CN101484235A - 血浆分离膜 - Google Patents

Abstract

一种制备非对称中空纤维膜的方法，包括如下步骤：将聚合物溶液通过中空纤维喷丝帽的外环缝挤出，同时将中心流体通过中空纤维喷丝帽的内孔挤出，挤出到沉淀浴中；其中聚合物溶液包含10－26wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)，8－15wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，55－75wt％N－烷基－2－吡咯烷酮(NAP)和3－9wt％水；中心流体包含70－90wt％N－烷基－2－吡咯烷酮(NAP)和10－30wt％水；以及沉淀浴包含0－20wt％N－烷基－2－吡咯烷酮(NAP)和80－100wt％水。

Description

血浆分离膜

发明背景

本发明涉及一种制备非对称中空纤维膜的方法，该膜在其所有应用中特别适用于血浆分离，但它也可以有利地用在某些技术应用领域中。此外，本发明涉及可通过本发明方法制得的这种膜，以及这种膜用于血浆分离、血浆过滤、微滤、血浆治疗或细胞过滤应用的用途。

血浆分离或置换(apheresis)是将献血者或患者的血液分离成血浆(即血液中不含细胞的组分)和血细胞的医用技术。血浆分离可以因若干原因而实施。

在治疗性血浆置换中，患者血液中所分离出的血浆扔弃，代之以取代溶液或献血者血浆，并再注入患者体内。这种方法适合治疗许多疾病和失调。例如，对于免疫性疾病，血浆置换用于交换抗体、抗原、免疫复合物或免疫球蛋白。对于非免疫性疾病，血浆置换可以除去代谢物、降解产物以及内源性和外源性毒素。

在治疗性血浆置换的变化方案，血浆分级中，将患者血液中所分离出的血浆进行第二阶段的分离，进一步分离成高分子血浆级分和低分子血浆级分。将血浆高分子级分扔弃，而将血浆中的低分子级分和血液的细胞组分再注入患者体内。

在称作血浆捐献的应用中，从健康献血者体内分离出的血浆用于治疗性血浆交换，或用于离析出血浆组分作为药用。

将全血分离成血浆和细胞组分可以通过离心或将血液通过血浆分离膜来实现。在血浆置换的发展过程中，首先使用不连续式离心机；从70年代开始，连续式离心系统取代了不连续式离心机。离心技术的优点是快速和成本有效，但它们经常在所分离出的血浆中留下细胞或细胞碎皮杂质。在70年代末，膜体系首次引入血浆置换中，以克服离心系统的缺点。

尽管相关，对血浆分离膜的要求与对透析膜的要求相当不同。血浆分离利用过滤分离的效果，而透析相反利用透析和扩散。

血浆分离膜的一些必要设计标准是壁剪切速率、跨膜压降和血浆过滤速率。

中空纤维膜系统的壁剪切速率按照下面公式计算：

${\mathrm{\γ}}_w=\frac{{4Q}_B}{{\mathrm{N\πr}}^3}$

其中N是内半径为r的中空纤维数，Q_B是分布在其上的血液流量。由于血浆部分减少，血液流量在中空纤维的长度上变化。这在壁剪切速率的计算中必须考虑。

跨膜压力(TMP)是另一重要参数，定义为膜两侧压差。跨膜压力是膜分离的驱动力。一般而言，跨膜压力增加，膜通量增大。这种情况的例外是膜表面上存在可压缩的滤饼。跨膜压力按照下面公式计算：

$\mathrm{TMP}=\frac{P_{\mathrm{Bi}}+P_{\mathrm{Bo}}}{2}-P_F$

其中P_Bi是血液进入的压力，P_Bo是血液流出的压力，P_F是膜的滤液侧(血浆侧)的压力。

筛分系数决定了多少量的化合物被过滤工艺除去。筛分系数定义为滤液中化合物的浓度与该化合物在血液中的浓度之比。筛分系数为0，表示化合物不能通过膜。筛分系数为1，表示化合物100％能通过膜。至于设计血浆分离膜，期望整个范围的血浆蛋白质能通过该过滤膜，而细胞组分完全截留。

对用于血浆置换的血浆分离膜的要求可以概括为下面特性：

■ 对于整个范围的血浆蛋白质和脂蛋白具有高渗透率或高的筛分系数；

■ 膜具有高的表面孔隙率和总孔隙率，以实现高的过滤性能；

■ 亲水自发可润湿的膜结构；

■ 耐脏，用于长期稳定的过滤；

■ 吸附蛋白质能力低；

■ 与血液接触的表面光滑；

■ 在血液处理过程中溶血趋势小或没有；

■ 在整个处理期间筛分性能和过滤行为恒定；

■ 生物相容性高，没有补体激活，凝血性低；

■ 机械稳定；

■ 可通过水蒸汽、γ辐射和/或ETO消毒；

■ 可提取物的量少。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的中空纤维膜和制备这种膜的方法，所述膜特别适用在血浆分离应用中，具有相对于现有膜改进的性质，特别是上述特性。

该目的和其它目的通过本发明方法可得到或得到的膜实现。因此，根据本发明提供了一种制备非对称中空纤维膜的方法，包括如下步骤：

将聚合物溶液通过中空纤维喷丝帽(纺丝喷嘴)的外环缝挤出，同时将中心流体通过中空纤维喷丝帽的内孔挤出，挤出到沉淀浴中；其中聚合物溶液包含10-26wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)，8-15wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，55-75wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和3-9wt％水；中心流体包含70-90wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和10-30wt％水；沉淀浴包含0-20wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和80-100wt％水。

即使某些现有技术的膜在一种或若干种性质方面表现出与根据本发明制得的膜相同或相似的特性，但根据本发明制得的非对称中空纤维膜具有分离膜，特别是用于血浆置换的血浆分离膜所期望的优异性质组合。

根据本发明制得的非对称中空纤维膜对整个范围的血浆蛋白质和脂蛋白表现出高渗透性，这通过高的筛分系数反映出。优选地，本发明的非对称中空纤维膜对所有血浆蛋白质的筛分系数都大于0.90，更优选大于0.95。

根据本发明制得的非对称中空纤维膜表现出高的表面孔隙率和总孔隙率，以实现高的过滤性能。它还具有亲水自发可润湿的膜结构，耐脏，可用于长期稳定的过滤，并且蛋白质吸附少。根据本发明制得的非对称中空纤维膜还具有接触血液的光滑表面，这避免了在血液处理过程中溶血或使其达到最小。该膜在整个处理期间筛分性能和过滤行为恒定。它还表现出高的生物相容性，低的补体激活或没有，以及低的凝血性。该膜的机械稳定性优异，并且可通过水蒸汽、γ辐射和/或ETO消毒。

在本发明的方法中，要求聚合物溶液包含10-26wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)，其中最优选使用聚芳基醚砜(PAES)。聚合物溶液还包含8-15wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，55-75wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和3-9wt％水。

相比较根据本发明的膜，聚合物溶液中使用少于10wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)会导致膜变得非常易碎。同时，膜不能获得所期望的膜性质的组合。使用超过26wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)，这给制备聚合物溶液带来困难，并且由于聚合物溶液具有过高的粘度，中空纤维膜难以纺丝。

聚合物溶液中使用少于8wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，则膜不具有所要求的亲水性(自发可润湿形态)和所期望的整体结构。而且，使用超过15wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)会导致聚合物溶液具有极高的粘度，使得中空纤维膜纺丝变得复杂。同时，可提取物(PVP)的量增加太多。除此之外，过多的PVP降低了机械性能。

聚合物溶液中使用少于55wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)，则由于聚合物溶液具有极高粘度而给加工溶液以形成膜带来困难。而且，使用超过75wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)导致溶液粘度低。这种溶液中存在的聚合物不会提供用于血浆分离的理想微孔膜。

在本发明方法的一种实施方案中，聚合物溶液包含15-21wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)，10-12.5wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和60-70wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)。

在本发明方法的另一实施方案中，聚合物溶液包含17-19wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)，10.75-11.75wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和63-66.5wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)。

在本发明方法的另一实施方案中，聚合物溶液包含4-8wt％水。在本发明方法的又一实施方案中，聚合物溶液包含5-7wt％水。在本发明方法的又一实施方案中，聚合物溶液包含约6wt％水。

在本发明方法中，要求中心流体包含70-90wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和10-30wt％水。

中心流体中使用少于70wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)会导致膜(i)变得太密，即膜的选择性孔尺寸变得太小以致大部分血浆蛋白质不能通过膜结构；或(ii)表面粗糙度高，这导致溶血增加(不可接受)。而且，使用超过90wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)导致膜形成粗糙表面，在血处理过程中引起溶血。

在本发明方法的一种实施方案中，中心流体包含73-87wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和23-27wt％水。

在本发明方法的另一实施方案中，中心流体包含75-85wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和15-25wt％水。

在本发明方法中，要求沉淀浴包含0-20wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和80-100wt％水。沉淀浴中使用超过20wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)会造成膜在形成过程中变得不稳定。

在本发明方法的一种实施方案中，沉淀浴包含0-10wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和90-100wt％水。

在本发明方法的另一实施方案中，沉淀浴包含0-5wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和95-100wt％水。

在本发明方法的另一实施方案中，沉淀浴由纯水组成。在本文中，“由纯水组成”表示沉淀浴至少在纺丝操作开始时由纯水组成，不含NAP；它还意味着引入沉淀浴的任何新鲜液体也由纯水组成。但是，也要明白在对聚合物溶液和中心流体进行纺丝操作的过程中，将NAP引入沉淀浴中，该NAP溶解在沉淀浴中并一定程度上保持在其中。根据沉淀浴的量和补充速率，即向浴中引入新鲜纯水的速率，以及操作时间，沉淀浴中NAP的浓度可以高达10wt％。

在本发明方法的另一实施方案中，从喷丝帽中挤出的聚合物溶液暴露在蒸汽和湿空气的混合物氛围中。蒸汽和湿空气的混合物氛围，本文也称作水蒸汽，包围着从喷丝帽中挤出的聚合物溶液，从中空纤维外侧稳定膜(聚合物沉淀)，并同时在膜的外侧提供了非常开放的结构。通过刚好在从内开始的沉淀到达开始的1-15μm聚合物溶液层之前，水从蒸汽和湿空气的混合物氛围渗透到该层内来改变中空纤维膜壁的仅外部的纺丝聚合物溶液组成，从而实现中空纤维膜外侧的这种表面结构。这种渗透在不足0.5秒内发生。沉淀条件允许得到所期望的膜结构。

技术上存在3种方案提供包围离开喷丝帽的纤维的水蒸汽氛围：(A)使用热水浴产生的水蒸汽，并将纺丝模头置于沉淀浴表面上方仅几厘米处；(B)使用纺丝甬道，即围绕离开纺丝模头的纤维的小的金属或塑料壳体，该壳体分别从纺丝模头或纺丝头一直延伸到沉淀浴表面上方的近距离处，以使蒸汽部分浓缩在从纺丝模头到达沉淀浴的纤维周围的区域中，或者(C)使用外部源提供的蒸汽，任选结合使用(B)中所述的纺丝甬道。

因此，在本发明方法的另一实施方案中，从外部源提供蒸汽和/或湿空气，并将其引入从喷丝帽挤出的聚合物溶液周围的氛围内。

此外，在本发明方法的另一实施方案中，提供从喷丝帽或纺丝头伸出并直至沉淀浴表面上方的一定距离处终止(开口)的纺丝甬道，其中纺丝甬道沿着其长度包围着从喷丝帽挤出并到达沉淀浴的聚合物溶液。

在本发明方法的另一实施方案中，纺丝甬道呈圆柱状或矩形。

在本发明方法的另一实施方案中，纺丝甬道长1-20cm，优选3-13

cm，最优选5-7cm。

在本发明方法的另一实施方案中，蒸汽和湿空气的混合物的温度为至少15℃，优选至少30℃，至多75℃，优选至多60℃。

在本发明方法的另一实施方案中，蒸汽和湿空气的混合物氛围的湿度为60-100％。

在本发明方法的另一实施方案中，蒸汽和湿空气的混合物氛围包含0.5-5％的溶剂。该氛围中的这种溶剂可以在纤维形成过程中由沉淀浴中的溶剂蒸发或由聚合物溶液中的溶剂蒸发提供。

在本发明的方法中，聚合物溶液、中心流体和沉淀浴中可能存在的N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)可以相同或不同，但最优选它在这3种溶液中相同。

优选地，N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)选自N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-乙基-2-吡咯烷酮(NEP)、N-辛基-2-吡咯烷酮(NOP)或其混合物，最优选N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。

在本发明方法的另一实施方案中，聚合物溶液中的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)由聚乙烯基吡咯烷酮的至少两种均聚物的共混物组成，其中一种聚乙烯基吡咯烷酮均聚物(即低分子量PVP)的平均相对分子量为约10,000g/mol-100,000g/mol，优选约30,000g/mol-60,000g/mol；另一种聚乙烯基吡咯烷酮均聚物(即高分子量PVP)的平均相对分子量为约500,000g/mol-2,000,000g/mol，优选约800,000g/mol-2,000,000g/mol。更优选聚合物溶液中的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)仅由聚乙烯基吡咯烷酮的上述两种均聚物的共混物组成。

使用两种具有不同平均相对分子量的聚乙烯基吡咯烷酮均聚物的共混物，使得膜具有所期望的亲水性、结构和形态。不囿于理论，认为在制备过程中高分子量PVP保持结合在中空纤维膜内，而大部分低分子量PVP被洗出。

在本发明的一种实施方案中，基于聚合物溶液的总重量，聚合物溶液中低分子量PVP的存在量为5.7-11.7wt％，高分子量PVP的存在量为2.3-4.3wt％。在另一实施方案中，基于聚合物溶液的总重量，低分子量PVP的存在量为7.1-8.9wt％，高分子量PVP的存在量为2.9-3.6wt％。在又一实施方案中，基于聚合物溶液的总重量，低分子量PVP的存在量约为3.25wt％，高分子量PVP的存在量约为8.0wt％。但是，PVP的总量应该在上述范围内。如果高分子量PVP的浓度太低，则膜的亲水程度可能不足。如果高分子量PVP的浓度太高，则聚合物溶液的粘度可能太高，造成严重的加工问题。如果低分子量PVP的浓度太低，则这导致得到封闭的孔室结构，而不是开放的膜结构。如果低分子量PVP的浓度太高，则这要求通过反复洗涤除去低分子量PVP。如果大量的低分子量PVP残留在膜产品中，则膜不能用于血液处理，因为可提取物PVP污染血液或血浆。

在本发明的另一实施方案中，沉淀浴(PB)的温度为30-100℃，优选40-90℃，最优选50-80℃。如果在该实施方案中沉淀浴的温度太低，则膜沉淀可能太慢，这导致外侧得到太致密的结构。如果在该实施方案中沉淀浴的温度太高，则在沉淀过程中纤维变得不稳定。

在本发明方法的另一实施方案中，中空纤维喷丝帽(模头，喷丝板)保持在10-90℃，优选20-80℃，更优选40-60℃，最优选约50℃。如果中空纤维喷丝帽的温度太低，则纺丝模头的压降增加。压降随模头温度降低而呈指数级增大。高压降带来不稳定的纺丝状态，即外表面更粗，尺寸变化增大等。如果中空纤维喷丝帽的温度太高，则聚合物流出模头的速度可能太快。这会带来不稳定的纺丝状态。

在本发明方法的另一实施方案中，中空纤维喷丝帽(模头，喷丝板)的出料口与沉淀浴表面之间的距离(间距)为0.5-20cm，优选1-15cm，更优选5-10cm，最优选7-9cm。如果中空纤维喷丝帽的出料口与沉淀浴表面之间的距离太近，则不能得到所期望的产品性质，例如开放且光滑的外表面，以及膜壁的开放结构。如果中空纤维喷丝帽的出料口与沉淀浴表面之间的距离太远，则纺丝变得困难或甚至不可能。如果该距离增加到给定上限以外，则不能得到稳定的纤维。

在本发明方法的另一实施方案中，中空纤维膜的纺丝速度为1-40m/min，优选3-40m/min，更优选5-20m/min，最优选约13m/min。如果中空纤维膜的纺丝速度太低，则纺丝状态变得不稳定，不能得到所期望的膜尺寸。如果中空纤维膜的纺丝速度太高，则纤维在蒸汽或湿空气环境中的停留时间减少，这在截面中得到极度致密的层。这些致密层不能为所有血浆蛋白质提供足够高的筛分系数。

在本发明方法的另一实施方案中，聚合物溶液具有室温下测得为30,000-100,000mPa×s(厘泊)的粘度。如果粘度低于30,000mPa×s(厘泊)，则沉淀浴中纤维的稳定性不能保证，这导致纺丝过程中纤维断裂。如果粘度高于100,000mPa×s(厘泊)，则溶液处理，即溶液制备和溶液泵送变得困难，并且纺丝模头的压降变得过高。

本发明还包括本发明方法可得到或得到的中空纤维膜。

在本发明的一种实施方案中，中空纤维膜的特征在于总的血浆蛋白质筛分系数大于0.90，优选大于0.95。对于例如用作血浆分离膜的膜，对所有血浆蛋白质必须具有高筛分系数。血浆分离中，期望所分离出的血浆级分中具有所有血浆蛋白质，而血液的较大血球组分，如血细胞和细胞碎皮被膜截留。

对于血浆分离应用，优选中空纤维膜的内直径为100-500μm，优选150-450μm，更优选200-400μm。小的内直径不利，因为它们导致纤维中或整个过滤组件中压降增加和壁剪切速率过高。另一方面，如果内直径过大，则这导致过低的剪切速率，增加了低的跨膜压力(TMP)下溶血的风险。

对于血浆分离应用，还优选中空纤维膜的壁厚为20-150μm，优选30-125μm，更优选40-100μm。更小的壁厚不利，因为纤维在制备过程中和在它用于血浆分离组件的过程中机械性能下降。更大的壁厚不利，因为它们要求增加时间间隔来进行相转化，导致工艺条件不稳定，并且得到不稳定的膜。

对于血浆分离应用，还优选中空纤维膜的膜中选择性分离层的平均孔直径为0.1-1μm，优选0.1-0.7μm，更优选0.1-0.4μm。选择性分离层的平均孔直径更小不利，因为所有血浆蛋白质不能完全通过该多孔结构。

在本发明的另一实施方案中，中空纤维膜的特征在于孔尺寸分布，其中在膜的内壁表面(腔表面)和膜的外壁表面之间某位置处的孔尺寸最小，并且孔尺寸分别向内壁表面和外壁表面增大。

本发明制造微孔膜，特别是血浆分离膜的方法是扩散诱导相分离(DIPS)程序。这种血浆分离膜的选择性孔的平均直径为0.1-0.4μm。与“选择性”孔尺寸区域相邻的多孔结构具有高达若干微米的更大孔。为邻着该结构的选择性层获得这种更大的孔，相分离工艺必须缓慢进行，以从约0.1μm和更大的孔尺寸开始形成孔，或在膜壁的一侧使用蒸汽。为缓慢进行相分离工艺，用于聚合物的溶剂，在我们的情况下是NAP(N-烷基-2-吡咯烷酮)，优选NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)在中心流体中的量必须足够高。

本发明的一大主要发现是增加中心流体中NAP的量，内层的孔尺寸也会增大。此外，已发现中心流体中NAP的量从例如60wt％或更低增加到约68wt％，会导致中空纤维膜的内表面粗糙度增大。意外地，进一步增加中心流体中NAP的量，又会导致该粗糙度下降。接着，当在约90wt％的一定NAP浓度以上时，粗糙度又极端增大。这是正常预料不到的现象。因此，中心流体中70-90wt％的窄NAP浓度范围内，可以得到光滑表面(见图1)。

孔尺寸和表面粗糙度是本发明分离膜的两个关键参数。足够大的孔尺寸对于获得所需要的血浆蛋白质通道(高的筛分系数)重要。孔尺寸分布的宽度对于使所有血浆蛋白质通过该膜也具有显著的重要性。但是，增加中心流体中NAP的浓度以获得更大的孔尺寸会导致较慢的相分离过程(较慢沉淀和较慢的膜结构形成)，这造成膜的稳定性下降。此外，膜内表面的粗糙度应该保持尽可能低，以使溶血最少或避免溶血。面临的挑战是找到一种这样的制备系统，其允许调节(i)中心流体中足够高的NAP浓度，以得到允许所有血浆蛋白质通过的形态；(ii)可接受的粗糙度，以不会出现溶血或减少溶血；(iii)沉淀浴的组成和沉淀浴上方的蒸汽或湿空气氛围，以在外侧和截面上得到充分开放的结构；(iv)稳定的纺丝状态。

本发明人现已确定可以制备满足所期望性质特征的血浆分离膜的工艺路线。

根据本发明制备血浆分离膜的优选工艺条件的实施例列在表1中。将聚合物溶液泵送通过纺丝模头，形成液态中空纤维。中心流体中的NMP浓度导致在膜内侧得到微孔开放结构。最小的孔(选择性层)不在血液接触表面上，而是在膜截面中的某处。沉淀浴的组成以及包围着从喷丝帽挤出的聚合物溶液的水蒸汽氛围一起导致获得非常开放的外侧和总体(截面)结构。膜的总体结构和外侧的孔大得多(见图2)。本发明的挑战是调节纺丝条件以满足膜性能，即生物相容性、溶血以及高筛分系数和一定时间内的高过滤速率。

表1：本发明血浆分离膜的制备条件

 

聚合物溶液的组成[wt％]	PAES：18％PVP(高分子量)：3.25％PVP(低分子量)：8％NMP：64.75％水：6％
		中心流体的组成[wt％]	水：22％NMP：78％
沉淀浴的组成[wt％]	NMP：0％水：100％
		沉淀浴的温度[℃]	50℃
模头与沉淀浴之间的距离[cm]	8cm
		模头的温度[℃]	50℃
纺丝速度[m/min]	13m/min
		粘度[mPa×s]	63.600mPa×s

材料和方法

粘度测量

除非另有说明，就本发明聚合物溶液而言的术语“粘度”表示动态粘度。聚合物溶液的动态粘度的单位是厘泊(cp)或mPa×s。为测量聚合物溶液的粘度，使用Rheometric Scientific Ltd.的商品流变仪(SR2000)。将聚合物溶液置于两块温控板之间。在22℃下进行测量。所有其它测量条件按照生产商的说明。

膜束的制备

a)把束(hand bundle)的制备

在纺丝工艺之后制备膜束是以适宜方式制备纤维束用于性能测试(测量总蛋白质筛分系数和测定膜的溶血性质)所必须的。第一工艺步骤是通过长丝在纤维端部附近固定。将纤维束转移到灭菌管中，接着灭菌。在灭菌之后，将纤维束切成预定长度23cm。下一工艺步骤由封闭纤维端部构成。光学控制保证了所有纤维封闭完全。接着，将纤维束的端部转移到封装帽(potting cap)内。将封装帽机械固定，并将封装管放在封装帽上方。随后，用聚氨酯进行封装。在封装之后，必须确保聚氨酯可以硬化至少一天。在下一工艺步骤中，将经封装的膜束切成预定长度。最后的工艺步骤是光学控制纤维束。在该工艺步骤中，控制切口的质量(切口是否光滑，或是否有任何刀伤)和封装的质量(纺丝过程中开放的纤维数量是否被封装的纤维减少或是否存在任何没有聚氨酯的可见空缺)。在光学控制之后，将膜束干储存，以便后面用于不同的性能测试。

b)小模件的制备

小模件，即壳体中的纤维束通过与把束制备中类似的工艺步骤制得。小模件是确保纤维获得保护和非常清洁的制备方法所需的，因为生物相容性测试对人体血浆进行。小模件的制备在下面几点与把束的制备不同：i)纤维束切成20cm的预定长度；ii)在将纤维封闭之前将纤维束转移到壳体内；以及iii)在封装工艺之前将小模件放入真空干燥炉中过夜。

总蛋白质筛分系数

膜的总蛋白质筛分系数通过在预定条件(剪切速率[通过调节Q_B]，TMP)下将具有预定血细胞比容的牛血泵送通过膜束并测定进料、渗余物和滤液中的总蛋白质浓度来确定。如果滤液中总蛋白质浓度为0，则筛分系数为0％。如果滤液中总蛋白质浓度等于进料和渗余物中的蛋白质浓度，则筛分系数为100％。采样最早在调节到恒定TMP之后10分钟进行。测试按单程模式进行。牛血在进入纤维束之前，用热交换器将其加热到37℃。在测定总蛋白质浓度之前，将渗余物和进料样品离心。总蛋白质的测定通过光度法完成。可以改进该测试以确定总蛋白质筛分系数的长期稳定性。在这种情况下，在更长的时间安排内采用恒定TMP。

溶血测试

溶血测试以与前述筛分系数类似的方式进行。所施加的跨膜压力为30-150mmHg。在采样之前，等待至少10分钟以确保平衡状态。在测试之后，将池样品(pool sample)离心；并不采集渗余物样品以测定游离血红蛋白。游离血红蛋白的测定通过光度法完成。用池样品中游离血红蛋白的值校正滤液中的该值，从而得到膜所产生的游离血红蛋白的含量。同时，构建标准曲线以得到所测定的光学密度与游离血红蛋白的含量之间的相关性。标准曲线通过直接在开始时用9ml蒸馏水稀释1ml牛血得到。在离心之后，采集1ml上清液，并用9ml等渗氯化钠溶液稀释。这代表1％标准。从该1％标准开始，通过稀释得到一系列0.05％-1％范围内的其它浓度。利用这些浓度，通过测量对应的光学密度得到标准曲线。所产生的血浆部分中血红蛋白低于0.2的水平表征为“无”或“低”溶血。0.2以上的浓度可以目测(颜色变化)鉴定为溶血。详细的测量通过光度法进行。

生物相容性测试

下面两种方法用来表征膜的生物相容性：

a)凝血性：

在富含血小板的血浆(PRP)沿着膜行进，通过膜并到池中之后，测量凝血酶-抗凝血酶III(TAT)含量并确定血小板数，作为凝血性的标志。该实验按循环模式进行，因为单程模式中要求测试高体积的血浆。

b)补体激活：

测量新鲜人体血浆通过小模件之前和之后的末端补体配合物(TCC)所产生的补体激活。此外，测量滤液中所产生的TCC。该实验按循环模式进行，因为单程模式中要求测试高体积的血浆。补体激活测量的细节如Deppisch，R.等，Fluid Phase Generation of Terminal ComplementComplex as a Novel Index of Biocompatibility，Kidney International，1990.37：第696-706页所描述的。

补体激活不仅与细胞活化有关，而且与血浆部分的活化有关。在血浆分离和后续的处理如吸附的情况下，双重过滤补体激活成为主要问题。在补体激活，即TCC形成增加的情况下，如果将活化的血浆再输入患者体内，它可能会给患者带来严重的健康问题。

实施例

实施例1

通过将18.0wt％聚醚砜(PES；BASF Ultrason 6020)、3.25wt％低分子量聚乙烯基吡咯烷酮(PVP；BASF K30)和8.0wt％高分子量聚乙烯基吡咯烷酮(PVP；BASF K85或K90)和6.0wt％水溶解在70.75wt％N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，制得聚合物溶液。室温下聚合物溶液的粘度为61810mPa×s。

为制备该溶液，将NMP和水置入中间口配有指形桨式搅拌器的三口烧瓶中。接着，向NMP中加入PVP，并在50℃下搅拌，直至形成均匀的清澈溶液。最后，加入聚醚砜(PES)。将混合物在50℃下搅拌，直至得到清澈高粘的溶液。将该热溶液冷却到20℃并脱气。为使溶液完全脱气，将该高粘的聚合物溶液转移到稳定的不锈钢容器中，将该容器紧紧密封并向其施用真空。将该溶液在50mmHg下脱气6小时。在该脱气过程中，移动容器以在容器中形成聚合物溶液的更大表面和更薄的膜厚，从而改善脱气过程。

为形成膜，将聚合物溶液加热到50℃，并通过纺丝模头使其进入沉淀浴。使用25wt％水和75wt％NMP的混合物作为中心流体。模头的温度为45℃。在13m/min的纺丝速度下形成中空纤维膜。将离开模头的液态毛细管状物送入温度85℃的经加热的水浴(沉淀浴)中。该热水浴所产生的蒸汽包围着纤维。模头出口与沉淀浴之间的距离为5cm。将所形成的中空纤维膜引导通过温度65℃的5个不同水浴。最后，将膜卷绕到卷绕设备上。将纤维转移到束中，并用75℃的水洗涤以除去痕量的NMP和水溶性聚合物残留物。

所得中空纤维膜的内直径为328μm，外直径为426μm，并具有完全非对称膜结构。所测得的总蛋白质筛分系数在30、70和110mmHg的跨膜压力(TMP)下为100％(平均血流量Q_B：4.1ml/min，平均剪切速率：2601/s)。对于所测试的值30、70和110mmHg，作为校准滤液值的游离血红蛋白的程度(见方法描述部分)低于开始溶血的分界，0.2。

该膜的内表面和截面的扫描电子显微照片示于图3中。膜壁表现出具有总体海绵状结构的非对称结构。内表面呈现相对光滑的表面。

实施例2

在实施例2中，使用组成与实施例1中相同的聚合物溶液和沉淀浴。室温下聚合物溶液的粘度为62500mPa×s。使用20wt％水和80wt％NMP的混合物作为中心流体。膜形成过程与实施例1中相同，不同之处在于模头温度为50℃，模头与沉淀浴之间的距离为4cm，以及沉淀浴的温度为50℃。

所得中空纤维膜的内直径为320μm，外直径为420μm，并具有完全非对称膜结构。总蛋白质筛分系数在50mmHg的跨膜压力(TMP)下为100％(平均血流量Q_B：3.1ml/min，平均剪切速率：2551/s)。对于所测试的值50mmHg，作为校准滤液值的游离血红蛋白的程度低于开始溶血的分界，0.2。

内表面的扫描电子显微照片示于图4中。内表面呈现非常光滑的表面。

实施例3

在实施例3中，使用组成与实施例1中相同的聚合物溶液和沉淀浴。室温下聚合物溶液的粘度为62500mPa×s。使用22wt％水和78wt％NMP的混合物作为中心流体。膜形成过程与实施例1中相同，不同之处在于模头温度为50℃，模头与沉淀浴之间的距离为8cm，以及沉淀浴的温度为50℃。此外，除了像实施例1和2中那样，使离开纺丝模头的液态纤维通过从模头出口伸到沉淀浴表面上方约2cm处的长6cm的纺丝甬道。在纤维从纺丝模头出口行进到沉淀浴时，该纺丝甬道提供了包围纤维的蒸汽或湿空气调节氛围的空间。其中蒸汽或湿空气通过由沉淀浴蒸发的水产生。

所得中空纤维膜的内直径为318μm，外直径为422μm，并具有完全非对称膜结构。总蛋白质筛分系数在50、100和150mmHg的跨膜压力(TMP)下为100％(平均血流量Q_B：3.0ml/min，平均剪切速率：2501/s)。此外，在50mmHg的TMP下，测定总蛋白质筛分系数的长期稳定性。总蛋白质筛分系数在15分钟之后为100％，在60分钟之后为95％。对于所测试的值30mmHg，作为校准滤液值(比较方法描述部分)的游离血红蛋白的程度低于开始溶血的分界，0.2。

进行凝血性测量，并且所形成的膜表现出优异的凝血性(数据未示出)。

实施例4

在实施例4中，使用组成与实施例1中相同的聚合物溶液和沉淀浴。室温下聚合物溶液的粘度为51400mPa×s。使用22wt％水和78wt％NMP的混合物作为中心流体。膜形成过程与实施例1中相同，不同之处在于模头温度为55℃，模头与沉淀浴之间的距离为4cm，以及沉淀浴的温度为80℃。此外，除了像实施例1和2中那样，使离开模头的液态毛细管状物通过长2cm的纺丝甬道进入沉淀浴。

所得中空纤维膜的内直径为319μm，外直径为417μm，并具有完全非对称膜结构。总蛋白质筛分系数在50mmHg的跨膜压力(TMP)下为97％，在100mmHg的跨膜压力(TMP)下为100％(平均血流量Q_B：3.2ml/min，平均剪切速率：2651/s)。对于所测试的值50和100mmHg，作为校准滤液值(比较方法描述部分)的游离血红蛋白的程度低于开始溶血的分界，0.2。

内表面的扫描电子显微照片示于图5中。内表面呈现非常光滑的表面。

与

和

膜(Membrana，Germany)比较，用小模件测量补体激活。图6证实了结果。与和

膜相比，实施例4制得的膜的TCC值非常低。

Claims (29)

1.一种制备非对称中空纤维膜的方法，包括如下步骤：

将聚合物溶液通过中空纤维喷丝帽的外环缝挤出，同时将中心流体通过中空纤维喷丝帽的内孔挤出，挤出到沉淀浴中；

其中聚合物溶液包含10-26wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)，8-15wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，55-75wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和3-9wt％水；

中心流体包含70-90wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和10-30wt％水；以及

沉淀浴包含0-20wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和80-100wt％水。

2.权利要求1的方法，其中聚合物溶液包含15-21wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)，10-12.5wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和60-70wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)；优选17-19wt％聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)，10.75-11.75wt％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和63-66.5wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)。

3.前述权利要求中任一项的方法，其中聚合物溶液包含4-8wt％水，优选5-7wt％水。

4.前述权利要求中任一项的方法，其中中心流体包含73-87wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和23-27wt％水，优选75-85wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和15-25wt％水。

5.前述权利要求中任一项的方法，其中沉淀浴(PB)包含0-10wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和90-100wt％水，优选0-5wt％N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)和95-100wt％水，最优选沉淀浴(PB)由纯水组成。

6.前述权利要求中任一项的方法，其中聚合物溶液、中心流体和沉淀浴中任选存在的N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)相同或不同，最优选相同，并且N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)选自N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-乙基-2-吡咯烷酮(NEP)、N-辛基-2-吡咯烷酮(NOP)或其混合物。

7.前述权利要求中任一项的方法，其中聚合物溶液、中心流体和沉淀浴中任选存在的N-烷基-2-吡咯烷酮(NAP)相同并且是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。

8.前述权利要求中任一项的方法，其中聚合物溶液中的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)由聚乙烯基吡咯烷酮的至少两种均聚物的共混物组成，其中一种聚乙烯基吡咯烷酮均聚物(即低分子量PVP)的平均相对分子量为约10,000g/mol-100,000g/mol，优选约30,000g/mol-60,000g/mol；和另一种聚乙烯基吡咯烷酮均聚物(即高分子量PVP)的平均相对分子量为约500,000g/mol-2,000,000g/mol，优选约800,000g/mol-2,000,000g/mol。

9.权利要求7的方法，其中基于聚合物溶液的总重量，聚合物溶液中低分子量PVP的存在量为5.7-11.7wt％，高分子量PVP的存在量为2.3-4.3wt％；优选低分子量PVP的存在量为7.1-8.9wt％，高分子量PVP的存在量为2.9-3.6wt％；最优选低分子量PVP的存在量约为3.25wt％，高分子量PVP的存在量约为8.0wt％。

10.前述权利要求中任一项的方法，其中沉淀浴(PB)的温度为30-100℃，优选40-90℃，最优选50-80℃。

11.前述权利要求中任一项的方法，其中中空纤维喷丝帽(喷丝板)保持在10-90℃，优选20-80℃，更优选40-60℃，最优选约50℃。

12.前述权利要求中任一项的方法，其中中空纤维喷丝帽(喷丝板)的出料口与沉淀浴表面之间的距离为0.5-20cm，优选1-15cm，更优选5-10cm，最优选7-9cm。

13.前述权利要求中任一项的方法，其中中空纤维膜的纺丝速度为1-40m/min，优选3-40m/min，更优选5-20m/min，最优选约13m/min。

14.前述权利要求中任一项的方法，其中聚合物溶液具有室温下测得为30,000-100,000mPa×s(厘泊)的粘度。

15.前述权利要求中任一项的方法，其中从喷丝帽中挤出的聚合物溶液暴露在蒸汽和湿空气的混合物氛围中。

16.权利要求15的方法，其中蒸汽和湿空气的混合物的温度为至少15℃，优选至少30℃，并且至多75℃，优选至多60℃。

17.权利要求15或16的方法，其中蒸汽和湿空气的混合物氛围的湿度为60-100％。

18.权利要求15-17中任一项的方法，其中蒸汽和湿空气的混合物氛围以0.5-5％的含量包含溶剂。

19.权利要求15-17中任一项的方法，其中从外部源提供蒸汽和/或湿空气，并将其引入从喷丝帽挤出的聚合物溶液周围的氛围内。

20.前述权利要求中任一项的方法，其中提供从喷丝帽或纺丝头伸出并直至沉淀浴表面上方的一定距离处终止(开口)的纺丝甬道，其中纺丝甬道沿着其长度包围着从喷丝帽挤出并到达沉淀浴的聚合物溶液。

21.权利要求20的方法，其中纺丝甬道呈圆柱状或矩形。

22.权利要求20或21的方法，其中纺丝甬道长1-20cm，优选3-13cm，最优选5-7cm。

23.可通过权利要求1-22中任一项的方法得到的中空纤维膜。

24.权利要求23的中空纤维膜，其特征在于总血浆蛋白质筛分系数大于0.90，优选大于0.95。

25.权利要求23或24的中空纤维膜，其特征在于内直径为100-500μm，优选150-450μm，更优选200-400μm。

26.权利要求23-25中任一项的中空纤维膜，其特征在于壁厚为20-150μm，优选30-125μm，更优选40-100μm。

27.权利要求23-26中任一项的中空纤维膜，其特征在于膜中选择性分离层的平均孔直径为0.1-1μm，优选0.1-0.7μm，更优选0.1-0.4μm。

28.权利要求23-27中任一项的中空纤维膜，其特征在于孔尺寸分布，其中在膜的内壁表面(腔表面)和膜的外壁表面之间某位置处的孔尺寸最小，并且其分别向内壁表面和外壁表面增大。

29.权利要求23-28中任一项的或通过权利要求1-21中任一项的方法制得的中空纤维膜用于血浆分离、血浆过滤、微滤、血浆治疗或细胞过滤的用途。

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