CN104936671A - 超多孔性纳米纤维垫及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多孔电纺聚合物纳米纤维液体过滤介质，例如电纺垫，其用于从流体流去除18nm到30nm大小范围内的病毒粒子(例如，细小病毒)和其它粒子，具有利用全氟己烷测量的高于100psi的平均流量起泡点。所述电纺介质包括具有约6nm到约13nm的平均纤维直径的纳米纤维，并且所述纳米纤维液体过滤介质具有约0.01μm到约0.03μm的平均孔径、约80％到约95％的孔隙率、约1μm到约100μm范围的厚度和大于约10LMH/psi的液体透过率。所述电纺垫的所述高孔隙率能够实现高得多的水通量，由此减少在流体流上完成病毒过滤步骤所需的时间。

Description

超多孔性纳米纤维垫及其用途
发明描述
技术领域
本发明大体上涉及液体过滤介质。在某些实施方案中，本发明提供制备具有极小纤维直径的纳米纤维聚合物材料的方法、将这些纤维组装成高度一致的垫的方法和使用所述垫从流体流去除病毒的方法。
发明背景
全世界的管理机构均严格要求生物医药化合物的商业制造商提供他们药物的生物安全性保证。制造商必须在他们的工艺中插入并验证至少两个去除病毒的正交(通过两种不同的机理操作)步骤，其中之一通常是基于大小的过滤。所述过滤的预计LRV(对数减少值)至少为4。
目前的病毒过滤策略提供于Meltzer,T.和Jornitz,M.编辑，“Filtrationand Purification in the Biopharmaceutical Industry”，第2版，Informa Healthcare,2008，第20章，“Ensuring Safety of Biopharmaceuticals:Virus and Prion SafetyConsiderations”,H.Aranha中。
细小病毒是大小为18nm到26nm的无包膜二十面体粒子，是一些最小的已知病毒(Leppard,Keith；Nigel Dimmock；Easton,Andrew(2007).Introduction to Modern Virology.Blackwell Publishing有限公司，第450页)。病毒截留膜(virus-retentive membrane)制造商常规地依赖地对细小病毒截留性的测量用于验证他们的膜的病毒去除保证。
存在大量经验证用于细小病毒去除的市售膜。购自EMD Millipore公司(Billerica,MA USA)的示例性细小病毒去除膜Pro具有不对称的孔结构，所述不对称的孔结构具有密封的病毒去除侧和微孔“支撑”侧。它是通过用于制备宽范围的超滤膜和微滤膜的相转化工艺制造的。所述相转化制造工艺的固有限制是膜孔隙率随孔径显著降低。
例如，平均孔径为0.5微米的微孔膜可具有约75％-80％的孔隙率，而平均孔径为0.01微米到0.02微米的超滤膜或病毒去除膜在其最窄的孔径范围中的孔隙率将仅为小于5％。因此，细小病毒去除膜常规具有低孔隙率且因此具有较低的水通量。
随着生物医药制造变得更加成熟，该工业正在不断地寻找方式来精简操作，组合和消除步骤，并且减少处理各批次药物所耗费的时间。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纯化的总成中占很大的比例，因此任何提高膜产量并减少药物处理时间的方法都是有价值的。随着新型预过滤介质的引入和病毒过滤器的产量的相应提高，越来越多的进料流的过滤正变得受通量的限制。因此，在维持病毒过滤器的病毒截留性质的同时改进病毒过滤器的透过率将对病毒过滤步骤的成本具有直接影响。
电纺纳米纤维垫是高度多孔性的聚合物材料，其中所述垫的“孔”径与电纺纳米纤维的纤维直径成线性比例，而所述垫的孔隙率与纤维直径相对独立并且通常落在85％-90％的窄范围内。这样高的孔隙率导致电纺纳米纤维垫中提供的透过率相比于具有相似厚度和孔径等级的浸渍流延膜(immersion cast membrane)的孔隙率的大幅度改进。此外，由于如上讨论的超滤膜所降低的孔隙率，因此该优点在较小孔径范围(例如病毒过滤所需的较小孔径范围)中变得放大。
电纺垫形成的无规性质已导致通常认为所述垫不适于液体流的任何临界过滤。应用电纺材料从溶液可靠去除相对大的粒子(例如细菌)最近已开始出现在文献中(参见例如国际公开号WO2010/107503A1，授予EMDMillipore公司，名称为“Removal of Microorganisms from Fluid Samples UsingNanofiber Filtration Media”；和Wang等，‘Electrospun nanofibrous membranesfor high flux microfiltration”,Journal of Membrane Science,392–393(2012)167–174)。同时，尚未公开关于使用电纺纳米纤维对极小粒子(例如细小病毒)进行基于大小的过滤的报道。
涉及病毒去除和电纺纳米纤维的三类现有技术可被概述如下：
分类1.使用电纺材料通过吸附或失活去除病毒
授予Advanced Powder Technologies的美国已公开专利申请号US2008/0164214 A1教导了特征在于污染物的静电吸附的液体纯化和消毒的非织造过滤材料，所述污染物包括负电性粒子，例如细菌、病毒、胶体粒子等。
授予Koslow Technologies公司的美国专利号6,770,204教导了具有可提高流入物的pH的pH改变材料的复合过滤介质，使得所述流入物中的微生物污染物保持基本上带负电荷，使得所述复合过滤介质中带正电荷的介质可更有效地捕获所述微生物污染物。
授予Fujifilm公司的美国专利号7,927,885提供了携带用于病毒去除的抗体的电纺支撑材料。
转让于The Hong Kong Polytechnic University且名称为“NanofiberFilte Facemasks And Cabin Filters”的美国已公开专利申请号US2008/0264259教导了一种过滤介质，其包括具有多个纳米纤维的细过滤层和具有多个附接到细过滤层的微纤维的粗过滤层，其中所述纳米纤维包含电荷或抗微生物剂。
授予Argonide公司的国际公开号WO2008/073507教导了用于流体流的纤维结构，所述纤维结构包含纳米氧化铝纤维和另外的纤维的混合物，所述另外的纤维由微玻璃、纤维素、微纤化纤维素和莱塞尔(lyocell)制得并且被布置在基质中以产生不对称孔，并且细粒子、超细粒子或纳米级粒子(例如粉状活性碳)在不使用粘结剂的情况下附接到所述纤维结构。含有粉状活性碳的纤维结构拦截来自流体流的污染物(例如病毒)。
分类1内的过滤材料似乎利用了电纺介质通过吸附病毒或使病毒失活的某些表面效应。
分类2.通过电纺材料使用筛分机制去除微生物。
授予EMD Millipore公司的国际公开号WO2010/107503教导了使用电纺纳米纤维从液体样品基于大小高效去除细菌和支原体的方法。
授予EMD Millipore公司的国际公开号WO2012/021308教导了使用电纺纳米纤维垫以>6的LRV基于大小去除反转录病毒(具有80nm-130nm)。
授予State University of New York Research Foundation且名称为“HighFlux High Efficiency Nanofiber Membranes and Methods of Production Thereof”的美国已公开专利申请号US2011/0198282教导了包括电纺衬底的复合纳米纤维膜，所述电纺衬底涂覆有由氧化的纤维素微纤维层制造的纤维素纳米纤维，所述纤维素微纤维层被施加到所述电纺衬底上。
授予Elmarco SRO的美国已公开专利申请号US2008/0264258教导了用于去除物理杂质和/或生物杂质的过滤器，包括据称杀死/减弱杂质的“主动”纳米纤维过滤器，而纳米纤维过滤层捕获所述杂质。
一系列的美国已公开专利申请号US2004/0038014、US2005/0163955和US2004/0038013(均转让于Donaldson公司)教导了含纤维的介质和经温度和压力处理的具有30nm纤维的纤维垫。
Lev等的来自Nanocon 2010的会议报告教导了使用纤维直径在约100nm到155nm之间的商业纳米纤维织物以效率72.25％到99.83％(0.6到2.8LRV)来截留大肠杆菌(E.Coli)细菌(1.1–1.5x 2微米到6微米)。
转让于Munro Technology有限公司的国际公开号WO2009/071909教导了具有纳米级间隙的空间有序的纳米纤维基质阵列，其适于过滤粒子，特别是纳米级范围内的粒子，例如病毒。然而，没有提供显示成功过滤的示例。
分类2中的过滤材料似乎都不能对大小低于30nm的病毒或粒子进行基于大小的去除。
分类3.尝试将纤维直径降低到低于20nm。
Huang等，Nanotechnology 17(2006)1558-1563教导了使用添加吡啶的2％尼龙4,6(Nylon 4,6)制造的电纺聚合物纳米纤维，其具有小直径并且在其中提供对于小到2nm的单个纤维的显微观察。
转让于Physical Sciences公司的美国专利号7,790,135教导了对小到15的聚丙烯腈纤维nm进行电纺并且随后热解以由其产生碳纳米管垫的方法。
Tan等，Polymer 46,(2005)6128–6134提供了对于经由电纺工艺制作超细纤维的系统性参数研究，所述制作包括制作具有19nm±6nm的平均纤维直径的垫。
Hou等，Macromolecules 2002,35,2429-2431教导了通过涂覆和去除超薄聚合物模板实现的聚(对亚二甲苯)纳米管。观察到直径为5nm-7nm的单个纤维。
Duan等，20082nd IEEE International Nanoelectronics Conference(INEC 2008),33-38教导了通过电子束辐照由超薄电纺PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)纳米纤维制备石墨纳米带，其中单个PMMA纤维将被观察到10nm左右的平均直径。
分类3中的每一电纺纳米纤维教导尝试降低电纺材料的纤维直径。尽管分类3中的某些电纺纳米纤维教导声称直径小到10nm或更小的单个纤维，但这些教导最多提供了未知长度的单个纤维的显微图像，并且未能提供关于获得或系统性地尝试垫中所有纤维的平均大小在6nm到13nm范围内的一致纤维垫的任何数据。具体地说，尚未报道所述垫指示目前已知的病毒截留膜的任何能力。
本发明提供制造极细纳米纤维垫的基于电纺的方法，所述纳米纤维垫具有极高均匀性，并且用于从流体流可靠地且有效地去除病毒粒子。如本文所提供的模式细小病毒的高截留性(>3LRV)是利用聚合物纳米纤维电纺多孔性液体过滤垫实现的。这些电纺纳米纤维垫可用于在生物医药制造中从水溶液去除病毒，其中这些电纺纳米纤维垫相比于现有技术的目前病毒去除过滤产品具有高透过率和高能力的优点。
发明内容
本发明教导了具有极小孔径的高度多孔性的电纺过滤膜，其可用于截留18nm到30nm大小范围内的细小病毒和其它粒子。本文所提供的高孔隙率的电纺过滤膜能够实现更高的水通量，由此大大降低病毒过滤步骤所需的时间量。在该增加的病毒过滤速度的情况下或作为选择在相同操作需要较低压力的情况下，例如本文所教导的电纺细小病毒过滤器使得能够施加先前未被相信已知的病毒过滤。
例如，较低的压力需要可使得能够使用具有较简单、成本较低且较不复杂的装备的病毒去除过滤器，所述装备例如重力流固持器(holder)以及真空泵和蠕动泵。此外，较高的透过率允许对蛋白质纯化过程期间的大流体体积(例如生物反应器和处理缓冲液溶液的整个体积)进行经济过滤，由此围绕整个蛋白质纯化过程产生病毒“屏障”。
本发明至少部分地基于以下令人惊讶的发现：纺丝溶液参数和环境条件的先前未知组合导致制造具有极小有效孔径的高度一致的电纺垫。如本文所用的术语“有效孔径”描述了利用功能性方法而非目视方法评估的多孔性材料的结构性质。为了比较具有显著不同结构的多孔性材料(例如溶液流延膜和纳米纤维垫)的目的，目视方法如显微镜法不足以预测这些材料是否将在相同应用中以相似方式表现。相比之下，功能性方法，例如起泡点测量、流体-液体孔隙测定(liquid-liquid porometry)、注入式孔隙测定(intrusionporosimetry)、给定大小的大分子和/或粒子的筛分，允许比较不同材料的性质。因此，在不同材料之间进行比较是可能的，取决于它们在功能测试中的表现，可被描述为具有“更小”、“更大”或“相似”的有效孔径。
在本发明的一些实施方案中，制造具有6nm与13nm之间的平均直径的电纺纳米纤维。
在其它实施方案中，将纳米纤维组装成一致垫，所述垫具有利用全氟己烷流体测量的高于100psi或高于120psi或高于130psi的平均流量起泡点。
在一些实施方案中，纳米纤维垫可在用于液体过滤的单层或多层装置中组装。
在一些实施方案中，根据本发明的各个方面，含有模式细小病毒或实际细小病毒的水性进料溶液可利用含有如本文所教导的电纺纳米纤维垫的装置过滤，使得在一个实施方案中，滤液将含有少于0.1％的存在于进料溶液中的病毒；在其它实施方案中，滤液将含有少于0.01％的存在于进料溶液中的病毒；或在其它实施方案中，少于0.001％的存在于进料溶液中的病毒；或在其它实施方案中，滤液将含有少于0.0001％的存在于进料溶液中的病毒。
在一些实施方案中，欲用于病毒过滤的溶液含有目标生物医药产物，例如治疗性蛋白质、抗体、激素等。
在其它实施方案中，欲用于病毒过滤的溶液是水性缓冲溶液。
在其它实施方案中，欲用于病毒过滤的溶液是用于细胞培养生物反应器的液体培养基。
在根据本发明的各个方面的一些实施方案中，本发明的方法和/或组合物可与一种或多种其它过滤、净化和预过滤步骤组合使用。
在以下详细描述和权利要求书中将陈述本发明的另外的特征和优点。对本领域技术人员显而易见的是，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细描述、权利要求书以及附图仅是示例性的和解释性的，并且意在提供本教导的各个实施方案的解释。本文所述的具体实施方案仅以举例方式提供，而不意在以任何方式进行限制。
附图说明
合并在本说明书中并且构成本说明书一部分的附图说明本发明的要求保护的所涵盖实施方案并且与说明书一起用来解释本发明的原理。
图1描绘了根据本发明的一个实施方案利用混合物中的8％尼龙6、40％2,2,2-三氟乙醇(TFE)和0.7％甲酸铵获得的电纺垫的SEM显微照片。
图2A和2B各自描绘了根据本发明的其它实施方案利用相同溶液在4℃露点(左，纤维直径为23nm)和17℃露点(右，纤维直径为9nm)制造的电纺垫的SEM显微照片。
图3A和3B各自描绘了根据本发明的其它实施方案根据实施例2A和2B当将2,2,2-三氟乙醇(TFE)添加到纺丝混合物(右)中时对尼龙电纺垫质量的改进的SEM显微照片。
图4A、4B、4C和4D各自描绘了电纺垫的SEM显微照片，其中根据实施例3的纺丝溶液中的尼龙6浓度从14％wt降低到8％wt.，导致形成高度不规则的垫。
图5描绘了利用标准8％尼龙6混合物以及利用7％尼龙6混合物获得的电纺垫的SEM显微照片。
图6描绘了根据实施例3制造的三(3)层装置的PhiX-174LRV对产量的图示，PhiX-174LRV与产量是两(2)个装置的平均值。测定极限为约6.3LRV。
图7描绘了ViresolveTM Pro膜和根据本发明的其它实施方案的电纺垫的葡聚糖截留曲线的的图示。
图8描绘了一(1)层Pro膜(三角形)和根据本发明的其它实施方案的三(3)层电纺复合物(正方形)在30psi压力下的PhiX-174截留性(空心符号和虚线)和通量衰减(实心符号和实线)。
本发明实施方案的详细描述
在进一步详细描述本发明之前，将对大量术语进行定义。这些术语的使用不限制本发明的范围，而仅用于帮助描述本发明。另外的定义陈述于整个详细描述中。
I.定义
除非上下文另有明确规定，否则如本文所用的单数形式"一(a、an)"和"所述"包括复数指示物。
如本文所用的术语"纳米纤维"是指直径从数纳米到数百纳米的纤维。
如本文所用的术语"过滤器介质(filter medium或filter media)"是指携带微生物污染物的流体所通过的材料或材料聚集物(collection of material)，其中所述微生物沉积在所述材料或材料聚集物之中或之上。
如本文所用的术语“透过率”是指一定体积的流体在跨越所述膜的给定压降下通过给定面积的过滤介质的速率。透过率的共同单位是升/平方米/每小时/psi压降，缩写为LMH/psi。
如本文所用的术语“电纺”是指通过对聚合物溶液施加电势从所述溶液或熔化物制造纳米纤维的静电纺丝工艺。制备用于过滤介质的电纺纳米纤维垫的静电纺丝工艺(包括用于进行静电纺丝工艺的合适设备)公开于国际公开号WO 2005/024101、WO 2006/131081和WO 2008/106903中，所述国际公开各自以引用方式完全并入本文中，并且各自转让于Liberec,CzechRepublic的Elmarco S.R.O.。
如本文所用的术语“纳米纤维垫”是指使得所述垫的厚度为所述垫中单个纤维的直径至少约10倍的多个纳米纤维的组件。纳米纤维可随机布置于所述垫中，或沿一个或多个轴对准。
如本文所用的术语“病毒”是指可仅在生物体的活细胞内复制的小感染原(infectious agent)。病毒可感染真核细胞和细菌细胞两者。尽管前者适于确保治疗性制剂的安全性，但后者是用于评估病毒去除过滤器的截留性质的常见替代物。
如本文所用的术语“细小病毒”是指一类一些大小为18nm到26nm的最小的无包膜的二十面体粒子(Leppard,Keith；Nigel Dimmock；Easton,Andrew(2007).Introduction to Modern Virology.Blackwell Publishing有限公司，第450页)。
如本文所用的术语“LRV”或“对数减少值”是指在标准化的条件下测量的进料中的粒子浓度与滤液中的粒子浓度的比率的常用对数(底数10)。
如本文所用的术语“免疫球蛋白”、“Ig”或“抗体”(在本文中可互换使用)是指具有由两条重链和两条轻链组成的基本4-多肽链结构的蛋白质，所述链例如通过链间二硫键稳定，所述蛋白质具有特异性地结合抗原的能力。
如本文所用的免疫球蛋白或抗体可为单克隆或多克隆并且可以单体或聚合物形式存在，例如，以五聚体形式存在的IgM抗体和/或以单体、二聚体或多聚体形式存在的IgA抗体。术语“片段”是指包含少于完整或完全抗体或抗体链的氨基酸残基的一部分抗体或抗体链。片段可经由完整或完全抗体或抗体链的化学或酶促处理获得。片段还可通过重组手段获得。示例性片段包括Fab、Fab’、F(ab’)2、Fc和/或Fv片段。
如本文所用的术语“生物医药制剂”是指含有目标产物(例如，治疗性蛋白质或抗体，其通常为单体)和不需要的组分(例如蛋白质聚集体(例如，目标产物的高分子量聚集体))的任何组合物。
II.示例性过滤介质
本发明的一个实施方案包括多孔性电纺纳米纤维液体过滤垫。
本发明的另一实施方案包括具有平均纤维直径为约6nm到约13nm的纳米纤维的液体过滤介质，其中所述过滤介质具有约0.01μm到约0.03μm范围的平均孔径、约80％到约95％范围的孔隙率、约1μm到约100μm范围的厚度或约2μm到约30μm的厚度和大于约10LMH/psi的液体透过率。
III.示例性纳米纤维聚合物材料
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。合适聚合物的非限制性示例包括尼龙、聚酰亚胺、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚砜、纤维素、醋酸纤维素、聚醚砜、聚氨酯、聚(脲氨酯)(poly(urea urethane))、聚苯并咪唑、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、聚(对苯二甲酸乙二酯)、聚丙烯、聚苯胺、聚(氧化乙烯)、聚(对萘二甲酸乙二酯)、聚(对苯二甲酸丁二酯)、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙烯醇)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏氟乙烯)、聚(乙烯丁烯)、它们的共聚物、衍生化合物、掺合物和组合。合适的聚酰胺缩合聚合物包括尼龙-6；尼龙-4,6；尼龙-6,6；尼龙6,6-6,10；其共聚物，和其它线性(通常为脂肪族)尼龙组合物等。
如本文所用的术语“尼龙”包括尼龙-6、尼龙-6,6、尼龙6,6-6,10以及它们的共聚物、衍生化合物、掺合物和组合。
IV.形成纤维垫的示例性方法
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制得纤维垫。纳米纤维垫具有约0.1g/m2与约10g/m2之间的基重，如基于干重(即，在残余溶剂已蒸发或以其它方式去除后)测量。
在本发明的另一实施方案中，将尼龙溶解于溶剂混合物中，所述溶剂包括但不限于甲酸、硫酸、乙酸、2,2,2-三氟乙醇、2,2,2,3,3,3-六氟丙醇和水。
在本发明的另一实施方案中，通过将干燥尼龙聚合物溶解于一组溶剂中(即首先制备储备溶液)、然后添加其它溶剂以制备准备用于电纺的溶液来制备尼龙溶液。
在本发明的另一实施方案中，在溶液制备过程中将尼龙聚合物(即，开始)部分地水解，使得部分水解的尼龙聚合物(即，终止)的平均分子量小于开始尼龙聚合物的平均分子量。
在本发明的另一实施方案中，利用给定溶剂中的合适可电离化合物来调节尼龙溶液的电导率。这样合适的可电离化合物的示例包括但不限于有机和无机的盐、酸和碱。用于调节尼龙溶液的电导率的优选化合物的一个示例是甲酸铵。
在本发明的另一实施方案中，控制电纺丝室内的环境以确保环境湿度保持在高于约12℃的露点。
在本发明的一个实施方案中，将多种多孔性单层或多层衬底或支撑件布置在移动或静止的收集带上以收集电纺纳米纤维垫介质并与其组合，形成复合过滤装置。
V.用于收集纳米纤维的示例性衬底
单层或多层多孔性衬底或支撑件的示例包括但不限于纺粘非织造物、熔喷非织造物、针刺非织造物、水刺非织造物(spunlaced nonwoven)、湿法成网非织造物(wet laid nonwoven)、树脂粘合非织造物、纺织织物、针织织物、纸张和它们的组合，以及纤维直径类似于或大于收集于其上的电纺纳米纤维的其它电纺垫。
在本发明的一个实施方案中，当衬底层是纳米纤维垫时，所述衬底的平均纤维直径可在10nm到500nm的范围内。
在另一实施方案中，所述衬底的平均纤维直径可在50nm到200nm的范围内。
在另一实施方案中，所述衬底的平均纤维直径可在10nm到50nm的范围内。
对于选择衬底层的一个重要考虑因素是表面的平滑度，换句话说，衬底纤维的直径相对于构成活性纳米纤维层的纤维的直径。如授予EMDMillipore公司的WO 2013/013241中所述，纳米纤维的过滤性质可强烈地取决于下伏支撑层的性质。
尽管过滤介质经常以单层配置使用，但有时提供彼此相邻的多于一层的过滤介质是有利的。改进粒子截留性的分层式膜过滤器通常用于病毒过滤并且商业应用于EMD Millipore公司的NFP和Viresolve产品线中。具有相同或不同组成的分层式过滤介质还用于改进过滤器产量。此类分层式过滤器的示例包括EMD Millipore公司的SHC和SHRP产品线。
对于选择多层过滤产品的其它考虑因素包括介质和装置制造的经济性和方便性，灭菌和验证的容易性。本发明的纤维过滤介质可以单层或以多层配置使用。
用于过滤介质的优选层配置经常基于实际考虑因素进行选择。这些考虑因素考虑LRV与厚度之间的已知关系，其中LRV通常随厚度增加。从业人员可选择多种方式来实现期望的LRV水平，例如通过使用较大厚度的较少层或较大数量的较薄层来实现。
VI.所用的示例性测试方法
“基重”通过ASTM D-3776(以引用方式并入本文中)测定并且以g/m2报告。
使用装配有来自Jordi Labs(Mansfield,MA,USA)的Jordi xStream500A柱和来自Waters公司(Milford,MA,USA)的Waters 410示差RI(折射率)检测器的HPLC-SEC系统，使用溶剂具有0.01M三氟乙酸钠的六氟异丙醇来测定尼龙的聚合物分子量分布。利用十一(11)种具有202到903,000的分子量的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)标准物进行校准。
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减去所得数来计算，即，孔隙率＝100-[基重/(密度×厚度)×100]。
纤维直径测定如下：以60000倍放大率获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(10)个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、纳米纤维的交叉)。计算纳米纤维垫样品的各面的平均纤维直径。测量的直径还包括在用于SEM的样品制备期间施加的金属涂层。确定所述涂层将测量的直径增加了约4nm到5nm。已通过从测量的直径减去5nm对这里报告的直径的这一差异进行校正。
厚度通过ASTM D1777-64(其以引用方式并入本文中)测定，并以微米报告且以符号“μm”表示。
平均流量起泡点根据ASTM E1294-89，"使用自动化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 Pore SizeCharacteristics of Membrane Filters Using Automated Liquid Porosimeter)"，通过使用根据ASTM F316的自动化起泡点方法，使用与来自Porous Materials公司(PMI)(Ithaca,N.Y,USA)的商业设备原则上类似的定制的毛细流孔隙率计进行测量。用以FluorinertTM FC-72购自3M,St.Paul,MN USA的全氟己烷润湿直径为25mm的单个样品。将各样品置于固持器中，施加空气差压并且从样品去除流体。利用提供的软件，使用在湿流量等于干流量(没有润湿溶剂的流量)的一半时的差压来计算平均流量孔径。
“透过率”是流体在给定压降下通过给定面积的样品的速率并且通过使去离子水通过具有47(9.6cm2过滤面积)mm的直径的过滤器介质样品来测量。利用水压(水头压力)或气动压力(水上的空气压)迫使水通过所述样品。
可使用常规的膜技术(例如起泡点、液体-液体孔隙测定和特定大小的粒子的攻毒测试(challenge test))来测量电纺垫的“有效孔径”。已知纤维垫的有效孔径通常随纤维直径增加并且随孔隙率降低。
“起泡点测试”提供测量有效孔径的方便方式。从以下等式计算有效孔径：
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，并且θ是液体-固体接触角。
膜制造商将标称孔径等级分配给商品膜过滤器，其通常指示满足粒子或微生物的特定截留准则而非实际孔的几何大小。
VII.细小病毒截留性的示例性测定
依照EMD Millipore公司测试方法测试细小病毒截留性，其中在含有100mM NaCl的50mM乙酸盐缓冲溶液(pH 5.0)中利用1.0x 106pfu/mL的最低效价制备噬菌体PhiX-174攻毒流(challenge stream)。将待测试的多孔介质切成25mm的圆片(disc)，并且密封在包覆模塑的聚丙烯装置中。在30psi下用水润湿后，然后在15psi压力下通过上文提供的噬菌体PhiX-174攻毒流对这些装置攻毒。丢弃初始5ml的流出物以消除滞留体积的稀释作用。在丢弃的5ml(LRVo)后以及在200ml流出物(LRV最终)后在运行结束时立即收集4ml级分。使用灯箱和菌落计数器在培养过夜的板上对初始进料和最终进料中的噬菌体进行定量。计算相应的对数截留值(LRV)。
本发明的不同实施方案的以下实施例将证实电纺纳米纤维垫可同时具有高透过率和高细小病毒截留性。
实施例
实施例1.用于电纺的尼龙储备溶液的制备
本实施例提供用于根据本发明的实施方案制备用于电纺的尼龙溶液的示例性程序。
尼龙6由BASF公司(Florham Park,NJ,USA)以商标Ultramid B24供应。以重量比2:2:1存在的三种溶剂(甲酸、乙酸和水)的混合物制备15％wt.溶液。通过在玻璃反应器中将溶剂和聚合物的混合物在80℃剧烈地搅拌5到6小时来制备所述溶液。随后将其冷却到室温。通过SEC分析最终聚合物的分子量并且发现其由于此溶剂体系中的加热而降低(表1)。另外，分子量分布(Mw/Mn)也降低。
表1.制备储备溶液前的和作为水解结果的尼龙6的分子量分析。
发现通过水解降低聚合物(例如，尼龙)的分子量导致形成具有较小直径的纳米纤维。
实施例2.根据本发明的实施方案制备准备用于电纺的尼龙溶液.
用2,2,2-三氟乙醇(TFE)、甲酸和水将实施例1中制备的储备溶液稀释成8％wt.聚合物。将甲酸铵添加到1％wt的浓度。纺丝溶液的组成列示于表2中。
表2.纺丝溶液的组成。
重量％
尼龙6 8
甲酸 20.5
乙酸 20.5
水 10.3
2,2,2-三氟乙醇 40
甲酸铵 0.7
最终溶液在25℃的粘度是30cP到35cP，并且电导率是1.0mS/cm到1.5mS/cm。
实施例3.根据本发明的实施方案制备细小病毒截留垫.
立即使用购自Elmarco公司(Morrisville,NC USA)的NanospiderTM无喷嘴电纺设备对来自实施例2的溶液进行纺丝。6-线旋转电极配备有33-规格钢丝，溶液盘(pan)与收集器之间的距离是140mm，电极旋转速度是60Hz，使用外部加湿系统将湿度维持在10°露点与16°露点之间。纺丝时间是30min。在本实施方案中，用于收集纳米纤维的支撑材料还是平均纤维直径为约100nm的电纺尼龙6垫。在本实施方案中，支撑性电纺材料是使用上文所提供的相同电纺装备和参数，但通常在不控制湿度的情况下，通过从乙酸和甲酸的混合物中的12wt.％溶液，对尼龙6进行电纺制造的，所述酸之间的重量比为2:1。
表3概述了所制造的电纺垫的性质，包括利用购自3M的低表面张力流体(约10达因/cm)FluorinertTM FC-72测量的如通过平均流量起泡点所指示的孔径的关键量度。
图1显示根据本发明的一个实施方案的电纺垫的SEM显微照片，所述电纺垫在校正SEM涂层后具有9nm-12nm的测量的平均纤维直径。本发明的该实施方案的起泡点值明确地指示所述电纺垫展现在常规的细小病毒截留膜范围内的极小孔径，其通常落在120psi与180psi之间的范围内。
表3.
比较实施例1.湿度对纳米纤维垫质量的作用
比较实施例1证实维持高于约10℃露点的湿度有利于制造较小直径的纳米纤维垫。在以重量比2:2:1存在的甲酸、乙酸和水的混合物中，通过将所述混合物在80℃加热10小时来制备尼龙6的12％溶液。将所述溶液冷却并且使用用于实施例3中的Elmarco Lab NanospiderTM无喷嘴电纺设备纺成纳米纤维垫。
从图2可以看出，将湿度从4℃露点增加到17℃露点将纤维直径从23nm平均降低到9nm。然而，在较高湿度下制造的电纺垫由于明显成珠(beading)而不能用于过滤。成珠在纳米纤维垫结构中产生显著缺陷，导致差机械强度和宽孔径分布。因此，与其使用增加的湿度来制造较小直径的纳米纤维垫，不如需要其它改进来产生具有小直径的优质纳米纤维垫。
实施例2.
实施例2证实将2,2,2-三氟乙醇(TFE)添加到纺丝溶液中大大改进所制造的纳米纤维垫的质量。根据实施例1制备电纺储备溶液。取储备溶液的两个相等部分。
用与储备溶液所用相同的溶剂混合物(甲酸、乙酸、水)将部分A进一步稀释成8wt.％聚合物(即，尼龙6)浓度。
用4种溶剂(甲酸、乙酸、水和TFE)的混合物将部分B稀释成25％wt的最终TFE浓度。
将甲酸铵添加到两种溶液中至浓度0.5％wt。
溶液A：粘度为32cP，电导率为3.4mS/cm。
溶液B：粘度为35cP，电导率为2.6mS/cm。利用这些溶液制造的垫的SEM显微照片示于图3中。可以看出，利用TFE制造的垫具有大得多的纤维稠度和更少的纤维断裂。
比较实施例2.纺丝溶液中的尼龙6浓度的降低
比较实施例2证实在混合物中不使用甲酸铵或TFE的情况下将尼龙6浓度降低到8％不导致形成具有小纤维直径的一致电纺垫。
根据实施例1制备尼龙6的储备溶液，随后用相同的溶剂混合物(甲酸、乙酸和水)将其稀释并且用于电纺。表4列出了溶液的性质和电纺垫的平均纤维直径。
图4证实较低浓度的尼龙导致高度不规则的垫。
表4.尼龙6的溶液性质和所得到的电纺垫性质
比较实施例3.纺丝溶液的优化.
对溶液性质进行进一步优化以产生具有最小纤维、还均匀且完整的电纺纳米纤维垫。表5展示优化的溶液性质并且图5呈现6nm纤维与10nm纤维的SEM比较。下文所述的聚合物溶液具有24cP的粘度和3.68mS/cm的电导率。
表5.纺丝溶液的组成
实施例4.缓冲溶液中的模式细小病毒的截留性
制造含有过滤面积为3.5cm2的三(3)层电纺复合物的OptiScale-25装置(EMD Millipore公司，Billerica,MA USA)。所述层与聚丙烯非织造织物交织。
在装配有负载单元的恒压装置中测试透水性和病毒截留性。将模式病毒(噬菌体PhiX-174)掺入乙酸盐缓冲液(pH 5，电导率为13.5mS/cm)中，至1.4*107PFU/ml的浓度。用缓冲液将所述装置冲洗10min，将进料切换到掺病毒容器，并且使200mL掺料缓冲液流动经过每个装置。在5mL、60mL、130mL和200mL后收集用于病毒测定的样品。
表6列出了装置的缓冲液透过率，并且图5显示了作为两(2)个装置的平均值的LRV。
表6.装置流动速率和透过率与缓冲液通量。
如图6中所描绘的，两个装置均展示对模式细小病毒PhiX-174的高截留性，其并未在过滤实验的过程中显著降低。这一数据连同起泡点和纤维直径一起明确地证实可制备细小病毒截留性电纺垫。测量的透过率超过ViresolveTM Pro的值。
比较实施例4本实施例证实在较平滑的、较小纤维直径的衬底上纺出活性层产生优良的过滤性质，如在较低的厚度下实现的较高截留性，从而获得较高的透过率。将类似于实施例2中所述的溶液在14℃露点下纺丝15分钟，产生厚约4μm、平均纤维直径为10nm的纳米纤维垫。所用的衬底也是使用于2:2:1/甲酸:乙酸:水中的13wt％B24级尼龙6混合物在平滑的Hirose非织造衬底(Hirose Paper Manufacturing有限公司，Tosa市，Kochi,Japan，零件编号为HOP-60HCF)上纺丝15分钟而得到的纳米纤维垫。纳米纤维衬底厚约10μm，平均纤维直径为23nm。相比于使用实施例4中所述的三层配置制造的装置，这一极薄的纳米纤维结构以单层形式展示了优良的过滤性质。如文中所述测试了缓冲液中的起泡点、透水性和病毒截留性并且将结果示于表7中。
表7.基于衬底层性质的电纺垫的物理和过滤性质。
实施例5.模式细小病毒在含蛋白质的溶液中的截留性
在本发明的一个实施方案中，根据实施例3制造纳米纤维垫，并且进行表面改性以减少潜在的非特异性蛋白质结合。制备含有作为SR415购自Sartomer公司，Exton,PA,USA的3.25％wt.乙氧基化(20)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和10％wt.2-甲基-2,4-戊二醇(MPD)的水溶液。用该溶液润湿纳米纤维片并且在氮气氛下暴露于电子束辐射至2毫拉德(MRad)的总剂量。在水中冲洗所述片材。从润湿片切割九(9)个25mM圆片并且将其密封到三(3)个不锈钢固持器中，每个固持器三(3)层，购自EMD Millipore公司，Billerica,MA USA，目录编号为XX4502500。在纳米纤维装置前面使用利用也购自EMD Millipore公司，Billerica,MA USA的0.1μm DuraporeTM制得的三(3)层预滤器。
将从SeraCare Life Science,Milford,MA USA获得的多克隆IgG溶解于具有pH 4.0和2.5mS/cm电导率的25mM乙酸盐缓冲液中。向所述溶液中掺入PhiX-174噬菌体，至2.5*107pfu/ml的最终浓度。在过滤出前5mL后取初始LRV样品，并且在75％过滤器堵塞下取最终LRV样品。将结果示于表8中。
表8.根据本发明的实施方案的纳米纤维装置和ViresolveTM Pro的缓冲液透过率、蛋白产量和病毒LRV。数据是三(3)个纳米纤维装置和两(2)个ViresolveTM Pro装置的平均值。
实施例6.电纺垫制造的按比例放大
根据实施例2制备尼龙6溶液。在来自Elmarco的中试规模电纺设备上制造纳米纤维垫，所述电纺设备装配有三个各宽50cm的旋转电极。6-线旋转电极配备有33-规格钢丝，溶液盘与收集器之间的距离是140mm，电极旋转速度是60Hz，环境湿度在10°露点与16°露点之间。电极自旋速率为6.7rpm至6.9rpm。将混合棒设定为以58rpm到60rpm旋转，以确保尼龙6溶液的良好混合。顶部电压和底部电压分别为20kV和60kV。用于收集纳米纤维的支撑材料是平均纤维直径为100nm的尼龙6电纺垫。使用相同的电纺装备，通过从乙酸和甲酸的混合物中的12wt.％溶液对尼龙6进行电纺来制造支撑材料，所述酸之间的重量比为2:1。为了实现更高的生产率，将尼龙6溶液倾倒至所有3个盘中。将线速度设定为2cm/min。在运行开始时，仅最接近生产线开始的盘是活动的。在15分钟(对应于30cm垫长度)后，关断仪器以加载第二盘。然后接通仪器，使第一盘和第二盘都是活动的。再操作15min后，关断仪器以加载第三盘。然后接通仪器，使所有三个盘都是活动的。再继续运行45min(总时间为75min)以产生活动面积为0.9m长×0.57m宽的片材。当盘不在使用时，用盖将它们覆盖以防止因TFE的高挥发性所致的溶液变化。从四(4)个角、中央的四(4)个边缘和来自中间的一(1)个切出20mm圆片。测试这些圆片的起泡点。
表9概述了基于代表性圆片样品的测试根据本发明的实施方案制造的电纺垫的性质。
在表9中，利用购自3M,St.Paul,MN USA的低表面张力流体(10达因/cm)FluorinertTM FC-72测量如通过平均流量起泡点所指示的孔径的关键量度。起泡点值指示根据本发明的实施方案制造的电纺垫展现在细小病毒截留膜范围内的极小孔径，其通常落在120psi与180psi之间的范围内。
表9
实施例7.
通过葡聚糖筛分测量的表征
使用葡聚糖截留测试对根据实施例6制造的纳米纤维垫进行表征。对于本研究，从所述垫切割两(2)个44.5mm直径的纳米纤维圆片(连同用于在其上纺垫的非织造支撑件)。使用两(2)个44.5mm VireSolveTM Pro圆片作为对照。将圆片浸入水中，然后置于购自EMD Millipore的搅拌池(stirred cell)(目录编号为5122)中。将40ml各种葡聚糖大小的混合物倾倒于搅拌池中。将标准磁性搅拌棒置于所述池中。然后将搅拌池置于磁性搅拌板上。将附接到蠕动泵的PVC管道1/16"ID(Fisher scientific目录编号为14-190-118)连接到透过侧以便以恒定流动速率吸出液体。
将管上另一端置于搅拌池中以允许再循环。然后将包含各种分子量的葡聚糖溶液倾倒于搅拌池中。然后将蠕动泵接通并且以0.8ml/min运行。在再循环前丢弃前2ml到3ml以避免进料葡聚糖溶液的任何污染。使泵运行两(2)hr以允许平衡。在操作两(2)hr后，将泵关断，并且收集管道中的样品以供使用凝胶透过色谱法(GPC)进行进一步分析。
基于GPC结果，产生VireSolveTM Pro和根据本发明的纳米纤维垫的葡聚糖截留曲线(图7)。VireSolveTM Pro和纳米纤维垫的每一个的两(2)个圆片的平均R90(90％葡聚糖截留率(rejection))分别为100KDa和500KDa。尽管纳米纤维垫似乎并不如VireSolveTM Pro紧密，但根据本发明的纳米纤维垫仍然展示在超滤膜范围内的良好截留性。
实施例8.利用含有生物反应器细胞培养基的溶液测量产量和截留性
对于利用细胞培养基进行的产量研究，制造含有根据实施例6制造的过滤面积为3.5cm2的三(3)层电纺复合物的OptiScale-25装置。在下游使用一(1)层聚丙烯非织造织物。在装配有负载单元的恒压装置中测试透水性和细胞培养基产量。对于这些研究，使用来自Life Technologies的CD CHO培养基(目录编号为10743-029)。CD CHO培养基是经优化用于在悬浮培养中生长中国仓鼠卵巢(CHO)细胞和表达重组蛋白的无蛋白、无血清、化学成分确定的培养基。
对于利用细胞培养基进行的病毒截留性研究，制造含有根据实施例6制造的过滤面积为3.5cm2的三(3)层电纺复合物的OptiScale-25装置。在装置的底部(出口)侧使用一(1)层聚丙烯非织造织物。在装配有负载单元的恒压装置中测试透水性和病毒截留性。将模式病毒噬菌体PhiX-174掺入CDCHO细胞培养基中，至1.4*107PFU/ml的浓度。用水将所述装置冲洗10min，将进料切换到掺病毒容器，并且使掺病毒培养基流动经过每个装置。以各种产量(15L/m2、250L/m2和500L/m2)收集用于病毒测定的样品。图8显示作为两(2)个装置的平均值的LRV和通量衰减。还显示了一(1)层ViresolveTMPro膜。所有装置在后续使用时均通过以50psi对所述装置加压以监测装置下游的气泡来对完整性进行测试以检测大泄漏。仅选择具有<5个气泡/分钟的装置为完整的。所述纳米纤维复合物产生>3的LRV截留性，直到500L/m2，并且透过率是一(1)层ViresolveTM Pro膜的2X。如果需要更高的病毒截留性，则可增加层数，得到附加的病毒截留性。本实施例指示纳米纤维复合物可用于从细胞培养基去除病毒。
除非另外指示，否则本说明书(包括权利要求)中所用的所有表示成分数量、细胞培养、处理条件等的数值均应当理解为在所有情况下受术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则数值参数是近似值并且可根据本发明所寻求获得的期望性质而变化。除非另外指示，否则一系列要素前的术语“至少”应当理解为是指所述系列中的每个要素。本领域技术人员仅使用常规实验即可识别或能够确定本文所述的本发明具体实施方案的许多等同物。所述等同物意在被所附权利要求涵盖。
对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明做出许多修改和改变。本文所述的具体实施方案仅以举例方式提供，而不意在以任何方式进行限制。本说明书和实施例意在被认为仅仅是示例性的，本发明的真正范围和精神由所附权利要求指示。

Claims (45)

1.一种纤维电纺多孔介质，其用于从水性流体流去除18nm到30nm大小范围内的病毒粒子和其它粒子，所述介质包含具有小于15nm的平均纤维直径并且具有利用全氟己烷测量的高于100psi的平均流量起泡点的电纺纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的介质，其中所述平均纤维直径为约6nm到约13nm。
3.根据权利要求1所述的介质，其中所述介质为液体过滤垫。
4.根据权利要求1所述的介质，其具有约0.01μm到约0.03μm范围的平均孔径。
5.根据权利要求1所述的介质，其具有约80％到约95％范围的孔隙率。
6.根据权利要求1所述的介质，其具有约1μm到约100μm范围的厚度。
7.根据权利要求1所述的介质，其具有约2μm到约30μm的厚度。
8.根据权利要求1所述的介质，其具有大于约10LMH/psi的液体透过率。
9.根据权利要求1所述的介质，其中利用全氟己烷测量的所述平均流量起泡点高于120psi。
10.根据权利要求1所述的介质，其中所述纳米纤维是选自由热塑性聚合物和热固性聚合物组成的组中的聚合物材料。
11.根据权利要求10所述的介质，其中所述纳米纤维是选自由以下组成的组中的聚合物材料：热塑性聚合物、热固性聚合物尼龙、聚酰亚胺、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚砜、纤维素、醋酸纤维素、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(对苯二甲酸乙二酯)、聚丙烯、聚苯胺、聚(氧化乙烯)、聚(对萘二甲酸乙二酯)、聚(对苯二甲酸丁二酯)、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙烯醇)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏氟乙烯)、聚(乙烯丁烯)、它们的共聚物和组合。
12.根据权利要求11所述的介质，其中所述纳米纤维是选自由以下组成的组中的聚合物材料：尼龙-6、尼龙-6,6、尼龙6,6-6,10、尼龙-6共聚物、尼龙-6,6共聚物、尼龙6,6-6,10共聚物和其混合物。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的介质，其进一步包含平均纤维直径在10nm与500nm之间的纳米纤维支撑层。
14.根据权利要求1-12中任一项所述的介质，其进一步包含平均纤维直径在50nm与200nm之间的纳米纤维支撑层。
15.根据权利要求1-12中任一项所述的介质，其进一步包含平均纤维直径在10nm与50nm之间的纳米纤维支撑层。
16.一种液体过滤装置，其用于从利用以下装置过滤的水性进料溶液去除18nm到30nm大小范围内的病毒粒子，所述装置包括：
纤维电纺多孔介质，其包括平均纤维直径小于15nm的电纺纳米纤维；和
多孔支撑件，
其中所述纤维电纺多孔介质被布置在所述多孔支撑件上，并且所述纤维电纺多孔介质具有利用全氟己烷测量的高于100psi的平均流量起泡点。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述平均纤维直径为约6nm到约13nm。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述介质为液体过滤垫。
19.根据权利要求16所述的装置，其具有约0.01μm到约0.03μm范围的平均孔径。
20.根据权利要求16所述的装置，其具有约80％到约95％范围的孔隙率。
21.根据权利要求16所述的装置，其具有约1μm到约100μm范围的厚度。
22.根据权利要求16所述的装置，其具有约2μm到约30μm的厚度。
23.根据权利要求16所述的装置，其具有大于约10LMH/psi的液体透过率。
24.根据权利要求16所述的装置，其中利用全氟己烷测量的所述平均流量起泡点高于120psi。
25.根据权利要求16所述的装置，其中所述纳米纤维是选自由热塑性聚合物和热固性聚合物组成的组中的聚合物材料。
26.根据权利要求25所述的装置，其中所述纳米纤维是选自由以下组成的组中的聚合物材料：热塑性聚合物、热固性聚合物尼龙、聚酰亚胺、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚砜、纤维素、醋酸纤维素、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(对苯二甲酸乙二酯)、聚丙烯、聚苯胺、聚(氧化乙烯)、聚(对萘二甲酸乙二酯)、聚(对苯二甲酸丁二酯)、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙烯醇)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏氟乙烯)、聚(乙烯丁烯)、它们的共聚物和组合。
27.根据权利要求26所述的装置，其中所述纳米纤维是选自由以下组成的组中的聚合物材料：尼龙-6、尼龙-6,6、尼龙6,6-6,10、尼龙-6共聚物、尼龙-6,6共聚物、尼龙6,6-6,10共聚物和其混合物。
28.根据权利要求16-27中任一项所述的装置，其中所述多孔支撑件包含平均纤维直径在10nm与500nm之间的纳米纤维。
29.根据权利要求16-27中任一项所述的装置，其中所述多孔支撑件包含平均纤维直径在50nm与200nm之间的纳米纤维。
30.根据权利要求16-27中任一项所述的装置，其中所述多孔支撑件包含平均纤维直径在10nm与50nm之间的纳米纤维。
31.一种从水性流体进料溶液去除病毒污染物和18nm到30nm大小范围内的其它粒子的方法，其包括以下步骤：
提供纤维电纺多孔介质和多孔支撑件，所述纤维电纺多孔介质包括平均纤维直径小于15nm的电纺纳米纤维，其中所述纤维电纺多孔介质被布置在所述多孔支撑件上，并且所述纤维电纺多孔介质具有利用全氟己烷测量的高于100psi的平均流量起泡点；
使所述病毒污染的水性流体进料溶液与所述纤维电纺多孔介质接触；和
获得具有小于0.01％的存在于所述水性流体进料溶液中的病毒污染物的滤液。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述滤液具有小于0.001％的存在于所述进料溶液中的病毒。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述滤液具有小于0.0001％的存在于所述进料溶液中的病毒。
34.根据权利要求31所述的方法，其中所述病毒为细小病毒。
35.根据权利要求31所述的方法，其中所述纤维电纺多孔介质具有约0.01μm到约0.03μm范围的平均孔径。
36.根据权利要求31所述的方法，其中所述纤维电纺多孔介质具有约80％到约95％范围的孔隙率。
37.根据权利要求31所述的方法，其中所述纤维电纺多孔介质具有约1μm到约100μm范围的厚度。
38.根据权利要求31所述的方法，其中所述纤维电纺多孔介质具有大于约10LMH/psi的液体透过率。
39.根据权利要求31所述的方法，其中利用全氟己烷测量的所述平均流量起泡点高于120psi。
40.根据权利要求31所述的方法，其中所述纳米纤维是选自由热塑性聚合物和热固性聚合物组成的组中的聚合物材料。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述纳米纤维是选自由以下组成的组中的聚合物材料：热塑性聚合物、热固性聚合物尼龙、聚酰亚胺、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚砜、纤维素、醋酸纤维素、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(对苯二甲酸乙二酯)、聚丙烯、聚苯胺、聚(氧化乙烯)、聚(对萘二甲酸乙二酯)、聚(对苯二甲酸丁二酯)、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙烯醇)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏氟乙烯)、聚(乙烯丁烯)、它们的共聚物和组合。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述纳米纤维是选自由以下组成的组中的聚合物材料：尼龙-6、尼龙-6,6、尼龙6,6-6,10、尼龙-6共聚物、尼龙-6,6共聚物、尼龙6,6-6,10共聚物和其混合物。
43.根据权利要求31-42中任一项所述的方法，其中所述多孔支撑件包含平均纤维直径在10nm与500nm之间的纳米纤维。
44.根据权利要求31-42中任一项所述的方法，其中所述多孔支撑件包含平均纤维直径在50nm与200nm之间的纳米纤维。
45.根据权利要求31-42中任一项所述的方法，其中所述多孔支撑件包含平均纤维直径在10nm与50nm之间的纳米纤维。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108136078A (zh) * 2015-10-01 2018-06-08 谢尔蒂斯有限公司 静电纺丝涂敷和层叠内腔假体的方法
CN109072538A (zh) * 2016-06-30 2018-12-21 富士胶片株式会社 纤维复合体、多孔质结构体及无纺布
CN115634588A (zh) * 2021-12-31 2023-01-24 杭州科百特过滤器材有限公司 一种除病毒用不对称的pes多孔膜及其制备方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2408482A1 (en) 2009-03-19 2012-01-25 Millipore Corporation Removal of microorganisms from fluid samples using nanofiber filtration media
JP2013541408A (ja) 2010-08-10 2013-11-14 イー・エム・デイー・ミリポア・コーポレイシヨン レトロウイルス除去方法
US11154821B2 (en) 2011-04-01 2021-10-26 Emd Millipore Corporation Nanofiber containing composite membrane structures
JP2014522307A (ja) * 2011-06-03 2014-09-04 セルガード エルエルシー フラットパネルコンタクタ並びにその製造方法及び使用方法
US9149749B2 (en) 2012-11-13 2015-10-06 Hollingsworth & Vose Company Pre-coalescing multi-layered filter media
US11090590B2 (en) 2012-11-13 2021-08-17 Hollingsworth & Vose Company Pre-coalescing multi-layered filter media
DK2959509T3 (en) 2013-02-14 2018-08-13 Nanopareil Llc Electrospun hybrid nanofiber felt, method of making it and method of purifying biomolecules
US10399024B2 (en) 2014-05-15 2019-09-03 Hollingsworth & Vose Company Surface modified filter media
SG10201911354UA (en) 2014-06-26 2020-02-27 Emd Millipore Corp Filter structure with enhanced dirt holding capacity
US9636613B2 (en) * 2015-02-27 2017-05-02 Liquidity Corporation Portable water bottle assembly having a replaceable filter cartridge
WO2016167871A1 (en) 2015-04-17 2016-10-20 Emd Millipore Corporation Method of purifying a biological materia of interest in a sample using nanofiber ultrafiltration membranes operated in tangential flow filtration mode
US10828587B2 (en) 2015-04-17 2020-11-10 Hollingsworth & Vose Company Stable filter media including nanofibers
JP6586019B2 (ja) * 2016-01-12 2019-10-02 株式会社エアード ナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。
US10625196B2 (en) 2016-05-31 2020-04-21 Hollingsworth & Vose Company Coalescing filter media
US11452959B2 (en) 2018-11-30 2022-09-27 Hollingsworth & Vose Company Filter media having a fine pore size distribution

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101318090A (zh) * 2007-04-26 2008-12-10 香港理工大学 纳米纤维过滤面罩和舱室过滤器
US20110198282A1 (en) * 2008-10-07 2011-08-18 The Research Foundation Of State University Of New York High flux high efficiency nanofiber membranes and methods of production thereof
CN102227247A (zh) * 2008-12-05 2011-10-26 纳幕尔杜邦公司 具有纳米纤维网层的过滤介质
WO2012021308A2 (en) * 2010-08-10 2012-02-16 Millipore Corporation Method for retrovirus removal
WO2012135679A2 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 Emd Millipore Corporation Nanofiber containing composite structures

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6797169B1 (en) * 1999-08-20 2004-09-28 Asahi Kasei Pharma Corporation Filter membranes for physiologically active substances
US20040038014A1 (en) * 2002-08-20 2004-02-26 Donaldson Company, Inc. Fiber containing filter media
JP4699207B2 (ja) 2002-10-18 2011-06-08 旭化成メディカル株式会社 親水性微多孔膜
CZ294274B6 (cs) 2003-09-08 2004-11-10 Technická univerzita v Liberci Způsob výroby nanovláken z polymerního roztoku elektrostatickým zvlákňováním a zařízení k provádění způsobu
CZ299537B6 (cs) 2005-06-07 2008-08-27 Elmarco, S. R. O. Zpusob a zarízení k výrobe nanovláken z polymerního roztoku elektrostatickým zvláknováním
RU2317843C2 (ru) * 2005-08-08 2008-02-27 Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Фильтрующий материал, способ его получения и способ фильтрования
CZ297697B6 (cs) * 2005-11-10 2007-03-07 Elmarco, S. R. O. Filtr pro odstranování fyzikálních a/nebo biologických necistot
EP2019726B1 (en) * 2006-02-13 2011-03-30 Donaldson Company, Inc. Filter web comprising fine fiber and reactive, adsorptive or absorptive particulate
CZ17577U1 (cs) 2007-03-08 2007-06-11 Elmarco S. R. O. Zarízení pro výrobu nanovláken a/nebo nanocástic z roztoku nebo tavenin polymeru v elektrostatickémpoli
JP2009148748A (ja) * 2007-11-30 2009-07-09 Toray Ind Inc フィルターおよびフィルターユニット
DE102008063824A1 (de) * 2008-12-19 2010-06-24 Philipps-Universität Marburg Mittel zur Separation von Mikroorgansimen auf Basis elektrogesponnener Fasern
CA2748248C (en) * 2008-12-25 2016-11-01 Kuraray Co., Ltd. Filter materials and filter cartridges
EP2408482A1 (en) * 2009-03-19 2012-01-25 Millipore Corporation Removal of microorganisms from fluid samples using nanofiber filtration media
US8877060B2 (en) 2010-11-23 2014-11-04 Biovec Transfusion, Llc Methods for removing pathogens from a platelet preparation
EP2446077B1 (en) * 2009-06-23 2016-05-18 3M Innovative Properties Company Functionalized nonwoven article
JP5586029B2 (ja) * 2009-08-04 2014-09-10 独立行政法人物質・材料研究機構 濾過フィルターの製造方法及び濾過フィルター
JP5564220B2 (ja) * 2009-09-04 2014-07-30 株式会社Ｓｎｔ 三次元構造体を含む複合構造体および該構造体を使用したフィルタ
TWI414345B (zh) * 2010-01-04 2013-11-11 Taiwan Textile Res Inst 含有奈米纖維之薄膜、複合薄膜、其製造方法及其用途
US8939294B2 (en) * 2010-03-31 2015-01-27 General Electric Company Block copolymer membranes and associated methods for making the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101318090A (zh) * 2007-04-26 2008-12-10 香港理工大学 纳米纤维过滤面罩和舱室过滤器
US20110198282A1 (en) * 2008-10-07 2011-08-18 The Research Foundation Of State University Of New York High flux high efficiency nanofiber membranes and methods of production thereof
CN102227247A (zh) * 2008-12-05 2011-10-26 纳幕尔杜邦公司 具有纳米纤维网层的过滤介质
WO2012021308A2 (en) * 2010-08-10 2012-02-16 Millipore Corporation Method for retrovirus removal
WO2012135679A2 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 Emd Millipore Corporation Nanofiber containing composite structures

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108136078A (zh) * 2015-10-01 2018-06-08 谢尔蒂斯有限公司 静电纺丝涂敷和层叠内腔假体的方法
CN109072538A (zh) * 2016-06-30 2018-12-21 富士胶片株式会社 纤维复合体、多孔质结构体及无纺布
CN109072538B (zh) * 2016-06-30 2021-07-20 富士胶片株式会社 纤维复合体、多孔质结构体及无纺布
CN115634588A (zh) * 2021-12-31 2023-01-24 杭州科百特过滤器材有限公司 一种除病毒用不对称的pes多孔膜及其制备方法

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