. The thin layer has a relatively small pore size, while the thick sub-structure has a relatively larger pore size. It is the skin, which is integral with the balance of the membrane, which provides the membrane with its filtration graduation.

  Ultrafiltration membranes are generally available in a pore diameter range of 0.001 to 0.02 µm.



  Ideally, the entire skin completely covers the macrovides of the thick substrate. In practice, however, the skin above the macrovides almost always contains significant defects, such as cracks, pinholes, and other defects and imperfections, which either breach the skin layer or cause a failure during use. Thus, there can be no certainty regarding the integrity of the membrane and its rate of removal.



  Thus, although the ultrafiltration membranes are used in practice, the membranes are used on a statistical basis in view of the integrity defects. That is, since only a small portion of the filtered liquid will pass through one of the defects, and since only a portion of all the filtered liquid contains the undesirable material that is sought to be eliminated, the probability is that only a small amount of such material will pass through the membrane. While this may be acceptable for certain applications, this is unacceptable for other applications, particularly in those situations in which the filtered liquid is intended to be administered to a human or animal and any virus or the like which has passed to through the membrane can create a serious health problem for the recipient.



   In addition, the manufacture of acceptable ultrafiltration membranes is difficult in view of their structure and the defects which invariably accompany this structure. To date, no ultrafiltration membrane has been manufactured which is in fact free from defects. In addition, due to the extremely thin layer (of the order of a few microns thick), which is responsible for all the filtration characteristics of an ultrafiltration membrane, it is quite difficult to reproduce on a consistent basis of ultrafiltration membranes which have the same level of defects, pore size and pore size distribution.

  In addition, the integrity and other properties of such membranes cannot even be easily tested after manufacture and before actual use due to typical test procedures, for example, "bubble point" and KL tests, which would require test pressures so excessively high that they would break or otherwise damage the membranes.



  Thus, an important need remains for a filtration membrane which is capable of providing efficient and predictable removal of small particles, such as viruses, from a fluid. Such a membrane should preferably show minimal adsorption properties so as to prevent backflow and other undesirable filtration effects. In addition, the filtration membrane must be easily reproducible and testable for its integrity before actual use. A commercially adaptable method for preparing such membranes would also be desirable. The present invention provides such a filtration membrane, as well as related methods of preparing and using such a membrane.

  These and other objects and advantages of the present invention, as well as additional inventive features, will be apparent from the description of the invention given here.



  The present invention provides an isotropic, skin-free, porous polyvinylidene fluoride membrane having a KUF of at least 15 psi (103 kPa), and preferably less than 50 psi (345 kPa), when tested using the skin liquids with an interfacial tension of approximately 4 dynes / cm (4 mN / m). The present membrane according to the invention preferably has a titer reduction of at least 10 <8> against a T1 bacteriophage, more preferably also against a coliphage PR772, and even more preferably also against a PP7 bacteriophage. The present membrane may have a thickness of about 20 thousandths (500 mu m) or less and even as little as about 5 thousandths (125 mu m) or less.



  Thus, the subject of the invention is a polyvinylidene fluoride, isotropic, skinless, porous membrane having (a) a KUF of at least 103 kPa when tested using pairs of liquids having an interfacial tension of approximately 4 mN / m and / or (b) a reduction in titer of at least 10 <8> against a T1 bacteriophage.



  According to a characteristic of the membrane of the invention, this membrane has a KUF of 103 kPa to 345 kPa.



  According to another characteristic of the membrane of the invention, said membrane has a reduction in titer of at least 10 <8> against a T1 bacteriophage.



  In this case, said membrane also has a titer reduction of at least 10 <8> against coliphage PR772 and / or bacteriophage PP7.



  More specifically, the membrane of the invention has a titer reduction of 10 <2> or less against bacteriophage PP7.



  An additional feature of the inventive membrane is that said membrane has a thickness of about 500 µm or less.



  The membrane of the invention may further comprise a surface coating and of a polymer making said membrane hydrophilic and less susceptible to protein adsorption.



  In this case, said polymer comprises one or more acrylic or methacrylic monomers having hydroxyl functional groups.



  Said polymer may have been grafted by irradiation on said membrane.



  The preferred irradiation is electron beam irradiation.



  The present invention also provides a method of preparing such a membrane by providing a molding solution comprising a polyvinylidene fluoride and a solvent therefor, by heating the molding solution to a uniform temperature of about 57 DEG C to about 60 DEG C, by distributing the molding solution on a substrate to form a film, by soaking the film in a quench bath so as to form a porous membrane, and by washing and drying the porous membrane.



  Thus, a method according to the invention for the preparation of porous membranes is characterized in that it comprises the drying of a wet molded membrane by exposure of said membrane to microwave irradiation under conditions sufficient to effect removal liquid from said membrane.



  According to a characteristic of the method of the invention, said membrane comprises polyvinylidene fluoride.



  More specifically, a method according to the invention for preparing a membrane comprises providing a molding solution comprising polyvinylidene fluoride and a solvent therefor, heating said molding solution to a uniform temperature of about 57 DEG C to about 60 DEG C, distributing said molding solution on a substrate to form a film, quenching said film in a quench bath to form a porous membrane, and washing and drying said porous membrane.



  According to a characteristic of this method, said membrane is at least partially dried by exposure of said membrane to microwave irradiation.



  According to an additional characteristic of the method of the invention, said membrane is treated to provide said membrane with a surface coating of a polymer making said membrane hydrophilic and less susceptible to the adsorption of proteins.



  In this case, said treatment comprises the binding to the surface of said membrane of a polymer comprising one or more acrylic or methacrylic monomers having hydroxyl functional groups.



   Said polymer is then grafted by irradiation onto said membrane.



  A preferred polymer irradiation is electron beam irradiation.



  The member prepared according to the method of the invention is also an object of the present invention.



  The invention also relates to a method of filtering a fluid comprising passing a fluid through the membrane according to the invention or obtained by the manufacturing method according to the invention.



  This filtration method according to the invention is further characterized in that said fluid comprises viruses before having passed through said membrane and contains less virus after having passed through said membrane.



  The invention also relates to a filter element comprising the membrane of the invention or obtained by the manufacturing process of the invention having sides which have been overlapped and sealed to form a tubular configuration having an outer surface, an interior, and two ends, and end caps sealed at the ends of the tube, where at least one of said end caps has a central opening providing access to the interior of the tube and where all of said seals are sealed to the fluid.



  According to a characteristic of the filter element of the invention, said membrane is ridged.



  According to another characteristic of the filter element of the invention, at least one of the sides of said membrane is adhered to a porous support layer.



  In this case, the filter element according to the invention can comprise multiple membranes adhered together.



  In addition, said membranes can be separated by a porous support layer to which each membrane is adhered.



  The invention will be better understood during the description which follows and which is made with reference to the accompanying figures in which:
 
   - fig. 1A and 1B are scanning electron micrographs of a polyvinylidene fluoride membrane of the present invention taken at an enlargement of 500 (fig. 1A) and at an enlargement of 5.0K (fig. 1B);
   - fig. 2A and 2B are scanning electron micrographs of the top (Fig. 2A) and the bottom (Fig. 2B) of a polyvinylidene fluoride membrane of the present invention taken at 10.1K magnification;
   - fig. 3 is a graph representing a curve showing the relationship between the temperature of the molding solution (DEG C) and the KUF resulting from the membrane (psi and kPa);

   
   - fig. 4 is a graph representing a curve showing the relationship between the pressure drop (DELTA P) across the membrane divided by the thickness of the membrane (inch of Hg / thousandth and cm of Hg / mu m; logarithmic scale) and the membrane KUF (psi and kPa).
 



  The present invention provides a new isotropic, skinless, porous membrane having a pore graduation which is less than what has been previously achieved with such membranes. The pore size characteristics of the present inventive membrane can be characterized in terms of KUF as well as titer reduction.



  Specifically, the present invention provides an isotropic, skinless, porous polyvinylidene fluoride membrane having a KUF of at least about 15 psi (103 kPa), preferably at least about 17 psi (117 kPa), and more preferably at least about 20 psi (138 kPa), when tested using pairs of liquids with an interfacial tension of about 4 dynes / cm (4 mN / m). The present inventive method will typically have a KUF of less than about 50 psi (345 kPa), for example, from about 15 psi (103 kPa) to about 50 psi (345 kPa); and more generally will have a KUF of less than 40 psi (276 kPa), when tested using pairs of liquids with an interfacial tension of approximately 4 dynes / cm (4 mN / m).

  Even more generally, the present inventive membrane will have a KUF of less than about 30 psi (207 kPa), for example, from about 18 psi (124 kPa) to about 30 psi (207 kPa), when tested using pairs of liquids with an interfacial tension of approximately 4 dynes / cm (4 mN / m).



  The present inventive membrane can also be characterized by its reduction in titer against various phages. The present inventive membrane preferably has a titer reduction of at least about 10 <8> against the bacteriophage T1, more preferably also against the coliphage PR772 smaller, and most preferably against the bacteriophage PP7 even smaller also. The reduction in titer of a particular membrane of the present invention is quite predictable based on the KUF and the thickness of the membrane. In addition, the titer reduction can be tailored to be within fairly strict limits, highlighting a narrow distribution of pore sizes.

  For example, the present inventive membrane may have a titer reduction of at least about 10 <8> against a T1 bacteriophage, or even against a coliphage PR772, while having a titer reduction of about 10 <2> at least against PP7.



  The present inventive membrane can be prepared to be of any suitable thickness and can be formed in layers so as to achieve a desired thickness. Generally, the present inventive membrane will have a thickness of about 20 thousandths (500 mu m) or less, preferably 10 thousandths (250 mu m) or less, and more preferably about 5 thousandths (125 mu m) or less. For most applications, the present inventive membrane can have a thickness of approximately 3 thousandths (75 μm) to approximately 5 thousandths (125 μm). The present inventive membrane may be of these varied thicknesses and will be further characterized by the above values of KUF and / or of reduction in titer.

  Thus, although the membrane of the present invention is prepared to be quite thin, for example, about 1 to 5 thousandths (25 to 125 µm thick) or even as thin as 1 to 3 thousandths (25 to 75 mu m) thick, the present inventive membrane can still provide an excellent reduction in titer against viruses.



   Since the present inventive membrane is isotropic, it has a substantially uniform and symmetrical pore structure. Representative membranes of the present invention are shown on the scanning electron micrographs of Figs. 1A (X 500) and 1B (X 5.00 K), which show the structure of fine and uniform pores of the membrane, and in the scanning electron micrographs of FIGS. 2A and 2B (both X 10.1K), which show the bottom and top views of the same membrane. In addition, the isotropic nature of the present inventive medium is illustrated by the straight line drawing in the graph of FIG. 4. This figure describes a plot of the pressure drop (DELTA P) of the membrane independent of the thickness of the membrane (inch of Hg / thousandth and cm of Hg / mil) on a logarithmic scale as a function of the KUF of the membrane (psi and kPa).

  The resulting curve and straight line is indicative of an isotropic membrane.


 Determination of KUF
 



  Test methods known as "bubble point" (ASTM F316-86) and KL test methods have been used in the past to evaluate the pore size characteristics of microporous membranes. Although these test methods, particularly the KL test method, can be used to assess the present inventive membrane, such tests require high pressures in conjunction with very small pore membranes, which can cause reliability problems. Thus, the present inventive membrane is preferably characterized by the use of the KUF test method which has been developed by Pall Corporation to provide a means to more reliably assess the pore size and the integrity of the membranes with very small pore graduations.



  The KUF test method is described in US patent application series No. 07/882 473 filed May 13, 1992. According to the KUF test method, the membrane to be tested is first well wetted with a wetting liquid which is able to completely wet the membrane. A displacement liquid, which is immiscible with the wetting liquid used to wet the membrane which has a low, stable interfacial tension, is placed in contact with the upstream side of the wet membrane. Pressure is then applied in increments to the displacement fluid, and the flow of displacement fluid through the membrane is measured as a function of the pressure applied. The displacement liquid must be stable but immiscible with the wetting liquid, and the interfacial tension between the two liquids must be approximately 10 dynes / cm (10 mN / m) or less.

  Controlling the interfacial tension at less than 10 dynes / cm (10 mN / m) allows the displacement of the fluid to be achieved at much lower pressures than in a similar test carried out normally with a water / air interface (i.e. i.e., in bubble point or KL test methods). In addition, it is important that the interfacial tension between the two liquids remains constant during the test procedure. Plotting the flow velocity of the displacement liquid, per unit area of the membrane, through the membrane as a function of the applied pressure can be made, and a straight line can be drawn through the steep part of the resulting curve, using a regression analysis that will intersect the horizontal axis at a given pressure value.

  This point of intersection is considered to be the value of KUF and is directly related to the size of the pores of the membrane. Since there is no flow in diffusion through a membrane which is free from defects, the speed of flow of the displacement liquid through the membrane before the value of KUF is zero, i.e. - say, a flat line in the typical plot of the flow velocity as a function of pressure.



  The KUF values quoted here were determined using pairs of liquids having an interfacial tension of approximately 4 dynes / cm (4 mN / m). In particular, the above-mentioned KUF values were determined using n-pentanol, saturated with water, as the wetting liquid, and water, saturated with n-pentanol, as the displacement liquid. . The immiscible phases are mutually saturated to ensure that the interfacial tension between the liquids which is approximately 4.4 dynes / vm (4.4 mN / m) at room temperature, does not change due to dissolution of one phase in the other. Other factors such as temperature must also remain relatively constant during the test procedure in order to avoid significant changes in the interfacial tension between immiscible liquids during the test.

  While other pairs of liquids can be used to determine KUF, such as, for example, n-butanol and water, n-pentanol and water were used here because the values of KUF thus obtained were within a practical range for the measurement and because the mutual high solubilities of n-pentanol and water ensured that there was a selective tension adsorption of one of the components by the membrane, which then a such adsorption would have little or no effect on the value of KUF obtained. Other alcohol / water systems, for example, n-octanol / water and n-hexanol / water, and other pairs of non-alcoholic liquids, could, of course, be used similarly in the determination of KUF .



  The interfacial tensions for several organic liquids which form a phase boundary with water are reported in the book Interfacial Phenomena, 2nd ed., By J. T. Davies and E.K. Rideal (1963), are described below, with the solubilities of the various components in water as reported in the Chemical Rubber Handbook (CRC), 1970 edition.
 <tb> <TABLE> Columns = 4
 <tb> Head Col 1: Compound
 <tb> Head Col 2: Surface tension
 interfacial
 (dynes / cm or mN / m)
 <tb> Head Col 3: Temp.
 (DEG C)
 <tb> Head Col 4:

  Solubility
 (g / 100 g H2O)
 <tb> <SEP> ethyl ether <SEP> 10.7 <SEP> 20 <SEP> 7.5
 <tb> <SEP> n-octanol <SEP> 8.5 <CEL AL = L> 20 <CEL AL = L> 0.054
 <tb> <SEP> n-hexanol <SEP> 6.8 <SEP> 25
 <tb> <SEP> 20 <SEP> 0.6
 <tb> <SEP> aniline <CEL AL = L> 5.85 <SEP> 20
 <tb> <SEP> n-pentanol <SEP> 4.4 <SEP> 25
 <tb> <SEP> 22 <SEP> 2.7
 <tb> <SEP> ethyl acetate <SEP> 2.9 <SEP> 30
 <tb> <SEP> 15 <SEP> 8.5
 <tb> <SEP> isobutanol <SEP> 2.1 <SEP> 20
 <tb> <CEL CB = 3 AL = L> 15 <SEP> 10.0
 <tb> <SEP> n-butanol <SEP> 1.8 <SEP> 25
 <tb> <SEP> 1.6 <SEP> 20
 <tb> <CEL CB = 3 AL = L> 15 <CEL AL = L> 9.0
 <tb> </TABLE>



   Although only body fluids and water are described in the table immediately above, the KUF test method, as previously indicated, can be performed using any pair of immiscible liquids.



  According to the KUF test method, the wetting liquid can be a single liquid compound, such as n-octanol, and the displacement liquid can also be a single compound, such as water, if it is substantially insoluble in n-octanol. Alternatively, the wetting liquid can be an equilibrium mixture comprising a first liquid compound, such as n-pentanol, which is saturated with a second liquid compound, such as water. The second liquid compound, saturated with the first is then used as the displacement liquid. With regard to the two embodiments, it is important that the interfacial tension between the two liquids remains relatively constant while the test is carried out.

  It is thus recommended that the phases be stable in composition, that is to say, that when the phases are in contact no net flow of fluid occurs through the interface. Thus, there is no substantial variation in the solubility of the displacement liquid in the wetting liquid, which, if present, would affect the results.



  In practice, the KUF test is usually carried out with each of the immiscible phases saturated with the fluid in which it is in intimate contact. For example, the solubility of n-pentanol in water is 2.7 g per 100 g of water at 22 DEG C. Since the n-pentanol will dissolve in water it is preferred that the water phase is saturated with n-pentanol. Similarly, with the n-pentanol phase, it is preferred that it be saturated with water. Mutually saturated phases are easily achieved by shaking a mixture containing sufficient amounts of each of the fluids together in a container or separating funnel. In the tests and examples described here, the organic phase was in each case used to wet the membrane.

  This is an obvious extension of the method of inverting fluids, i.e., wetting the membrane with the aqueous phase and pressurizing the upstream side of the membrane with the organic phase.



  Absolute KUF values, of course, will vary depending on the particular alcohol / water system, although values obtained using other alcohol / water systems can generally be correlated to the KUF values of the n-pentanol / water system by use of the ratio of their respective interfacial tensions. For example, a KUF value of approximately 45 psi (310 kPa) in the n-pentanol / water system is equivalent to a KUF value of approximately 18 psi (124 kPa) in the n-butanol / water system (c that is, 45 psi (or 310 kPa) x 1.8 / 4.4).


 Title reduction
 



  Titer reduction refers to the ability of a particular membrane to remove a given particle from a fluid. As such, titer reduction is a standard measure of the membrane's ability to eliminate biological organisms, such as bacteria and viruses. While any suitable particle can be used in determining the titer reduction, the titer reduction of the present inventive membrane was evaluated by competing the membrane with the bacteriophages T1 and PP7 (generally a 50:50 mixture of the two bacteriophages at a level of 10 <9> to 10 <1> <0> bacteriophages / ml) in phosphate gel buffer. For the purposes of the evaluations reported here, E. coli ATCC N DEG 11303 was the source of phage T1, and P. aeruginosa N DEG ATCC 15612 was the source of phage PP7.

  In addition to the bacterisphages T1 and PP7, the present inventive membrane has also been tested against the coliphage PR772. The phage source PR772 for the purposes of the evaluations reported here was Professor H. W. Ackerman, Department of Microbiology, Faculty of Medicine, University of Laval, Quebec, Canada.



  The reduction in the titer of a membrane is defined as the ratio of the phage contained in the influent to that obtained in the effluent. Since the size of phage T1 is about 0.078 mu m, the size of phage PR772 is about 0.053 mu m, and the size of phage PP7 is about 0.027 mu m, these phages provide excellent models for attesting efficiency of membrane removal for larger, intermediate, and smaller viruses. A membrane is generally considered to have an "absolute" elimination capacity compared to a particular particle, for example, phage T1 as representative of larger viruses, when it has at least a titer reduction of 10 <8>, and preferably at least 10 <1> <0>, against this particle.

  Of course, an absolute elimination capacity of a membrane compared to the phages PR772 or PP7 would confirm the absolute elimination capacity of this membrane to larger viruses.



  Since these biological organisms are capable of rapid replication, they allow easy detection of the smallest amounts in the filtrate of a test solution. Thus, the inability to detect a quantity of a particular element such as a model biological organism in the filtrate of a test solution is excellent confirmation of the fact that the particular membrane actually prevents all biological organisms in the competing liquid. to pass through the membrane.

  In addition, since the amount of viruses found as contaminants in most commercial processes rarely exceeds about 10 <4> / ml, the ability of the present inventive membrane to have a titer reduction of 10 <8> or more can provide virtually absolute assurance of the elimination of all viruses from a wide variety of fluids, particularly those involved in commercial processing, for example, pharmaceutical production.



  The reduction in titer is a function of the KUF value of a membrane and the thickness of the membrane. Since the pressure drop across a membrane is affected exponentially by the KUF of a membrane, while the pressure drop across a membrane is only affected linearly by the thickness of the membrane, small improvements in reduction The titer of a particular membrane can generally be accomplished in a more economical manner by increasing the thickness of the membrane, for example, by providing multiple layers of the same membrane.


 Pressure drop
 



   The pressure drop across a membrane is quite important in the use of such membranes for filtration purposes. The present inventive membrane advantageously provides the desired titer reduction against a certain particulate material with a satisfactory pressure drop (DELTA P) through the membrane. The pressure drops referenced here have been calculated using conventional techniques, such as those described in US Pat. No. 4,340,479, and all the pressure drop values reported here (inch of Hg (cm of Hg) or psi (kPa )) were determined at a constant air flow speed of feet / min (61 cm / min).


 Method of preparation
 



  The membranes of the present invention are prepared from polyvinylidene fluoride (PVDF) using the wet molding procedure described in U.S. Patent 4,340,479 in conjunction with the specific temperature constraints discussed herein. Suitable polyvinylidene fluoride can be used, such as Kynar resins <TM> 761 and PVDF 761. Polyvinylidene fluoride will typically have a molecular weight of at least about 5000 daltons, preferably a molecular weight of at least about 10,000 daltons.



  The present inventive method for preparing the membranes described here includes providing a molding solution comprising polyvinylidene fluoride and a solvent therefor, heating a molding solution to a uniform temperature of about 57 DEG C at about 60 DEG C, distributing the molding solution on a substrate to form a film, quenching the film in a quench bath to form a porous membrane, and washing and drying the porous membrane. The temperature of the molding solution is directly related to the KUF of the resulting membrane, as illustrated in the graph in fig. 3 which contains a curve plotted of the temperature of the molding solution (DEG C) as a function of the KUF of the resulting membrane (psi and kPa).

  For example, a molding solution temperature of approximately 58 DEG C will result and the formation of a membrane having a KUF of approximately 31 psi (214 kPa), while a molding solution temperature of approximately 60 DEG This will result in the formation of a membrane having a KUF of approximately 17 psi (117 kPa).



  It has surprisingly been found that the temperature at which the polyvinylidene fluoride molding solution is maintained is quite critical for the preparation of the present inventive membrane. Great care should be exercised to ensure that the temperature of the molding solution is uniform, i.e., at a particular temperature +/- 0.01 DEG C, so as to ensure substantial uniformity of the pore structure in the membrane.

  In addition, while not wishing to be bound by a particular theory underlying the present invention, it appears that the molding solution has at least a short-term memory, so that it is difficult to prepare the present inventive membrane by a desired KUF value if the temperature of the molding solution has significantly exceeded about 60 DEG C at any time during the processing of this molding solution, even if the temperature is then lowered to below about 60 DEG vs.

  One possible explanation for this apparent effect is that while a single temperature can be reported for the molding solution and the temperature is actually the average of a range (or distribution) of temperatures in the molding solution so that a significant portion of the molding solution may actually be well above the value of the reported temperature.

  This may explain the particular success in the preparation of suitable membranes by the use of the preferred techniques of the present inventive method, which involve approaching the desired temperature of the molding solution with the heaters with increasing accuracy. (which not only effectively provides a uniform temperature for the molding solution but also significantly reduces the possibility that a portion of the molding solution will significantly exceed about 60 DEG C, and more preferably the desired final temperature of the molding solution, at any given step in the heating process).



  While the present inventive method can be carried out in a variety of suitable ways, a preferred embodiment of the present inventive method begins with the formation of a solution consisting of polyvinylidene fluoride in powder form, a solvent for the resin, advantageously dimethylacetamide, and a nonsolvent, advantageously isopropanol. The solution comprises approximately 10 to approximately 20% by weight, and advantageously approximately 15 to 17% by weight of polyvinylidene fluoride. The balance of the solution comprises the solvent and non-solvent in a weight ratio in the range of from about 90:10 to about 70:30, preferably about 80:20.



  The temperature of the polymer solution is then increased to the temperature of the desired molding solution. Small amounts of polymers can be efficiently handled at uniform temperatures in a one-step process, for example a few hundred grams of polymer in a liter of solution can be uniformly heated in a jacketed kettle with pale stirring at high rpm. With larger quantities, particularly quantities of commercial production, it is impractical to use a one-step heating process such as a jacketed kettle due to the significant temperature variations in the molding solution which must be avoided to satisfactorily prepare the present inventive membrane.



  With regard to larger quantities, therefore, the temperature of the molding solution is preferably increased in stages so as to carefully control temperature uniformity while minimizing the time required to increase the temperature. At each successive step, the temperature is increased and brought closer to the molding temperature necessary to prepare a membrane of the desired KUF, but in a manner which ensures greater uniformity (i.e., a distribution of narrower temperature) so as to ensure that the molding solution does not exceed the desired molding temperature.



   In particular, a larger amount of polyvinylidene fluoride can be placed in a thermostatically controlled tank and dispersed in an appropriate mixture of solvent and non-solvent. During the mixing of the molding solution, the temperature of the tank is maintained at a temperature which allows the contents inside to reach a temperature of about 47 DEG C to about 51 DEG C, which is well below the desired molding solution temperature. This average temperature is chosen so as to ensure that no significant portion of the solution exceeds the desired molding solution temperature between about 57 DEG C and about 60 DEG C.

  The components should remain in the tank until the polyvinylidene fluoride has dissolved, and the resulting solution heated uniformly with this equipment, for example, for 16 hours or so.



  The molding solution is then preferably transported through a heat exchanger to raise its temperature to around 52 DEG C and then passed through an in-line mixer (or other suitable high precision heating device) which increases the temperature of the molding solution to the desired uniform molding solution between about 57 DEG C and about 60 DEG C +/- 0.01 DEG C. Temperature uniformity is very important for the uniformity of the pore structure in the resulting membrane.



  After the molding solution has been heated in the in-line mixer, and before the molding solution is distributed (i.e., molded) on a substrate, the viscosity of the molding solution will typically be increased by passing the molding solution through a viscosity leveler, for example, another heat exchanger which lowers the temperature of the molding solution to about 35 DEG C or thereabouts. The molding solution is then distributed on a suitable substrate, for example, mylar, quenched by exposure to a suitable quench bath, for example, an aqueous solution of dimethylacetamide and isopropanol, and washed, for example, with l deionized water, by conventional techniques so as to form the present inventive membrane.



  After washing is complete, the wet membrane is collected and dried. While drying can be undertaken by other suitable means, for example, by heating in an oven, it has been found that drying by direct application of heat, such as in an oven, results in an undesirable increase in the size of the pores of the resulting membrane. This was overcome, however, by the application of microwave energy to the membrane in order to effect drying of the membrane. Microwaves having a frequency of about 24 MHz are preferably used, although any frequency can be used as long as the pore size or the KUF value is not unduly affected.


 Heat treatment
 



  The resulting polyvinylidene fluoride membrane can be heat treated or baked, if desired, to improve its properties. In particular, the present inventive membrane can be heated under conditions to improve the resistance and the subsequent hydrophilization of the membrane.



  Preferably, the present inventive membrane is heated to a temperature of at least about 80 DEG C for a time sufficient to reach a state so that, when subsequently hydrophilized, the resulting hydrophilized membrane has substantially uniform hydrophilic properties. Of course, the present inventive membrane should not be heated to a temperature so high that the membrane becomes soft and deforms, either under its own weight or due to the tension from any mechanical means by which the membrane is supported in the heating process. Typically, the upper temperature limit will be approximately 160 DEG C. The amount of heating time will vary with the heating temperature and the nature of the heated membrane.

  For example, small pieces of flat sheet membrane that are in direct contact with a high temperature surface may require only a brief exposure, for example, less than a minute, to heat, while a rolled membrane of several hundred linear feet may require many hours of low temperature heating for the membrane to reach an appropriate equilibrium temperature. More preferably, the present inventive membrane is heated to a temperature of about 120 DEG C for about 24-72 hours, especially for about 48 hours.



  The heat treatment of the present inventive membrane can be carried out without the membrane being restricted; however, the membrane is preferably dimensionally restricted during the heat treatment so as to minimize or avoid dimensional changes in the membrane, for example, shrinking. Any suitable means can be used to dimensionally restrict the membrane. For example, the membrane may be placed in a frame or may be wound on a core or roll, preferably with interlayer material, such as fibrous nonwoven material, to prevent layer-to-layer contact of the membrane. . More preferably, the present inventive membrane is heat treated in the form of rolls interleaved with a fibrous polyester nonwoven material.



  The heat treatment of polyvinylidene fluoride membranes is more fully described in US Pat. Nos. 5,196,508 and 5,198,505. These patents also describe the improvements in surface modifications which can be obtained by heat treatment of polyvinylidene fluoride membranes.


 Surface modification
 



  The resulting polyvinylidene fluoride membrane is hydrophobic and shows a significant tendency to adsorb proteins and the like, which may be present in the filtered liquid. These characteristics are undesirable in that they contribute to a higher pressure drop across the membrane and may ultimately result in premature discharge of the membrane and / or, in some cases, the formation of a screen layer. secondary on the surface of the membrane. As a result, the present inventive membrane is preferably surface modified to make it hydrophilic (i.e., having a critical wetting surface tension (CWST) of at least about 72 dynes / cm (72 mN / m) as determined by the CWST test described in US Patent 4,880,548) and less susceptible to protein adsorption and repression.



   Such a surface modification of the present inventive membrane can be carried out in any suitable manner and is preferably accomplished by graft polymerization of a suitable monomer on the surface of the membrane. Preferred examples of such monomers include acrylic or methacrylic monomers having alcohol functional groups, such as, for example, hydroxyethylacrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropylacrylate, hydroxypropyl-methacrylate and combinations thereof , particularly hydroxypropylacrylate and / or hydroxyethylmethacrylate. These monomers can be combined with small amounts of acrylic monomers having no alcohol functional groups, such as methyl methacrylate, as described in U.S. Patent 5,019,260.



  Any suitable means can be used to polymerize the appropriate monomers on the membranes of the present invention. Radiation grafting is the preferred technique for achieving this result. The irradiation source can come from radioactive isotopes such as Cobalt 60, Strontium 90, and Cesium 137, or from machines such as X-ray machines, electron accelerators, and ultraviolet equipment. Preferably, however, the irradiation is in the form of electron beam irradiation. It has been found that, using this form of irradiation, a very uniform distribution of irradiation can be provided. This in turn results in a final product which is grafted more uniformly compared to those membranes which are grafted using other sources of irradiation, for example, Cobalt 60.



  The grafting will typically be achieved by either irradiating the membrane and then exposing it to an appropriate solution of the monomer or by irradiating the membrane while it is exposed to an appropriate solution of the monomer. Whichever procedure is used, grafting should be carried out in the absence of oxygen, for example, under a nitrogen atmosphere, since the oxygen will react with the creative sites created by the radiation exposure, thereby lowering the number of sites available for the desired binding of the polymer. If the membrane is irradiated before immersion in the monomer solution, the membrane should contact the monomer solution as quickly as possible to avoid undesirable reactions resulting from the loss of reactive sites for binding of the polymer to the surface of the membrane.

  The monomer solution can comprise any appropriate concentration of the monomer to be polymerized by grafting, typically 1 to 10% by volume of monomer in a solvent system, generally water itself or with a suitable alcohol such as alcohol t- butyl. The preferred monomer solution in the context of the present invention is 4% by volume of hydroxypropylacrylate, 25% by volume of t-butyl alcohol, and 71% by volume of deionized water. The details and parameters of the grafting of membrane polymers is well known in the art.



  While graft polymerization can be carried out in the absence of crosslinking agents, it is preferred that such crosslinking agents be used, particularly when the above mentioned acrylate monomers are polymerized by grafting on the surface of the membrane. Any suitable crosslinking agent can be used in the context of the present invention.

  Suitable crosslinking agents include said polyacrylate and methacrylate groups of diols and polyols, particularly linear or branched aliphatic diols such as ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, dipentylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene oxide glycol, and poly (ethylene oxide-copropylene oxide) glycol, as well as triol acrylates such as trimethylolpropane triacrylate. Examples of other crosslinking monomers which can be used in the present invention include allyls, maleimides, unsaturated dicarboxylic acids, vinyl aromatics, polybutadienes, and trimellitic acid esters.

  Other suitable crosslinking agents are described in U.S. Patents 4,440,896, 4,753,938, 4,788,055 and 4,801,766.



  Polyethylene glycol dimethacrylates in which the molecular weight of polyethylene glycol is from about 200 to about 600 are preferred crosslinking agents in the context of the present invention. Polyethylene glycol 600 dimethacrylate, especially in conjunction with hydroxypropylacrylate grafting by irradiation on the surface of the membrane, is the most preferred crosslinking agent.



  The crosslinking agent can be used in any suitable amount. Typically, the crosslinking agent will be added to the grafting solution in an amount of from about 0.025% by weight to about 5% by weight, more typically in an amount from about 0.05% by volume to about 2% by weight. volume. Thus, for example, a solution of monomers containing 4% by volume of hydroxypropylacrylate in water and t-butyl alcohol preferably contains about 0.5% by volume of polyethylene glycol 600 dimethacrylate as an agent. crosslinking.


 Illustrative uses
 



  The present inventive membrane can be used in any suitable application, including many applications in which ultrafilation membranes are commonly used. In view of the excellent reduction in titer of the membrane against viruses and particles of similar sizes, the present inventive membrane has particular utility in the filtration of pharmacological liquids and the like, although the present inventive membrane can be used to filter any suitable fluid.



  Therefore, the present invention provides a method of filtering a fluid comprising passing a fluid through the present inventive membrane, particularly an isotropic, skinless, porous membrane of polyvinylidene fluoride having a KUF of at least 15 psi (103 kPa) when tested using pairs of liquids with an interfacial tension of approximately 4 dynes / cm (4 mN / m) and / or having a titer reduction of at least 10 <8> against a T1 bacteriophage. The fluid to pass through the present inventive membrane comprises viruses, for example, in excess of 10 <2> / ml or even 10 <4> / ml, before passing through the membrane, which viruses can be removed from the fluid so that the fluid comprises less than 10 <2> / ml or even no virus after passing through the membrane.

   Thus, the present inventive membrane can be used to treat fluids to reduce or eliminate viruses therefrom, and can also be used to recover and concentrate viruses from fluids for viral identification, testing, and the like.



  The ability of this inventive membrane to be tested for integrity with relative ease, and to be consistently prepared on a commercial basis, allows the inventive membrane to provide a predictable removal rate for given substances . In addition, the excellent removal characteristics of the present inventive membrane are obtained at a reasonable pressure drop across the membrane. Thus, since the present inventive membrane can be used in applications in which ultrafiltration membranes are commonly used, the present inventive membrane will prove to be much more desirable than, and have better performance, ultrafiltation membranes in these same applications.



  The present inventive membrane can be used alone or can be laid with a suitable support structure. Similarly, the present inventive membrane can be used in suitable filters, filter cartridges, and the like. Of course, in view of the highly uniform nature of the pore structure in the present inventive membrane, as well as the low susceptibility of protein adsorption of the grafted embodiments of the membrane, the present inventive membrane can be used in dead end filtration applications, as well as in tangential or cross flow filtration applications.



  The present inventive membrane is expected to be especially useful in filter elements, such as filter cartridges, which are generally described in US Patent 4,340,479. Preferred filter elements using the present inventive membrane include the present inventive membrane under the sheet form, where the sides of the membrane have been overlapped and sealed to form a tubular configuration having an outer surface, an interior, and two ends, and end caps sealed at the ends of the tube, where at least the one of the end caps has a central opening providing access to the interior of the tube, and where all the seals are fluid tight. The present inventive membrane is preferably striated in such a filter element so as to provide a large membrane surface for the volume of the filter element.

  At least one side of the membrane will typically be bonded to a porous support layer, and, in such a situation, the membrane and the porous support layer will generally both be striated. The filter element may comprise a single membrane of the present invention, or, more preferably, comprises a multiplicity of such membranes bonded together. When there are multiple membranes in the filter element, the membranes are preferably separated by a porous support layer to which each membrane is bonded. The other aspects of the filter element may be of any other suitable construction and prepared from any suitable material.

  For example, the end caps can be prepared from a suitable polymeric material, such as polyester, particularly, polybutylene glycol terephthalate or polyethylene glycol terephthalate. The filter element can be constructed using techniques which are well known in the art.



  The following examples further illustrate the present invention and, of course, should not be taken as limiting in any way its scope.


 Example 1
 



  This example illustrates the preparation of several filtration membranes according to the present invention. The various filtration membranes were prepared using different temperatures of molding solution to demonstrate the effect of the temperature of the molding solution on the KUF of the resulting filtration membrane.



  A molding solution was prepared from 17.0% by weight of polyvinylidene fluoride resin, 66.4% by weight of dimethyl acetamide (solvent), and 16.6% of isopropanol (non-solvent). The molding solution was stirred in a closed container to dissolve the polyvinylidene fluoride resin in the 80:20 w / w solvent / non-solvent mixture, and the temperature of the molding solution was increased to 50.9 DEG C and maintained at this temperature.



  Four samples of molding solutions were then passed through an in-line mixer, and each of the samples of molding solutions was brought to a different temperature. Each of the solutions was then cooled to increase the viscosity, molded as a film on a substrate, and subjected to a quench bath comprising 42% by weight of water, 51% by weight of dimethyl acetamide, and 7% by weight. isopropanol. The quench bath was maintained at 30 DEG C. The molding film generally remained in contact with the quench bath for less than one minute. The resulting membrane was then washed with water to remove the solvent, and the membrane was microwave dried under restriction to prevent shrinkage. The membranes were thus prepared with each of the four samples of molding solutions.



  The temperatures of each of the molding solution samples and the KUF values of each of the resulting membranes are described below.
 <tb> <TABLE> Columns = 3
 <tb> Head Col 1: Sample
 <tb> Head Col 2: Temperature
 (DEG C +/- 0.01 DEG C)
 <tb> Head Col 3: KUF
 (psi) [kPa]
 <tb> <SEP> 1A <SEP> 58.22 <SEP> 30 [207]
 <tb> <SEP> 1B <SEP> 58.97 <SEP> 23 [159]
 <tb> <CEL AL = L> 1C <CEL AL = L> 59.77 <SEP> 18 [124]
 <tb> <SEP> 1D <SEP> 60.17 <SEP> 17 [117]
 <tb> </TABLE>



  The resulting data is plotted as the temperature of the molding solution (DEG C) as a function of KUF (psi and kPa) as a graph in fig. 3. As is apparent from the data, an increase in the temperature of the molding solution in the range of about 57 DEG C to about 60 DEG C results in a corresponding decrease in the KUF of the prepared filtration membrane from the molding solution.


 Example 2
 



   This example illustrates the preparation of the polyvinylidene fluoride membranes of the present invention which have been provided with a graft polymerized coating so as to make the membrane hydrophilic and less susceptible to protein binding. The properties of such membranes both before and after grafting have been evaluated to demonstrate that the grafting process does not adversely affect the gradation of the membrane pores and contributes only a modest increase in the pressure drop across the filtration membrane.



  Several membranes with different KUF values were prepared according to the procedure described in Example 1. A portion of each membrane was grafted using an electron beam grafting procedure. In particular, the membranes were passed under an electron beam generator (with settings at 175 kV and 3 mA) at a speed of 20 feet / min so as to reach the total irradiation rate of 2.4 Mrad . The membranes were then passed through a grafting solution of 4% by volume of hydroxypropyl acrylate, 25% by volume of t-butyl alcohol, and 71% by volume of deionized water, rolled up under a nitrogen atmosphere. (that is to say, protected from oxygen, and stored for several hours before washing the examples of ungrafted monomer. The grafted membranes were dried on a frame at 100 ° C. for 10 minutes.



  The KUF, the thickness, and the pressure drop (DELTA P) through each membrane, in non-grafted form, have been determined, the results are described here after.
 <tb> <TABLE> Columns = 7
 <tb> Head Col 1: Sample
 <tb> Head Col 2 to 4 AL = L: Ungrafted membrane
 <tb> Head Col 5 to 7 AL = L: Grafted membrane
 <tb> Head Col 2 AL = L: thickness
 (thousandth +/- 0.2 mil) (mu m +/- 5 mu m)
 <tb> Head Col 2: KUF
 (psi)
 [kPa]
 <tb> Head Col 3: DELTA P
 (inch Hg) [cm Hg]
 <tb> Head Col 4:

  KUF
 (psi)
 [kPa]
 <tb> Head Col 5: DELTA P
 (inch Hg) [cm Hg]
 <tb> Head Col 6: wettable by water
 <tb> <SEP> 2A <SEP> 1.6 <SEP> 17 <SEP> 5.5 <SEP> 18 <SEP> 5.7 <CEL AL = L> yes
 <tb> <SEP> [41] <SEP> [117] <SEP> [14.0] <SEP> [124] <SEP> [14.5]
 <tb> <SEP> 2B <SEP> 1.6 <CEL AL = L> 24 <SEP> 10.2 <SEP> 25 <SEP> 13.8 <SEP> yes
 <tb> <SEP> [41] <SEP> [165] <SEP> [25.9] <CEL AL = L> [172] <SEP> [35.1]
 <tb> <SEP> 2C <SEP> 1.9 <SEP> 21 <SEP> 16.7 <SEP> 24 <SEP> 28.7 <SEP> yes
 <tb> <CEL CB = 2 AL = L> [48] <SEP> [145] <SEP> [42.4] <SEP> [165] <SEP> [72.9]
 <tb> <SEP> 2D <SEP> 2.0 <SEP> 24 <CEL AL = L> 16.6 <SEP> 25 <SEP> 28.7 <SEP> yes
 <tb> <SEP> [51] <SEP> [165] <SEP> [42.2] <SEP> [172] <CEL AL = L> [72.9]
 <tb> <SEP> 2E <SEP> 1.9 <SEP> 17 <SEP> 8.0 <SEP> 16 <SEP> 6.8 <SEP> yes
 <tb> <CEL CB = 2 AL = L> [48] <CEL AL = L> [117] <SEP> [20.3] <SEP> [110] <SEP> [17.3]
 <tb> </TABLE>



  As is apparent from the resulting data, the grafting of the present inventive membranes makes its membranes hydrophilically desirable, i.e., wettable with water, while adversely affecting the characteristics of KUF and diaphragm pressure drop only modestly.


 Example 3
 



  This example illustrates the excellent titer reductions against various viruses which are characteristic of the present inventive membrane.



  Various membranes (142 mm discs of approximately 1.5-2.0 thousandths (38.50 μm) in thickness) were prepared according to the procedure described in Example 1 and were grafted according to the procedure described in Example 2. The grafted membranes were put in competition with a 50:50 mixture of bacteriophages T1 and PP7 (at a level of approximately 10 <1> <0> bacteriophages / ml) in phosphate gel buffer. As previously discussed, the size of phage T1 is about 0.078 µm, while the size of phage PP7 is about 0.027 µm. Thus, these bacteriophages are quite representative of larger or smaller viruses, respectively. The titer reductions of each membrane, alone or in multiple layers were determined as the ratio of the particular phage contained in the influent to that present in the effluent.

  The KUF of the non-grafted membrane, the number of layers of membranes tested, and the reduction in the titer (TR) for each phage are given below.
 <tb> <TABLE> Columns = 5
 <tb> Head Col 1: Sample
 <tb> Head Col 2: KUF
 (psi) [kPa]
 <tb> Head Col 3: Number of
 layers
 <tb> Head Col 4: TR
 (T1 phage)
 <tb> Head Col 5:

  TR
 (PP7 phage)
 <tb> <SEP> 3A <SEP> 23 [159] <SEP> 3 (SEP) <> 1.3 x 10 <1> <0> (SEP) <> 4.4 x 10 <9>
 <tb> <SEP> 3B <CEL AL = L> 21 [145] <SEP> 3 (SEP) <> 1.3 x 10 <1> <0> <SEP> 0.0 x 10 <6>
 <tb> <SEP> 3C <SEP> 24 [165] <SEP> 1 (SEP) <> 9.1 x 10 <9> <SEP> 5.0 x 10 <1>
 <tb> <SEP> 3D <SEP> 24 [165] <SEP> 2 (SEP) <> 9.1 x 10 <9> <SEP> 4.0 x 10 <2>
 <tb> <CEL AL = L> 3E <SEP> 24 [165] <SEP> 3 (SEP) <> 1.0 x 10 <9> <SEP> 5.0 x 10 <4>
 <tb> <SEP> 3F <SEP> 24 [165] <SEP> 3 <CEL AL = L >> 1.0 x 10 <1> <0> <SEP> 1.0 x 10 <5>
 <tb> <SEP> 3G <SEP> 23 [159] <SEP> 3 (SEP) <> 1.0 x 10 <1> <0> <SEP> 9.0 x 10 <5>
 <tb> <SEP> 3H <SEP> 17 [117] <SEP> 3 (SEP) <> 1.0 x 10 <1> <0> <SEP> 5.7
 <tb> </TABLE>



  The resulting data shows that the filtration membrane of the present invention can have a very high titer reduction and can be capable of "absolute" removal of viruses, as is particularly apparent with sample 3A. In addition, this titer reduction capacity can be accomplished with remarkably thin membranes, as exemplified by Example 3C. In addition, the resulting data demonstrates that the filtration membrane of the present invention has a very uniform pore structure. For example, the 3H sample is capable of eliminating all the T1 bacteriophages while essentially letting all the PP7 bacteriophages pass. Thus, the 3H sample membrane has a pore size between about 0.078 µm and about 0.027 µm, which is a quite narrow pore distribution.


 Example 4
 



  This example further illustrates the excellent reduction in titer of viruses which characterize the present inventive membrane.



  The grafted filtration membrane of Example 3 which was designated sample 3F was put in competition with a mixture of coliphages PR772 (at a level of 5.2 × 10 <8> phages / ml) and PP7 bacteriophages (at a level of 1.7 x 10 <9> phages / ml) in phosphate gel buffer. As previously described, the size of phage PR772 is approximately 0.053 μm, while the size of phage PP7 is approximately 0.027 μm. Thus, these phages are quite representative of the intermediate-sized and smaller viruses, respectively. The titer reductions of each virus membrane in multiple layers was determined as the ratio of the particular phage contained in the influent to that present in the effluent.

   The KUF of the ungrafted membrane, the number of layers of membranes tested and the titer reduction (TR) for each phage are described below.
 <tb> <TABLE> Columns = 5
 <tb> Head Col 1: Sample
 <tb> Head Col 2: KUF
 (psi) [kPa]
 <tb> Head Col 3: Number of
 layers
 <tb> Head Col 4: TR
 (PR772 phage)
 <tb> Head Col 5: TR
 (PP7 phage)
 <tb> <SEP> 3G <SEP> 23 [159] <SEP> 3 (SEP) <> 5.2 x 10 <8> <SEP> 2.2 x 10 <6>
 <tb> </TABLE>



  The results determined confirm the excellent reduction in titer of the present inventive membrane against viruses of intermediate size. In addition, in view of the moderate removal efficiency of this particular membrane sample against the much smaller phage PP7, the pore size of the particular membrane sample is shown to be quite small, that is, i.e., below about 0.053 mu m, while the pore size distribution of the sample is also shown to be quite narrow, i.e. somewhat less than about 0.027 mu m to below about 0.053 mu m.


 Example 5
 



  This example illustrates the approximate lower operating limit in terms of pore sizes of the present inventive membrane with respect to satisfactory titer reduction against larger viruses.



  A membrane 1.8 thousandths (46 μm) thick was prepared according to the procedure described in Example 1 and evaluated with regard to KUF, the pressure drop (DELTA P), and the reduction in the titer ( TR) against bacteriophage T1 and PP7 as described in Example 3. The resulting data are described below.
 <tb> <TABLE> Columns = 6
 <tb> Head Col 1: Sample
 <tb> Head Col 2: KUF
 (psi) [kPa]
 <tb> Head Col 3: DELTA P
 (inch Hg) [cm Hg]
 <tb> Head Col 4: Number of layers
 <tb> Head Col 5: TR
 (phage)
 <tb> Head Col 6: (T1 TR
 (PP7 phage)
 <tb> <SEP> 5A <SEP> 17 [117] <SEP> 6.8 [17.3] <SEP> 1 <SEP> 7x10 <6> <SEP> <10
 <tb> <CEL AL = L> 5B <CEL AL = L> 17 [117] <SEP> 6.8 [17.3] <SEP> 2 (SEP) <> 9 x 10 <8> <SEP> <10
 <tb> </TABLE>



  The resulting data demonstrate that the present inventive membrane having a KUF value of about 17 psi (117 kPa) and a thickness of at least about 3.6 thousandths (92 mu m) will show a titer reduction of more than 10 <8> against larger viruses. The fact that the present inventive membrane of this example had an "absolute" elimination capacity with respect to the largest phage T1 while essentially having no elimination capacity with respect to the smaller phage PP7 demonstrates that the present medium inventive not only has a pore size of between about 0.078 mu m and about 0.027 mu m, but that the pore size distribution is quite narrow, i.e., below 0.078 mu m to above about 0.027 mu m.


 Example 6
 



  This example illustrates the low protein adsorption characteristics of the grafted filtration membrane of the present invention.



  An immersion charge binding test was carried out on samples of grafted filtration membranes prepared according to the procedure of Example 2 (samples 6A-6D), as well as on non-grafted controls (6E and 6F). Each membrane was immersed in an IgG solution containing 125 I goat IgG and 200 μg / ml of unlabeled goat IgG for 60 minutes. Each membrane was washed with phosphate buffered saline (PBS) and evaluated for the adsorbed IgG. The membranes were then washed with a 1% aqueous SDS solution in 2M urea and evaluated for the adsorbed IgG component. The membranes were then washed with an aqueous solution of 1% SDS in 2M urea and evaluated again for the adsorbed IgG.

  The results of these assessments are described below.
 <tb> <TABLE> Columns = 6
 <tb> Head Col 1: Sample
 <tb> Head Col 2: Substrate
 <tb> Head Col 3: Graft solution
 <tb> Head Col 4: Thickness
 (mil)
 [mu m]
 <tb> Head Col 5: Adsorption
 Post-PBS
 (mu g / cm <2>)
 <tb> Head Col 6: Adsorption
 Post-SDS
 (mu g / cm <2>)
 <tb> <SEP> 6A <SEP> PVDF <SEP> 12% HEMA <SEP> 1.9 [48] <SEP> 25.0 <SEP> 19.5
 <tb> <SEP> 6B <CEL AL = L> PVDF <SEP> 9% HEMA <SEP> 1.8 [46] <SEP> 28.8 <SEP> 23.9
 <tb> <SEP> 6C <SEP> PVDF <SEP> 9% HEMA <CEL AL = L> 1.7 [43] <SEP> 22.4 <SEP> 19.6
 <tb> <SEP> 6D <SEP> PVDF <SEP> 4% HPA <SEP> 1.7 [43] <SEP> 12.4 <CEL AL = L> 8.8
 <tb> <SEP> 6E <SEP> PVDF <SEP> none <SEP> 1.6 [41] <SEP> - <SEP> 86.6
 <tb> <SEP> 6F <CEL AL = L> PVDF <SEP> none <SEP> 1.5 [38] <SEP> - <SEP> 82.6
 <tb> </TABLE>



  The resulting data demonstrates that a filtration membrane of the present invention which has been appropriately graft polymerized will have a low level of protein adsorption. The present inventive membranes grafted with hydroxyethyl methacrylate (HEMA) showed a much reduced level of protein adsorption compared to the non-grafted control. In addition, the present inventive membrane grafted with hydroxypropylacrylate (HPA) adsorbed only about half of proteins compared to the HEMA grafted membranes of the present invention.


 Example 7
 



  This example illustrates that microwave drying of the present inventive membrane has no significant opposite effect on the filtration characteristics of the membrane.



  Two membrane samples were prepared according to the procedure described in Example 1. One of the membranes was dried with a microwave dryer (designated 7A), while the other membrane was dried on a steam drum drier (designated 7B). The KUF values of the two membranes were determined both before and after drying, the results are described below.
 <tb> <TABLE> Columns = 3
 <tb> Head Col 1: Sample
 <tb> Head Col 2: KUF (as molded)
 (psi) [kPa]
 <tb> Head Col 3: KUF (dried)
 (psi) [kPa]
 <tb> <SEP> 7A <SEP> 22 [152] <SEP> 21 [145]
 <tb> <SEP> 7B <SEP> 22 [152] <SEP> 17 [117]
 <tb> </TABLE>



  These results demonstrate that microwave drying of the membranes, in contrast to conventional drying, does not substantially affect the pore size of the present inventive membrane.


 Example 8
 



  This example illustrates the isotropic nature, i.e., the symmetrical pore structure, of the present inventive membrane.



   Several membranes of different KUF values were prepared according to the procedure described in Example 1. The KUF and the pressure drop (DELTA P) divided by the thickness (inches of Hg / mil and cm of Hg / mu m) of each membrane has been determined, and the results are described below.
 <tb> <TABLE> Columns = 3
 <tb> Head Col 1: Sample
 <tb> Head Col 2:

  KUF (psi) [kPa]
 <tb> Head Col 3: DELTA P / mil (inch Hg / mil) [cm Hg / mu m]
 <tb> <SEP> 8A <SEP> 12 [83] <SEP> 1.50 [0.15]
 <tb> <CEL AL = L> 8B <CEL AL = L> 12 [83] <SEP> 1.32 [0.13]
 <tb> <SEP> 8C <SEP> 13 [90] <SEP> 1.50 [0.15]
 <tb> <SEP> 8D <SEP> 16 [110] <SEP> 3.27 [0.33]
 <tb> <SEP> 8E <SEP> 17 [117] <SEP> 2.84 [0.28]
 <tb> <SEP> 8F <SEP> 17 [117] <SEP> 2.93 [0.29]
 <tb> <CEL AL = L> 8G <SEP> 17 [117] <SEP> 2.63 [0.26]
 <tb> <SEP> 8H <SEP> 17 [117] <SEP> 4.27 [0.43]
 <tb> <SEP> 8I <CEL AL = L> 18 [124] <SEP> 2.65 [0.27]
 <tb> <SEP> 8J <SEP> 18 [124] <SEP> 4.06 [0.41]
 <tb> <SEP> 8K <SEP> 19 [131] <CEL AL = L> 3.90 [0.39]
 <tb> <SEP> 8L <SEP> 21 [145] <SEP> 11.20 [1.12]
 <tb> <SEP> 8M <SEP> 21 [145] <SEP> 5.33 [0.53]
 <tb> <CEL AL = L> 8N <SEP> 22 [152] <SEP> 20.75 [2.08]
 <tb> <SEP> 8O <SEP> 22 [152] <SEP> 7.85 [0.79]
 <tb> <SEP> 8P <CEL AL = L> 23 [159] <SEP> 8.00 [0.80]
 <tb> <SEP> 8Q <SEP> 23 [159] <SEP> 14.40 [1.44]
 <tb> <SEP> 8R <SEP> 23 [159] <CEL AL = L> 11.00 [1.10]
 <tb> <SEP> 8S <SEP> 24 [165] <SEP> 12.08

   [1.21]
 <tb> <SEP> 8T <SEP> 24 [165] <SEP> 14.96 [1.50]
 <tb> <SEP> 8U <SEP> 24 [165] <SEP> 14.07 [1.41]
 <tb> <SEP> 8V <SEP> 24 [165] <SEP> 11.93 [1.19]
 <tb> <CEL AL = L> 8W <SEP> 24 [165] <SEP> 14.52 [1.45]
 <tb> <SEP> 8X <SEP> 24 [165] <SEP> 9.70 [0.97]
 <tb> <SEP> 8Y <CEL AL = L> 25 [172] <SEP> 22.27 [2.23]
 <tb> </TABLE>



  The resulting data are plotted as the pressure drop (DELTA P) across the membrane divided by the thickness of the membrane (inch Hg / thousandth and cm Hg / mu m) on a logarithmic scale as a function of the KUF of the membrane (psi and kPa) as a graph in FIG. 4. The curve plotted is the result of a least squares adjustment and at a correlation factor of 0.87. As is apparent from the data, an increase in the KUF results in a logarithmic increase in pressure drop as a function of the thickness of the membrane thickness. This relationship is characteristic of an isotropic filtration membrane, and confirms that the present inventive filtration medium is isotropic in nature.



   All the references cited are incorporated here in their entirety by reference.



  While this invention has been described with an emphasis on preferred embodiments, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that variations of preferred products and preferred methods can be used and it is understood that The invention can be practiced other than specifically described here. Therefore, this invention includes all modifications encompassed by the spirit and scope of the invention as defined by the following claims.


    

Claims (22)

1. Membrane de fluorure de polyvinylidène, isotrope, sans peau, poreuse, ayant (a) un KUF d'au moins 103 kPa lorsque testée en utilisant des paires de liquides ayant une tension interfaciale d'environ 4 mN/m et/ou (b) une réduction du titre d'au moins 10<8> contre un bactériophage T1.       1. Polyvinylidene fluoride membrane, isotropic, skinless, porous, having (a) a KUF of at least 103 kPa when tested using pairs of liquids having an interfacial tension of approximately 4 mN / m and / or ( b) a reduction in the titer of at least 10 <8> against a T1 bacteriophage. 2. Membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite membrane a un KUF de 103 kPa à 345 kPa. 2. Membrane according to claim 1, characterized in that said membrane has a KUF of 103 kPa to 345 kPa. 3. Membrane selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite membrane a une réduction du titre d'au moins 10<8> contre un bactériophage T1. 3. Membrane according to claim 1 or 2, characterized in that said membrane has a reduction in titer of at least 10 <8> against a bacteriophage T1. 4. Membrane selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite membrane a une réduction du titre d'au moins 10<8> contre un coliphage PR772 et/ou un bactériophage PP7. 4. Membrane according to claim 3, characterized in that said membrane has a reduction in titer of at least 10 <8> against a coliphage PR772 and / or a bacteriophage PP7. 5. 5. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite membrane a une réduction du titre de 10<2> ou moins contre un bactériophage PP7. Membrane according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the said membrane has a reduction in titer of 10 <2> or less against a bacteriophage PP7. 6. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite membrane a une épaisseur d'environ 500 mu m ou moins. 6. Membrane according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said membrane has a thickness of approximately 500 μm or less. 7. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite membrane comprend un revêtement de surface d'un polymère rendant ladite membrane hydrophile et moins susceptible d'adsorption des protéines. 7. Membrane according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said membrane comprises a surface coating of a polymer making said membrane hydrophilic and less susceptible to protein adsorption. 8. Membrane selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit polymère comprend un ou plus monomères acrylique et méthacryliques ayant des groupes fonctionnels hydroxyles. 8. Membrane according to claim 7, characterized in that said polymer comprises one or more acrylic and methacrylic monomers having hydroxyl functional groups. 9. 9. Méthode de préparation d'une membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend la fourniture d'une solution de moulage comprenant du fluorure de polyvinylidène et d'un solvant pour celui-ci, le chauffage de ladite solution de moulage a une température uniforme d'environ 57 DEG C à environ 60 DEG C, la répartition de ladite solution de moulage sur un substrat pour former un film, la trempe dudit film dans un bain de trempe de façon à former une membrane poreuse, et le lavage et le séchage de ladite membrane poreuse. A method of preparing a membrane according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises providing a molding solution comprising polyvinylidene fluoride and a solvent therefor, heating of said molding solution at a uniform temperature of about 57 DEG C to about 60 DEG C, distributing said molding solution on a substrate to form a film, quenching said film in a quench bath so as to form a porous membrane, and washing and drying said porous membrane. 10. Méthode selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite membrane est au moins partiellement séchée par exposition de ladite membrane à une irradiation de micro-ondes. 10. Method according to claim 9, characterized in that said membrane is at least partially dried by exposure of said membrane to microwave irradiation. 11. 11. Méthode selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que ladite membrane est traitée pour munir ladite membrane d'un revêtement de surface d'un polymère rendant ladite membrane hydrophile et moins susceptible d'adsorption de protéines. Method according to claim 9 or 10, characterized in that said membrane is treated to provide said membrane with a surface coating of a polymer making said membrane hydrophilic and less susceptible to protein adsorption. 12. Méthode selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit traitement comprend la liaison à la surface de ladite membrane d'un polymère comprenant un ou plus monomères acryliques ou méthacrylatiques ayant des groupes fonctionnels hydroxyles. 12. Method according to claim 11, characterized in that said treatment comprises the binding to the surface of said membrane of a polymer comprising one or more acrylic or methacrylic monomers having hydroxyl functional groups. 13. Méthode selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que ledit polymère est greffé par irradiation sur ladite membrane. 13. Method according to claim 11 or 12, characterized in that said polymer is grafted by irradiation on said membrane. 14. Méthode selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite irradiation est une irradiation par faisceaux électroniques. 14. Method according to claim 13, characterized in that said irradiation is an irradiation by electron beams. 15. Membrane préparée par la méthode selon l'une quelconque des revendications 9 à 14. 15. Membrane prepared by the method according to any one of claims 9 to 14. 16. 16. Utilisation d'une membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour la filtration d'un fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend le passage d'un fluide à travers ladite membrane. Use of a membrane according to any one of claims 1 to 8 for the filtration of a fluid, characterized in that it comprises the passage of a fluid through said membrane. 17. Utilisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que ledit fluide comprend des virus avant d'être passé à travers ladite membrane et contient moins de virus après être passé à travers ladite membrane. 17. Use according to claim 16, characterized in that said fluid comprises viruses before having passed through said membrane and contains less virus after having passed through said membrane. 18. 18. Utilisation d'une membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 sous forme d'un élément de filtre, ladite membrane ayant des côtés qui ont été chevauchés et scellés pour former une configuration tubulaire pour former une surface extérieure, un intérieur, et deux extrémités, et des chapeaux d'extrémité scellés aux extrémités du tube, où au moins l'un desdits chapeaux d'extrémité a une ouverture centrale procurant un accès à l'intérieur du tube, et tous lesdits scellements sont étanches aux fluides. Use of a membrane according to any of claims 1 to 8 in the form of a filter element, said membrane having sides which have been overlapped and sealed to form a tubular configuration to form an exterior surface, an interior, and two ends, and end caps sealed at the ends of the tube, where at least one of said end caps has a central opening providing access to the interior of the tube, and all of said seals are fluid tight. 19. Utilisation selon la revendication 18, caractérisée en ce que ladite membrane est striée. 19. Use according to claim 18, characterized in that said membrane is ridged. 20. Utilisation selon la revendication 18 ou 19, caractérisée en ce qu'au moins un des côtés de ladite membrane est adhéré à une couche de support poreuse. 20. Use according to claim 18 or 19, characterized in that at least one of the sides of said membrane is adhered to a porous support layer. 21. 21. Utilisation selon la revendication 20, caractérisée en ce que ledit élément de filtre comprend des membranes multiples adhérées ensemble.  Use according to claim 20, characterized in that said filter element comprises multiple membranes adhered together. 22. Utilisation selon la revendication 21, caractérisée en ce que lesdites membranes sont séparées par une couche de support poreuse à laquelle chaque membrane est adhérée. 22. Use according to claim 21, characterized in that said membranes are separated by a porous support layer to which each membrane is adhered.  
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