CN103069011A - 用于去除反转录病毒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了从液体样品去除反转录病毒的方法和包含纳米纤维的液体过滤介质，所述过滤介质同时呈现出高液体渗透性和高微生物截留性。使液体通过包含纳米纤维的多孔过滤介质而从所述液体中去除反转录病毒，所述过滤介质的反转录病毒LRV大于约6，并且所述纳米纤维的直径为约10nm-约100nm。所述过滤介质可以是纤维电纺聚合物纳米纤维液体过滤介质垫的形式。

Description

用于去除反转录病毒的方法
相关申请的交叉引用
本申请请求2010年8月10日提交的美国临时专利申请61/372,243的优先权，将其全部内容整体援引并入本文。
技术领域
本发明一般涉及液体过滤介质。在一些实施方案中，本发明提供多孔性电纺纳米纤维液体过滤垫，以及使用所述过滤垫从过滤的液体截留反转录病毒的方法。
背景技术
全世界的管理机构均严格要求生物药学化合物的商业制造商提供他们药物的生物安全性保证。生产商必须在他们的工艺中建立并验证至少两种病毒去除的正交步骤，即通过两种不同的机理运行的步骤，其中之一通常是基于大小的过滤。对于组合式纯化工艺的所有去除步骤中的反转录病毒去除，组合LRV(对数下降值)必须至少为17，其过滤提供至少6。
反转录病毒是一类RNA病毒(例如HIV)，其通过将其自身转录入DNA(利用逆转录酶)而繁殖。所得的DNA将自身插入细胞的DNA中，并通过细胞繁殖。两种对人类特别危险的反转录病毒是人类免疫缺陷病毒(HIV)和人类T-细胞白血病毒(HTLV)。反转录病毒的大小为约80-130nm。在病毒截留性过滤产品的研发中，常规地用哺乳动物病毒代替相似大小、形状和表面电荷的噬菌体。这些噬菌体的实例包括Phi-6和PR772。实践表明，对这些噬菌体显示出一定截留水平的过滤器通常显示出对哺乳动物的反转录病毒相同或更高的截留水平。
在T.Meltzer和M.Jornitz,eds.的“Filtration and Purification in theBiopharmaceutical Industry”,2nd eddition,Informa Healthcare USA,Inc.,2008,Chapter20,pp.543-577中可得到对病毒去除的工业方法的详细说明和市售的病毒去除产品的列表。
已有一些经批准用于去除反转录病毒的膜。一种典型的反转录病毒去除膜例如是从Billerica,MA的Millipore Corporation可得的
Figure BDA00002808403800021
该膜已使用78nm直径的噬菌体Phi6进行了广泛测试。该噬菌体易生长成单分散、均匀大小和高效价攻毒的。在原料和工艺条件的范围上已观察到一致的>6.5的LRV。
Figure BDA00002808403800022
膜根据美国专利7,108,791制造，将其全部援引并入本文。膜具有不对称的孔结构，其具有密封的病毒去除侧和微孔“支持”侧，并通过常规的用以制造各种UF和MF膜的相转化方法制造。
该工艺的固有限制之一在于孔隙率随着孔径的下降而下降。例如，平均孔径为约0.5微米的微孔膜可具有约75%-80%的孔隙率，而平均孔径为约0.01微米-0.02微米的超滤膜在其最窄的孔径范围中将仅为5%-30%的孔隙率。反转录病毒去除膜常规具有低孔隙率和因此具有较低流量。美国专利7,459,085将“大病毒”(>75nm)过滤器的最低理想流量限定为具有5-20lmh/psi的最低值。
Asahi Kasei Medical Co.,Ltd.的美国专利7,459,085公开了包含热塑性树脂的亲水性微孔膜，其最大孔径为0-100nm，并为了病毒过滤应用中的低蛋白质污染进行设计。
Millipore Corp.的已公开的美国专利申请2008/0004205公开了具有至少一层为了去除病毒的超滤膜而设计的超滤层的一体式多层复合膜及其制造方法。
随着生物制药变得更成熟，该工业不断寻找使操作流水线化，合并和消除步骤，并大幅减少处理各药物批次所耗费的时间的方法。同时，存在要求制造商降低它们的成本的市场和管理的压力。由于病毒过滤在药物提纯的总成本中占很大的比例，所以任何提高膜产量并减少时间的方法是有价值的。随着新型预过滤介质的出现和病毒过滤器的产量的相应提高，越来越多的原料流的过滤变得受流量的限制。因此，病毒过滤器在渗透性上的大幅改进将对病毒过滤步骤的成本具有直接影响。
在液体过滤中使用的过滤器一般可归类为纤维无纺介质过滤器或多孔膜过滤器。
纤维无纺液体过滤介质包括但不限于由纺粘的、熔喷的或水刺(spunlace)的连续纤维制得的无纺介质；由粗梳的短纤维等制得的水刺(hydroentangle)无纺介质；或者这些种类的一些组合。用于液体过滤的纤维无纺过滤介质过滤器的孔径通常大于约1微米(μm)。
多孔膜液体过滤介质在没有载体下使用，或者与多孔基材或载体一起使用。多孔过滤膜的孔径小于纤维无纺介质，并且通常其孔径小于约1μm。多孔膜液体过滤膜可用于：(a)微过滤，其中从液体中过滤的颗粒物通常为约0.1μm-约10μm；(b)超滤，其中从液体中过滤的颗粒物通常为约5nm-约0.1μm；和(c)反渗透，其中从液体中过滤的颗粒物通常为约
Figure BDA00002808403800031
反转录病毒截留性膜通常视为超滤膜的扩展。
液体膜的两个最期待的性质是高渗透性和可靠的截留性。当然，在这两个参数之间存在权衡，并且对于相同类型的膜，较大的截留性可通过牺牲膜的渗透性而达到。用于制造多孔膜的常规方法的固有限制防止了膜超出一定的孔隙率阈值，并因此限制了在给定的孔径下可达到的渗透性量值。
电纺纳米纤维垫是高度多孔性的高分子材料，其中“孔”径与纤维直径呈线性正比，而孔隙率与纤维直径相对独立。电纺纳米纤维垫的孔隙率通常为约85%-90%，并导致纳米纤维垫显示出与具有相似厚度和孔径等级的浸渍流延膜(immersion cast membranes)相比大幅提高的渗透性。此外，由于如上讨论的UF膜所降低的孔隙率，该益处在例如病毒过滤通常所需的较小孔径范围中变得更明显。
电纺垫形成的无规性质已导致通常认为它们不适于任何液流的关键性过滤。电纺纳米纤维垫常被称为“无纺织物”，由此使它们与被称为“常规的”无纺织物的熔吹和纺粘的纤维介质处于同类。
常规的无纺织物中纤维的直径通常至少为约1000nm，所以它们的有效孔径总大于约1微米。此外，常规的无纺织物的所有制造方法都产生高度不均匀的纤维垫，这限制了它们在液体过滤中的应用。
利用包括熔喷、静电纺丝和电吹在内的各种方法，已将合成聚合物制成直径非常小的纤维网(即数微米或小于1μm的量级)。已表明此类网可用作液体阻隔材料和过滤器。通常它们与更强的片材一起形成复合材料，其中该更强的片材提供满足最终过滤器产品所需的强度。
Jirsak的美国专利7,585,437教导了使用静电纺丝由聚合物溶液制造纳米纤维的无喷嘴方法及用于实施该方法的装置。
转让于Nano Technics Co.LTD.的WIPO专利申请WO03/080905(将其全部援引并入本文)教导了电吹方法，其中将包含聚合物和溶剂的聚合物溶液流从储藏罐供至喷丝头内的一系列喷丝口中，向其施加高电压并通过其喷出聚合物溶液。同时，可任选被加热的压缩空气从位于喷丝口的侧面或外围的空气喷嘴中喷出。空气通常被向下引导作为吹气流，其包围并推进新喷射出的聚合物溶液，并且促进形成纤维网，所述纤维网被收集在位于真空室上方的接地的多孔收集带上。该电吹法能够在相对短时间内形成基重超过约1gsm至大于约40gsm商品尺寸和数量的纳米网。
Schaefer等人的美国专利公布2004/0038014教导用于过滤污染物的无纺过滤垫，其包括一层或多层通过静电纺丝形成的细聚合物微纤维和纳米纤维的厚聚集物。静电纺丝法利用电纺装置，其包括储存形成细纤维的聚合物溶液的储液槽、泵和从储液槽获得聚合物溶液的喷射装置。在静电场中，聚合物溶液的液滴被静电场加速，向位于格栅上的收集介质基材运动。利用适合的静电电压源，在喷射器和格栅之间保持高电压的静电电势，并且所述收集基材介于其间。
Bates等人的美国专利公布2007/0075015教导用于过滤液体中的颗粒物的液体过滤介质，其包括任选地置于粗布(scrim)层上的至少一层平均直径小于1000纳米的纳米纤维层。该过滤介质在相对高水平的坚固性(solidity)下流速为至少0.055L/min/cm2。该介质在压差增高2psi(14kPa)-15psi(100kPa)时流速没有降低。
Chen的美国专利公布2009/0026137教导用具有与微孔膜相邻并任选接合的纳米网的复合介质制备液体过滤器。所述膜的特征是在额定的粒径下LRV值为3.7，并且所述纳米网在所述膜的额定粒径下具有大于0.1的分级过滤效率。该纳米网在所述效率下还具有大于0.0002的厚度效率比。该纳米网用来赋予该膜深层过滤。
Koslow的美国专利7,144,533教导了涂布有微生物截留增强剂(例如阳离子金属络合物)的纳米纤维垫，其提供大于4LRV的病毒去除和6LRV的细菌去除。
Green的美国专利公布2009/0199717教导了形成由基质层负载的电纺纤维层的方法，所述细纤维层包括大量的直径小于100纳米的纤维。
Bjorge等人在Desalination249(2009)942–948中教导了50-100nm直径和120μm厚度的电纺尼龙纳米纤维垫。未经表面处理的纤维所测得的细菌LRV为1.6-2.2。作者总结出初生纳米纤维垫的细菌去除效率令人不满意。
Gopal等人在Journal of Membrane Science289(2007)210–219中教导了电纺聚醚砜纳米纤维垫，其中纳米纤维具有约470nm的直径，使得在液体过滤过程中，该垫起着筛网的作用而滤出大于1微米的颗粒，并起着1微米以下颗粒的深层过滤器的作用。
D.Aussawasathien等人在Journal of Membrane Science,315(2008)11–19中教导了30-110nm直径的电纺纳米纤维，其用于聚苯乙烯颗粒(0.5-10μm直径)的去除。
将期待具有可适用于>99.9999%(LRV>6)去除反转录病毒颗粒，同时达到高渗透性的可靠的电纺纳米纤维过滤介质。这些纳米纤维垫比常规使用的病毒去除膜具有三个优点：(1)因更高的孔隙率而具有更高的渗透性，(2)自支持性(即不需要支持性微孔结构)和(3)可用于单层形式。后两个优点在病毒过滤装置的设计和验证中提供好得多的灵活性。
此外，多孔性电纺纳米纤维过滤介质将是易于规模化的，可适于处理从毫升至数千升的样品流体体积，并能与各种过滤方法和装置一起使用。本发明涉及这些和其它的目的和实施方案。
发明内容
本发明涉及通过将液体流过多孔性电纺纳米纤维液体过滤介质而从液体中去除反转录病毒的方法。所述电纺纳米纤维液体过滤介质可设置或不设置在多孔载体或基质上。所述电纺纳米纤维液体过滤介质可制成各种形状、尺寸、厚度和密度，例如多孔性聚合物纳米纤维垫。
在另一个实施方案中，本发明涉及反转录病毒LRV大于约6的多孔性电纺纳米纤维液体过滤介质，所述纳米纤维的平均纤维直径为约10nm-约100nm。
在又一个实施方案中，本发明涉及反转录病毒LRV大于约6的多孔性电纺纳米纤维液体过滤介质，所述过滤介质的孔隙率为约80%-约95%。
在又一个实施方案中，本发明涉及反转录病毒LRV大于约6以及在10psi的压差下的液体渗透性大于约1000 LMH(升/平方米/小时)的多孔性电纺纳米纤维液体过滤介质。
在又一个实施方案中，本发明涉及反转录病毒LRV大于约6的多孔性电纺纳米纤维液体过滤介质，所述过滤介质为厚度为约1μm-约500μm，优选约1μm-约100μm，或约1μm-50μm的纤维多孔垫。
在又一个实施方案中，本发明涉及用于由聚合物溶液形成的一种或多种电纺聚合性纳米纤维制成多孔过滤介质的方法，所述方法是通过使用电纺丝设备，对所述溶液施加大于约10kV的电势，并收集电纺聚合物纤维成为无纺垫。
在又一个实施方案中，本发明涉及复合多孔过滤装置，其包括反转录病毒LRV大于约6的过滤介质，并包括设置在多孔载体或多孔基质上的电纺聚合物纳米纤维。
在以下详细的说明书和权利要求书中说明本发明的其它特征和优点。对本领域技术人员而言显而易见，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行许多修改和改变。应理解以上概述及以下详述、权利要求书和附图仅是示例性和解释性，并且意在提供本教导的各种实施方案的解释。只是借助于实施例体现本文所述的具体实施方案，而绝不意在限制。
附图说明
包括在本申请中并且作为本申请组成部分的附图说明用于解释本发明的目前的实施方案，其和说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是根据本发明的一个实施方案电纺丝纳米纤维的方法的示意图。
图2是来自实施例1中示例说明的本发明的一个实施方案的尼龙纤维的正面扫描电子显微镜照片。
图3是来自实施例3中示例说明的本发明的一个实施方案的尼龙纤维的正面扫描电子显微镜照片。
图4是实施例1中描述的尼龙纤维垫和市售的反转录病毒截留膜的起泡点分布图。
图5是噬菌体PR772的对数下降值(LRV)对纳米纤维垫的纺丝时间的函数图。
具体实施方式
本文无论在上文或下文中引用的所有出版物、专利和专利申请在此通过援引整体并入，正如各篇出版物、专利或专利申请被分别指出通过援引并入本文。
除非另外说明，就本说明书和权利要求书而言，本说明书和权利要求书中使用的表述组分的量、材料的百分比或比例、反应条件的所有数值及其它数值应理解为在所有情况中被术语“约”修饰。
因此，除非相反地指出，以下说明书和所附权利要求书中所述的数值参数是可根据本发明寻求获得的期望性质而改变的近似值。绝不限制将等同原则应用于本权利要求书的范围，每个数值参数应至少根据记录的有效数字的数值并应用常规的舍入法进行解释。
尽管表述本发明的宽范围的数值范围和数值参数是近似值，但是尽可能准确地记录具体实施例中所述的数值。然而，任何数值固有地包含由它们各自的实验测定中存在的标准偏差必然产生的一些误差。此外，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中所含的所有子范围。例如，“1-10”包括最小值1与最大值10之间(包含端点)的全部子范围，即，最小值等于或大于1和最大值等于或小于10的所有子范围，例如5.5-10。
在进一步详述本发明之前，对一些术语进行定义。这些术语的使用不限制本发明的范围，而是仅为了便于描述本发明。
除非上下文明确地另外指出，在本文使用的单数形式“一个”、“一种”和“该/此/这”包括复数的所指物。
术语“纳米纤维”是指直径为数十纳米至数百纳米但通常小于一微米的纤维。
术语“过滤介质”是指携带微生物污染物的流体通过其的材料或材料聚集物(collection of material)时，其中微生物沉积在所述材料或材料聚集物之中或之上。
术语“通量”和“流速”可互换用来指流体通过特定面积的过滤介质的速度。
本发明的过滤介质包括多孔性电纺纳米纤维液体过滤垫。所述纳米纤维的平均纤维直径为约10nm-约100nm。所述过滤介质的平均孔径为约0.05μm-约1μm。所述过滤介质的孔隙率为约80%-约95%。所述过滤介质的厚度为约1μm-约500μm，优选为约10μm-约100μm。所述过滤介质的液体渗透率大于约100LMH/psi。
适用于本发明的纳米纤维的聚合物包括热塑性聚合物和热固性聚合物。适合的聚合物包括但不限于：尼龙、聚酰亚胺、脂族聚酰胺、芳族聚酰胺、聚砜、纤维素、纤维素乙酸酯、聚醚砜、聚氨酯、聚(脲氨酯)(poly(ureaurethane))、聚苯并咪唑、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚苯胺、聚(氧化乙烯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙烯醇)、聚(偏氟乙烯)、聚(乙烯丁烯)，它们的共聚物、衍生化合物和混合物，以及它们的组合。
制备过滤介质的电纺纳米纤维垫的方法公开于WO2005/024101；WO2006/131081和WO2008/106903中，这些专利均转让给了Czech Republic,Liberec的Elmarco S.R.O.，在此将这些专利文献全文援引并入。
在如图1所示的本发明的一个实施方案中，过滤介质包括由单纳米纤维制成的多孔垫60，其中所述单纳米纤维是通过位于转鼓20与收集器35之间的移动收集装置30单次经过电纺丝工艺而制得。应理解所述纤维网可通过在同一移动收集装置30上方同时运转的一个或多个转鼓20而形成。
在图1中，移动收集装置30优选为位于转鼓20与收集器35之间的静电场内的移动收集带，其中可由高电压源40对聚合物溶液10施加电势，使得在电场50中制得电纺聚合物纤维。
在本发明的一个实施方案中，通过从尼龙溶液沉积纳米纤维而制得纤维垫。纳米纤维垫的基重以干燥基重计，即在残余溶剂挥发或去除之后，为约1g/m2-约10g/m2。
在本发明的一个实施方案中，可将各种多孔性单层或多层基材或载体安置于移动收集带上以收集并与所述电纺纳米纤维垫介质组合，形成复合过滤装置。
单层或多层多孔性基材或载体的实例包括但不限于纺粘无纺物、熔喷无纺物、针刺无纺物、水刺无纺物(spunlaced nonwoven)、湿法无纺物(wet laidnonwoven)、树脂粘合无纺物、纺织织物、针织织物、纸张及它们的组合。
在本发明的另一个实施方案中，本文教导的电纺纳米纤维垫介质可与多孔性基材或载体粘合。粘合可通过现有技术中已知的方法完成，包括但不限于在加热的平滑压料辊之间热压延、超声粘合和气体粘合。将电纺纳米纤维介质与载体粘合增强了所述介质的强度和耐压性，使得所述介质可承受例如当多孔介质被制成有用的过滤器和/或装入过滤装置中时与处理相关的力。此外，多孔性电纺纳米纤维介质的物理性质，例如厚度、密度和孔的尺寸和形状可受到所使用的粘合方法的影响。
例如，热压延可用以降低电纺纳米纤维垫介质的厚度和增大密度，并降低孔隙率，以及缩小孔径。这继而降低在特定施加的压差下通过该介质的流速。
通常，超声粘合比热压延粘合更小面积的电纺纳米纤维垫介质，因此，对厚度、密度和孔径具有较小的影响。
气体粘合通常对多孔性电纺纳米纤维介质的厚度、密度和孔径具有最小的影响，因此在期望保持较高流体流速的应用中可优选此粘合方法。
当采用热压延法时，必须注意不要过度粘合所述多孔性电纺纳米纤维材料而使所述纳米纤维熔化并且不再保持它们单独纤维的结构。在极端情况中，过度粘合会导致纳米纤维完全熔化以至会形成膜。将使用的一个或两个压料辊都加热至约环境温度例如约25℃至约300℃的温度。可在约0lb/in-约1000lb/in(178kg/cm)的压力下在压料辊之间压制所述多孔性纳米纤维介质和/或多孔性载体或基材。所述多孔性纳米纤维介质可以至少约10ft/min(3m/min)的线速度压制。
可调整压延条件例如辊温度、辊隙压力(nip pressure)和线速度以达到期望的坚固性。通常施加较高的温度、压力和/或在升高的温度和/或压力下的滞留时间，使得坚固性增高。
按照期望，在形成、成型和制造所述电纺纳米纤维垫介质的整个方法中可任选包括其它机械步骤例如拉伸、冷却、加热、烧结、退火、卷绕、拆卷等。
例如，按照期望，可在单步或多步步骤中拉伸本文所述的电纺纳米纤维垫介质。根据用来拉伸所述电纺纳米纤维垫介质的拉伸方法，拉伸可调整垫的物理性质，包括厚度、密度以及垫中形成的孔的尺寸和形状。例如，如果所述电纺纳米纤维垫在单方向上被拉伸(单轴拉伸)，则可通过单步拉伸或一系列拉伸步骤进行拉伸直至获得期望的最终拉伸比。
类似地，如果所述电纺纳米纤维垫介质在两个方向上被拉伸(双轴拉伸)，则可通过单步双轴拉伸步骤或一系列双轴拉伸步骤进行拉伸直至获得期望的最终拉伸比。双轴拉伸还可通过一系列在一个方向上的一步或多步单轴拉伸步骤和在另一个方向上的一步或多步单轴拉伸步骤完成。可以任何顺序依次地进行双轴拉伸步骤和单轴拉伸步骤，在所述双轴拉伸步骤中同时在两个方向上拉伸所述电纺纳米纤维垫。
拉伸垫的方法没有特别限制，可采用常规的拉幅、辊压或吹胀、或者这些中的两种或多种方法的组合。所述拉伸可以单轴、双轴等方式进行。在双轴拉伸的情况中，纵向拉伸和横向拉伸可同时或相继地进行。
各种拉伸装置是本领域公知的，并且可用来完成本发明所述电纺垫的拉伸。单轴拉伸通常通过在两个辊之间拉伸进行，其中第二个辊或下游辊旋转的圆周速度大于第一个辊或上游辊。还可在标准拉幅机上进行单轴拉伸。
双轴拉伸可通过在拉幅机上在两个不同方向上同时拉伸而实现。但是，更普遍地，首先在如上所述的两个差速旋转的辊之间单轴拉伸，然后使用拉幅机在不同的方向上单轴拉伸或者通过使用拉幅机双轴拉伸，从而实现双轴拉伸。最常见的双轴拉伸类型是其中两个拉伸方向彼此约成直角。在连续片材被拉伸的大多数情况中，一个拉伸方向至少大约平行于该片材的长轴(纵向)，另一拉伸方向至少大约垂直于纵向并在该片材的面内(横向)。
在所述电纺纳米纤维垫已被单轴或双轴拉伸后，拉伸的多孔性电纺纳米纤维垫可再被压延。为了形成与从拉伸装置出来的垫相比厚度减小的垫，可将拉伸的电纺纳米纤维垫输送至一对相互配合的加热的压延辊。通过调节这些压延辊施加的压力以及温度，可按照期望控制最终电纺纳米纤维垫的孔径，由此能够调整平均孔径。
在拉伸之前、之中和/或之后，可通过多种技术加热所述电纺纳米纤维垫。这些技术的实例包括：辐射加热例如由电加热的或燃气加热的红外线加热器提供的辐射加热，对流加热例如由循环热空气提供的对流加热，以及传导加热例如通过与加热的辊接触提供的传导加热。为了控温而测定的温度可能根据使用的装置和个人喜好而变。
通常，可以控制温度以使所述电纺纳米纤维垫被大致均匀地拉伸，使得拉伸的垫的厚度差异，如果有的话，处于可接受的限度内，并且使得在那些限度之外的拉伸的微孔电纺纳米纤维垫的量低至可接受。显然用于控制目的的温度可能接近或不接近所述电纺纳米纤维垫本身的那些温度，因为它们取决于使用的装置性质、测温装置的位置以及被测温的物质或物体的特征。
由于压延，孔隙率可被改变。可获得约5%-约90%的孔隙率。
虽然过滤介质通常采用单层结构，但有时提供彼此相邻的多于一层的过滤介质是有利的。改进颗粒截留的分层式膜过滤器常用于病毒过滤，并且商业应用于
Figure BDA00002808403800111
NFP和
Figure BDA00002808403800112
的Millipore产品线中。具有相同或不同组成的分层式过滤介质还用来改进过滤器产量。此类分层式过滤器的实例是Millipore的
Figure BDA00002808403800113
SHC和SHRP产品线。
选择多层过滤产品的其它考量包括生产介质和装置的经济和方便性，灭菌和验证的容易性。本发明的纤维过滤介质可采用单层或多层的结构。
优选的层结构常根据实际考量进行选择。这些考量考虑LRV和厚度之间的已知关系，其中LRV通常随厚度增大。本领域技术人员可选择多种方式来达到期待的LRV水平，例如通过使用较大厚度的较少层数或较大数量的较薄层。
测试方法
基重按照ASTM D-3776(通过援引并入本文)进行测定并以g/m2为单位。
孔隙率通过样品的基重(g/m2)除以聚合物密度(g/cm3)，除以样品厚度(微米)乘以100，并从100减去所得数进行计算，即，
孔隙率=100-[基重/(密度×厚度)×100]。
纤维直径如下进行测定。以60000倍放大率取得纳米纤维垫样品各面的扫描电子显微镜(SEM)图像。从各SEM图像测得十根(10)清晰可辨的纳米纤维的直径并记录。不包括缺陷(即纳米纤维团、聚合物滴、纳米纤维交叉)。计算各样品的两面的平均纤维直径。
厚度按照ASTM D1777-64(通过援引并入本文)进行测定并以微米记录。
平均流量起泡点按照ASTM Designation E1294-89，“用自动液体孔隙率计对膜过滤器的孔径特性的标准测试方法(Standard Test Method for PoreSize Characteristics of Membrane Filters Using Automated LiquidPorosimeter)”，利用ASTM Designation F316的自动起泡点法，使用与来自Porous Materials,Inc.(PMI),Ithaca,N.Y的商购装置原理相似的定制的毛细流孔隙率计进行测定。用异丙醇润湿直径25mm的各样品。将各样品置于支架中，施加空气压差，并从样品中除去流体。利用提供的软件，使用在湿流量等于干流量(没有润湿溶剂下的流量)的一半时的压差计算平均流量孔径。
流速(也称为通量)是流体通过特定面积的样品的速度，通过使去离子水通过直径为47(9.6cm2的过滤面积)mm的过滤介质样品进行测定。使用水压(水位压差)或气压(水上的气压)使水通过样品。
可使用常规的膜技术例如起泡点、液-液气孔测量和特定粒径颗粒的攻毒试验等，测定电纺垫的有效孔径。已知纤维垫的有效孔径通常随着纤维直径增加并随着孔隙率降低。
起泡点测试提供测定有效孔径的方便方法。从以下等式计算：
其中P是起泡点压力，γ是探测流体的表面张力，r是孔半径，θ是液体-固体接触角。
膜生产商根据膜过滤器的截留特征确定商品膜过滤器的标称孔径值。
按照Millipore测试方法测试反转录病毒截留性。在磷酸盐缓冲盐水(PBS)溶液中使用1.0x107pfu/mL的最低效价制备噬菌体PR772攻毒流(challenge stream)。将待测试的多孔介质切成25mm的圆片，并密封在包胶的聚丙烯装置中。在25psi的压力下用水润湿之后，在5psi的压力下通过上述液流对这些装置攻毒。在收集100ml的滤液之后，或在过滤4小时之后，无论是谁先到，结束测试。使用灯箱和菌落计数器对在板上培养过夜的初始物料和最终物料中的噬菌体进行定量。计算相应的对数下降值(LRV)。
本发明以下的实施例表明电纺纳米纤维垫可同时具有高渗透性和高细菌截留性。
在以下实施例中进一步详述本发明。通过以下意在示例说明本发明的实施例进一步说明本发明。
实施例
实施例1
通过将尼龙6聚合物溶液电纺丝而制成纳米纤维层。尼龙6由BASFCorp.,Florham Park,NJ,USA以商标Ultramid B24供应。在80°C经过5小时将纺丝溶液配制成乙酸和甲酸的混合物(重量比2:1)中的20%尼龙储备溶液，并加入所需要的甲酸和水而进一步将储备溶液稀释成13重量%聚合物溶液，甲酸：乙酸：水的溶剂比为2:2:1。所得溶液的粘度为约100cP。使用6线纺丝电极，在82kV电场下立即将溶液纺丝。使用抗静电涂覆的无纺材料以在电纺过程中负载纳米纤维垫。所制得的电纺垫的平均纤维直径为约25-30nm。纺丝时间为30分钟，随后从垫上剥离纳米纤维层，层压并置于包胶的装置中用于截留测试。
图2显示了实施例1中示例的电纺尼龙纤维的正面扫描电子显微图。
表1并排显示了两个“全反转录病毒截留性”样品的对比：一个是常规的浸渍流延膜
Figure BDA00002808403800131
另一个是电纺纳米纤维垫。对的3层构造和纳米纤维介质的2层(30分钟的纺丝时间)构造给出渗水性，因为这是保持>6对数的反转录病毒截留常规所需的相应层数。
表1.在装置模式下全截留性(LRV>6.2)样品的对比；
            NFR膜与电纺纳米纤维
Figure BDA00002808403800141
*对三层膜组合进行测试
**对两层垫进行测试
图4显示了实施例1中具体给出的尼龙纤维垫和市售的反转录病毒截留性膜
Figure BDA00002808403800142
的起泡点分布图。
实施例2.
按照实施例1的步骤。纺丝时间在5-60分钟之间变化(图5)。对各纳米纤维单层垫测试PR772截留性。电纺纳米纤维垫的噬菌体PR772截留性随着纺丝时间的增加(垫厚度增大)而提高。
图5是噬菌体PR772的对数下降值(LRV)对纳米纤维垫的纺丝时间的函数图。
实施例3.
按照实施例1的步骤，使用重量比4:1的甲酸/水的溶剂体系用于尼龙。制得的电纺垫的纤维直径测得为25-30nm，并且平均IPA起泡点为120-140psi。30分钟纺丝时间的样品具有全反转录病毒截留性(噬菌体PR772的LRV>6.2)。图3显示了实施例3中示例的尼龙纤维的正面扫面电子显微图。
使用方法
本发明的包含电纺纳米纤维的液体过滤介质可用于食品、饮料、制药、生物技术、微电子、化学处理、水处理及其它液体处理中。
本发明的包含电纺纳米纤维的液体过滤介质可用于从液体样品或液体流中过滤、分离、鉴定和/或检测微生物。
本发明的包含电纺纳米纤维的液体过滤介质可与任何液体样品制备方法一起使用，所述液体样品制备方法包括但不限于：色谱法；高压液相色谱法(HPLC)；电泳；凝胶过滤；样品离心；在线样品制备；诊断试剂盒测试；诊断测试；高通量筛选；亲和力结合分析；液体样品提纯；依据大小分离流体样品的组分；依据物理性质分离流体样品的组分；依据化学性质分离流体样品的组分；依据生物性质分离流体样品的组分；依据静电性质分离流体样品的组分；以及它们的组合。另外，本发明的包含电纺纳米纤维的液体过滤介质可以是更大的装置和/或系统的组件或部件。
配套装置
本发明还提供配套装置，其可用来从液体样品中除去微生物。所述配套装置可包括例如一种或多种本发明的包含电纺纳米纤维的液体过滤介质、以及一个或多个液体过滤装置、所述介质的载体或基材。所述配套装置可包含一种或多种对照物，并且可任选包含用于实施本发明的方法的各种缓冲液。例如用于清除试剂或非特异性截留的或结合的材料的清洗缓冲液可任选包含在所述配套装置中。
其它任选的配套试剂包括洗脱缓冲液。各缓冲液可以溶液的形式在单独的容器中供应。或者，所述缓冲液可以干燥的形式或粉末的形式提供，并且可根据用户期望的应用配制成溶液。在此情况中，缓冲液可以在包装中提供。在所述配套装置是自动化的情况中，所述装置可配备电源以及提供外力的手段如真空泵。所述配套装置还可包含说明书，用于指导使用包含电纺纳米纤维的液体过滤介质、装置、载体或基材，和/或用于配制适用于本发明的试剂、以及实施本发明的方法。还可任选包含软件，其用于在实施本发明的方法时或者在使用本发明的装置时记录和分析所得的数据。
术语“配套装置”包括例如组合在单个包装中的各组件，单独包装并一起销售的组件，或者一起出现在目录中的组件(例如在目录中的相同页或双页上)。
上述公开可包括具有独立用途的多项不同的发明。虽然这些发明中的每项均以其优选形式被公开，但本文公开和示例说明的具体实施方案不应理解为限制之意，因为许多改变是可能的。本发明的主题包括本文公开的各种要素、特征、功能和/或性质的所有新的非显而易见的组合和子组合。所附权利要求特别指出被认为是新的非显而易见的某些组合和子组合。体现在特征、功能、要素和/或性质的其它组合和子组合的发明可在要求本申请优先权的申请或相关申请中要求保护。所述权利要求，无论涉及不同的发明或者涉及相同的发明，无论就原权利要求而言更宽、更窄、相等或不同，也被认为涵盖在本公开的发明主题内。

Claims (37)

1.从液体样品中去除反转录病毒的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供包含反转录病毒的液体样品，
b)提供包含纳米纤维的多孔过滤介质，所述过滤介质的反转录病毒对数下降值(LRV)大于约6，孔隙率为约80%-约95%，以及液体渗透率大于约100LMH/psi，其中所述纳米纤维的纤维直径为约10nm-约100nm，和
c)使所述包含反转录病毒的液体样品通过所述过滤介质，由此完全截留反转录病毒。
2.权利要求1的方法，其中所述过滤介质的平均流量起泡点用异丙醇测定为100-150psi。
3.权利要求1的方法，其中所述过滤介质的厚度为约1μm-约500μm。
4.权利要求1的方法，其中所述过滤介质的厚度为1μm-50μm。
5.权利要求1的方法，其中所述过滤介质是通过选自电纺丝和电吹的方法制得。
6.权利要求1的方法，其中所述反转录病毒是人类免疫缺陷病毒(HIV)。
7.权利要求1的方法，其中所述反转录病毒是人类T-细胞白血病毒(HTLV)。
8.权利要求1的方法，其中所述纳米纤维包括聚合物，所述聚合物选自聚酰亚胺、脂族聚酰胺、芳族聚酰胺、聚砜、纤维素乙酸酯、聚醚砜、聚氨酯、聚(脲氨酯)、聚苯并咪唑、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚苯胺、聚(氧化乙烯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙烯醇)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙烯丁烯)，及它们的共聚物、衍生化合物或混合物。
9.权利要求1的方法，其中所述纳米纤维包括脂族聚酰胺。
10.权利要求1的方法，其中所述纳米纤维包括聚合物的混合物或共聚物的混合物。
11.权利要求1的方法，其中所述纳米纤维位于多孔载体上。
12.权利要求11的方法，其中所述多孔载体包括选自以下的一层或多层：纺粘无纺物、熔喷无纺物、针刺无纺物、水刺无纺物、湿法无纺物、树脂粘合无纺物、纺织织物、针织织物、纸张及它们的组合。
13.多孔性纳米纤维过滤介质，其用于从液体样品中去除反转录病毒，导致完全截留反转录病毒，所述过滤介质包括：
多孔性纳米纤维过滤介质，该过滤介质的反转录病毒对数下降值(LRV)大于约6，孔隙率为约80%-约95%，以及液体渗透率大于约100LMH/psi，
其中所述纳米纤维的纤维直径为约10nm-约100nm。
14.权利要求13的介质，其平均流量起泡点用异丙醇测定为约100-约150psi。
15.权利要求13的介质，其厚度为约1μm-约500μm。
16.权利要求13的介质，其厚度为约1μm-约50μm。
17.权利要求13的介质，其通过选自电纺丝和电吹的方法制得。
18.权利要求13的介质，其中所述反转录病毒是人类免疫缺陷病毒(HIV)。
19.权利要求13的介质，其中所述反转录病毒是人类T-细胞白血病毒(HTLV)。
20.权利要求13的介质，其中所述纳米纤维包括聚合物，所述聚合物选自聚酰亚胺、脂族聚酰胺、芳族聚酰胺、聚砜、乙酸纤维素酯、聚醚砜、聚氨酯、聚(脲氨酯)、聚苯并咪唑、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚苯胺、聚(氧化乙烯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙烯醇)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙烯丁烯)，及它们的共聚物、衍生化合物或混合物。
21.权利要求13的介质，其中所述纳米纤维包括脂族聚酰胺。
22.权利要求13的介质，其中所述纳米纤维包括聚合物的混合物或共聚物的混合物。
23.权利要求13的介质，其中所述纳米纤维位于多孔载体上。
24.权利要求23的介质，其中所述多孔载体包括选自以下的一层或多层：纺粘无纺物、熔喷无纺物、针刺无纺物、水刺无纺物、湿法无纺物、树脂粘合无纺物、纺织织物、针织织物、纸张及它们的组合。
25.液体过滤装置，其反转录病毒LRV大于约6，其用于完全截留从通过所述装置的液体样品中去除的反转录病毒，所述过滤装置包括：
多孔性电纺纳米纤维过滤介质，其中所述过滤介质的LRV大于6，孔隙率为约80%-约95%，以及液体渗透率大于约100LMH/psi，和
多孔载体，其中所述纳米纤维过滤介质位于所述多孔载体上，
以及所述纳米纤维的纤维直径为约10nm-约100nm。
26.权利要求25的装置，其中所述电纺纳米纤维过滤介质的厚度为约10μm-约100μm。
27.权利要求25的装置，其中所述电纺纳米纤维过滤介质的厚度为1μm-50μm。
28.权利要求25的装置，其平均流量起泡点用异丙醇测定为约100-约150psi。
29.权利要求25的装置，其中所述电纺纳米纤维过滤介质的平均孔径为约0.05μm-约3μm。
30.权利要求25的装置，其中所述电纺纳米纤维过滤介质是聚合物纤维垫。
31.权利要求30的装置，其中所述纳米纤维包括聚合物，所述聚合物选自聚酰亚胺、脂族聚酰胺、芳族聚酰胺、聚砜、乙酸纤维素酯、聚醚砜、聚氨酯、聚(脲氨酯)、聚苯并咪唑、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚苯胺、聚(氧化乙烯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙烯醇)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙烯丁烯)，及它们的共聚物、衍生化合物或混合物。
32.权利要求25的装置，其中所述纳米纤维包括脂族聚酰胺。
33.权利要求25的装置，其中所述纳米纤维包括聚合物的混合物或共聚物的混合物。
34.权利要求25的装置，其中所述纳米纤维位于多孔载体上。
35.权利要求25的装置，其中所述多孔载体包括选自以下的一层或多层：纺粘无纺物、熔喷无纺物、针刺无纺物、水刺无纺物、湿法无纺物、树脂粘合无纺物、纺织织物、针织织物、纸张及它们的组合。
36.权利要求25的装置，其中所述反转录病毒是人类免疫缺陷病毒(HIV)。
37.权利要求25的装置，其中所述反转录病毒是人类T-细胞白血病毒(HTLV)。
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