CN114452823A - 一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件及应用，该中空纤维膜组件包括筒状壳体和中空纤维膜束，中空纤维膜束由多个中空纤维膜构成；中空纤维膜包括主体，主体朝向内腔的一侧表面为内表面，另一侧表面为外表面；内表面上具有若干个狭缝形的第一孔洞，第一孔洞的孔径宽度平均值为60nm‑450nm，第一孔洞在内表面上的孔洞面积率为5‑30％，使得该中空纤维膜具有高截留效率，其截流分子量为100K‑750K；中空纤维膜的内腔直径为1.0‑2.0mm，其内腔直径与平均厚度之比为3:1至15:1；适合高黏度流体纯化，不容易堵塞膜丝；保证整个膜丝在进行切向流过滤时，浓差极化现象较小，过滤阻力较小，透过通量较高，膜孔不容易堵塞，整个膜组件具有较长的使用寿命。

Description

一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件及其应用
技术领域
本发明涉及膜材料技术领域，更具体的说是涉及一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件及应用，该中空纤维膜组件用于高黏度的含生物大分子的流体。
背景技术
近年来，生物类医药品(特别是免疫球蛋白等抗体)由于其治疗效果高且副作用少而被广泛利用。而抗体或病毒等生物大分子(生物大分子主要是指生物体细胞内存在的蛋白质、核酸、多糖等大分子，生物大分子的分子量从几万到几百万)主要是由动物细胞等生物产生，其含量较低且稳定性较差；因此为了作为医药品使用，需要从含有抗体、病毒等生物大分子的流体中进行分离纯化；目前最常用的分离纯化生物大分子的方式就是通过膜分离，这是因为膜分离技术分离效率高，能耗低，能够在常温下进行，且有效成分即各种生物大分子的回收率高。
膜分离技术的核心就是分离膜，分离膜主要包括聚合物滤膜，它是一类以有机高分子聚合物为原材料，根据一定工艺制成的分离膜；根据膜几何形态分为板式膜(平板膜)和中空纤维膜等；其中板式膜的结构简单，不易断裂，但设备效率低，并且在过滤过程中容易对生物大分子造成损伤；因此常用中空纤维膜分离纯化各种生物大分子，不仅效率高，并且不容易对各种生物大分子造成损伤。
在现有的市场中，已经出现了各种各样的中空纤维膜；例如专利权人东丽株式会社申请的专利公开号为CN112074340A的中国专利-多孔质中空纤维，它是以聚砜系高分子为主成分的多孔质中空纤维膜，所述多孔质中空纤维膜具有内表面侧致密、外表面侧疏松的非对称结构，内表面的孔的短径的平均值为20nm以上且40nm以下，内表面的开孔率为10％以上且30％以下，并且外表面或内表面中的至少一侧的表面担载有含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子；多孔质中空纤维对病毒等分离对象物质的除去性能优异且能够用作在低压力下处理也具有高透过性。
上述中空纤维膜是用于去除病毒等细小杂质，在去除病毒时，都是通过死端过滤的方式进行，从膜的孔径较大一侧表面流动到孔径较小一侧表面，大颗粒物质被截留在预过滤层(大孔区)，而病毒等较小颗粒杂质被截留在分离层(小孔区)，这样的过滤方式虽然能够具有高截留效率，但由于病毒都被截留在膜内，而膜内部的容量是有限的，因此使用寿命简单，并且被截留的病毒是杂质，是不需要的；而在生物纯化过程中，许多病毒载体恰巧是我们所需要的，因此需要选择一款合适的中空纤维膜组件用于生物大分子的纯化，特别是用于高粘度流体的纯化，并且还希望该中空纤维膜组件具有高通量和高截留效率，更重要的是，中空纤维膜内部的流体形成的层流流动状态，具有极其柔和的剪切力，有利于避免生物大分子在剪切力的影响下发生变性失活。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件及应用，该中空纤维膜组件的截流分子量为100K-750K，且该中空纤维膜组件具有高通量和高截留效率，特别适合高粘度的含有生物大分子的流体纯化。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，包括筒状壳体和中空纤维膜束，所述筒状壳体设置有进液口、回流液口和透过液口；所述进液口与中空纤维膜束的入口端相连通，所述回流液口与中空纤维膜束的回流端相连通，所述透过液口与中空纤维膜束的透过端相连通，所述中空纤维膜束由收纳在所述壳体内的多个中空纤维膜构成，所述中空纤维膜包括主体，所述主体朝向内腔的一侧表面为内表面，另一侧表面为外表面，所述主体内具有非定向曲折通路；所述中空纤维膜的内腔直径为1.0-2.0mm；所述中空纤维膜的内腔直径与膜平均厚度之比为3:1至15:1；
所述内表面上具有若干个狭缝形的第一孔洞，所述第一孔洞的孔径宽度平均值为60nm-450nm，所述第一孔洞在内表面上的孔洞面积率为5-30％，其中所述第一孔洞的孔径宽度方向与中空纤维膜的周向一致；
所述中空纤维膜的水通量为400-3000L*h-1*m-2@10psi。
本发明的中空纤维膜组件以切向流的方式在对相应的流体进行纯化时，流体会先进入进液口，而其中一部分流体(透过液)会透过中空纤维膜相应厚度，再通过组件的透过端流到相应管路中；其余一部分流体(回流液)在膜内腔中流动一定距离后，通过回流端，进入到相应管路中；而其中对流体起到关键分离纯化作用的就是中空纤维膜；本发明的中空纤维膜由PES材料制成，使得成膜具有不错的力学性能和化学稳定性；通过观察中空纤维膜的膜主体结构，可以清楚看到膜的内外表面上的孔洞孔径大小是不同的，存在一定的差距；即相较于外表面，内表面上的第一孔洞孔径较小，且第一孔洞数量较少(即内表面相对较致密)；此外通过观察发现，第一孔洞的形状并不是常见的圆形或者椭圆形，其为狭缝形(狭缝状)，即在与中空纤维膜膜长度方向一致的方向上，第一孔洞的孔径较大，因此该值被认为是第一孔洞的孔径长度值，而在与中空纤维膜膜周向方向一致的方向上，第一孔洞的孔径较小，因此该值被认为是第一孔洞的孔径宽度值，其中孔径宽度值的大小影响了膜整体的截留效率，而孔径长度值则影响了膜整体的通量，因此这样的内表面的第一孔洞形状更有利于膜具有高截留效率和高通量；经过测量发现了第一孔洞的孔径宽度平均值为60nm-450nm(第一孔洞的孔径宽度方向与中空纤维膜的周向一致)，所述第一孔洞在内表面上的孔洞面积率为5-30％，这样的孔径大小，适合截流分子量为100K-750K的生物大分子物质，同时内表面相对致密，保证具有较高的截留效率；同时该中空纤维膜通过以切向流的形式纯化各种生物大分子(相应的流体在中空纤维膜的内腔中流动)，其剪切力较小，避免了生物大分子变性失活；
不同粘度的流体的纯化适合使用不同内径的中空纤维膜；在纯化高粘度流体时，如果膜丝的内径过小，那么高粘度流体就容易将膜丝内径堵住，导致中空纤维膜无法继续进行纯化，整个组件也无法正常工作，使用寿命大大降低；
而随着膜丝内径的增大，流体与膜内表面之间的剪切力就会大大降低；剪切力＝4Q/nπr3,其中Q为组件整体的进样流量，n为组件内部中空纤维膜的根数，r为中空纤维膜的内径，因此当进样流量和根数相同时，中空纤维膜的内径越大，那就说明剪切力就越弱；剪切力越弱，流体对膜表面的冲刷能力就越弱；
而在切向流过滤时，最关注的一个问题就是出现浓差极化现象，一些无法被截留的物质会在中空纤维膜的内表面上沉积，形成一定厚度的滤饼层，滤饼层的存在会增加额外的传质阻力，同时导致透过通量降低，膜孔堵塞，整个膜组件的使用寿命大大降低；因此需要较高的剪切力，因为较高的剪切力，可以使得流体对膜内表面的冲刷能力较强(增强流体对滤饼层的冲洗能力)，使滤饼厚度下降，从而降低过滤阻力，保证具有较高的透过通量，膜堵塞的程度降低，膜组件的使用寿命变长；因此需要有一个合适的膜内径(膜内径不能过大)；
此外，在中空纤维膜的内腔中，会存在着相对远离中空纤维膜内壁的低效交换区，在该区域内的流体中的部分物质(小粒径物质，如溶剂，无机盐等)，需要先横向扩散至高效交换区域(靠近膜内表面的部分区域)，再从高效交换区域透过膜，进入到中空纤维膜外；当流体通过以一定流速进行过滤时，就会导致低效交换区内的一些小粒径物质还没来得及扩散(透过膜体)就随着流体流出过滤器内部，使得整体的纯化(包括浓缩)效率较低；因此希望膜丝内腔中存在较少甚至是没有低效交换区，这就进一步要求膜丝的内腔直径不能过大。
本发明中中空纤维膜的内腔直径为1.0-2.0mm，具有合适的内径直径，首先适合高黏度的含生物大分子的流体进行纯化，不容易堵塞膜丝；其次保证了整个膜丝在进行切向流过滤时，浓差极化现象较小，过滤阻力较小，透过通量较高，膜孔不容易堵塞，整个膜组件具有较长的使用寿命；最后存在较小的低效交换区甚至是不存在低效交换区，那么膜丝内腔都是高效交换区，流体能够快速得被中空纤维膜纯化，具有较高的纯化效率；
与此同时，为了进一步获得高通量和高截留效率，并且要求该中空纤维膜具有不错的机械强度时，中空纤维膜需要具有合适的厚度，即中空纤维膜内腔直径与膜厚度存在合适的比值；当中空纤维膜内腔直径与膜厚度过大时(即膜厚度过小)，那么该中空纤维膜的机械强度会很低，耐压强度过低，无法满足实际应用的需求；当中空纤维膜内腔直径与膜厚度过小时(即膜厚度过大)，那么会大大降低中空纤维膜的过滤速度，通量过低，经济效益过差；该中空纤维膜的内腔直径与膜平均厚度之比为3:1至15:1；中空纤维膜的水通量为400-3000L*h-1*m-2@10psi；通过具有合适的内腔直径和膜厚度，使得中空纤维膜具有较大的通量，过滤速度较快，在保证截留效率的同时，流体能够快速通过中空纤维膜，时间成本较低，经济效益较高。
膜表面平均孔径的测量方式可以通过使用扫描电子显微镜对膜结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量，并进行相应计算；在膜的制备过程中，在垂直于膜厚度方向上(如果膜是平板膜形态，则该方向是平面方向；如果膜是中空纤维膜形态，则该方向是垂直于半径方向)，其各项特征如孔径分布是大致均匀的，基本保持一致；所以可以通过在相应平面上部分区域的平均孔径大小，来反映该平面上整体的平均孔径大小。在实际进行测量时，可以先用电子显微镜对膜表面进行表征，获得相应的SEM图，而由于膜表面孔洞大致是均匀的，因此可以选取一定的面积，例如1μm2(1μm乘以1μm)或者25μm2(5μm乘以5μm)，具体面积大小视实际情况而定，再用相应计算机软件或者手工测出该面积上所有孔洞的孔径，然后进行计算，获得该表面的平均孔径；内表面的孔洞面积率即为该表面上所有孔洞面积之和与该表面的面积之比；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考。
作为本发明的进一步改进，一定粘度的流体，在一定入口端压力的作用下，所述中空纤维膜的实际长度L不大于低压损膜丝长度Y＝-k(X-1)*10+b；其中X为中空纤维膜的内径，X为1-2mm；其中低压损膜丝长度Y是指回流端压力占入口端压力之比不低于50％时中空纤维膜的长度；b为当膜丝内径为1mm，且回流端压力占入口端压力之比为特定值时，膜丝的长度；所述b为80-250cm；
k为回流端压力占入口端压力之比为特定值时，膜丝长度随着膜丝内径变化的变化率；所述k为10-80cm/cm；流体的粘度不低于20cps；入口端压力为5-30psi；b的单位是cm，膜丝长度单位；X-1的单位是mm，膜丝内径的单位；k的单位为cm/cm，膜丝长度/膜丝内径；10k即为cm/mm；10k(x-1)＝cm/mm*mm＝cm，膜丝长度/膜丝内径*膜丝内径＝膜丝长度；
透膜压力(TMP)是指膜两侧的压差(ΔP)，是过滤的推动力；透膜压力＝(PF+PR)/2-PP，其中PF是入口端的压力，PR是指回流端的压力，PP是指透过端的压力；根据流体力学，切向流过滤膜内侧压力会沿着膜表面流动逐渐降低(PF＞PR)，从而导致透膜压力(TMP)和过滤通量(Flux)沿着流道也逐渐降低；因此当中空纤维膜的长度过长时，压力损失(入口端压力PF与回流端压力PR之差)过大，导致回流端的压力过低，靠近回流端处的透过通量过低，膜总体利用率下降，经济效益过低；因此压力损失不能过大，即回流端的压力PR不能过低，需要中空纤维膜具有合适的长度(不能过长)；
在相同条件下(流体粘度一定，入口端压力一定)，在经过相同长度的流道(膜丝长度相同时)，膜的内腔越大，压力变化越明显，就是压力损失(入口端压力PF与回流端压力PR之差)越大，回流端的压力PR过低；因此压力损失的大小与膜体内径直径，膜丝长度均有着一定关系；本发明中希望在低压损条件下对流体进行切向流过滤纯化；而低压损条件就是在回流端压力占入口端压力之比不低于50％(压力损失不超过进液压力的50％)；经过研究发现，当流体的粘度以及进液压力固定时(本发明中含有生物大分子的流体的粘度不低于20cps；入口端压力为5-30psi)，影响膜丝压力损失的主要因素就是膜丝内径大小和膜丝长度大小(在膜内部膜孔结构和厚度相同的情况下)，即通过控制膜丝内径和膜丝长度来保证压力损失不会过大；即当膜丝内径一定时，通过控制膜丝长度大小，既可保证膜丝具有较低的压力损失；即只要实际膜丝长度小于理论压损为50％时的膜长度，就可以保证整个纯化过程是在低压损条件下进行，膜丝总体的利用率较高；因此经过进一步研究发现，得出相应公式：一定粘度的含有生物大分子的流体，在一定进液压力的作用下，中空纤维膜的实际长度L不大于低压损膜丝长度Y＝-K(X-1)*10+b；(其中“10”的存在是因为内径的单位一般是毫米，而膜丝长度是厘米，1厘米＝10毫米)；
例如在流体粘度为25psi,入口端压力为10psi时，且膜丝平均内径为1mm，随着膜丝长度的增加，回流端压力会逐渐的减小；当回流端压力为5psi时，相应膜丝的长度即为b(为避免误差，可以测试3次，然后取平均值)；
进一步的控制膜丝平均内径为2mm，随着膜丝长度的增加，回流端压力会逐渐的减小；当回流端压力为5psi时，相应膜丝的长度即为-K*10+b；从而求出K值；(为避免误差，可以测试3次，然后取平均值)；
那么此时对于流体粘度为25psi,入口端压力为10psi，k和b均是已知的，而当膜丝内径进一步发生变化时(例如为1.5mm时)，即可以知道低压损条件Y的最大值；而我们就可以控制中空纤维膜的实际长度L不超过该Y值即可以；这样即可得到合适长度的中空纤维膜；不需再进行相应的测试才可获得，更加方便省力。
本发明的中空纤维膜特别适合纯化粘度较高的流体，其流体粘度不低于20cps,并且入口端压力为5-30psi,利于保证膜丝整体具有不错的通量，为了进一步保证膜丝整体具有较高的利用率，并且在膜丝的膜孔结构等因素共同作用下，合适的k为10-80，合适的b为80-250；这样就能使中空纤维膜具有合适的长度(实际控制中空纤维膜的长度一般为30-110cm。)，进一步保证中空纤维膜具有较高的通量，总体利用率高。
作为本发明的进一步改进，所述中空纤维膜的平均厚度为100-200μm，膜整体孔隙率为40-70％；
所述内表面的表面粗糙度RA＝10-40μm；所述内表面的第一水接触角为45°-70°；
所述内表面上，所述第一孔洞的孔径宽度的最大值与最小值之差为10-200nm，且该差值不超过孔径宽度平均值的50％；
所述中空纤维膜的最大厚度与最小厚度之差为5-18um，且该差值不超过膜平均厚度的10％。
膜的平均厚度(膜厚度的平均值)可以通过使用扫描电子显微镜对膜结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量后计算测得；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考；当膜的平均厚度过小时，该膜的机械强度就会较低，耐压强度过低，无法满足实际应用的需求；当膜的平均厚度过大时，物体透过膜所需要的时间就会过长，时间成本过大；该中空纤维膜的平均厚度为100-200μm，保证了PES滤膜不仅具有较高的机械强度，而且能够进行有效的过滤且过滤效率较高，过滤时间较短，时间成本较低；与此同时发现该中空纤维膜的最大厚度与最小厚度之差为5-18um，且该差值不超过膜平均厚度的10％；从而说明了中空纤维膜厚度的均匀性，偏差较小，保证了流体在膜丝内腔中流动的稳定性，过滤阻力较小，能进行有效的过滤；
当膜的孔隙率过高时，会导致膜的耐压强度过低，其机械性能较差，工业实用价值较低，无法满足市场需求；而当膜的孔隙率过低时，一方面会影响膜的通量，导致膜的过滤速度较慢，过滤时间较长，时间成本较大；本发明中多孔膜的孔隙率为40-70％，使得该膜不仅具有不错的耐压强度，而且具有较大的通量，使用寿命长，经济成本较低；
内表面的粗糙度是在较小间距内微小峰谷的不平度；表面粗糙度越小，则表面越光滑；粗糙度大小，会影响着剪切力的大小；粗糙度越大，流体与膜内表面之间的剪切力越大；但过大的粗糙度，会使剪切力过大，从而对生物大分子造成伤害，对其结构的完整性造成影响；而本发明中内表面的表面粗糙度RA＝10-40μm(通过表面粗糙度测量仪测定)，具有一定的粗糙度，从使得流体与膜内表面之间具有合适的剪切力，减少浓差极化的影响，膜孔不容易堵塞；同时不会对生物大分子的结构造成伤害，保证生物大分子结构的完整性。
由于需要被纯化(包括层析、浓缩)的流体是在膜的内腔中反复流动，因此内表面的亲水性高低会对各种生物大分子收率(本发明中用蛋白质收率表示)造成极大的影响，膜内表面的亲水性越好，则生物大分子收率越高；经过接触角测试发现，本发明中内表面的第一水接触角为45°-70°(接触角越小，越亲水)，从而说明了内表面非常亲水，膜整体具有较高的亲水性，对各种生物大分子是低吸附，因此能够具有高生物大分子收率，进一步提高经济效益。
此外在内表面上，所述第一孔洞的孔径宽度的最大值与最小值之差为10-200nm，且该差值不超过孔径宽度平均值的50％；即说明了内表面上第一孔洞的均匀性，第一孔洞的孔径宽度相差不大，从而进一步保证截留效率，适合对生物大分子流体的纯化，更适合对较高粘度的生物大分子流体的纯化。
作为本发明的进一步改进，所述第一孔洞的孔径长度平均值为120-800nm，所述第一孔洞的孔径长度平均值为第一孔洞的孔径宽度平均值的1.3-6倍；其中所述第一孔洞的孔径长度方向与中空纤维膜的长度方向一致。
由于内表面上的第一孔洞为狭缝形，其孔径宽度的大小对相应粒径物质的截留效率起到了重要影响；而第一孔洞的孔径长度大小(第一孔洞的孔径长度方向与中空纤维膜的长度方向一致)则会影响膜整体的通量，如果第一孔洞的孔径长度过小，则会较低膜整体的通量；而如果第一孔洞的孔径长度过大(此时孔径长度与孔径宽度之比也会过大)，那么在受到一定压力作用时，第一孔洞(特别是第一孔洞的孔径宽度)就容易扩大，这样截留效率就会降低，无法满足实际应用的需求；本发明中第一孔洞的孔径长度平均值为120-800nm，且第一孔洞的孔径长度平均值为第一孔洞的孔径宽度平均值的1.3-6；即第一孔洞具有合适的孔径长度，且具有合适的孔径长度与孔径宽度之比，在保证膜具有高截留效率的同时，进一步提高膜整体的通量。
作为本发明的进一步改进，所述内表面上还包括有若干个短纤维，所述短纤维两端均与所述第一孔洞的内壁相连接，相邻第一孔洞之间通过短纤维相隔开,所述短纤维的平均直径为10-40nm。
在对相应的流体进行过滤纯化时，为了保证有足够的膜整体具有合适的通量，都会对膜内表面进行加压；当施加于膜内表面的压力逐渐上升时，内表面的孔洞就容易被扩张，特别容易使膜孔洞的宽度变大，这样就无法保证膜具有高效的截留作用，特别是当本发明的膜主体结构中存在着第一缓冲区时，第一缓冲区的存在虽然大大提高了膜通量，降低了传质阻力；但又由于第一缓冲区内部孔隙率高，相较于没有第一缓冲区的相对致密的中空纤维膜，此时内表面更容易被扩张，膜第一孔洞的宽度大小相对更容易被扩张继而降低截留效率；但令人惊喜的是，在中空纤维膜的内表面上，存在着若干个短纤维，这些短纤维的两端均与第一孔洞内壁相连接，即短纤维的长度基本与第一孔洞的孔径宽度相同，短纤维的长度方向与中空纤维膜的周向一致；短纤维的存在，起到了对第一孔洞的支撑作用，抑制了内表面第一孔洞的孔径宽度的扩张，继而保证了膜具有高通量的同时还具有高截留效率；经过测量短纤维的平均直径(粗细)为10-40nm(短纤维的直径方向基本与中空纤维膜的膜丝长度方向一致)，短纤维过细(直径过小)，则无法起到对第一孔洞的支撑稳定作用，短纤维过粗(直径过大)，则会降低膜整体的通量以及提高传质阻力。
作为本发明的进一步改进，在从内表面至外表面的膜厚度方向上，所述主体的平均孔径先增大再减小；所述主体包括分离层和支撑层，所述分离层的一侧为内表面，所述支撑层的一侧为外表面；所述支撑层包括第一缓冲区，所述第一缓冲区的平均孔径至少为第一孔洞的孔径宽度平均值的4倍以上；所述第一缓冲区到内表面的最近距离小于所述第一缓冲区到外表面的最近距离。
进一步观察膜主体结构发现，在靠近内表面的一侧区域，其孔径相对较小，该区域在本发明中被称为分离层(膜丝的截留分子量为100kD-750kD，粒径更小的物质透过膜丝流到外部即为相应的透过物质)，分离层的存在保证了中空纤维膜具有高截留效率；而其余区域的孔径相对较大，在本发明中被称为支撑层；其中支撑层主要起的是对分离层的支撑作用，特别是由于本发明的流体是在中空纤维膜的内腔中流动，支撑层的存在，保证了膜整体具有较高的耐压强度，也保证分离层能够一直起到分离作用；纯化各种生物大分子；
此外，在从内表面至外表面的膜厚度方向上，所述主体的平均孔径先增大再减小，这样的变化的膜孔结构，使得在膜主体结构中出现了一个第一缓冲区，第一缓冲区位于支撑层内；且第一缓冲区到内表面的最近距离(第一缓冲区到内表面的最近距离是指第一缓冲区最靠近内表面的一侧到内表面的距离)小于所述第一缓冲区到外表面的最近距离(第一缓冲区到外表面的最近距离是指第一缓冲区最靠近外表面的一侧到外表面的距离)，即第一缓冲区更加靠近内表面；相较于支撑层内的其他区域，第一缓冲区内的孔洞孔径更大，孔隙率也更高；经过测量发现，第一缓冲区的平均孔径至少为第一孔洞的孔径宽度平均值的4倍以上；第一缓冲区的存在，一方面降低了传质阻力，增加了膜整体的通量，从而更有利于进行各种生物大分子的纯化；特别是适合高黏度的流体的纯化；因为过滤通量(FLux)＝透膜压力(TMP)/(u*Rt)，第一大孔区的存在，会使Rt变小；u为粘度；那么在透膜压力不变时，由于Rt变小，那么即使流体粘度u较高时，膜整体依然具有不错的通量，经济效益高；此外当膜的孔径越小，膜的吸附能力越强；孔径越大，膜的吸附能力越弱；因此由于第一缓冲区为大孔区，使得膜的吸附能力进一步降低，不容易吸附透过液中的有效成分；当透过液为所需要的物质时，第一缓冲区的存在，能使有效物质的收率更高；同时通量会更加稳定，能够长时间保证膜整体具有较高的通量；
另一方面，第一缓冲区也能提供一定的缓冲作用，使得外表面的变形量较低，而中空纤维膜的外表面部分是与胶水相粘结在一起，从而形成完整的组件，如果外表面的变形程度过大，那么外表面与胶水之间的牢固性就容易变弱，继而影响组件的完整性，使用寿命也大大降低，因此第一缓冲区的存在还能保住整个过滤组件有较长的使用寿命，经济效益高。
本发明中第一缓冲区的平均孔径，孔隙率，厚度等参数可以通过使用扫描电子显微镜对膜截面结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量后计算测得；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考；
此外分离层背离内表面的一侧和支撑层背离外表面的一侧是以连续的纤维过渡，可以理解的是，“连续”是指基本上所有的纤维呈整体地相互连接，如一体形成，而无需使用另外的粘合剂等使其相互连接，除非通过外力撕裂，否则网络状的纤维之间不能够相互分离；与此同时，所述连续的网络状纤维与内表面和外表面之间也是相互连接的；本发明中PES中空纤维膜各处的材质是均一的，即整个膜均是由PES材料制得，在材质上不存在变化；
在本发明中，PES中空纤维膜是一种不对称膜，不对称膜应理解为这样的膜，其中分离层和支撑层均是由同种的材料组成，两层结合成为一个整体结构，并在膜制备过程中是直接形成的；在从分离层到支撑层的过渡中，只在膜结构方面有一变化；与此相反的是例如复合膜，复合膜有多层结构，它是用一分开的过程步骤将作为分离层的致密层涂加在一多孔材料上，经常是微孔的支撑层或支撑膜上，复合膜中构成支撑层和分离层的材料也往往是不同的。
作为本发明的进一步改进，所述分离层的厚度为0.5-15μm，所述分离层厚度占膜平均厚度的0.5-12.5％；所述分离层的孔隙率为10-45％。
相较于支撑层，分离层内部的孔洞孔径较小，且孔隙率相对较低，相对致密，使得内表面的第一孔洞在受压时不容易被扩张，孔径宽度变化较小，具有高截留效率；同时由于以切向流的形式用于生物纯化，所以分离层的厚度要相对较小，经过测量发现，本发明PES中空纤维膜分离层的厚度为0.5-15μm，且分离层厚度占膜厚度的0.5-12.5％，这在保证高效截留的同时，使得膜具有较大的通量，在单位时间能够纯化更多的物料，经济效益高。
本发明中分离层的孔隙率，厚度等参数可以通过先将PES中空纤维膜撕开，分成分离层和支撑层，再对分离层进行相应参数测试；或者通过使用扫描电子显微镜对膜截面结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量后计算测得；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考。
作为本发明的进一步改进，所述第一缓冲区的平均孔径为1.5-4.5μm；所述第一缓冲区的孔隙率为55-90％；所述第一缓冲区到内表面的最近距离为15-50μm，且第一缓冲区到内表面的最近距离随着第一孔洞的孔径宽度平均值的增大而减小；所述第一缓冲区的厚度为5-18μm。
作为本发明的进一步改进，所述第一缓冲区内具有形成多孔结构的第一纤维，所述第一纤维为条状结构；所述第一纤维的平均直径为80-200nm；所述第一缓冲区的孔隙率至少比膜整体孔隙率大15％。所述第一缓冲区到内表面的最近距离占膜平均厚度的10-40％；所述第一缓冲区的厚度占膜平均厚度的3.5-16.5％。
第一缓冲区的存在，有助于降低膜整体的传质阻力，提高膜整体的通量；但也有可能对膜整体的机械强度(耐压强度)以及膜的截留效率造成一定的影响；而本发明中具有合适的第一缓冲区，第一缓冲区的平均孔径为1.5-4.5μm，其孔径远远大于内表面的第一孔洞的孔径宽度，且第一缓冲区的孔隙率为55-90％(且第一缓冲区的孔隙率至少比膜整体孔隙率大15％)高孔隙率，保证了膜整体具有较大的通量，较低的传质阻力；除此以外，第一缓冲区的厚度也会大大影响膜整体的通量，如果厚度过小，则膜整体的通量依然较小，但如果膜的厚度过大，且第一缓冲区的厚度占膜厚度的比例过高，那么膜整体的耐压强度就会降低，膜的截留效率也会降低；本发明中第一缓冲区的厚度为5-18μm，且第一缓冲区的厚度占膜厚度的3.5-16.5％，这样的厚度大小及占比，保证了膜整体的耐压强度和截留效率基本不会变化，而膜的通量能够显著提高，压力损失能够大大降低，能量转化率变高，经济效益更高；
此外，为了进一步保证截留效率(避免因为第一缓冲区的存在而导致内表面上第一孔洞的孔径宽度在受压容易扩大)，因此第一缓冲区需要与内表面存在的一定距离，距离不能过近，但也不能过远(过远的话第一缓冲区就无法起到很好的缓冲作用，传质阻力小)；而所述第一缓冲区到内表面的最近距离为15-50μm且第一缓冲区到内表面的最近距离占膜厚度的10-40％，一方面第一缓冲区比较靠近内表面；同时与内表面也存在着一定距离，且第一缓冲区到内表面的最近距离随着第一孔洞的孔径宽度平均值的增大而减小(第一孔洞的孔径宽度平均值越大，第一缓冲区到内表面的最近距离)，这样的膜结构使得第一缓冲区就更不容易影响膜整体的截留效率，同时还能起到很好的缓冲作用，传质阻力变小，膜外表面的变形量更小，同时膜的使用寿命更长。
此外，第一缓冲区内具有形成多孔结构的第一纤维，第一纤维为条状结构，其平均直径为80-200nm，从而说明了第一纤维具有合适的粗细，从而形成了相应孔径相应孔隙率的第一缓冲区。
本发明中第一缓冲区的平均孔径、第一缓冲区的厚度和第一纤维的平均直径等参数可以通过使用扫描电子显微镜对膜截面结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量后计算测得；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考。
作为本发明的进一步改进，在从内表面至外表面的膜厚度方向上，所述主体的平均孔径先增大再减小，减小后再进一步增大；所述支撑层还包括有第二缓冲区，所述第二缓冲区一侧为外表面；所述第二缓冲区的平均孔径至少为第一孔洞的孔径宽度平均值的1.5倍以上。
在经济快速发展的今天，人们越来越讲究效率；因此人们越来越需要在保证截留效率的同时，膜整体具有更高的通量，这样单位时间的经济效益就会更高；而一次偶然的意外，在制备过程中一个因素的改变,使得膜整体的通量有了进一步的提高，通过观察这些膜的主体结构中，可以清楚看到在膜的主体结构中，除了第一缓冲区，还出现了第二缓冲区(该区域的孔洞孔径也较大，经过测量发现第二缓冲区的平均孔径至少为第一孔洞的孔径宽度平均值的1.5倍以上)，第二缓冲区的一侧即为中空纤维膜的外表面，即此时在从内表面至外表面的膜厚度方向上，所述主体的平均孔径先增大再减小，减小后再进一步增大；而正是由于内部孔径较大的第二缓冲区的存在，使得膜整体的通量进一步增大。
作为本发明的进一步改进，所述第二缓冲区的平均孔径为200-2000nm；且所述第二缓冲区的平均孔径小于第一缓冲区的平均孔径；所述第二缓冲区的厚度为4-15μm；所述第二缓冲区的孔隙率至少比膜整体孔隙率大10％，且所述第二缓冲区的孔隙率小于第一缓冲区的孔隙率。
作为本发明的进一步改进，所述第二缓冲区内具有形成多孔结构的第二纤维，所述第二纤维为条状结构；所述第二纤维平均直径为50-500nm；所述第二纤维的平均直径与第一纤维的平均直径之比为0.5-2.5；所述第二缓冲区的孔隙率为50-85％；所述第二缓冲区的厚度占膜平均厚度的3-13％。
第二缓冲区的存在，有助于膜整体的通量，降低膜整体的压力损失；但也有可能对膜整体的机械强度(耐压强度)造成一定的影响(第二缓冲区距离内表较远，因此第二缓冲区的存在对膜的截留效率影响较小)；而本发明中具有合适的第二缓冲区，第二缓冲区的平均孔径为200-2000nm，且第二缓冲区的平均孔径小于第一缓冲区的平均孔径，第二缓冲区的孔隙率为50-85％，(且述第二缓冲区的孔隙率至少比膜整体孔隙率大10％，第二缓冲区的孔隙率小于第一缓冲区的孔隙率)即第二缓冲区具有合适的平均孔径和孔隙率，使得膜整体依然具有较高的耐压强度，而膜的通量显著提高；
第二缓冲区的厚度为4-15μm，在该厚度下，既不会对膜整体的耐压强度和截留效率造成影响，而膜整体的通量有了进一步显著的提高，传质阻力更低，压力损失更小，能量有效转化率更高，更节能。此外如果第二缓冲区的厚度占膜厚度的比例过高，那么膜整体的耐压强度就会降低；本发明中第二缓冲区的厚度占膜平均厚度的3-13％，所占比例较小，进一步保证了膜整体的耐压强度基本不会变化，而膜的通量能够显著提高，压力损失能够大大降低，能量转化率变高，经济效益更高。
第二缓冲区内具有若干用于形成多孔结构的第二纤维，所述第二纤维为条状结构，其平均直径为50-500nm；且第二纤维的平均直径与第一纤维的平均直径之比为0.5-2.5；这样粗细的第二纤维形成了相应孔径和相应孔隙率的第二缓冲区，继而保证膜整体的耐压强度和通量；
本发明中第二缓冲区的平均孔径、第二缓冲区的厚度和第二纤维的平均直径等参数可以通过使用扫描电子显微镜对膜截面结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量后计算测得；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考。
作为本发明的进一步改进，所述外表面上具有若干个第二孔洞，所述第二孔洞的平均孔径为150nm-2500nm，所述第二孔洞的平均孔径大于第一孔洞的孔径宽度平均值；所述第二孔洞在外表面上的孔洞面积率为12-65％，且外表面的孔洞面积率至少比内表面的孔洞面积率大5％。
在中空纤维膜的外表面上也存在着一定数量，一定孔径的第二孔洞，经过测量发现外表面上第二孔洞的平均孔径为150nm-2500nm(第二孔洞的平均孔径大于第一孔洞的孔径宽度平均值)，且第二孔洞在外表面上的孔洞面积率为12-65％且(外表面的孔洞面积率大于内表面的孔洞面积率)；这样孔径大小的第二孔洞以及一定数量的第二孔洞共同作用下，进一步保证了PES中空纤维膜整体具有较高的通量和较大的耐压强度(机械强度)，应用范围广。
作为本发明的进一步改进，所述中空纤维膜的拉伸强度至少为100CN，断裂伸长率为20-80％；所述中空纤维膜对于分子量为100kD-750kD的物质的截留效率大于90％；所述中空纤维膜的蛋白质收率不低于90％。
在对相应的物料进行过滤纯化时，为了保证有足够的膜整体具有合适的通量，都会对膜内表面进行加压；一般情况加压的压力越大，膜整体的通量就能越大，单位时间经济效益就越高；并且本发明中所需要纯化的流体也是在膜内腔中流动，这就需要膜整体具有较高的机械强度(耐压强度)；
评价滤膜机械强度大小的重要指标就是滤膜的拉伸强度和断裂伸长率；在一定条件下，滤膜的拉伸强度越大，也就说明了该滤膜的机械强度越好；拉伸强度是指膜所能承受平行拉伸作用的能力；在一定条件下测试时，膜样品受到拉伸载荷作用直至破坏，根据膜样品破坏时对应的最大拉伸载荷和膜样品尺寸(长度)的变化等，就可以计算出膜的拉伸强度和断裂伸长率；拉伸强度，断裂伸长率均可以通过万能拉力试验机测得，拉伸强度的测试方法在本领域中是公知的，例如在ASTM D790或ISO178就详细解释了拉伸强度测试的程序；本发明中空纤维膜的拉伸强度至少为100CN，断裂伸长率为20-80％；耐压强度不低于30psi，说明其机械性能较好，工业实用价值较高，完全能够满足市场需求，继而保证了膜整体具有较高的通量；
本发明中PES中空纤维膜对于分子量为100kD-750kD的物质的截留效率大于90％，截留效率高，说明了该PES中空纤维膜特别适合应用于生物纯化，满足实际应用的需求；
PES中空纤维膜的蛋白质收率不低于90％，说明了物料中的有效物质蛋白质不容易吸附在膜上，一方面不会将膜孔堵住，保证滤膜依然具有较高的使用寿命，另一方面保证流体中的有效物质各种蛋白质的含量变化很小，蛋白质基本不会损失，经济效益有保证。
作为本发明的进一步改进，所述中空纤维膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：所述铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜15-25份，亲水添加剂10-30份；第一有机溶剂55-90份；所述亲水添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇中的至少一种；
所述第一有机溶剂均为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、N-乙基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为50-70℃，内芯液温度为20-30℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为5-300mm，预分相时间为0.2-2s。
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜。
作为本发明的进一步改进，所述内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，所述内芯液中非溶剂的含量为30-70％，所述外保护液包括第二有机溶剂和非溶剂，所述外保护液中非溶剂的含量为0-50％；所述内芯液和外保护液中的非溶剂均为水，且内芯液中非溶剂含量高于外保护液中非溶剂含量；所述内芯液和外保护液中的第二有机溶剂均为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、N-乙基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种，且第二有机溶剂与第一有机溶剂互溶。
作为本发明的进一步改进，步骤四再分相是指将预分相后的成型品放入温度为40-70℃的凝固浴中再分相，再分相时间为20-60s；所述凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物，所述凝固浴中水含量为60-100％；步骤五中拉伸处理是指对生膜进行1-5倍的拉伸，拉伸速率为6-18m/min。
在制备本发明的PES中空纤维膜时，先配置铸膜液，铸膜液包括成膜物质聚醚砜(PES)，第一有机溶剂(用于溶解聚醚砜)和亲水添加剂；其中亲水添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇中的至少一种，亲水添加剂的加入能够有空控制体系的粘度，抑制膜丝在分相过程中形成大孔，还能有效提高膜通量的稳定性；此外能够大大改善成膜的亲水性，使得膜丝具有较高的亲水性，具有低蛋白吸附；通过调节聚醚砜、第一有机溶剂和亲水添加剂的比例，使得铸膜液具有合适的粘度，铸膜液粘度会对最终形成的滤膜的结构以及性能产生较大的影响，例如影响滤膜的孔径，厚度，流速等；从而保证了最终制得的PES中空纤维膜具有合适的厚度以及理想的膜孔结构和孔径大小，继而应用于纯化生物大分子；此外本发明中空纤维膜挤出时采用的内芯为液体形式，因此需要选择合适的内芯液；同时还存在外保护液；
内芯液中包括第二有机溶剂和非溶剂；内芯液中非溶剂的含量为30-70％(非溶剂的体积与内芯液体积之比为30-70％)，外保护液也包括第二有机溶剂和非溶剂，外保护液中非溶剂的含量为0-50％；且内芯液中非溶剂含量高于外保护液中非溶剂含量；其中第二有机溶剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、N-乙基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种，且第二有机溶剂与第一有机溶剂互溶，第二溶剂可以第一溶剂相同，也可以与第一溶剂不同；而非溶剂为水；选择合适的内芯液一方面能够保证中空纤维膜腔内压强与外界压强保持平衡，从而稳定中空纤维膜的腔，保证中空纤维膜具有合理的内径；同时在内芯液和外保护液共同作用下，使得中空纤维膜的厚度基本相同，相对均匀；另一方面内芯液还会影响内表面的孔径大小，在和凝固浴等条件的共同作用下，通过控制膜分相过程中的变化，从而制造出理想截留分子量，理想孔径分布的PES中空纤维膜，该中空纤维膜特别适合应用于生物大分子纯化；而外保护液则会影响外表面的孔径大小和孔洞面积率；
第二步是将纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；该成型品，即中空纤维膜；所挤出的中空纤维膜具有面向腔的表面，即内表面，和与腔相反的表面，即外表面；
第三步是预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相；，空气段长度为5-300mm，预分相时间为0.2-2s；在进行预分相时，由于内表面与内芯液直接接触，相分离发生较快，容易形成小孔；并且由于芯液中含有了一定量的非溶剂水，这些非溶剂水能够与铸膜液中的溶剂进行置换，从而进行保证内表面形成合适大小的孔径，并且内表面相对致密(孔洞面积率较低)；此外，通过温度的控制，铸膜液的温度为50-70℃，芯液温度为20-30℃；喷嘴温度和铸膜液温度相同，即喷出的膜丝温度和内部的芯液温度有一定的差别，之所以这样设置，是因为膜的分相速度除了与溶剂与非溶剂之间的交换速度有关外，还与温度以及温差有关，温差变化越大，越能加快膜的分相速度；通过上述各因素的共同作用，从而有利于膜丝内表面形成相对致密的孔径较小的分离皮层，分离皮层的存在就使得中空纤维膜能够以切向流的形式用于生物大分子的纯化；在分离皮层形成后，分离皮层会阻碍了非溶剂水的扩散，使得成型品中有机溶剂与芯液中非溶剂水的交换速度，需要更多的非溶剂才能发生相分离(相较于凝固浴，芯液中的非溶剂水含量也不高)，相分离速度减缓，就容易形成大孔结构(即本发明成膜的第一缓冲区)，并且形成的大孔结构会更靠近内表面(较远离外表面)；
与此同时，外表面与外保护液直接接触，也会发生一定的相分离，即外表面上也会出现一定孔径，一定数量的孔洞；但由于内芯液中非溶剂含量高于外保护液中非溶剂含量，非溶剂含量越高，相分离速度越快，越容易形成小孔；而外保护液中非溶剂含量较低，因此形成的孔洞孔径也较大，并且外表面上的孔洞面积率也较高(没有内表面那么致密)；而当外保护液中非溶剂含量为0时，那么外保护液仅含有第二有机溶剂，此时分相速度会进行降低，从而也形成了较大孔结构((即本发明成膜的第二缓冲区))；
第四步再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，成型品放入温度为40-70℃的凝固浴中再分相，再分相时间为20-60s；凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物(该第一有机溶剂与铸膜液中的第一有机溶剂相同)，凝固浴中水含量为60-100％(即假设凝固浴有100ml，那么其中水体积为60-100ml，剩余液体为第一有机溶剂)；通过合适的凝固浴种类和温度、相应的分相固化时间，并且与铸膜液体系共同作用下，从而有利于获得理想膜孔径大小的中空纤维膜；
最后是将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得PES中空纤维膜；拉伸处理是指对生膜进行1-5倍的拉伸，拉伸速率为6-18m/min；拉伸的方式，可以通过前后辊的速度差形成相应的拉伸；通过对生膜进行拉伸后，其机械强度会提高，成为强韧的膜丝，从而保证成膜具有较高的耐压强度应用范围更广；同时对生膜仅仅是低倍数的拉伸，是防止对膜丝的孔径大小大小影响，保证最后的成膜依然具有合适的孔径大小，具有高截留效率；同时由于经过拉伸，成膜内表面的第一孔洞就变成了狭缝形；在拉伸的同时可以用水清洗(也可以在拉伸之后再用水清洗)，进一步除去膜丝中含有的有机溶剂，最后烘干(可以自然烘干也可以选择其他方式烘干)，最终制得所需要的成膜。
作为本发明的进一步改进，一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件的应用，所述中空纤维膜组件以切向流的形式用于：(a)疫苗或病毒载体的纯化、浓缩和透析；(b)蛋白质的浓缩和透析；(c)发酵液中细胞和细菌的澄清过滤；(d)细胞和菌体的回收和透析。
不同粘度，不同种类的物料选择合适内径大小、合适膜孔大小和合适厚度的中空纤维膜形成的相应组件，从而保证高截留效率和高通量，并且具有较长的使用寿命。
本发明的有益效果：本发明提供了一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，包括筒状壳体和中空纤维膜束，所述中空纤维膜束由收纳在所述壳体内的多个中空纤维膜构成，中空纤维膜包括主体，主体朝向内腔的一侧表面为内表面，另一侧表面为外表面；内表面上具有若干个狭缝形的第一孔洞，所述第一孔洞的孔径宽度平均值为60nm-450nm，第一孔洞在内表面上的孔洞面积率为5-30％，其中所述第一孔洞的孔径宽度方向与中空纤维膜的周向一致；从而使得该PES中空纤维膜具有高截留效率，以切向流过滤的方式纯化各种生物大分子，其截流分子量为100K-750K；
中空纤维膜的内腔直径为1.0-2.0mm；中空纤维膜具有合适的内腔直径适合高黏度的含生物大分子的流体进行纯化，不容易堵塞膜丝；其次保证了整个膜丝在进行切向流过滤时，浓差极化现象较小，过滤阻力较小，透过通量较高，水通量为400-3000L*h-1*m-2@10psi；膜孔不容易堵塞，整个膜组件具有较长的使用寿命；中空纤维膜的内腔直径与膜平均厚度之比为3:1至15:1，合适的厚度保证了中空纤维膜具有较高的机械强度；本发明提供的制备方法，可以方便、快速、有效地制备获得上述PES中空纤维膜。
附图说明
图1为实施例1制备获得的PES中空纤维膜整体的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为60×；
图2为实施例1制备获得的PES中空纤维膜截面中靠近内表面一侧的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为1000×；
图3为实施例1制备获得的PES中空纤维膜截面中靠近内表面一侧进一步放大的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为5000×；
图4为实施例1制备获得的PES中空纤维膜内表面的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为5000×；
图5为实施例1制备获得的PES中空纤维膜外表面的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为5000×；
图6为实施例2制备获得的PES中空纤维膜内表面的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为5K×；
图7为实施例2制备获得的PES中空纤维膜内表面进一步放大的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为50K×；
图8为实施例2制备获得的PES中空纤维膜外表面的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为5000×；
图9为实施例3制备获得的PES中空纤维膜截面中靠近内表面一侧的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为1300×；
图10为实施例3制备获得的PES中空纤维膜截面中第一缓冲区附件的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为2000×；
图11为实施例7制备获得的PES中空纤维膜截面的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为500×；
图12为实施例7制备获得的PES中空纤维膜截面中靠近外表面一侧的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为1000×；
图13为实施例7制备获得的PES中空纤维膜截面中靠近外表面一侧更加一步放大的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为5000×；
图14为本发明的中空纤维膜截留效率测试时测试装置的示意图；
图15为本发明的中空纤维膜通量测试装置的示意图；
图16为本发明中空纤维膜组件的结构示意图；(1、进液口；2：回流液口；3、透过液口；)。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。本发明一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件(如图16)，包括筒状壳体和中空纤维膜束，筒状壳体设置有进液口(1)、回流液口(2)和透过液口(3)；进液口(1)与中空纤维膜束的入口端相连通，回流液口(2)与中空纤维膜束的回流端相连通，透过液口(3)与中空纤维膜束的透过端相连通；该中空纤维膜束由收纳在所述壳体内的多个中空纤维膜构成；含有生物大分子的流体在被纯化，会先进入到进液口(1)，然后流到中空纤维膜束的入口端，进入到中空纤维膜的内腔中；其中流体中的一部分物质会透过中空纤维膜的厚度，继而进入到透过液口(3)；而流体中的其余物质会随着膜丝内径流动，最终进入到回流液口(2)，从而完成一次切向流过滤。
以下各实施例为不同膜孔结构的中空纤维膜
实施例1该中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜15份，亲水添加剂14份；第一有机溶剂60份；
亲水添加剂为聚乙烯吡咯烷酮；第一有机溶剂为二甲基乙酰胺；
内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，内芯液中非溶剂的含量为68％；
外保护液也包括第二有机溶剂和非溶剂，外保护液中非溶剂的含量为30％；
内芯液和外保护液中的非溶剂均为水，第二有机溶剂均为二甲基乙酰胺；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为68℃，内芯液温度为29℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为20mm，预分相时间为0.3s；
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；其中再分相是指将预分相后的成型品放入温度为45℃的凝固浴中再分相，再分相时间为25s；所述凝固浴为水；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜；其中拉伸处理是指对生膜进行1.5倍的拉伸，拉伸速率为9m/min。
实施例2中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜18份，亲水添加剂18份；第一有机溶剂66份；
亲水添加剂为聚乙二醇；第一有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；
内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，内芯液中非溶剂的含量为63％；
外保护液包括第二有机溶剂和非溶剂，外保护液中非溶剂的含量为25％；
内芯液和外保护液中的非溶剂均为水，第二有机溶剂均为N-乙基吡咯烷酮；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为64℃，内芯液温度为27℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为50mm，预分相时间为0.6s；
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；其中再分相是指将预分相后的成型品放入温度为55℃的凝固浴中再分相，再分相时间为30s；凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物，凝固浴中水含量为85％；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜；其中拉伸处理是指对生膜进行2.5倍的拉伸，拉伸速率为11m/min。
实施例3中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜21份，亲水添加剂22份；第一有机溶剂70份；
亲水添加剂为聚乙烯醇；第一有机溶剂均为二甲亚砜；
内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，内芯液中非溶剂的含量为54％；
外保护液包括第二有机溶剂和非溶剂，外保护液中非溶剂的含量为20％；
内芯液和外保护液中的非溶剂均为水，第二有机溶剂均为二甲亚砜；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为60℃，内芯液温度为25℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为100mm，预分相时间为1.0s；
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；其中再分相是指将预分相后的成型品放入温度为60℃的凝固浴中再分相，再分相时间为37s；所述凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物，凝固浴中水含量为75％；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜；其中拉伸处理是指对生膜进行3.5倍的拉伸，拉伸速率为13m/min。
实施例4中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜24份，亲水添加剂26份；第一有机溶剂80份；
亲水添加剂为聚乙烯亚胺；第一有机溶剂为N-乙基吡咯烷酮；
内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，所述内芯液中非溶剂的含量为44％；
外保护液包括第二有机溶剂和非溶剂，外保护液中非溶剂的含量为15％；
内芯液和外保护液中的非溶剂均为水，第二有机溶剂均为N-乙基吡咯烷酮；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为56℃，内芯液温度为23℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为200mm，预分相时间为1.5s；
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；其中再分相是指将预分相后的成型品放入温度为66℃的凝固浴中再分相，再分相时间为48s；凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物，凝固浴中水含量为64％；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜；其中拉伸处理是指对生膜进行4.5倍的拉伸，拉伸速率为16m/min。
实施例5中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：
所述铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜16份，亲水添加剂16份；第一有机溶剂63份；亲水添加剂为聚乙烯吡咯烷酮；第一有机溶剂为N-乙基吡咯烷酮；内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，内芯液中非溶剂的含量为66％；
外保护液为第二有机溶剂；内芯液中的非溶剂均为水；
内芯液和外保护液中的第二有机溶剂均为N-甲基吡咯烷酮；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为66℃，内芯液温度为28℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为25mm，预分相时间为0.4s；
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；其中再分相是指将预分相后的成型品放入温度为48℃的凝固浴中再分相，再分相时间为27s；所述凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物，凝固浴中水含量为95％；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜；其中拉伸处理是指对生膜进行1倍的拉伸，拉伸速率为8m/min。
实施例6中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜19份，亲水添加剂20份；第一有机溶剂69份；亲水添加剂为聚乙二醇；第一有机溶剂均为二甲基乙酰胺；内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，内芯液中非溶剂的含量为60％；外保护液为第二有机溶剂；内芯液中的非溶剂均为水；所述内芯液和外保护液中的第二有机溶剂均为二甲基甲酰胺；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为62℃，内芯液温度为26℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为60mm，预分相时间为0.7s；
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；其中再分相是指将预分相后的成型品放入温度为57℃的凝固浴中再分相，再分相时间为32s；所述凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物，凝固浴中水含量为80％；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜；其中拉伸处理是指对生膜进行2倍的拉伸，拉伸速率为10m/min。
实施例7中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：
铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜22份，亲水添加剂24份；第一有机溶剂75份；亲水添加剂为聚乙烯醇；第一有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；
内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，内芯液中非溶剂的含量为50％；
外保护液为第二有机溶剂；内芯液中的非溶剂均为水；
所述内芯液和外保护液中的第二有机溶剂均为N-甲基吡咯烷酮；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为58℃，内芯液温度为24℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为120mm，预分相时间为1.1s；
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；其中再分相是指将预分相后的成型品放入温度为62℃的凝固浴中再分相，再分相时间为40s；所述凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物，凝固浴中水含量为70％；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜；其中拉伸处理是指对生膜进行3倍的拉伸，拉伸速率为12m/min。
实施例8中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜25份，亲水添加剂28份；第一有机溶剂85份；亲水添加剂为聚乙烯亚胺；第一有机溶剂为二甲亚砜；内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，所述内芯液中非溶剂的含量为40％；外保护液包括第二有机溶剂；所述内芯液中的非溶剂为水；内芯液和外保护液中的第二有机溶剂均为二甲亚砜；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为54℃，内芯液温度为22℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为240mm，预分相时间为1.6s；
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；其中再分相是指将预分相后的成型品放入温度为68℃的凝固浴中再分相，再分相时间为53s；所述凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物，凝固浴中水含量为62％；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜；其中拉伸处理是指对生膜进行4倍的拉伸，拉伸速率为15m/min。
一：结构表征
用扫描电镜对各实施例所获得的PES中空纤维膜的膜结构进行形貌表征，然后获得所需数据；具体结果如下表：
表1：
Figure BDA0003495020050000321
表2
Figure BDA0003495020050000322
Figure BDA0003495020050000331
表3
Figure BDA0003495020050000332
表4
Figure BDA0003495020050000333
表5
Figure BDA0003495020050000334
表6
Figure BDA0003495020050000341
由表1-6可知，本发明实施例1-8制得的PES中空纤维膜均是一体成膜，没有经过复合工艺，工艺制备简单，适合大规模推广应用；且实施例1-8制得的PES中空纤维膜均具有理想的膜结构，内表面上第一孔洞具有合适的孔径宽度，适宜截留不同分子量的物质，从而进行各种生物大分子的纯化；在靠近内表面的一侧均具有第一缓冲区，第一缓冲区的存在，大大提高了膜整体的通量，降低了传质阻力，提高了膜组件的完整性，使用寿命变长；并且根据表4可知(以实施例1-4进行对比)，当内表面上第一孔洞的孔径宽度平均值越小时，第一缓冲区的厚度就要越小，且第一缓冲区距离内表面的最近距离也要变大，这样就能很好防止第一缓冲区对膜整体截留效率造成不良的影响，膜整体依然具有高截留效率，特别适合以切向流的形式纯化各种生物大分子；与此同时，该中空纤维膜还具有合适的内腔直径和厚度，特别适合高黏度流体纯化；并且膜丝在进行切向流过滤时，浓差极化现象较小，过滤阻力较小，透过通量较高，膜孔不容易堵塞，整个膜组件具有较长的使用寿命。
当实施例1的PES中空纤维膜制备好，此时该膜丝的内径为1mm，当内径确定后，在进液压力和流体粘度确定后，影响回流端压力的因素主要就是膜丝长度；例如当含有生物大分子的流体的粘度为20cps，入口端压力为15psi时，当回流端压力为7.5psi(此时回流端压力为入口端压力的50％)，此时中空纤维膜的长度为160cm；为了保证在切向流过滤时，透膜压力不要过低，膜整体透过通量较大，膜丝整体利用率高，同时保证适合大多数流体的纯化，实施例1的中空纤维膜长度为90cm；
其他各实施例也为了保证膜丝整体利用率高，同时适合大多数流体的纯化；其组件中相应膜丝长度分别为：
实施例 膜丝长度/cm
实施例2 90
实施例3 60
实施例4 60
实施例5 60
实施例6 60
实施例7 30
实施例8 30
性能特征
膜通量计算如下式：
膜通量(J)的计算公式为：J＝V/(T×A)式中:
J--膜通量单位：L*h-1*m-2
V--取样体积(L)；T--取样时间(h)；A--膜有效面积(m2)
本发明中PES滤膜分离性能测定采用的操作条件为：进液为去离子水，操作压力为10psi，操作温度为25℃，溶液pH为7；通量测试装置为图15；
过滤精度测试：对各示例所得PES滤膜进行拦截效率的测试；其中：实施例1和实施例5截留的物质的分子量为100K；实施例2和实施例6截留的物质的分子量为300K；实施例3和实施例7截留的物质的分子量为500K；实施例4和实施例8截留的物质的分子量为750K；
实验设备：天津罗根颗粒计数器KB-3；实验准备：按图14组装实验装置，确保装置清洁，使用超纯水对装置进行冲洗；取直径47mm的滤膜，装于蝶形过滤器中，确保组装好的过滤器气密性良好。
实验步骤：将挑战液倒入到储罐中，注意蝶形过滤器的排气，加压至10kPa，使用洁净的瓶子接取蝶形下游滤液。
用颗粒计数器测试滤液和原液中的颗粒数。
拦截效率：
Figure BDA0003495020050000361
式中：η───拦截效率，％；n0───原液中的颗粒数，5组计数的平均值，个；n1───滤液中的颗粒数，5组计数的平均值，个。
通量/L*h<sup>-1</sup>*m<sup>-2</sup>@10psi 截留效率
实施例1 900 大于90％
实施例2 1300 大于90％
实施例3 1800 大于90％
实施例4 2400 大于90％
实施例5 1000 大于90％
实施例6 1500 大于90％
实施例7 2100 大于90％
实施例8 2700 大于90％
本发明实施例1-8制得的PES中空纤维膜以切向流过滤的方式纯化各种生物大分子；其截流分子量为100K-750K，且该膜具有高通量和高截留效率。
此外用万能拉力测试机测试后发现，各实施例的拉伸强度均大于100CN，断裂伸长率为20-80％；具有较大的机械强度；通过耐压强度测试，本发明实施例1-8制得的PES中空纤维膜的耐压强度均不低于30psi，工艺实用性强度，实用范围广；此外经过蛋白质收率测试(可以根据中国CN201010154974.7-超多孔膜及其制备方法中所使用的蛋白质收率测试方法进行测试，也可以用其他方法进行测试)，PES中空纤维膜的蛋白质收率均大于90％，同时能够得到较高的蛋白质收率，经济效益高。
对比例1：将实施例1中的中空纤维膜内径设置为0.5mm，其余条件不变，从而制得相应的中空纤维膜；
对比例2：将实施例1中的中空纤维膜内径设置为3mm，其余条件不变，从而制得相应的中空纤维膜；
在将对比例1制得的中空纤维膜制成相应膜组件后，该组件对粘度为30cps的生物大分子流体进行纯化时，当进液压力为10psi时，发现了流体很容易堵塞膜丝，导致膜丝无法继续纯化中空纤维膜；但实施例1的中空纤维膜制得相应组件在纯化相同流体时，膜丝就不容易被堵塞，流体能够正常被纯化。
先将对比例2制得的中空纤维膜制得相应组件，在对粘度为25cps的生物大分子流体进行纯化时，当进液压力为12psi作用下，一开始对比例2的中空纤维膜的通量(对于该流体的通量)为800L*h-1*m-2@10psi；在纯化400ml流体后，其通量变成600L*h-1*m-2@10psi；通量下降25％，通量大幅度降低，说明了其内部浓差极化现象较严重，影响传质效率；而实施例1的中空纤维膜的通量(对于该流体的通量)为780L*h-1*m-2@10psi；纯化400ml流体后，其通量变成740L*h-1*m-2@10psi；通量下降约5％，通量基本不变；浓差极化现象较小，过滤阻力较小，透过通量较高，膜孔不容易堵塞，整个膜组件具有较长的使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，包括筒状壳体和中空纤维膜束，所述筒状壳体设置有进液口、回流液口和透过液口；所述进液口与中空纤维膜束的入口端相连通，所述回流液口与中空纤维膜束的回流端相连通，所述透过液口与中空纤维膜束的透过端相连通，所述中空纤维膜束由收纳在所述壳体内的多个中空纤维膜构成，其特征在于：所述中空纤维膜包括主体，所述主体朝向内腔的一侧表面为内表面，另一侧表面为外表面，所述主体内具有非定向曲折通路；
所述中空纤维膜的内腔直径为1.0-2.0mm；所述中空纤维膜的内腔直径与膜平均厚度之比为3:1至15:1；
所述内表面上具有若干个狭缝形的第一孔洞，所述第一孔洞的孔径宽度平均值为60nm-450nm，所述第一孔洞在内表面上的孔洞面积率为5-30％，其中所述第一孔洞的孔径宽度方向与中空纤维膜的周向一致；
所述中空纤维膜的水通量为400-3000L*h-1*m-2@10psi。
2.根据权利要求1所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：
一定粘度的流体，在一定入口端压力的作用下，所述中空纤维膜的实际长度L不大于低压损膜丝长度Y＝-k(X-1)*10+b；
其中X为中空纤维膜的内径，X为1-2mm；
其中低压损膜丝长度Y是指回流端压力占入口端压力之比不低于50％时中空纤维膜的长度；
b为当膜丝内径为1mm，且回流端压力占入口端压力之比为特定值时，膜丝的长度；所述b为80-250cm；
k为回流端压力占入口端压力之比为特定值时，膜丝长度随着膜丝内径变化的变化率；所述k为10-80cm/cm；
流体的粘度不低于20cps；入口端压力为5-30psi。
3.根据权利要求1所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：所述中空纤维膜的平均厚度为100-200μm，膜整体孔隙率为40-70％；所述内表面的表面粗糙度RA＝10-40μm；所述内表面的第一水接触角为45°-70°；
所述内表面上，所述第一孔洞的孔径宽度的最大值与最小值之差为10-200nm，且该差值不超过孔径宽度平均值的50％；
所述中空纤维膜的最大厚度与最小厚度之差为5-18um，且该差值不超过膜平均厚度的10％。
4.根据权利要求1所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：
所述第一孔洞的孔径长度平均值为120-800nm，所述第一孔洞的孔径长度平均值为第一孔洞的孔径宽度平均值的1.3-6倍；其中所述第一孔洞的孔径长度方向与中空纤维膜的长度方向一致。
5.根据权利要求1所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：所述内表面上还包括有若干个短纤维，所述短纤维两端均与所述第一孔洞的内壁相连接，相邻第一孔洞之间通过短纤维相隔开,所述短纤维的平均直径为10-40nm。
6.根据权利要求1所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：
在从内表面至外表面的膜厚度方向上，所述主体的平均孔径先增大再减小；
所述主体包括分离层和支撑层，所述分离层的一侧为内表面，所述支撑层的一侧为外表面；
所述支撑层包括第一缓冲区，所述第一缓冲区的平均孔径至少为第一孔洞的孔径宽度平均值的4倍以上；
所述第一缓冲区到内表面的最近距离小于所述第一缓冲区到外表面的最近距离。
7.根据权利要求6所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：所述分离层的厚度为0.5-15μm，所述分离层厚度占膜平均厚度的0.5-12.5％；所述分离层的孔隙率为10-45％。
8.根据权利要求7所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：所述第一缓冲区的平均孔径为1.5-4.5μm；所述第一缓冲区的孔隙率为55-90％；
所述第一缓冲区到内表面的最近距离为15-50μm，且第一缓冲区到内表面的最近距离随着第一孔洞的孔径宽度平均值的增大而减小；
所述第一缓冲区的厚度为5-18μm。
9.根据权利要求6所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：所述第一缓冲区内具有形成多孔结构的第一纤维，所述第一纤维为条状结构；所述第一纤维的平均直径为80-200nm；
所述第一缓冲区的孔隙率至少比膜整体孔隙率大15％。
所述第一缓冲区到内表面的最近距离占膜平均厚度的10-40％；
所述第一缓冲区的厚度占膜平均厚度的3.5-16.5％。
10.根据权利要求6所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：在从内表面至外表面的膜厚度方向上，所述主体的平均孔径先增大再减小，减小后再进一步增大；
所述支撑层还包括有第二缓冲区，所述第二缓冲区一侧为外表面；所述第二缓冲区的平均孔径至少为第一孔洞的孔径宽度平均值的1.5倍以上。
11.根据权利要求10所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：
所述第二缓冲区的平均孔径为200-2000nm；且所述第二缓冲区的平均孔径小于第一缓冲区的平均孔径；所述第二缓冲区的厚度为4-15μm；
所述第二缓冲区的孔隙率至少比膜整体孔隙率大10％，
且所述第二缓冲区的孔隙率小于第一缓冲区的孔隙率。
12.根据权利要求10所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：
所述第二缓冲区内具有形成多孔结构的第二纤维，所述第二纤维为条状结构；
所述第二纤维平均直径为50-500nm；所述第二纤维的平均直径与第一纤维的平均直径之比为0.5-2.5；
所述第二缓冲区的孔隙率为50-85％；
所述第二缓冲区的厚度占膜平均厚度的3-13％。
13.根据权利要求1所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：
所述外表面上具有若干个第二孔洞，所述第二孔洞的平均孔径为150nm-2500nm，所述第二孔洞的平均孔径大于第一孔洞的孔径宽度平均值；
所述第二孔洞在外表面上的孔洞面积率为12-65％，且外表面的孔洞面积率至少比内表面的孔洞面积率大5％。
14.根据权利要求1所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：
所述中空纤维膜的拉伸强度至少为100CN，断裂伸长率为20-80％；
所述中空纤维膜对于分子量为100kD-750kD的物质的截留效率大于90％；
所述中空纤维膜的蛋白质收率不低于90％。
15.根据权利要求1至14任意一项所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件其特征在于：所述中空纤维膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一：制备铸膜液、内芯液和外保护液：
所述铸膜液包括下列重量份物质组成：聚醚砜15-25份，亲水添加剂10-30份；第一有机溶剂55-90份；
所述亲水添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇中的至少一种；
所述第一有机溶剂均为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、N-乙基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；
步骤二：纺丝：将铸膜液、内芯液和外保护液一同从三重纺丝喷嘴中挤出，铸膜液在喷嘴中形成具有内表面和外表面的成型品；所述铸膜液和外保护液的温度均为50-70℃，内芯液温度为20-30℃；所述喷嘴温度和铸膜液温度相同；
步骤三：预分相：将所述成型品经过空气段下进行预分相，空气段长度为5-300mm，预分相时间为0.2-2s；
步骤四：再分相：将预分相后的成型品放入凝固浴中再分相，形成生膜；
步骤五：将生膜进行拉伸处理，并在水中清洗，最后烘干，制得中空纤维膜。
16.根据权利要求15所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：所述内芯液包括第二有机溶剂和非溶剂，所述内芯液中非溶剂的含量为30-70％，所述外保护液包括第二有机溶剂和非溶剂，所述外保护液中非溶剂的含量为0-50％；
所述内芯液和外保护液中的非溶剂均为水，且内芯液中非溶剂含量高于外保护液中非溶剂含量；
所述内芯液和外保护液中的第二有机溶剂均为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、N-乙基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种，且第二有机溶剂与第一有机溶剂互溶。
17.根据权利要求15所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件，其特征在于：步骤四再分相是指将预分相后的成型品放入温度为40-70℃的凝固浴中再分相，再分相时间为20-60s；所述凝固浴为水和第一有机溶剂的混合物，所述凝固浴中水含量为60-100％；
步骤五中拉伸处理是指对生膜进行1-5倍的拉伸，拉伸速率为6-18m/min。
18.如权利要求1-14任意一项所述的一种用于生物大分子切向流过滤的中空纤维膜组件的应用，其特征在于：所述中空纤维膜组件以切向流的形式用于：
(a)疫苗或病毒载体的纯化、浓缩和透析；
(b)蛋白质的浓缩和透析；
(c)发酵液中细胞和细菌的澄清过滤；
(d)细胞和菌体的回收和透析。
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