CN1041706A - 微过滤装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于从生物液体中去除微生物如支原体的微过滤装置是由两个串联的过滤器组成。第一过滤器是预过滤器。第二过滤器是一个多孔非对称无机材料膜片，其中靠近一个表面的小孔直径大于靠近另一表面的小孔直径，较大孔的表面位于面向上游端一侧。

Description

本发明涉及微过滤装置。微过滤器是表示该过滤器的小孔是亚微米级的。用有机聚合物和无机材料制成的微过滤器都可经市售得到。无机材料微过滤器优于有机聚合物微过滤器之处在于：它具有较好的抗各种化学制品的能力，具有较好的热稳定性，这种性能对于消毒处理场合尤其为重要，在给定的微孔孔径情况下，通常便于控制微孔孔径和具有较高的流动强度。本发明是涉及无机材料微过滤器而不涉及有机材料微过滤器。
过滤器设计通常综合考虑两个重要特征：
微孔孔径，它决定着可被过滤器保留的悬浮细粒材料的最小粒子;和
流动强度，即在规定条件下过滤器单位面积的流量。当然，流动强度随微孔孔径成反比变化。但流动强度也随微孔长度成反比变化，因此，通常要求制成尽可能短的细孔，即使过滤器的细孔部分尽可能薄些。
由于非常薄的膜片是易损坏的，许多人曾试图设计一种用一层较坚固的厚些多孔膜片支撑一层薄的微孔膜的复合膜片。假如多孔膜片的小孔不是太大，所使用的微孔膜可以桥接这些小孔，在正常使用中不会开裂。其结果形成一种非对称膜片。文献中介绍了许多有关非对称无机材料膜片的实例，所述文献包括：欧洲专利申请040282号;欧洲专利申请136937号;欧洲专利申请144097号·欧洲专利申请178831号;欧洲专利申请188950号;欧洲专利申请242208号;美国专利4562021号;美国专利4689150号。这些非对称膜片具有一个带较大孔的层系从一个表面上伸展，而与它相连接的一个带较小孔的层系从另一表面上伸展。根据这一设想，较小孔部位是由较大孔部位支撑着，当采用这种非对称膜片作为过滤器时，总是将较小孔部位置于上游端一侧。
美国专利4629563号介绍了一种带表层侧和支撑侧的有机聚合物非对称微孔膜片，并指导使用者当采用这种膜片作为过滤器时要将支撑侧面向上游端。
在市场上销售的商标为ANOTOP的Anotec分离器系列一次性使用的注射器过滤器包括非对称无机材料过滤膜片。尽管总的来说这种过滤器是成功的，但在流动强度和过滤效率以及在过滤器堵塞之前它能够过滤的液体量方面都还有改进的余地。
本发明的一个方面是提供一种带有壳体的微过滤装置，该壳体具有进入口和排出口，并构成液体通道，两个串联的过滤器横过上述通道设置，其中：
第一过滤器是预过滤器，
第二过滤器是一个带有多孔连接两个表面的无机材料膜片，靠近第一表面的小孔直径大于靠近第二表面的小孔直径，第一表面位于膜片的上游端一侧。
本发明的另一方面是提供一种处理含有悬浮材料的液体的方法，该方法包括使液体通过本文所描述的微过滤装置。
本发明源于以下新发现，即两种特征的结合导致在各个方面出现意想不到的改进的过滤器性能。第一特征是采用预过滤器，它的功能是去除较粗的颗粒材料，不然会堵塞主过滤器。因此，预过滤器的小孔尺寸要比主过滤器大一些。预过滤器的性能不是重要因素，并已发现以采用厚度为0.2至5毫米，最好是0.4至2毫米，而孔径为0.2至5微米，最好是0.4至1微米的过滤器为宜。预预过滤器可以由有机的或无机的或金属材料制成。如采用玻璃纤维制成的迂回通道过滤器都是适用的。
第二个特征是采用一种带有较小孔部位面向下游端一侧而不是上游端一侧的无机材料非对称膜片。该非对称膜片最好是阳极氧化铝膜片，例如可以采用上述欧洲专利申请178831号中所介绍的方法制成的膜片。根据该说明书所介绍的阳极氧化铝膜片具有从一个表面上伸展的较大孔的层系和与它互相连接的从另一表面伸展的较小孔的层系。将铝金属基板阳极化制成该膜片，然后以一定速率降低所施加的电压，可以采用连续地，也可以采用一点一点地逐渐降低到最好低于15V的电压值，使氧化膜片得以部分或完全还原，并从基板上分离氧化膜片。这种类型的非对称膜片可以市售得到，商标为“ANODISC”。通常较小孔层系上的小孔尺寸其最小直径至少是2nm，但要小于较大孔层系孔径的一半，例如5至150nm。就用于本发明的膜片而言，其最小孔径最好为30至120nm。
换言之，第二过滤器可以是阳极氧化铝膜片，由于贯穿该膜的小孔是锥形孔，其靠近第一表面的直径要比靠近第二表面的直径大些，因此该膜片是非对称的。
或者说，第二过滤器可以是一种复合膜片，它包括多孔无机材料膜片〔如阳极或带式铸件（fape-cast）〕和复在其一表面上用溶胶-凝胶技术制成的微孔无机材料薄膜。这种复合膜片在上述各专利中都介绍过，其中，尤其是欧洲专利申请242208号进行了详细介绍。
第一和第二过滤器最好都采用无机材料和非金属材料制成。过滤器中任一个或两个均可以常规方式围绕其圆周边或者通过其整个面积进行支撑。例如，在最新式ANOTOP型过滤装置中，可以采用一种塑料制成的波纹形多孔支撑器，将过滤器粘接在波纹的顶部。两个过滤器可以在壳体内保持分离状态，以它们之间的空隙容纳液体;或者该第一过滤器可以采用或不采用垫片装置简单地靠在第二过滤器的上游端一侧的表面上。该壳体最好是构成一个一次性使用的手握注射器过滤装置。为此，可以采用例如借助于路厄锁定器（luer    lock）的进入口以接受来自手动注射器的流体;并可采用一排出口以容纳一个皮下注射器针头。壳体可以由塑料如聚丙烯制成。在一个替换型装置中，具有多个并联过滤单元，每个单元带有第一和第二过滤器，如同常规的叠盘筒形过滤器。
该过滤装置用于处理含悬浮材料的液体，特别是处理含有以稀释或浓缩形式存在的各种生物流体，如血清、血浆、尿、奶等。本发明提出的一个特殊问题是从血清中去除支原体。支原体的去除是非常困难的，因为支原体缺失坚固的细胞壁，因此在压力和挤压作用下会变形而通过常规的0.2微米聚合物的细菌过滤膜片。组织培养液的支原体感染是非常严重和昂贵的。此外，组织培养液由于其粘性并含有粒子易于导致膜片堵塞，因而难以过滤。采用本发明，这些问题均可克服。
参看附图，图中表示本发明过滤装置的轴向剖视图。该装置包括一个带有进入口11和排出口12的壳体10，整个构成液体通路。两个串联的过滤器横过此通路设置，其中，一个预过滤器13和一个无机材料膜片14、15，其具有较大孔的层系14从第一表面上伸展，与之相互连接的具有较小孔的层系从第二表面上伸展。第一表面位于此膜片的上游端一侧。壳体可以是圆形截面或者也可以是相似的截面形状，如六角形或八角形。两个过滤器都是用本专业领域众所周知的方法沿其圆周边密封在壳体内。进入口11示出具有一个安装到注射器上用的路厄锁定器16。
下述实例用以说明本发明，在这些实例中，第二过滤器是按照欧洲专利申请178831号所介绍的方法制造的一种非对称阳极氧化铝膜片。在该层系上的孔或较大孔的直径为0.2微米，而较小孔层系的孔径为0.1微米。
实例1
将经净γ射线辐照的母胎牛血清（来自商业货源）通过过滤装置，该装置除了未设置预过滤器13外，如附图所示。在输出3至4滴（在10毫升注射器上施以最大手动压力）后，该膜片过滤器就被堵塞。采用上述过滤装置并带有一个无粘结剂的玻璃纤维预过滤器〔Whatman    GF/F〕，在相同条件下，该过滤装置可以通过8.5毫升血清。
采用通常用于组织培养介质的10%血清，则带预过滤器的过滤装置可以通过120毫升这种介质，而不用预过滤器时只能通过10毫升。
实例2
含有非对称阳极膜片而不带预过滤器的一次性使用注射器过滤装置，利用含有浓度为6.4×104/毫升的支原体细菌的组织培养肉汤进行膜片定向的对比实验。测量在0.6Mpa压力下使5毫升这种培养液通过过滤装置的时间。还测定过滤过程中所滤除的支原体的数目。
倒置的    非倒置的
（小孔部位置于下游端一侧）    （小孔部位置于上游端一侧）
时间（5毫升）    5秒    165秒
去除效率（%）    100    100
对于含细颗粒的液体，采用倒置的膜片并使用预过滤器，在较高要求（例如107/毫升）下可改善流率并提高效率。
实例3
对含有以较大孔表面面向上游端一侧的非对称阳极膜片的一次性使用注射器过滤装置，利用含有口服浓度为1.3×105/毫升支原体的组织培养肉汤进行带预过滤器和不带预过滤器的对比实验。在每次实验中，以10毫升液体通过过滤装置。采用不带预过滤器的装置时，支原体的滤除效率为99.96%。采用带预过滤器的装置时，其滤除效率为99.99%。采用预过滤器可使通过该过滤装置的微生物的数目降低到四分之一。

Claims (11)

1、一种包括壳体的微过滤装置，该壳体带有进入口和排出口并形成液体通路，两个串联的过滤横过该通路设备，其特征在于：
-第一过滤器是预过滤器，
-第二过滤器是带有由若干小孔连接两个表面的无机材料膜片，靠近第一表面的小孔直径大于靠近第二表面的小孔直径，该第一表面位于该膜片的上游端一侧。
2、如权利要求1所述的微过滤器，其特征在于：该第二过滤器是一个具有由较大孔层系从第一表面伸展和与它相互连接的较小孔层系从第二表面伸展的无机材料膜片，该第一表面位于该膜片的上游端一侧。
3、如权利要求1所述的微过滤装置，其特征在于：无机材料膜片是一种非对称阳极氧化铝膜片。
4、如权利要求1所述的微过滤装置，其特征在于：在阳极氧化铝膜片的较小孔层系内，小孔的最小直径为5至150nm。
5、如权利要求4所述的微过滤装置，其特征在于：最小直径为30至120nm。
6、如权利要求1所述的微过滤装置，其特征在于：进入口是用以接受来自手动注射器的液体。
7、如权利要求1所述的微过滤装置，其特征在于：预过滤器是由玻璃纤维制成的。
8、一种处理含有悬浮材料的液体的方法，该方法包括将液体通过一个带有壳体的微过滤装置，该壳体具有进入口和排出口并形成液体通路，两个串联的过滤器横过该通路设置，其特征在于：
-第一过滤器是预过滤器，
-第二过滤器是一个具有由许多小孔连接两个表面的无机材料膜片，靠近第一表面的小孔直径大于靠近第二表面的小孔直径，该第一表面位于该膜片的上游端一侧。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于：该液体是生物液体。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于：该生物液体是血清。
11、如权利要求9所述的方法，其特征在于：该悬浮材料是支原体。
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