CN116236925A - 一种非对称再生纤维素除病毒滤膜及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种非对称再生纤维素除病毒滤膜及其制备工艺，该滤膜包括多孔主体，多孔主体包括预过滤层、孔径过渡层和分离层，滤膜的PMI平均孔径为15～40nm；预过滤层的厚度为20～80μm；孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0～0.1)/(0.9～1)}不大于5，孔径过渡层的厚度不大于20μm；孔径变化系数

本申请的滤膜以亲水性良好的纤维素类原料作为成膜材料，具有较高的蛋白质收率；对中小尺寸的病毒具有良好的截留效果；预过滤的厚度较大因而具有较大的纳污量；孔径过渡层的孔径并未发生突变，不易因为集中截留而导致局部堵塞，因而具有较大的载量；分离层的基本对称结构使得滤膜具有较大的通量。

Description

一种非对称再生纤维素除病毒滤膜及其制备工艺

技术领域

本申请涉及膜分离技术的领域，尤其是涉及一种非对称再生纤维素除病毒滤膜及其制备工艺。

背景技术

生物制剂一般是指以各类微生物(如细菌、噬菌体、立克次体等)、微生物代谢产物、寄生虫、人或动物的血液或组织等，以现代生物技术、化学方法制成，对于特定传染病和免疫性疾病等具有良好的诊断、预防、治疗效果。

生物制剂独特的靶向性、高效性和低副作用等特性使得其在几十年里高速发展，而随着生物制剂的快速发展，提高生物制剂中活性物质(蛋白质)的浓度是目前公认的发展方向之一。高浓度生物制剂一般通过皮下注射给药，相较于静脉注射给药，皮下注射给药的方式治疗时间短、患者痛苦少；此外，高浓度生物制剂的灌装体积量大大降低，能显著节约生产、运输成本。

在生物制剂的生产过程中，不论是原料还是各生产工序都可能引入病毒，而不论是最新颁布的《中国药典》还是ICH颁布的Q5A《生物制品的病毒安全性评价》中，都对生物制剂的病毒安全性提出了明确的要求，病毒安全性的评估、测试报告将直接影响药物申报、审批结果。因此，各生物医药企业在生产各类生物制剂时，必须引入病毒清除和/或病毒灭活步骤，以确保生物制剂无病毒安全性问题。

膜分离技术由于分离效率高、能耗低、占地小，特别是其在清除病毒时不易引起蛋白质活性物质的变性等特性，而被广泛应用于各类生物制剂的生产中，以广泛的滤除生物制剂中各尺寸的病毒，提高生物制剂的病毒安全性，而膜分离技术最核心的部分就是滤膜。

如申请公开号为CN113842792A的中国发明专利申请文件中，公开了一种除病毒用不对称的PES滤膜，该PES滤膜包含主体，主体包括预过滤层和用于截留病毒的分离层，预过滤层的另一侧和分离层的另一侧以连续纤维过渡。该PES滤膜具有良好的病毒截留效果(LRV＞4)，但是PES材质本身较差的亲水性(即使经过亲水改性，亲水性也较差)决定了其对于蛋白质具有较高的吸附作用，一旦生物制剂中的蛋白质浓度较高，被滤膜吸附的蛋白质极易导致滤膜堵塞、通量快速衰减，还会导致生物制剂浓度的下降，影响生物制剂的质量。

如赛多利斯公司申请的美国专利US20200238221A1公开了一种多孔单层聚合物膜，该聚合物膜的至少一个主要表面具有至少40％的表面孔隙率,并且聚合物膜的总孔隙率为至少40％表面孔隙率的0.8倍至1.4倍；且该聚合物膜具有1.5至10的不对称因子。该滤膜主要用于过滤病毒、蛋白质或大分子，且其只能截留上百纳米的大颗粒物质，虽然该滤膜由于具有较大的孔径而不易对粒径较小的蛋白质产生截留，也不易被病毒等堵塞，因此通量衰减速度较慢、载量较高。但是该滤膜较大的孔径决定了其对于如20nm粒径的小尺寸病毒并无滤除效果，因此，无法获得对于小尺寸病毒所需的截留效果。

如米利波尔公司申请的授权公告号为CN1759924B的中国专利公开了一种多层复合超滤膜；该复合超滤膜包括至少一层具有第一面和等价的第二面的第一多孔膜层，以及至少一层具有等价的第一面和第二面的第二多孔膜层，该第一层与第二层的连接相叠加并具有从所述第二层的等价的第一面至所述第一层的等价的第二面的孔隙率连接过渡区域，其中所述层中的至少一层是非对称超滤膜。

上述超滤膜中至少有一层是非对称超滤膜，非对称超滤膜意味着超滤膜层存在孔径较大的大孔侧和孔径较小的小孔侧；为了降低病毒泄露风险，非对称超滤膜的小孔侧需要具有对病毒较好的截留效果(若大孔侧就具有良好的截留效果，孔径更小的小孔侧将很可能导致滤膜通量的大幅下降)，并且小孔侧对于病毒的截留位置不能过于靠近非对称超滤膜的第二面(否则病毒从第二面泄露的风险将大大提高)。然而，由于超滤膜层是非对称的，小孔侧靠近第二面的孔径应当小于小孔侧靠近第一面的孔径，并且该专利中各实施例中的成膜物质均为聚醚砜(PES)，PES材料的特性使得其即使进行亲水改性，亲水性仍然较差；亲水性较差的成膜材料结合非对称膜层靠近第二面孔径较小的孔结构，滤膜对于蛋白质的吸附率很可能较高、蛋白质收率较低，而在生物医疗领域，蛋白质高昂的价格使得低蛋白收率是较难接受的。进一步的，非对称超滤膜意味着，病毒等很可能在膜厚度的小范围区域被截留，很可能导致超滤膜层的堵塞和通量的快速衰减，因而该滤膜很可能载量较低。因此，该滤膜虽然对于病毒的截留效果较好，但是载量和蛋白质收率往往较低。

此外，上述超滤膜的制备工艺主要为，在载体表面浇筑成层的两种溶液都具有下临界溶解温度(LCST)且超滤层的LCST较高，或者超滤层不具有LCST或不具有可测量的LCST，而微孔层溶液具有LCST；通过将浇筑的多层液体薄片加热至预定的温度，该温度高于微孔层的LCST且低于超滤层的LCST，然后浸入沉淀浴，以形成湿的多层超滤膜；或，用不同聚合物溶液供应每个配料出口，及将所述溶液涂覆于所述移动的载体表面上，从而在所述载体上形成多层涂覆层，及对所述多层进行分配，且在涂覆各连续的层之前，前一层仅发生部分相分离，及对所述多层进行相分离处理以完成相分离并形成湿的多层超滤膜。也就是说，其分相机理是，聚合物溶液在低温情况下是均相液体，随着温度的升高，达到微孔层的LCST，促使微孔层中物料不再互溶，形成分相固化；而超滤层则通过后续的沉淀浴进行分相固化。超滤层和微孔层的分相机理并不相同，并且微孔层在载体的作用下将快速达到LCST温度以上从而分相固化，而超滤层则在微孔层完全分相固化后，在沉淀浴的作用下分相固化。

这就意味着，上述超滤膜的制备工艺为了“高温致微孔层相分离”、“沉淀浴致超滤层相分离”，必须先将微孔层的溶液浇筑到载体上，再将超滤层的溶液浇筑到微孔层的溶液上。否则超滤层的溶液将无法直接接触沉淀浴，且载体必须先加热超滤层的溶液才能进一步加热微孔层的溶液，这将导致多层超滤膜无法成型，该制备工艺限制较多，且在制备过程中，超滤膜层长时间保持液膜状态，很可能导致超滤膜层均匀性的下降，进而导致超滤膜层分相固化后孔结构均匀性下降，这也是该制备工艺的缺陷之一。此外，两层铸膜液不同的分相机理使得其孔结构、纤维结构产生一定差异，表现在上述超滤膜的截面SEM中存在较为明显的分界线。

对于各类以蛋白质、多肽及其衍生物为主要活性物质的生物制剂而言，具有较高的病毒截留效果的滤膜往往通量衰减速度较快、蛋白质收率较低，而通量衰减速度较慢的滤膜往往无法获得所需的病毒截留效果，这是目前用于各类生物制剂病毒滤除工序的除病毒滤膜亟待解决而又难以解决的问题。

发明内容

本申请提供一种非对称再生纤维素除病毒滤膜及其制备工艺，本申请的滤膜以亲水性良好的纤维素类原料作为成膜材料，具有较高的蛋白质收率；滤膜的PMI平均孔径为15～40nm，因而对中小尺寸的病毒具有良好的截留效果；预过滤的厚度较大，因而对于大颗粒物质具有良好的截留效果且具有较大的纳污量；滤膜的孔径过渡层的厚度较小且孔径变化系数较小，因而孔径过渡层的孔径并未发生突变，不易因为孔径突变而产生集中截留并导致局部堵塞、通量的快速衰减，因而具有较大的载量；分离层的基本对称结构使得分离层在确保对于中小尺寸病毒具有良好截留效果的基础上，由于并未引入极小孔结构，因而不易因为小范围内的大量病毒截留而发生堵塞、通量的快速衰减，无极小孔结构也使得滤膜具有较大的通量；因此，本申请中的滤膜不但具有良好的病毒截留效果，还兼具较高的通量、载量和蛋白质收率。

第一方面，本申请提供的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜采用如下的技术方案：

一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，包括多孔主体，所述多孔主体内具有非定向曲折通路，所述多孔主体的一侧表面为进液面，所述多孔主体的另一侧表面为出液面，所述进液面的SEM测量平均孔径大于所述出液面的SEM测量平均孔径；所述多孔主体从进液面到出液面依次包括预过滤层、孔径过渡层和分离层，所述预过滤层的一侧为进液面，所述分离层的一侧为出液面；

所述滤膜的PMI平均孔径为15～40nm；

所述预过滤层的厚度为20～80μm；

所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0～0.1)/(0.9～1)}不大于5，所述孔径过渡层的厚度不大于20μm；

所述分离层为基本对称结构；

所述孔径过渡层靠近进液面一侧视为膜厚度为0，所述孔径过渡层靠近出液面一侧视为膜厚度为1，

孔径变化系数S_x/y＝孔径过渡层x区域的SEM测量平均孔径/孔径过渡层y区域的SEM测量平均孔径。

通过采用上述技术方案，本申请中所谓分离层是指滤膜厚度方向上对于中小尺寸的病毒具有截留效果的区域，而预过滤层是指滤膜厚度方向上对于中大尺寸的病毒具有截留效果的区域，而孔径过渡层是指预过滤层和分离层之间的区域。

滤膜的PMI平均孔径能够一定程度上反应其对于对应尺寸的颗粒物质的截留能力；滤膜具有不同的表面形貌时(如不同的孔径、纤维结构、厚度等)，滤膜具有不同的PMI平均孔径，不同的应用需要滤膜具有不同的病毒截留能力，此时可根据实际需要选取不同PMI平均孔径的滤膜。当需要过滤大尺寸颗粒、病毒时，并不宜选取小PMI平均孔径的滤膜，这是由于滤膜的小尺寸孔径极易被堵塞而导致通量的快速衰减；当过滤小尺寸颗粒、病毒时，也不宜选取大PMI平均孔径的滤膜，这是由于小尺寸颗粒、病毒极易穿透导致病毒泄露风险。因此，为了确保滤膜具有对于所要过滤的病毒具有良好的截留效果，需要选取合适PMI平均孔径的滤膜。

例如，当滤膜的PMI平均孔径为15～25nm时，滤膜对于粒径仅约20～30nm的小尺寸病毒(如粒径约25nm的PP7噬菌体)往往具有良好的截留效果；而当滤膜的PMI平均孔径为25～40nm时，滤膜对于粒径稍大的约30～45nm的中等尺寸的病毒(如粒径约42nm的乙型肝炎病毒)具有良好的截留效果。本申请中的滤膜特定限定PMI平均孔径为15～40nm，因此，其对于中小尺寸的颗粒、病毒(如粒径约20～45nm)具有良好的截留效果，并且可根据不同的应用场景选择所需PMI平均孔径的滤膜。

可以理解的是，更大尺寸的病毒或颗粒杂质(例如粒径80nm以上的HIV病毒)一般在前道工序中被滤除，仅有极少量的残留，因而并不需要针对性的对大尺寸病毒或颗粒杂质进行处理；但是中大尺寸的病毒或颗粒杂质在前道工序中并未被完全滤除，因此，料液中仍可能有部分中大尺寸的病毒或颗粒杂质。

此外，正如前述，料液中往往仍存在中大尺寸的病毒或颗粒杂质，而滤膜的分离层主要起到截留中小尺寸病毒或颗粒杂质的作用，若中大尺寸的病毒或颗粒杂质泄露至分离层，将很可能将分离层处孔径较小的孔结构堵塞；一旦分离层处较小孔径的孔结构被堵塞，不但会导致滤膜通量的快速衰减，中小尺寸病毒通过分离层处较大孔径的孔结构泄露的风险也进一步提高。而本申请中的滤膜具有相对较厚的预过滤层(不小于20μm)，能够确保预过滤层具有足够大的纳污空间，以将料液中的中大尺寸颗粒或病毒截留；当然，预过滤层的厚度也不宜过大(如大于80μm)，这是由于，虽然进一步提高预过滤层的厚度能够一定程度上提高滤膜对于中大尺寸颗粒或病毒的纳污量，但是除病毒滤膜一般的过滤方式为死端过滤，过滤过程中，外加压力是主要的过滤驱动力，因此，滤膜受到料液较大的压力，而预过滤层的孔结构孔径较大，结合纤维素材料本就较软的质地，很容易在受到料液压力时发生孔结构的坍缩，若预过滤层的厚度过大，发生结构坍缩的可能性将大大提高(大孔结构更容易产生缺陷，预过滤层的厚度增加意味着大孔结构的量增加，出现缺陷的可能性也增加)，而一旦预过滤层的孔结构坍缩，不论是对于料液的引导能力，还是纳污能力，都将大幅下降。

另外，本申请特定控制孔径过渡层的厚度和孔径变化系数，以确保滤膜具有较大的载量和通量，这是由于，孔径过渡层的厚度过大时，说明滤膜中存在部分区域，该区域对于中大尺寸的病毒并未起到截留效果(并非无截留能力)，也无法截留中小尺寸的病毒，该区域的厚度提高虽然能够降低中大尺寸的病毒对于分离层的影响，但是过大厚度的孔径过渡层也往往意味着对于料液过大的阻力，导致滤膜的通量较低。此外，由于孔径过渡层的整体孔径变化系数不大于5，说明孔径过渡层的孔径变化形式并非是变化速度较快的突变，而是变化速度较慢的渐变，由于孔径过渡层的孔径不存在孔径的突变，因而不易因为局部的集中截留而导致滤膜的局部堵塞，进而引起滤膜通量的快速衰减。

本申请中滤膜的分离层特定设置为基本对称结构(基本对称指SEM测量平均孔径变化梯度不大于5nm/μm，并非是孔径完全不变)，能够确保分离层具有良好病毒截留能力的基础上，确保分离层具有更高的纳污量和通量。这是由于，具有较大不对称度的分离层通过孔径的不断减小形成对病毒的截留，当孔径减小到一定程度时，将会对相应尺寸的病毒产生较强的截留效果；因此，对于具有较大不对称度的分离层而言，病毒往往在较小的厚度范围内形成较大量的截留，结合该处较小的孔径尺寸，较大量的病毒截留很容易的导致滤膜的局部堵塞，从而导致通量的快速衰减。

基本对称的分离层对于病毒产生截留的厚度范围往往更大，这是由于，分离层孔径相对较小的孔结构结合分离层具有的一定厚度，孔与孔在厚度方向上不断层叠，所具有的截留效果将小于实际的孔结构的尺寸，例如，上层的孔结构的投影面上可能是下层孔的纤维结构，该纤维结构将上层孔结构分隔，从而提高孔结构对于更小尺寸颗粒物质的截留效果；通过该种孔结构在膜厚度方向上的层叠，能够确保孔结构对于尺寸更小的颗粒具有良好的截留效果，病毒更为均匀的分布使得分离层区域不易发生堵塞，通量衰减更为缓慢。此外，相较于不对称度较大的分离层，基本对称的分离层并未引入极小孔结构，而纳污量、通量的下降速度远大于孔径的下降速度。例如，若将孔结构看做虚拟的球形，当孔结构的孔径降低为一半时，孔结构的虚拟球形的体积将降低为八分之一，这意味着，孔结构能够容纳小尺寸病毒的孔径大幅下降，供料液通过的流道空间也大幅下降(即使仅考虑流道的截面积，也将降低为四分之一)；因此，孔结构孔径的小幅降低将导致孔结构纳污量、通量的大幅下降，而孔结构的小幅降低对于病毒的截留效果的影响很可能并不大(即存在边际递减效应)。

此外，本申请提供的滤膜以纤维素类材料作为成膜原料，因而具有良好的亲水效果，对于蛋白质的吸附较低，以提高蛋白质收率。结合分离层的基本对称结构(滤膜中最容易产生蛋白质吸附的就是具有小孔径孔结构的分离层)，分离层中并无极小孔结构，更不易对蛋白质产生吸附，以提高蛋白质收率。

综上，本申请中的滤膜由于预过滤层结构的厚度较大(不易堵塞)、孔径过渡层的厚度较小且无孔径突变结构(不易堵塞、阻力小)、分离层基本对称(不易堵塞、阻力小)而兼具较高的通量和载量；由于具有合适的PMI平均孔径而具有对于对应尺寸病毒较高的病毒截留效果；分离层基本对称(无小孔无突变)结合采用亲水性良好的纤维材料作为成膜物质，使得滤膜具有较高的蛋白质收率(本申请中的滤膜蛋白质收率均能达到98％以上)。因此，本申请中的滤膜兼具良好的病毒截留效果、高通量和高载量。

可以理解的是，所谓非定向曲折通路是指，无规取向的沟槽结构和/或离散分布的孔洞结构，且各非定向曲折通路相互连通，过滤时料液在曲折的孔洞结构内流动，通过筛分、吸附等方式将料液中的杂质截留。

需要注意的是，本申请中的滤膜虽然为多层结构，但是并非是通过将多层膜复合得到的，且本申请中的滤膜并不存在明显的分界线，因而并不易发生层与层的分离现象。此外，本申请中进行胶体金截留测试、病毒挑战测试时，压力均为30psi，由于不同测试压力下，滤膜对于不同粒径颗粒的截留区域可能会发生变化，病毒的泄露风险也不同，因此，需要对测试压力进行限定。

滤膜的各类表面形貌参数(如纤维直径、孔径等)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；所以可以通过测定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(或截面)进行表征，获得相应的SEM图，并选取一定的面积，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，获得该区域的平均孔径；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。

可选的，所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0～0.1)/(0.4～0.5)}为1.1～1.6；和/或，所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0.5～0.6)/(0.9～1)}为1.1～1.6。

通过采用上述技术方案，孔径过渡层的前半部分的孔径变化系数和孔径过渡层的后半部分的孔径变化系数均不超过1.6，这说明孔径过渡层的前半部分和后半部分均不存在孔径的突变结构，这大大降低了孔径过渡层因为孔径突变结构产生集中截留而导致堵塞的可能。

可选的，所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0～0.1)/(0.4～0.5)}与所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0.5～0.6)/(0.9～1)}之比为0.8～1.2。

通过采用上述技术方案，孔径过渡层的前半部分(即孔径过渡层厚度为0～0.5的区域)和后半部分(即孔径过渡层厚度为0.5～1的区域)的孔径变化系数不但均为1.1～1.6，且两者之比仅为0.8～1.2，这说明整个孔径过渡层在分相过程中分相动力并未发生较大的变化，这进一步说明了孔径过渡层的前半部分和后半部分不易产生孔径的突变区域。以降低孔径过渡层堵塞的可能，确保滤膜具有较高的载量。

可选的，所述孔径过渡层0.3～0.5区域的SEM测量平均孔径与所述孔径过渡层0.5～0.7区域的SEM测量平均孔径之差为30～100nm。

通过采用上述技术方案，孔径过渡层的孔结构尺寸沿厚度方向梯度变化，而厚度的0.3～0.7区域是孔径过渡层相对较为中间的区域；由于孔径过渡层的牵绊部分和后半部分均具有相对较小的孔径变化系数，结合孔径过渡层的总厚度不超过20μm并且孔径过渡层的中间区域孔径变化不超过100nm，说明孔径过渡层的前半部分、中间区域、后半部分不论是孔径变化系数，还是孔径变化的绝对值都较小，因此孔径过渡层的整体结构均无孔径的突变，自然不易因为孔径的突变导致杂质的集中截留，以降低孔径过渡层发生堵塞导致滤膜通量快速衰减的可能性

可选的，所述孔径过渡层的SEM测量平均孔径为100～300nm，所述孔径过渡层的SEM测量平均孔径小于所述预过滤层的SEM测量平均孔径且小于所述分离层的SEM测量平均孔径。

通过采用上述技术方案，孔径过渡层的SEM测量平均孔径不宜过大也不宜过小，若孔径过渡层的SEM测量平均孔径过大，说明预过滤层的SEM测量平均孔径更大，虽然通过孔结构的层叠同样能够对大颗粒杂质进行截留，但是大颗粒杂质的泄露风险较高；由于孔径过渡层的SEM测量平均孔径同样较大，大颗粒杂质同时穿透预过滤层和孔径过渡层的的概率大大提高，大颗粒杂质将很可能堵塞分离层内的小孔径孔结构，导致滤膜通量的快速衰减以及病毒泄露风险的提高。而若孔径过渡层的SEM测量平均孔径过小，说明分离层的SEM测量平均孔径更小，分离层孔结构孔径的降低虽然能够进一步提高滤膜的LRV，但是对于料液的阻力大大提高，导致滤膜通量的降低；此外，分离层孔结构的孔径降低还会导致分离层纳污量的下降，从而导致滤膜通量衰减速度的提高。

可选的，所述孔径过渡层0～0.5区域的SEM测量纤维直径为20～50nm；所述孔径过渡层0.5～1区域的SEM测量纤维直径为20～45nm。

通过采用上述技术方案，孔径过渡层的孔径梯度变化并且孔径过渡层的前半部分的孔径大于后半部分的孔径，若孔径过渡层的前半部分纤维结构的SEM测量纤维直径小于20nm，将很可能导致孔径过渡层的前半部分的孔结构无法获得良好的支撑；若纤维结构的SEM测量纤维直径大于50nm，虽然孔结构能够受到良好的支撑，但是作为实体部分的纤维结构对于料液产生的阻力过大，容易导致通量的降低。相类似的，对于孔径过渡层的后半部分的孔结构而言，纤维结构的SEM测量纤维直径需要控制在20～45nm。

可选的，所述孔径过渡层0.3～0.5区域的SEM测量纤维直径与所述孔径过渡层0.5～0.7区域的SEM测量纤维直径之差不大于10nm。

通过采用上述技术方案，本申请中滤膜孔径过渡层中间部分的SEM测量纤维直径差异较小，孔径过渡层0.3～0.5区域的SEM测量纤维直径与孔径过渡层0.5～0.7区域的SEM测量纤维直径之差不大于10nm。这意味着孔径过渡层不但孔结构的孔径以相对较为缓和的方式过渡，孔径过渡层的纤维结构的直径也以相对较为缓和的方式过渡，体现在滤膜的SEM图上就是截面并无明显的分界线或分层现象。

在观察滤膜截面的SEM图时，其表面形貌是影响SEM图观感的主要因素，如孔结构和纤维结构，若孔径过渡层的前半部分和孔径过渡层的后半部分孔结构的孔径、纤维结构的直径等相差较大，将会在SEM图中展现出明显的分界线。本申请中的滤膜虽然孔径过渡层的前半部分和孔径过渡层的后半部分存在孔径的小幅差异，但是纤维结构相差无几，这意味着，在进行过滤时，料液在该处不会因为实体部分的结构突变(即纤维结构)而受到异常变化的阻力，料液的流动顺畅，不易在孔径过渡层发生集中截留，这对于提高滤膜的载量具有较大的帮助。

可选的，所述预过滤层的SEM测量平均孔径为200～800nm；所述分离层的SEM测量平均孔径为30～80nm，所述分离层的厚度为20～50μm。

通过采用上述技术方案，预过滤层主要起到截留料液中大颗粒物质的作用，因此，预过滤层需要有较大的纳污量和对于大颗粒物质的良好截留作用。若预过滤层的SEM测量平均孔径过大(如大于800nm)，虽然具有较大孔径孔结构的预过滤层一般具有更大的纳污量，但是对于大颗粒物质的截留作用不足，而一旦大颗粒物质从预过滤层泄露，导致孔径过渡层或分离层的堵塞，将导致滤膜通量的快速衰减。此外，预过滤层的SEM测量平均孔径过大也意味着预过滤层耐压性能的降低，一旦预过滤层在料液较大压力的作用下发生结构的坍缩，导致滤膜通量和载量都下降。因此，虽然一定范围内提高预过滤层的SEM测量平均孔径有利于提高滤膜的载量，降低滤膜的通量衰减速度，但是预过滤层的SEM测量平均孔径并不宜过大，反而会导致滤膜的载量降低，通量衰减速度变快。预过滤层的SEM测量平均孔径也不宜过小(如小于200nm)，作为起到对料液中大颗粒物质预过滤作用的预过滤层需要具有对大颗粒物质具有大的纳污空间，以免被大颗粒物质快速堵塞。

滤膜的分离层主要起到截留中小尺寸颗粒物质的作用，并且考虑到生物医药领域对于病毒泄露风险的较高要求，必须确保滤膜无病毒泄露风险，因此，分离层必须具有对中小尺寸病毒的良好截留效果。在此基础上，为了确保滤膜具有较高的载量，通量衰减速度较慢，还需要分离层具有较高的容纳中小尺寸颗粒的空间，以免分离层的孔结构被快速堵塞。由于本申请中分离层的孔结构的孔径沿厚度方向保持基本不变，主要通过孔结构在厚度方向上的层叠形成对中小尺寸病毒的截留，因此，若分离层的SEM测量平均孔径过大(如大于80nm)、分离层厚度过小(如小于20μm)，往往意味着病毒泄露风险的提高。当然，若分离层的SEM测量平均孔径过小(如小于30nm)、分离层厚度过大(如大于20μm)虽然的确能够进一步提高滤膜的病毒截留效果，降低病毒泄露风险，但是这也会导致滤膜通量的大幅下降。

需要注意的是，目前国内外较为公认的是，若除病毒滤膜对于病毒的截留效果能够达到LRV＞6，即认为除病毒滤膜已经将病毒基本全部滤除。在此基础上，进一步提高滤膜的截留效果(如通过进一步降低滤膜出液面的SEM测量平均孔径)，虽然理论上的确能够进一步提高滤膜的病毒截留效果，但是往往需要以通量的大幅下降作为代价。且滤膜的病毒截留效果提升存在边际递减效应，这意味着，若滤膜的病毒截留效果已经较好，滤膜病毒截留效果的进一步小幅提升，很可能需要以通量的较大幅下降作为代价。而当滤膜出液面的SEM测量平均孔径为30～45nm内时，不但能够显著降低滤膜的病毒泄露风险，且滤膜的通量下降较少。此时可根据实际需求适当调节出液面的SEM测量平均孔径，以获得更高的病毒截留效果或更高的通量。

可选的，所述预过滤层的SEM测量平均孔径变化梯度比所述分离层的SEM测量平均孔径变化梯度至少大2nm/μm，所述分离层的SEM测量平均孔径变化梯度不大于3nm/μm。

通过采用上述技术方案，正如前述提到的，孔结构孔径的变化将带来孔结构截面积、孔结构体积的更大变化，这意味着，滤膜中孔径较小的孔结构对于滤膜的通量影响更大。本申请中滤膜分离层的SEM测量平均孔径变化梯度不大于3nm/μm，结合分离层的SEM测量平均孔径为30～80nm，说明分离层中并无极小孔结构，确保滤膜具有较大的通量。而预过滤层的SEM测量平均孔径变化梯度并不宜过小，这是由于，若预过滤层形成类似分离层的基本对称结构，则预过滤层需要更大的厚度来确保对于大尺寸颗粒的截留效果；预过滤层的厚度过大时，不但料液所受阻力变大，预过滤层在料液较大压力作用下发生结构坍缩的可能性也变大。而具有孔径梯度变化的预过滤层不但能够保证对于大尺寸颗粒的截留效果，结合预过滤层较大的孔径(200～800nm)，能够确保具有足够的容纳大尺寸颗粒的空间。

可选的，所述预过滤层的SEM测量纤维直径为60～150nm，所述分离层的SEM测量纤维直径为20～40nm。

通过采用上述技术方案，本申请中滤膜的材质为质地较软的纤维材料，且滤膜预过滤层的SEM测量平均孔径为200～800nm，且预过滤层作为直接承受料液压力的层结构，容易因为受到料液压力而发生结构坍缩。在此基础上，预过滤层具有相较于分离层和孔径过渡层更大尺寸的纤维结构，能够对预过滤层较大孔径的孔结构形成更强有力的支撑，从而确保滤膜直接承受料液压力的预过滤层结构具有较强的自支撑性能，不易因为受到料液压力而发生结构坍缩，确保滤膜具有较高的载量和通量。

相较于预过滤层尺寸较大的纤维结构，分离层的纤维结构的尺寸并不宜过大，这是由于，分离层的孔结构孔径相对较小，纤维结构形成的三维网络结构更为致密，纤维与纤维之间的连接也更为紧密，因而分离层本就具有相较于预过滤层更好的自支撑能力；此外，相较于直接承受料液压力的预过滤层，分离层的由于更靠近出液面，并不直接承受料液的压力，因此，分离层的纤维直径并不需要过大。并且，分离层的纤维直径进一步提高还会导致料液在分离层处所受阻力进一步提高(料液受实体部分阻力变大)，而正如前述提到的，滤膜的分离层表面形貌(孔结构、纤维结构)是影响滤膜通量的重要因素，因此，分离层纤维直径的进一步提高很可能会导致滤膜通量较大幅的下降，导致滤膜过滤效率下降、实用性降低。

可选的，所述进液面上包括若干条状的第一纤维，若干所述第一纤维相互连接且相邻的所述第一纤维环绕形成第一孔洞；

所述第一孔洞的SEM测量平均孔径为350～2000nm；和/或，

所述出液面存在若干圆孔状的第二孔洞；

所述第二孔洞的SEM测量平均孔径为25～45nm。

通过采用上述技术方案，第一孔洞的SEM测量平均孔径不宜过大(如超过2000nm)，以免导致滤膜进液面附近的多孔主体因为耐压强度不足而在受压时发生结构的坍缩，从而导致滤膜通量和载量的下降；第一孔洞的SEM测量平均孔径也不宜过小(如小于350nm)，以免料液受到较大的阻力，并且预过滤的纳污量不足，导致通量和载量的下降。

第二孔洞的SEM测量平均孔径同样不宜过大(如超过45nm)，这是由于，本申请中滤膜的分离层具有孔径基本不变的孔结构，虽然结合分离层的厚度仍然能够形成对中小尺寸病毒的良好截留，但是随着过滤时间的延长，中小尺寸病毒的泄露风险大大提高，滤膜靠近出液面附近的多孔主体为滤膜的最后屏障，第二孔洞较小的SEM测量平均孔径能够确保对于分离层泄露的少量中小尺寸病毒的高效截留；第二孔洞的SEM测量平均孔径也不宜过小(如小于30nm)，这是由于，出液面过小孔径的孔结构对于料液的阻力过大，导致滤膜通量的大幅下降。

可选的，所述第二孔洞中，大于SEM测量平均孔径30nm的第二孔洞，占第二孔洞总数不超过20％；所述第二孔洞中，小于SEM测量平均孔径20nm的第二孔洞，占第二孔洞总数不超过20％。

通过采用上述技术方案，正如前述提到的，影响滤膜通量的最主要因素是滤膜中的小孔结构，小孔结构虽然具有对于病毒更好的截留效果，但是小孔结构孔径的小幅降低将导致小孔结构截面面积的较大幅下降，导致通量的较大幅下降。

本申请的发明人们发现，对于本申请中特定结构的滤膜而言，若第二孔洞中大于SEM测量平均孔径30nm的第二孔洞占比超过20％，将会导致滤膜进行工艺停留后的病毒泄露风险大大提高(如顶洗LRV)。这是由于，第二孔洞中大孔径的孔结构占比较高，而经过工艺停留后，分离层中截留的病毒很可能因为布朗运动等原因被释放，此时，重新加压进行过滤将很可能导致分离层内释放出的病毒从占比高、孔径大的第二孔洞中泄露，导致工艺停留后病毒泄露风险的提高。而若第二孔洞中小于SEM测量平均孔径20nm的第二孔洞占比超过20％时，虽然病毒的泄露风险降低，但是这部分占比高、孔径小的第二孔洞将对滤膜的通量产生较大的影响。而当第二孔洞中大于SEM测量平均孔径30nm的第二孔洞占比低于20％、小于SEM测量平均孔径20nm的第二孔洞占比低于20％时，说明第二孔洞中的大孔径孔结构和小孔径孔结构的占比均较低，因而滤膜不但具有较高的通量，也具有更低的病毒泄露风险。

可选的，所述第二孔洞中，离均差不大于25nm的第二孔洞的占比不小于70％；所述离均差为第二孔洞的SEM测量孔径与所述第二孔洞的SEM测量平均孔径之差的绝对值。

通过采用上述技术方案，第二孔洞离均差不大于25nm的第二孔洞占比较高，能够更为稳定的对病毒形成截留效果。并且，由于第二孔洞的孔径分布主要在SEM测量平均孔径附近，料液在各处所受阻力相差较小，不易集中堵塞小孔径的第二孔洞，也不宜从大孔径的第二孔洞集中泄露。

可选的，所述滤膜的通量保留系数为T，所述T不小于0.4@(10g/L)，所述T通过下式计算得到：

上式中，V为滤膜的载量，且通量衰减a％时的载量为Va；V25为通量衰减25％时滤膜的载量、即V50为通量衰减50％时滤膜的载量、V75为通量衰减75％时滤膜的载量。

通过采用上述技术方案，T不小于0.4@(10g/L)是指，在蛋白质浓度为10g/L的体系中，滤膜的通量保留系数T不小于0.4；需要注意的是，相较于目前常见的蛋白质浓度仅1g/L的体系，以蛋白质浓度10g/L的体系进行测试，对于滤膜的载量挑战更大，更容易造成滤膜的堵塞。

本申请的发明人们发现，在确保滤膜具有对中小尺寸病毒具有良好截留效果(高LRV)的基础上，对于滤膜的通量衰减速度快慢，能够通过上式进行良好的表征。相较于以较为定性的方式确定滤膜的通量衰减速度，以定量的方式表征、判断滤膜的通量衰减速度，具有更高的参考价值。

需要注意的是，上述数据的测量体系为：蛋白质浓度10g/L、Buffer体系为50mM醋酸+100mM NaCl、pH5.0、Cond30.5μs/cm、密度1g/mL，该体系以0.22μm除菌膜进行预过滤；该体系中，蛋白质为IVIG。

可选的，所述滤膜的顶洗LRV保留系数不小于80％；所述滤膜通量衰减75％时的载量不小于120L/m²；所述滤膜的蛋白质收率不低于98％；所述滤膜的通量不低于60L/(h·m²)@30psi。

通过采用上述技术方案，由于本申请滤膜具有的特殊结构，能够确保滤膜不但具有较高的通量、还具有较高的载量和LRV，且本申请中的滤膜能够确保在30psi的压力下长时间使用；进一步的，由于滤膜的第二孔洞中大孔径的孔结构和小孔径的孔结构占比均较低，因而滤膜能够在进行工艺停留后具有不小于80％的顶洗LRV保留系数。

所谓工艺停留是指，在进行病毒挑战测试时，当滤膜的通量下降至25％时或挑战液过滤至仅剩余底部少许时，撤去外加压力，并加入Buffer静置15min，随后再加压进行工艺停留后的病毒挑战测试，测试得到的滤液单独收集并进行病毒滴度测定，并计算工艺停留后的LRV。

顶洗LRV保留系数是指，滤膜在进行病毒挑战测试时，顶洗前后滤膜LRV之比，并以百分比进行表征。

第二方面，本申请提供前述滤膜的制备工艺，采用如下的技术方案：

一种滤膜的制备工艺，包括以下工艺步骤：

S1、流延，将第一铸膜液和第二铸膜液依次流延到载体上，形成双层液膜，所述第一铸膜液包括以下质量份的原料：第一成膜聚合物10～30份、第一溶剂体系30～150份；所述第二铸膜液包括以下质量份的原料：第二成膜聚合物10～20份、第二溶剂体系70～300份；所述第一铸膜液的粘度与所述第二铸膜液的粘度之比为(2～20)：1；所述第一铸膜液的固含量不小于15％，所述第一溶剂体系的表面张力不大于30dyne/cm。

S2、分相固化，将双层液膜浸入凝固浴中使铸膜液分相固化，至双层液膜完全固化，凝固浴为水或乙醇，得到生膜；

S3、再生，将生膜浸入再生浴中进行再生，得到再生膜。

通过采用上述技术方案，本申请中滤膜采用双层浇筑工艺，即以固含量、粘度不同的第一铸膜液和第二铸膜液分别形成滤膜的小孔径孔结构和大孔径孔结构，由于本申请中的分相机理为非溶剂致相分离(NIPS)，需要凝固浴浸入、渗透到铸膜液内部才能引起铸膜液的分相固化，因此，第一铸膜液和第二铸膜液的分相开始时间并不相同(靠近凝固浴的第二铸膜液更早开始分相)。此外，第一铸膜液和第二铸膜液大致相同的配方体系使得两者会发生相互传质，结合前述提到的，第一铸膜液和第二铸膜液的分相开始时间存在差异，这就使得，将两者依次浇筑到载体上后、第一铸膜液分相之前，第一铸膜液和第二铸膜液会发生相互传质形成混合铸膜液，并且混合铸膜液形成从第一铸膜液到第二铸膜液的固含量、粘度梯度。也正因为第一铸膜液、混合铸膜液、第二铸膜液虽然存在差异，但是体系大致相同、分相机理相同，其纤维结构的形态、尺寸，孔结构的形态、尺寸等均未发生明显的突变，因而最终制得的滤膜的截面通过SEM表征后并无明显的分界线或分层结构。

固含量、粘度较高的第一铸膜液在分相固化后主要形成对于中小尺寸病毒具有良好截留效果的分离层，第一铸膜液更高的固含量使得其更易于形成小孔径结构；而固含量、粘度较低第二铸膜液在分相固化后主要形成对于大颗粒物质具有良好截留效果的预过滤层，第二铸膜液相对较低的固含量使得其更易于形成大孔径结构；由第一铸膜液和第二铸膜液混合形成的混合铸膜液则形成滤膜的孔径过渡层，并在孔径过渡层形成具有一定孔径变化梯度的孔结构。

在本申请的滤膜的制备工艺中，第一铸膜液和第二铸膜液的粘度之比不宜过大也不宜过小。若第一铸膜液和第二铸膜液的粘度之比过大(如超过20：1)，说明第一铸膜液的粘度过大或第二铸膜液的粘度过小，当第一铸膜液的粘度过大时，凝固浴难以渗透进入到第一铸膜液内部，导致第一铸膜液内部凝固浴分布不均匀，并导致第一铸膜液各处分相不均，所得孔结构自然也均匀性较差，病毒泄露风险较高；若第一铸膜液的粘度大到凝固浴难以渗透时，将很可能导致制膜失败。且第一铸膜液和第二铸膜液的粘度差异过大也给第一铸膜液、第二铸膜液的相互传质产生影响，若第一铸膜液和第二铸膜液之间并未形成混合铸膜液，则第一铸膜液形成的小孔结构和第二铸膜液形成的大孔结构在交界处形成孔径突变区域，孔径突变区域容易因为不同粒径颗粒的集中截留而被堵塞，导致滤膜通量的快速衰减。当第二铸膜液的粘度过小时，容易形成具有过大孔径孔结构的预过滤层，耐压性较差，容易在受压时发生结构坍缩。

若第一铸膜液和第二铸膜液的粘度之比过小(如低于2：1)，说明第一铸膜液的粘度过小或第二铸膜液的粘度过大，当第一铸膜液的粘度过小时，虽然凝固浴易于进入第一铸膜液内，但是凝固浴被第一铸膜液内的溶剂体系过度稀释，因而容易形成具有较大孔径孔结构的分离层，导致分离层对于病毒的截留效果难以达到需求，病毒泄露风险过大。当第二铸膜液的粘度过大时，凝固浴在第二铸膜液处就受到较大的阻力，难以渗透、浸入到铸膜液内部促使铸膜液进行分相，导致分相不均；且粘度较大的第二铸膜液容易形成具有孔径较小的孔结构的预过滤层，导致预过滤层的纳污量过低，滤膜的载量也随之降低。

需要注意的是，第一溶剂体系的表面张力不宜过高(低于30dyne/cm)，这是由于，本申请中所采用的非溶剂致相分离的机理决定了，凝固浴作为最主要的分相动力，凝固浴浸入、渗透到铸膜液内部的速度，对于铸膜液的分相速度影响较大。为了提高铸膜液各处的分相均匀性，需要降低凝固浴在铸膜液中的阻力，从而提高凝固浴在铸膜液中各处的分散均匀性，降低因为凝固浴分散不均导致的分相速度不均，而分相速度不均会导致孔结构的孔径分布均匀性下降，孔径的标准差变大，对于分离层而言，孔径分布均匀性下降意味着病毒从较大孔径的孔结构处的泄露风险大大提高。由于第一铸膜液的粘度远大于第二铸膜液的粘度，且第一铸膜液位于第二铸膜液下方，凝固浴更难均匀的渗透到第一铸膜液内部，因此，第一铸膜液对于第一溶剂体系的表面张力要求更高。

通过控制第一溶剂体系的表面张力，能够确保凝固浴能够更均匀的浸入、渗透到第一铸膜液内部，从而使第一铸膜液的分相更均匀，以获得基本对称、均匀性较高的孔结构，由于高固含量的第一铸膜液形成的极小孔径孔结构占比较低、较大孔径孔结构占比也较低，因此，不但能够降低病毒泄露风险，还能够确保滤膜具有相对较大的通量。

可选的，所述步骤S2具体包括：

S21、预处理，将双层液膜浸入预处理浴中进行预处理，预处理时间为0.5～10s，预处理浴为40～100％的溶剂水溶液，得到预处理膜；

S22、固化，将预处理膜浸入凝固浴中至预处理膜完全分相固化，得到生膜，所述凝固浴为水或乙醇。

通过采用上述技术方案，本申请的发明人们发现，纤维素类材料的表面成孔较为困难，若直接将铸膜液浸入至凝固浴中，第二铸膜液即使固含量较低，也很容易形成较为致密的皮层结构，这可能与纤维素类材料对于凝固浴的敏感性较高有关，即纤维素类材料在遇到高浓度的凝固浴时，较短时间内就快速分相，一般认为，分相速度越快，形成的孔结构孔径越小，因此，第二铸膜液与凝固浴接触的表面很可能形成皮层结构。而在凝固浴透过皮层后浸入、渗透到铸膜液内的过程中，铸膜液中的溶剂体系将凝固浴稀释，从而使凝固浴的浓度降低，铸膜液分相速度有所降低，结合第二铸膜液较低的固含量，在皮层结构内部的铸膜液形成孔径较大的孔结构；进一步的，由于较大的孔结构能够容纳较大量的凝固浴，这部分凝固浴能够较为快速地渗透到混合铸膜液和第一铸膜液中，促使混合铸膜液和第一铸膜液的快速分相。

本申请特定的在浸入至凝固浴之前先进行预处理，预处理浴可以是溶剂和水的混合物，也可以是纯溶剂；当预处理浴为纯溶剂时，将双层液膜浸入后，第二铸膜液的表面被纯溶剂稀释，使第二铸膜液的表面形成一定的低固含量区域(相较于第二铸膜液的固含量更低)，从而大大降低浸入至凝固浴后生成皮层的可能性；当预处理浴为溶剂与水的混合物时，相较于高浓度的凝固浴，预处理浴中由于加入了一定量的溶剂，凝胶分相效果显著降低，因此，第二铸膜液在预处理浴中以明显更慢的速度凝胶分相，结合第二铸膜液本就较低的固含量、预处理浴中溶剂的稀释作用，同样能够大大降低第二铸膜液形成皮层的可能性。

可以理解的是，预处理浴为40～100％的溶剂水溶液是指，在预处理浴中，溶剂的体积百分比为40～100％，即预处理浴可以是溶剂和水的混合物，也可以是纯溶剂。所谓溶剂是指，能够将成膜聚合物溶解的物质，在本申请中，溶剂可以是丙酮、二氧六环、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸中的一种。

可选的，所述第二溶剂体系的表面张力不大于30dyne/cm；所述第一溶剂体系的表面张力小于所述第二溶剂体系的表面张力。

通过采用上述技术方案，在本申请中，由于第一铸膜液具有更高的粘度，而更高的粘度不但意味着凝固浴阻力的提高，还意味着第一铸膜液和第二铸膜液之间相互传质阻力的提高。本申请中特定的双层浇筑制膜工艺需要避免产生孔径的突变区域，因此需要第一铸膜液和第二铸膜液相互传质以形成具有粘度梯度变化的混合铸膜液，进一步确保第二铸膜液中第二溶剂体系的表面张力不大于30dyne/cm能够确保第一铸膜液和第二铸膜液具有更好的相互传质的能力，降低滤膜内部产生孔径突变区域的可能性。

此外，第一铸膜液具有更高的粘度结合第一铸膜液位于远离凝固浴的一侧，这使得凝固浴浸入、渗透到第一铸膜液内的难度更高，一旦第一铸膜液内因为过大的传质阻力导致凝固浴在第一铸膜液内较大的不均匀度，将导致第一铸膜液内部各处的分相速度均匀性下降，难以形成均匀、基本对称的孔结构。通过限定第一溶剂体系的表面张力小于第二溶剂体系的表面整理，能够大大降低凝固浴在第一铸膜液内的传质阻力，以提高第一铸膜液的分相均匀度，确保分离层具有较低的病毒泄露风险。

可选的，所述第一铸膜液的粘度为10000～30000cp，所述第二铸膜液的粘度为1000～4000cp。

通过采用上述技术方案，正如前述，第一铸膜液的粘度不宜过高也不宜过低，同样的，第二铸膜液的粘度也不宜过高或过低，并且两者粘度的比值需要控制在一定范围内。在此基础上，当第一铸膜液的粘度为10000～30000cp、第二铸膜液的粘度为1000～4000cp，并且凝固浴为水或乙醇时；第一铸膜液和第二铸膜液不但能够因为相互的传质形成混合铸膜液，从而获得具有孔径梯度变化的孔径过渡层结构，以降低孔径突变导致通量快速衰减的可能性；还能够确保凝固浴在铸膜液中(特别是第一铸膜液中)以较为快速且均匀的方式分散，从而确保分离层处的孔结构具有更均匀的孔径。

可以理解的是，相较于预过滤层，分离层处孔结构的孔径均匀度重要性更高；这是由于，预过滤层由于具有孔径较大的孔结构，主要用于对大颗粒物质进行截留，对于尺寸更小的病毒的截留效果影响较小，并且预过滤层具有一定的孔径变化梯度和较大的厚度，即使预过滤层孔结构的孔径分布均匀性相对较差，随着预过滤层孔结构孔径的减小、孔结构在厚度方向上的不断层叠，也能够对大颗粒物质形成良好的截留；孔径过渡层同样能够对少量从预过滤层泄露的大颗粒物质进行截留。

分离层是滤膜中起到截留病毒的主要区域，且为了确保高纳污量和高通量本申请中滤膜的分离层为基本对称结构，这意味着本申请中滤膜的分离层病毒泄露风险相对更高；一旦分离层处孔径分布不均，很可能导致病毒泄露，而病毒泄露风险是必须严格把控的，因此，控制铸膜液体系、分相条件等以提高分离层的孔径分布均匀度相对更重要。

可选的，所述第一成膜聚合物为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、丙酸纤维素、邻苯二甲酸乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素中的至少一种；

所述第二成膜聚合物为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、丙酸纤维素、邻苯二甲酸乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素中的至少一种。

可选的，所述第一溶剂体系为第一良溶剂和第一成孔剂按照质量比(1～8)：(5～22)的混合物；

所述第二溶剂体系为第二良溶剂和第二成孔剂按照质量比(3～13)：(4～17)的混合物；

所述第一良溶剂为丙酮、二氧六环、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸中的至少一种；

所述第二良溶剂为丙酮、二氧六环、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸中的至少一种；

所述第一成孔剂为乙醇、1-丙醇、六氟异丙醇或三氟乙醇中的至少一种；

所述第二成孔剂为乙醇、1-丙醇、六氟异丙醇或三氟乙醇中的至少一种。

通过采用上述技术方案，硝酸纤维素和醋酸纤维素、丙酸纤维素等都是纤维素的酯化物，只需在一定的条件下水解脱脂，即可再生得到再生纤维素，是目前较为主流的纤维素类成膜材料，相较于铜氨纤维更环保、绿色。

第一溶剂体系和第二溶剂体系均通过良溶剂和成孔剂混合得到，可以理解的是，良溶剂是指，对成膜聚合物具有良好溶解性能的溶剂，而成孔剂是指，虽然对成膜聚合物的溶解性能较差，但是在制膜过程中，能够促进孔结构的形成，促使凝固浴向铸膜液内部浸入、渗透的组分。

由于第一铸膜液和第二铸膜液的浇筑顺序不同、固含量不同，对于凝固浴的阻力也不同，为了促使凝固浴在第一铸膜液和第二铸膜液中快速、均匀的传质，具有更高固含量、距离凝固浴更远的第一铸膜液需要更多的成孔剂，以促进凝固浴在第一铸膜液中的传质。本申请的发明人们发现，对于本申请特定的双层浇筑工艺而言，当第一溶剂体系为第一良溶剂和第一成孔剂按照质量比(1～8)：(5～22)的混合物、第二溶剂体系为第二良溶剂和第二成孔剂按照质量比(3～13)：(4～17)的混合物，能够获得具有高LRV、高载量的滤膜。

本申请中特定采用低表面张力的成孔剂，相较于目前常见的PVP、PEG成孔剂，低表面张力的成孔剂能够促使凝固浴向铸膜液内渗透，提高铸膜液内部各区域的分相均匀度；而PVP、PEG等成孔剂虽然的确去除后能够成孔，但是这些成孔剂的粘度较高，对于凝固浴的传质阻力较大，考虑到第一铸膜液的固含量较高、粘度较高，若进一步加入虽然能够成孔，但是具有增稠作用的PVP和PEG，将会给第一铸膜液的分相均匀度造成较大的影响，更容易导致大梯度、不均匀孔结构的产生。

可选的，所述步骤S3中，再生浴为氢氧化钠水溶液，且再生浴的温度为20～40℃，再生时间30～120min。

可选的，所述步骤S3之后还进行步骤S4、交联，将再生膜置于交联剂中进行交联处理，交联处理结束并清洗后得到成品膜，所述交联剂为卤代环氧化物、双卤代烷烃和双卤代醇中的至少一种。

通过采用上述技术方案，由于纤维素的特性之一就是质地较软，这使得水解再生后得到的再生纤维膜往往机械性能较差，而除病毒过滤往往采用死端过滤的方式，这就使得滤膜往往受到料液较大的压力，若滤膜的耐压性能不足，很可能会造成滤膜孔结构的坍缩，而一旦滤膜的孔结构因为受压坍缩，其病毒截留能力、通量将受到明显的影响。因此，在步骤S3之后进一步以交联剂进行交联处理，以提高滤膜的耐压性能，降低滤膜受压发生结构坍缩的可能性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请的滤膜以亲水性良好的纤维素类原料作为成膜材料，具有较高的蛋白质收率；滤膜的PMI平均孔径为15～40nm，因而对中小尺寸的病毒具有良好的截留效果；预过滤的厚度较大，因而对于大颗粒物质具有良好的截留效果且具有较大的纳污量；滤膜的孔径过渡层的厚度较小且孔径变化系数较小，因而孔径过渡层的孔径并未发生突变，不易因为孔径突变而产生集中截留并导致局部堵塞、通量的快速衰减，因而具有较大的载量；分离层的基本对称结构使得分离层在确保对于中小尺寸病毒具有良好截留效果的基础上，由于并未引入极小孔结构，因而不易因为小范围内的大量病毒截留而发生堵塞、通量的快速衰减，无极小孔结构也使得滤膜具有较大的通量；因此，本申请中的滤膜不但具有良好的病毒截留效果，还兼具较高的通量、载量和蛋白质收率；

2.本申请还进一步公开了一种滤膜的制备工艺，该制备工艺采用双层涂覆工艺，以粘度不同的铸膜液分别形成具有小孔结构的分离层和大孔结构的预过滤层，并且由于两层铸膜液的体系大致相同，因而在浇筑后会发生相互传质，形成具有粘度梯度的混合铸膜液，从而大大降低滤膜中存在分界线的可能性，降低滤膜因为发生局部的集中截留而导致通量快速衰减的可能性。

附图说明

图1是本申请实施例6的滤膜的进液面SEM图，且图中放大倍数为20k×。

图2是本申请实施例6的滤膜的出液面SEM图，且图中放大倍数为50k×。

图3是本申请实施例6的滤膜的整体截面SEM图，且图中放大倍数为1k×。

图4是本申请实施例6的滤膜的孔径变化层的截面SEM图，且图中放大倍数为10k×。

图5是本申请实施例6的滤膜的靠近进液面处的截面SEM图，且图中放大倍数为10k×。

图6是本申请实施例6的滤膜的靠近出液面处的截面SEM图，且图中放大倍数为50k×。

具体实施方式

以下结合附图1～6对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例公开了一种不对称纤维素除病毒滤膜的制备工艺，包括以下工艺步骤：

S1、流延，按照表1中的配比将各物料混合配制得到第一铸膜液和第二铸膜液，并依次将第一铸膜液和第二铸膜液流延到载体上，即第一铸膜液位于载体侧，第二铸膜液位于第一铸膜液上方，第一铸膜液和第二铸膜液浇筑到载体上后形成双层液膜。且本实施例中，第一成膜聚合物和第二成膜聚合物均为二醋酸纤维、第一良溶剂和第二良溶剂均为二甲基乙酰胺、第一成孔剂和第二成孔剂均为乙醇。

S2、分相固化，具体包括：

S21、预处理，将双层液膜浸入到预处理浴中进行预处理，预处理时间为7s，预处理浴为85％的丙酮水溶液，预处理结束后得到预处理膜；

S22、固化，将预处理结束后得到的预处理膜浸入至凝固浴中，至预处理膜完全分相固化，得到生膜，本实施例中，凝固浴为水。

S3、再生，将充分固化后得到的生膜浸入至再生浴中再生处理70min，再生浴的温度为30℃，促使醋酸纤维素水解为再生纤维素，并将水解后的膜取出、水洗至pH为中性，得到再生膜。在本实施例中，再生浴是浓度为0.05mol/L、温度为50℃的氢氧化钠水溶液。

S4、交联，将再生得到的再生膜置于交联剂中进行交联处理，交联处理结束后即得到成品膜。本实施例中，交联剂为环氧氯丙烷浓度为10wt％的水溶液，交联时间为25min，交联温度为50℃。

实施例2～6

实施例2～6与实施例1的不同之处主要在于，各步骤的工艺参数不同、铸膜液的组成配比不同，详见表1。

实施例7

实施例7与实施例1的不同之处主要在于，实施例7中并未使用预处理浴对双层结构进行预处理，而是直接将双层液膜浸入至凝固浴中，使双层液膜分相固化。除此之外，各步骤的工艺参数、铸膜液的组成配比详见表1，步骤S2具体包括以下工艺步骤：

S2、分相固化，将双层液膜浸入至凝固浴中使铸膜液分相固化，至双层液膜完全固化，得到生膜，本实施例中，凝固浴为水。

实施例8

实施例8与实施例1的不同之处主要在于，实施例8中并未对再生膜进行交联处理，除此之外，各步骤的工艺参数、铸膜液的组成配比详见表1。

对比例

对比例1

对比例1与实施例1的不同之处主要在于，对比例1以单层浇筑的工艺进行滤膜的制备，即对比例1中仅在载体上浇筑第一铸膜液，并未在第一铸膜液上方进一步浇筑第二铸膜液，除此之外，各步骤的工艺参数、铸膜液的组成配比详见表1。对比例1中滤膜的制备工艺包括以下步骤：

S1、流延，按照表1中的配比将各物料混合配制得到第一铸膜液，并将第一铸膜液流延到载体上形成单层液膜。本对比例中，第一成膜聚合物为二醋酸纤维，第一良溶剂选用N-甲基吡咯烷酮、第一成孔剂选用1-丙醇。

S2、分相固化，具体包括：

S21、预处理，将单层液膜浸入到预处理浴中进行预处理，预处理时间为5s，预处理浴为80％的丙酮水溶液，预处理结束后得到预处理膜；

S22、固化，将预处理结束后得到的预处理膜浸入至凝固浴中，至预处理膜完全分相固化，得到生膜，本对比例中，凝固浴为水。

S3、再生，将充分固化后得到的生膜进入至再生浴中再生处理60min，再生浴的温度为30℃，促使醋酸纤维素水解为再生纤维素，并将水解后的膜取出、水洗至pH为中性，得到再生膜。在本对比例中，再生浴是浓度为0.05mol/L、温度为50℃的氢氧化钠水溶液。

S4、交联，将再生得到的再生膜置于交联剂中进行交联处理，交联处理结束后即得到成品膜。本对比例中，交联剂为环氧氯丙烷浓度为10wt％的水溶液，交联时间为25min，交联温度为50℃。

对比例2

对比例2与实施例1的不同之处主要在于，对比例2中虽然仍以双层浇筑的工艺进行滤膜的制备，但是对比例2的第一溶剂体系和第二溶剂体系中，成孔剂均选用PEG-400，除此之外，各步骤的工艺参数、铸膜液的组成配比详见表1。

对比例3

对比例3与实施例1的不同之处主要在于，对比例3中虽然仍以双层浇筑的工艺进行滤膜的制备，但是对比例3中通过对第一铸膜液的配方进行调整，使第一铸膜液的固含量低于15％且粘度小于10×10³cp；此外，还通过对第二铸膜液的配方进行调整，使第二铸膜液的粘度较大从而使第一铸膜液和第二铸膜液的粘度之比较小；第一铸膜液和第二铸膜液的具体组成配比详见表1。

表1各实施例、对比例的配比和工艺参数

性能检测和性能数据

一、病毒挑战测试

病毒挑战测试方法参照PDA TR41中的相关规定进行，且模式病毒为PP7噬菌体或乙型肝炎病毒、模式蛋白为IVIG，Buffer为PBS；测试过程中记录通量和载量随时间的变化，即得到滤膜的LRV、通量、载量。当滤膜的通量下降至25％时或挑战液过滤至仅剩余底部少许时，进行顶洗操作；具体为撤去外加压力，并加入Buffer静置15min，随后再加压至30psi进行工艺停留后的病毒挑战测试，此时收集到的滤液为顶洗滤液，顶洗滤液单独收集并进行病毒滴度测定，并计算顶洗后的LRV，以进一步计算得到顶洗LRV保留系数。

其中，各实施例、对比例的表面形貌参数相关数据记录于表2中：

表2各实施例、对比例的表面形貌参数

其中，各实施例、对比例的滤膜的病毒截留相关数据记录于表3中：

表3各实施例、对比例的病毒截留相关数据

结论

本申请中实施例1-6的滤膜均兼具较高的通量和病毒截留效果。实施例7中的滤膜由于未进行预处理，因而进液面的孔洞结构具有显然较小的孔径，这使得其具有较小的载量。而实施例8未进行交联操作，这使得滤膜虽然具有孔径较大的缓冲区结构，但是载量较小，这可能是由于未经交联的纤维结构耐压性较差，孔结构受压发生了一定程度的坍缩。

对比例1中的滤膜由于采用单层浇筑工艺制得，由于没有两层不同的铸膜液相互传质形成具有粘度、固含量梯度变化的混合铸膜液，因此，并未形成孔径过渡层结构。在观察对比例1中滤膜截面的SEM图时，发现滤膜在厚度方向上的孔径先从大变小再变大，这与本申请各实施例中制得的滤膜的孔径变化趋势大致为从大变小不同。且在制备该滤膜时，为了确保具有良好的病毒截留效果，控制铸膜液具有较高的粘度和固含量(相较于各实施例中第二铸膜液的粘度和固含量)，粘度较高的铸膜液表面开孔困难度更高，因此以更长时间的预处理以确保铸膜液表面能够形成大孔结构。然而，较长时间的预处理虽然在铸膜液表面形成了大孔结构，但是过大的孔结构导致制得的滤膜的进液面附近的多孔主体不耐高压，在30psi的压力下，滤膜进液面附近的多孔主体发生结构坍缩，结合滤膜具有较大占比的小孔结构，通量和载量均较小，实用性较低。

对比例2中的滤膜虽然采用了双层浇筑的制备工艺，但是由于采用PEG作为成孔剂，相较于本申请中的低表面张力成孔剂，PEG的表面张力更大；此外，PEG成孔剂的粘度也显著更大，对比例2中第一铸膜液和第二铸膜液的粘度之比大于20：1，高粘度结合较高的粘度比使得第一铸膜液和第二铸膜液之间传质困难，因此对比例2中并未形成明显的孔径变化层结构。这就使得具有大孔结构的预过滤层和具有小孔结构的分离层之间形成了较为明显的孔径突变，容易发生局部堵塞，因而滤膜的载量较低。此外，铸膜液较高的粘度也使得凝固浴在铸膜液内所受阻力较高，凝固浴的分散均匀度较差，导致病毒泄露风险提高。

对比例3中的滤膜虽然也采用了双层浇筑的制备工艺，但是第一铸膜液的固含量低于15％，而第二铸膜液的固含量较高、粘度较高，此时，第一铸膜液和第二铸膜液的粘度之比较小，仅为1.4：1。由于凝固浴在第二铸膜液处就受到较大的阻力，较难渗透、浸入到铸膜液内部，导致凝固浴的分散均匀度较差；且固含量较高的第二铸膜液形成的孔结构孔径较小，纳污量过低，导致滤膜的载量较低。此外，由于第一铸膜液的分相开始时间延后，第一铸膜液内部的物料均匀度也下降，从而导致分相固化后得到的分离层结构孔径均匀度较差，病毒泄露风险较高。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (23)

1.一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，包括多孔主体，所述多孔主体内具有非定向曲折通路，所述多孔主体的一侧表面为进液面，所述多孔主体的另一侧表面为出液面，其特征在于：

所述进液面的SEM测量平均孔径大于所述出液面的SEM测量平均孔径；所述多孔主体从进液面到出液面依次包括预过滤层、孔径过渡层和分离层，所述预过滤层的一侧为进液面，所述分离层的一侧为出液面；

所述滤膜的PMI平均孔径为15～40nm；

所述预过滤层的厚度为20～80μm；

所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0～0.1)/(0.9～1)}不大于5，所述孔径过渡层的厚度不大于20μm；

所述分离层为基本对称结构；

所述孔径过渡层靠近进液面一侧视为膜厚度为0，所述孔径过渡层靠近出液面一侧视为膜厚度为1，

孔径变化系数

2.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0～0.1)/(0.4～0.5)}为1.1～1.6；和/或，所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0.5～0.6)/(0.9～1)}为1.1～1.6。

3.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0～0.1)/(0.4～0.5)}与所述孔径过渡层的孔径变化系数S_{(0.5～0.6)/(0.9～1)}之比为0.8～1.2。

4.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述孔径过渡层0.3～0.5区域的SEM测量平均孔径与所述孔径过渡层0.5～0.7区域的SEM测量平均孔径之差为30～100nm。

5.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述孔径过渡层的SEM测量平均孔径为100～300nm，所述孔径过渡层的SEM测量平均孔径小于所述预过滤层的SEM测量平均孔径且小于所述分离层的SEM测量平均孔径。

6.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述孔径过渡层0～0.5区域的SEM测量纤维直径为20～50nm；所述孔径过渡层0.5～1区域的SEM测量纤维直径为20～45nm。

7.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述孔径过渡层0.3～0.5区域的SEM测量纤维直径与所述孔径过渡层0.5～0.7区域的SEM测量纤维直径之差不大于10nm。

8.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述预过滤层的SEM测量平均孔径为200～800nm；所述分离层的SEM测量平均孔径为30～80nm，所述分离层的厚度为20～50μm。

9.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述预过滤层的SEM测量平均孔径变化梯度比所述分离层的SEM测量平均孔径变化梯度至少大2nm/μm，所述分离层的SEM测量平均孔径变化梯度不大于3nm/μm。

10.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述预过滤层的SEM测量纤维直径为60～150nm，所述分离层的SEM测量纤维直径为20～40nm。

11.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述进液面上包括若干条状的第一纤维，若干所述第一纤维相互连接且相邻的所述第一纤维环绕形成第一孔洞；

所述第一孔洞的SEM测量平均孔径为350～2000nm；和/或，

所述出液面存在若干圆孔状的第二孔洞；

所述第二孔洞的SEM测量平均孔径为25～45nm。

12.根据权利要求11所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述第二孔洞中，大于SEM测量平均孔径30nm的第二孔洞，占第二孔洞总数不超过20％；所述第二孔洞中，小于SEM测量平均孔径20nm的第二孔洞，占第二孔洞总数不超过20％。

13.根据权利要求11所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述第二孔洞中，离均差不大于25nm的第二孔洞的占比不小于70％；所述离均差为第二孔洞的SEM测量孔径与所述第二孔洞的SEM测量平均孔径之差的绝对值。

14.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述滤膜的通量保留系数为T，所述T不小于0.4@(10g/L)，所述T通过下式计算得到：

上式中，V为滤膜的载量，且通量衰减a％时的载量为Va；V25为通量衰减25％时滤膜的载量、即V50为通量衰减50％时滤膜的载量、V75为通量衰减75％时滤膜的载量。

15.根据权利要求1所述的一种非对称再生纤维素除病毒滤膜，其特征在于：所述滤膜的顶洗LRV保留系数不小于80％；所述滤膜通量衰减75％时的载量不小于120L/m²；所述滤膜的蛋白质收率不低于98％；所述滤膜的通量不低于60L/(h·m²)@30psi。

16.权利要求1～15任一项所述的滤膜的制备工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：

S1、流延，将第一铸膜液和第二铸膜液依次流延到载体上，形成双层液膜，所述第一铸膜液包括以下质量份的原料：第一成膜聚合物10～30份、第一溶剂体系30～150份；所述第二铸膜液包括以下质量份的原料：第二成膜聚合物10～20份、第二溶剂体系70～300份；所述第一铸膜液的粘度与所述第二铸膜液的粘度之比为(2～20)：1；所述第一铸膜液的固含量不小于15％，所述第一溶剂体系的表面张力不大于30dyne/cm；

S2、分相固化，将双层液膜浸入凝固浴中使铸膜液分相固化，至双层液膜完全固化，凝固浴为水或乙醇，得到生膜；

S3、再生，将生膜浸入再生浴中进行再生，得到再生膜。

17.根据权利要求16所述的滤膜的制备工艺，其特征在于：所述步骤S2具体包括：

S21、预处理，将双层液膜浸入预处理浴中进行预处理，预处理时间为0.5～10s，预处理浴为40～100％的溶剂水溶液，得到预处理膜；

S22、固化，将预处理膜浸入凝固浴中至预处理膜完全分相固化，得到生膜，所述凝固浴为水或乙醇。

18.根据权利要求16或17所述的滤膜的制备工艺，其特征在于：所述第二溶剂体系的表面张力不大于30dyne/cm；所述第一溶剂体系的表面张力小于所述第二溶剂体系的表面张力。

19.根据权利要求16或17所述的滤膜的制备工艺，其特征在于：所述第一铸膜液的粘度为10000～30000cp，所述第二铸膜液的粘度为1000～4000cp。

20.根据权利要求16或17所述的滤膜的制备工艺，其特征在于：

所述第一成膜聚合物为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、丙酸纤维素、邻苯二甲酸乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素中的至少一种；

所述第二成膜聚合物为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、丙酸纤维素、邻苯二甲酸乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素中的至少一种。

21.根据权利要求16或17所述的滤膜的制备工艺，其特征在于：

所述第一溶剂体系为第一良溶剂和第一成孔剂按照质量比(1～8)：(5～22)的混合物；

所述第二溶剂体系为第二良溶剂和第二成孔剂按照质量比(3～13)：(4～17)的混合物；

所述第一良溶剂为丙酮、二氧六环、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸中的至少一种；

所述第二良溶剂为丙酮、二氧六环、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸中的至少一种；

所述第一成孔剂为乙醇、1-丙醇、六氟异丙醇或三氟乙醇中的至少一种；

所述第二成孔剂为乙醇、1-丙醇、六氟异丙醇或三氟乙醇中的至少一种。

22.根据权利要求16或17所述的滤膜的制备工艺，其特征在于：所述步骤S3中，再生浴为氢氧化钠水溶液，且再生浴的温度为20～40℃，再生时间30～120min。

23.根据权利要求16或17所述的滤膜的制备工艺，其特征在于：所述步骤S3之后还进行步骤S4、交联，将再生膜置于交联剂中进行交联处理，交联处理结束并清洗后得到成品膜，所述交联剂为卤代环氧化物、双卤代烷烃和双卤代醇中的至少一种。

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