CN1190355A - 有高孔密度和混合的各向同性和各向异性结构的微滤膜 - Google Patents

有高孔密度和混合的各向同性和各向异性结构的微滤膜 Download PDF

Info

Publication number
CN1190355A
CN1190355A CN96195411.6A CN96195411A CN1190355A CN 1190355 A CN1190355 A CN 1190355A CN 96195411 A CN96195411 A CN 96195411A CN 1190355 A CN1190355 A CN 1190355A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
polymer
micropore
cortex
district
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN96195411.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1127370C (zh
Inventor
王一凡
杰罗米·F·迪特尔
里克·莫里斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pall Corp
Pall Filtration and Separations Group Inc
Original Assignee
Memtec America Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Memtec America Corp filed Critical Memtec America Corp
Publication of CN1190355A publication Critical patent/CN1190355A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1127370C publication Critical patent/CN1127370C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/0009—Organic membrane manufacture by phase separation, sol-gel transition, evaporation or solvent quenching
    • B01D67/0011—Casting solutions therefor
    • B01D67/00113—Pretreatment of the casting solutions, e.g. thermal treatment or ageing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/0009—Organic membrane manufacture by phase separation, sol-gel transition, evaporation or solvent quenching
    • B01D67/0011—Casting solutions therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/0009—Organic membrane manufacture by phase separation, sol-gel transition, evaporation or solvent quenching
    • B01D67/0013—Casting processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/08—Specific temperatures applied
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/12—Specific ratios of components used
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
    • B01D2325/022—Asymmetric membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/36—Hydrophilic membranes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

本发明涉及合成聚合物微滤膜材料领域,该膜用于从含固体的液体中分离液体。本发明的一方面涉及有高表面孔隙率(高孔密度)和特殊的不对称性的砜聚合物膜,其能在不需离心分离的情况下使固体(即血细胞)与液体(即血浆)分离。使所述砜聚合物(为憎水性聚合物)与亲水性聚合物如聚乙烯基吡咯烷酮一起浇铸而赋予膜亲水性。由于这些性能和仅需将少量含固体的液体(即全血)施于大孔表面,本发明膜特别适用于检测装置,用于迅速检测液体试样的性能和其中所含的组分,如诊断应用(即生理症状(即妊娠、胰岛素水平、胃溃疡等)和传染病(即AIDS、肝炎等)的检测)。

Description

有高孔密度和混合的各向同性和各向异性结构的微滤膜
发明背景
1.发明领域
本发明涉及合成聚合物微滤膜材料领域。本发明的膜为有混合的各向同性和各向异性结构且在膜的微孔表面有高孔密度的整体膜。
2.技术背景
非对称性或各向异性的膜为本领域所公知。例如，Wrasidlo在US4,629,563和4,774,039中，和Zepf在US5,188,734和5,171,445中，均公开了非对称性或各向异性的膜及其制备方法，这些文献均引入本文供参考。Wrasidlo和Zepf的专利公开了整体的、高度不对称的、微孔皮层膜，有很高的流速和极好的截留性能。这种膜一般通过改进的“相转化”法制备，使用聚合物在溶剂/非溶剂体系中的亚稳态两相液体分散相浇铸，随后与非溶剂接触。Zepf专利公开了对Wrasidlo专利的改进。
相转化法一般通过以下步骤进行：(i)将包括适合的高分子量聚合物、溶剂和非溶剂的溶液或混合物浇铸成薄膜、管或中空纤维，和(ii)通过以下的一种或多种机理使聚合物凝固：
(a)溶剂和非溶剂的蒸发(干法)；
(b)暴露于非溶剂蒸气如水蒸汽中，其吸收在暴露的表面上(湿干混合法)；
(c)在非溶剂液体一般为水中骤冷(湿法)；或
(d)使热的膜骤冷，从而突然地显著降低聚合物的溶解度(热法)。
从溶液至凝胶进行相转化图示如下：
 SOL1———→SOL2———→Gel
(溶液)      (分散相)
基本上，SOL1为均匀的溶液，SOL2为分散相，Gel为形成的聚合物基质。诱发SOL2形成的因素取决于所用的相转化法。然而，诱发因素一般与聚合物在SOL中的溶解度有关。在湿法中，浇铸SOL1并使其与聚合物的非溶剂接触，从而诱发SOL2的形成，SOL2再“凝固”成Gel。在湿干混合法中，浇铸SOL1并使之暴露于包含聚合物的非溶剂的气态气氛中，从而诱发SOL2的形成，SOL2再“凝固”成Gel。在热法中，浇铸SOL1，降低铸膜的温度产生SOL2，SOL2再“凝固”成Gel。在干法中，浇铸SOL1，使之与允许一种或多种所述溶剂蒸发的气态气氛(如空气)接触，从而诱发SOL2的形成，SOL2再“凝固”成Gel。
铸膜液中的非溶剂对所述聚合物不必完全惰性，事实上它通常不是非溶剂，而常称为溶胀剂。在Wrasidlo-型配方中，如后面所述，选择所述非溶剂的类型和浓度是重要的，因这是决定铸膜液是否存在于相分离条件下的主要因素。
通常，所述非溶剂是主要的成孔剂，其在铸膜液中的浓度对最终膜中的孔径和孔径分布影响很大。聚合物浓度也影响孔径，但不如非溶剂明显。然而，它影响强度和孔隙率(空隙体积)。铸膜液中除这些主要成分之外，还可有次要成分如表面活性剂或脱模剂。
聚砜特别适合于形成高度不对称性膜，尤其是在两相Wrasidlo配方中。这些不是均相溶液而是由两个分开的相组成，其一是低浓度(如7％)低分子量聚合物的富溶剂的透明溶液，另一是高浓度(如17％)高分子量聚合物的富聚合物的混浊(胶态)溶液。该两相含有相同的三种成分，即聚合物、溶剂和非溶剂，但浓度和分子量分布完全不同。更重要的是，这两相互不相溶，如使其静置则将分离。必须不断地搅拌使混合物作为分散相保持，直到将其浇铸成膜时止。实质上，Wrasidlo型配方的铸膜液应当是SOL2(分散相)的情况。因此，分散相作为凝胶形成的起点，而非中间步骤(上面)，如下所示：
  SOL2——→GeI
(分散相)
该方法的改进使Wrasidlo膜与现有技术相比，各向异性和均匀一致性程度较高。
铸膜混合物中的非溶剂及其浓度导致相分离，但并非每种非溶剂都是这样。或许有类似于表面活性剂作用的非溶剂，可能通过调节某些大聚合物分子成为聚集体或胶体而产生临界的胶束浓度，然后将其分散于剩余的非胶态溶液中。如使其静止，则两相彼此分离，但各相本身是相当稳定的。如果改变混合物的温度，则发生相转移。加热产生更透明的相；冷却则相反。改变浓度有相同的效果，但有临界浓度范围或上下限，其中可能存在相分离体系，如Wrasidlo所述。Wrasidlo定义了在恒温下此分散的聚合物/溶剂/非溶剂的相图中这个不稳定区域是位于旋节和双结点曲线之间，其中所述聚合物不完全与溶剂混溶。
由于该聚合物有很高的憎水性和该铸膜混合物的热力学不稳定条件，其中预选存在两相，一相富含溶剂，另一相富含聚合物(进行相转化时其它体系必须经过的条件)，不稳定的Wrasidlo混合物被骤冷时迅速凝固，而在界面形成微孔皮层，结果发展成高度不对称的膜，Wrasidlo和Zepf专利共有的结构。
Wrasidlo专利中所用的“非对称性”意指在微孔皮层(在铸膜过程中构成空气-溶液界面或骤冷-溶液界面的膜的细孔侧)和亚结构之间横截面上的孔径逐渐改变的膜。这与反渗透和大多数超滤膜相反，其在“非微孔皮层”和亚结构之间突然间断，在本领域也称为非对称性。
聚合物膜也可由均匀的聚合物溶液浇铸。这些配方的组成在Wrasidlo相图的旋节/双结点区域之外。由均匀溶液浇铸的膜也可以是非对称的，但通常不对称程度不如由相分离配方浇铸的高。
Wrasidlo膜相对于现有技术膜的流速和选择渗透性均有改善。此改善的流速和选择渗透性来自膜的结构。
Zepf专利公开了改进的Wrasidlo-型聚合物膜，有明显较大量的尺寸更一致的微孔皮孔，流速显著增加，对于任何给定的孔径流动协方差降低。改进的Zepf膜通过改进的Wrasidlo法获得，包括降低浇铸和骤冷温度，和降低浇铸和骤冷之间在环境下的暴露。Zepf还教导降低的浇铸和骤冷温度使膜形成法对配方和工艺参数的变化的敏感性减至最小。
增加膜的表面孔径已有报导。参见Fuji的UK2,199,786(本文称为“Fuji”)。Fuji专利及其它参考文献教导，当浇铸的聚合物溶液暴露于湿空气时，在膜表面之下将发生相转化。参见Fuji专利。按Fuji法生产的膜有以下结构特征，即表面上的孔相对较宽(即0.05-1.2μm)，然后孔径逐渐收缩至表面之下的相转化点，接着开孔一直至浇铸表面逐渐达到各向同性结构(1-10μm)。因此，可认为Fuji膜从皮层表面至转化点有反不对称性和逐渐至各向同性结构的不对称性。该专利明确地教导要延长膜的寿命应使用最小的不对称性。参见第4页7-29行。此外，看来Fuji膜一般用有相对高粘度的制剂制备。例如，聚合物浓度通常相当高，在许多情况下，用聚合物作为非溶剂制备这样的膜。参见第12页实施例2；第15页实施例3。
非对称性微滤膜适合于许多应用。例如，这种膜可以各种形式(即例如圆片或筒)应用于各种过滤(即在食品和饮料业、医药、和医学实验中用于提纯和检测应用)。这种膜已日益变得与检测业相关，用于痕量金属分析和医疗诊断等。该膜有大孔侧边和微孔表面。将含固体的液体试样施于大孔表面，无固体的液体从微孔表面排出。可在无固体干扰的情况下检测无固体的液体试样(滤出液)。此检测可通过化学、电子或使用各种分析设备进行。
举例说明的一种检测应用是在诊断业中，已证明非对称性膜特别适用于血液分离。见Koehen等的US5,240,862。可将全血涂于开孔的表面，细胞可被滤出，保留在膜的多孔基质中，血液中的血浆通过膜。使微孔表面与分析物检测装置接触，可测量存在或不存在粒状分析物，而不受细胞的干扰。此外，此结构使人们可在不进行离心分离的情况下进行诊断化验。
如上所述，非对称膜可容易由某些憎水性聚合物如砜聚合物和混合的纤维素酯制备。砜聚合物类一般包括三类聚合物：聚砜、聚醚砜、和聚芳基砜。然而，用憎水性聚合物制备膜时，所得膜是憎水的，它在合理的操作条件下水一般不能通过。因此，在需要水环境中操作膜的应用中，通常使该类膜(或制成膜之前的聚合物)与能使所得膜变成亲水性的部分反应或混合。
例如，有几种由憎水性聚合物产生亲水性膜的对策，包括：
在铸膜前使憎水性聚合物磺化；
使憎水性铸膜与赋予铸膜亲水性的试剂接触；
铸膜之前在铸膜液中掺杂亲水部分。
这些赋予膜亲水性的方法均存在固有的问题和困难。例如，对膜进行后处理时赋予亲水性的部分有可能沥滤和污染试样。人们试图通过使某些部分交联至铸膜表面使沥滤达到最小。例如，Roesink等在US4798847(现Re.34296)中公开了使PVP交联至聚砜膜。然而，虽然使亲水部分交联至膜似乎使沥滤最小，但可能增加附加步骤而使膜的制备工艺变得复杂。此外，取决于交联所需条件，可能牺牲膜的强度和/或刚性。
在浇铸之前磺化憎水性聚合物时，很难(如果不是不可能)用它来制备非对称性膜。因此，仅限于制造各向同性膜。
给膜赋予亲水性的最后一途径涉及在铸膜悬浮液中掺杂亲水部分。例如，Kraus等在US4964990和4900449中公开了通过包含在亲水性聚合物如PEG或PVP的铸膜溶液中从憎水性聚合物形成亲水性微滤膜。但按Kraus专利制备的膜是各向同性的，因此不适合于用非对称膜容易检测的那种检测应用。
因此，需要提供一种有高度稳定的亲水性、足够的强度和刚性并在检测中能有效地应用的非对称微孔膜。
发明概述
本发明的一方面涉及有高表面孔隙率和特殊的非对称性的砜聚合物膜，其能在不需离心分离的情况下从液体试样中分离固体。使所述砜聚合物(为憎水性聚合物)与亲水性聚合物如聚乙烯基吡咯烷酮一起浇铸而赋予膜亲水性。由于这些性能和仅需将少量液体试样施于大孔表面的事实，本发明膜特别适用于检测装置，用于在不受固体干扰的情况下迅速检测液体试样中的分析物。本发明膜用途的一个例子是在血液分离应用中用于迅速检测生理条件(即妊娠、胰岛素水平、胃溃疡等)和传染病(即AIDS、肝炎等)。
根据本发明的第一方面，提供一种整体的砜聚合物膜，通过使所述砜聚合物与亲水性聚合物一起浇铸而赋予亲水性，所述膜包括微孔皮层和多孔基质，所述微孔皮层有高孔密度，所述多孔基质包括孔径基本一致的各向同性区和孔径逐渐增加的不对称区。
在优选实施方案中，所述膜包括约1μm至约5μm的平均流动孔径。在另一优选实施方案中，所述砜聚合物选自聚砜、聚醚砜和聚芳基砜。在另一优选实施方案中，所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。在另一优选实施方案中，所述膜有至少2mm/sec的水的横向毛细(wicking)速度。在另一优选实施方案中，所述膜有厚度和从微孔皮层延伸至所述厚度的约15-25％的各向同性区。
根据本发明的第二方面，提供一种整体的砜聚合物膜，通过使所述砜聚合物与亲水性聚合物一起浇铸而赋予亲水性，所述膜包括微孔皮层和多孔基质，所述微孔皮层有高孔密度，所述多孔基质包括限定直径基本一致的流动通道的各向同性区和限定直径逐渐增加的流动通道的不对称区。
在优选实施方案中，所述膜包括约1μm至约5μm的平均流动孔径。在另一优选实施方案中，所述砜聚合物选自聚砜、聚醚砜和聚芳基砜。在另一优选实施方案中，所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。在另一优选实施方案中，所述膜有至少2mm/sec的水的横向毛细速度。在另一优选实施方案中，所述膜有厚度和从微孔皮层延伸至所述厚度的约15-25％的各向同性区。
根据本发明的第三方面，提供一种亲水性整体砜聚合物膜的制备方法，所述膜包括微孔皮层和多孔基质，所述微孔皮层有高孔密度，所述多孔基质包括孔径基本一致的各向同性区和孔径逐渐增加的不对称区，所述方法包括：准备一种含有约8％至17％(重)的砜聚合物和约5％至25％(重)溶于溶剂中的亲水性聚合物的铸膜液；浇铸所述铸膜液形成薄膜；将所述薄膜暴露于相对湿度在约50％和80％之间的水蒸汽的气态环境中约5至35秒；使所述膜在温度在约20℃和70℃之间的水浴中凝固；和收集所述膜。
在优选实施方案中，铸膜液为均相溶液。在另一优选实施方案中，铸膜液还含有砜聚合物的非溶剂。在另一优选实施方案中，铸膜液为分散相。在另一优选实施方案中，膜有约1μm至约5μm的平均流动孔径。在另一优选实施方案中，砜聚合物选自聚砜、聚醚砜和聚芳基砜。在另一优选实施方案中，亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。在另一优选实施方案中，膜有至少2mm/sec的水的横向毛细速度。在另一优选实施方案中，膜有厚度和从微孔皮层延伸至所述厚度的约15-25％的各向同性区。
根据本发明的第四方面，提供一类包括分离膜和接触膜的横向毛细装置，其改进包括：所述分离膜包括整体的砜聚合物膜，通过使所述砜聚合物与亲水性聚合物一起浇铸而赋予亲水性，所述膜包括微孔皮层和多孔基质，所述微孔皮层有高孔密度，所述多孔基质包括孔径基本一致的各向同性区和孔径逐渐增加的不对称区。
在优选实施方案中，所述膜包括约1μm至约5μm的平均流动孔径。在另一优选实施方案中，所述砜聚合物选自聚砜、聚醚砜和聚芳基砜。在另一优选实施方案中，所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。在另一优选实施方案中，所述膜有至少2mm/sec的水的横向毛细速度。在另一优选实施方案中，所述膜有厚度和从微孔皮层延伸至所述厚度的约15-25％的各向同性区。在另一优选实施方案中，所述装置为横向毛细装置。
附图简述
图1为本发明膜的一对扫描电子显微照片(SEM’s)。图1a为所述膜的俯视图，表明膜的微孔表面。图1b为所述膜的剖面图。
图2为本发明膜的扫描电子显微照片(SEM)，提供所述膜的剖面图。
图3为本发明膜的扫描电子显微照片(SEM)，提供所述膜的剖面图。
图4为本发明膜的扫描电子显微照片(SEM)，提供所述膜的剖面图。
图5为本发明膜的一对扫描电子显微照片(SEM’s)。图5a为所述膜的俯视图，表明膜的微孔表面。图5b为所述膜的剖面图。
图6为本发明膜的一对扫描电子显微照片(SEM’s)。图6a为所述膜的俯视图，表明膜的微孔表面。图6b为所述膜的剖面图。
图7为本发明膜的一对扫描电子显微照片(SEM’s)。图7a为所述膜的俯视图，表明膜的微孔表面。图7b为所述膜的剖面图。
图8为按Wrasidlo专利制备的膜的扫描电子显微照片，为剖面图，用于与本发明膜结构对比。
图9为本发明横向毛细装置的示意俯视透视图。
优选实施方案详述
根据本发明，我们意外地发现由憎水性聚合物与亲水剂或亲水部分作为溶液或分散相一起浇铸可制备特别适用于横向毛细分离应用的非对称性、高亲水性的微滤膜。在优选实施方案中，本发明膜由砜聚合物和聚乙烯基吡咯烷酮制备。此外，在优选实施方案中，严格说所述膜结构不是传统的非对称结构。确切说，所述膜有组合或复合的各向同性和各向异性结构。为此，就结构来说，本发明膜类似于1994年3月4日申请的No.08/206114号美国专利中请中公开的膜结构，该公开引入本文供参考。
本发明膜的结构
本发明聚合物膜保持基本的不对称度同时有相对大的微孔皮层孔。评价膜的不对称性和孔径的便利方法是使用扫描电子显微照片(SEM)。图1至7示出根据本发明制备的膜的横截面和/或微孔皮表面。那些方面的特征可与图8所示的传统Wrasidlo型细孔膜的进行比较。
除膜的非对称性和开孔结构之外，本发明的膜存在从微孔皮表面延伸至膜结构内一点的各向同性区是独特的。该各向同性区典型地延伸至膜厚度的至少约20％。
在无SEM数据的情况下，可按Kesting，Synthetic Polymer Membranes：AStructural Perspective，p.275(John Wiley&Sons，2d edition(1985))所述粗评非对称性，将一小点墨水或染料涂于膜的密面，使染料渗入膜并在其表面展开。染料涂敷面积之比给出非对称性或其程度的大体上指示。也可通过孔隙度测定法(porometry)和泡点的测量评估孔径，泡点越高表示孔越密。在传统的非对称膜中，表面的孔最密。在本发明的膜中，最密的孔可位于微孔皮层和非对称区之间某处。孔隙度测定法包括逐渐增加湿膜上的压力，和将气体流速与干膜的对比，得到孔径及泡点的数据。这些分析中使用Coulter PorometerModel 0204。
如上所述，本发明膜包括一般的各向同性区和基本上不对称的区域。一般说本文所用各向同性(或各向同性区)意指孔径大体上一致的区域，如SEM所示从微孔皮层下至基质结构的一部分。或者，各向同性区可被视为有平均直径基本恒定的流动通道的区域。一般地，本发明膜微孔皮层的平均孔径或微孔皮层孔的直径大于1.0μm。在各向同性区，该微孔皮层孔径一般地定义为整个各向同性区的平均孔径。例如，在优选的膜中，SEM’s显示平均微孔皮层孔径为2μm的膜整个各向同性区的平均孔径为2μm或更大。在平均微孔皮层孔径为3μm、4μm、5μm等的膜中有类似的结构。然而，显然各向同性区包括目视为各向同性的孔径分布。预计各向同性区的实际孔径随每种膜的情况而有某些改变(即有某种程度的孔径分布)。
典型地，各向同性区从膜的微孔皮层延伸至大于膜厚度的约10％的基质结构。更优选地，各向同性区延伸至大于膜厚度的30％、40％、甚至50％或更多。在很优选的实施方案中，各向同性区延伸至大于膜厚度的约20％。例如，在250μm的膜中，各向同性区从微孔皮层延伸大于约50μm进入基质结构。
本文所用基本上不对称或各向异性(本文中，不对称区)意指不对称的程度类似于按Wrasidlo和Zepf专利公开的和制备的膜所具有的。在这方面，本发明的膜有大于约1.0μm的平均微孔皮层孔径，而在反面，浇铸期间靠着支承的纸或带的一面，  SEM’s表明其平均孔径至少大于微孔皮层平均孔径的两倍。因此，微孔皮层孔径与浇铸表面孔径之比大于约2∶1，在很优选的实施方案中为3∶1、4∶1、5∶1、甚至6∶1或更大。此外，不对称性仅在不对称区内是连续倾斜的。
应注意上述不对称性比例仅针对在表面测量的不对称性。实际上，在横截面的扫描电子显微照片上看浇铸表面之上的不对称区中的平均孔径时，本发明膜的不对称性要高得多。例如见图5-7。这样做时，本发明膜的不对称性似乎大于约10∶1或20∶1，或许高达100∶1，甚至200∶1。
还应注意到从微孔皮层的孔来看各向同性区中的孔径似乎比微孔皮层中的孔稍大。此事实与基于表面-表面分析与横截面分析比较所观察的不对称性组合表明某些“结皮”出现在两面。不希望受任何具体理论或操作方式限制，对本发明膜中出现的结皮有三种似乎可能的解释。第一，当铸膜暴露于空气时，水蒸汽开始胶凝膜，在顶部形成初期膜。然后，在这样短时间内不可能所有聚合物都胶凝。因此，当膜到达骤冷液时，剩余的未胶凝的聚合物则形成微孔皮层。第二，或者也许更好的解释，简单地说是因表面能固有的差引起表面收缩而使孔缩小(有点类似水滴或肥皂泡使其表面/体积比最小)。或第三，可能因化学势的陡梯度使聚合物稍微向表面迁移。
此外，由于本发明膜的泡点一般高于根据在各向同性区或微孔皮层中所见孔径预计的泡点，显然在各向同性区和不对称区之间的孔径必须有某些收缩。意外的是传统的推理却认为微孔皮层之下的孔应小于微孔皮层的孔。事实上，它们应随深度逐渐变小，即“反不对称性”。扩散是很慢的过程。因此，在微孔皮层之下产生或形成的孔应暴露于或“遇见”很少的水蒸汽，因此较小。
Fuji膜似乎证明了此传统推理，从皮层至膜浅深度的一转化点有“反不对称性”。相反，本发明膜中微孔皮层之下的孔似乎有与微孔皮层中孔相同或更大的孔径，在整个区域保持这样的各向同性或均匀孔分布。
因此，看来本发明膜的各向同性区是由空气中的水蒸汽和聚合物膜之间的“干法”相互作用产生或至少由其引发，其导致形成均相或各向同性。这与由混合纤维素酯制备的膜或硝酸纤维素膜相似。然而，看来似乎有比较有限的溶剂或非溶剂的蒸发(尤其取决于骤冷之前的暴露时间)，从而当骤冷时，骤冷液冲进和固定各向同性区并产生和固定不对称区。
关于各向同性区和不对称区之间孔径分布的可能收缩，如上所述，将有助于解释孔隙率测定法分析中所观察到的较密孔(即最大孔径1.0μm，平均孔径0.8μm)，可能有一类似于Wrasidlo和Zepf膜中微孔皮层的形成的内部“结皮”过程。支持此可能性的见Michaels在US3615024第5栏43-54行，其公开了当水向铸膜中的渗透受致密的皮层(在第一例中由水形成)限制时出现梯度孔结构。或者，如上所述，虽然在各向同性区中膜在目检时可能是各向同性的，但实际上有根据孔隙率测量数据计算出的孔径分布和比根据大孔径所预计的泡点高的泡点。
因此，本发明膜的结构不同于传统不对称性的是在于本发明膜从微孔皮层至表面之下一点基本上是非不对称的(即是各向同性的)，本文中定义为各向同性区，如上所述。该膜的不对称区一般出现在低于膜厚度的约50％。而在传统的不对称性中，例如在Wrasidlo和Zepf膜中，该不对称区出现在整个或基本上所有膜厚度。相反在Fuji膜中，皮层之下的该区域有反向的或反不对称性，其下稍有传统的不对称性。预计可能是Fuji铸膜液的粘度较高而产生此结构。
因此，通俗地说，本发明膜按整个膜厚度的流动通道构型可视为有漏斗状结构。例如，液体从铸膜期间未暴露的表面流入膜的孔非常大。这是不对称区，其对应于漏斗的锥形部分。当液体流过膜时，孔径或流动通道逐渐收缩，直到最后液体进入一般的各向同性区，其含有直径基本恒定的孔径或流动通道，然后通过微孔皮层流出，所述各向同性区对应于漏斗的流出管。
由分散相制备的本发明膜的典型开孔结构示于图5至7中。这些膜的微孔皮层表面孔平均为2μm，浇铸表面孔径平均为10μm，横截面中证明各向同性区包括从微孔皮层延伸至膜厚度的近20％的约1.0μm的孔径，接着不对称区从各向同性区的终端至浇铸表面孔径从近2μm至约50μm。如所看到的，基于这些观察的不对称度为近25∶1。图中具体膜的水泡点在6.87×103和34.35×103pa之间(1和5 psid之间)。图5至7中所示膜有非常类似的结构，但根据Coulter孔隙率计测量，平均流动孔径分别为4.3μm(图5)、2.6μm(图6)和3.8μm(图7)。本发明膜的制备
本发明膜一般通过传统方法制备。制备聚合物铸膜溶液或分散相，然后浇铸，暴露于气态环境一预定时间周期，然后在非溶剂浴中骤冷。下面论述有或没有非溶剂的优选铸膜溶液和浇铸方法。
有或没有非溶剂的铸膜溶液
本发明的膜可由均相溶液也可由分散相制备。在优选实施方案中，本发明膜由均相溶液制备。均相溶液可仅用溶剂制备，或用溶剂与非溶剂组合制备。由分散相可制备的膜其形成的泡点范围一般与由均相溶液制备的膜相同。然而，这种膜一般需要在骤冷之前在空气中暴露较长的时间。图1-4示出由未使用非溶剂的均相溶液制备的膜的结构，如扫描电子显微照片所示的该膜的微孔皮表面和横截面。
本发明的膜优选由均相溶液制备，所述均相溶液含有憎水性聚合物(即砜聚合物)、亲水性聚合物(即聚乙烯基吡咯烷酮)、和适合该憎水性聚合物和该亲水性聚合物的溶剂。
在优选的实施方案中，所述憎水性聚合物为砜聚合物(即聚砜、聚芳基砜或聚醚砜)，优选聚砜，最优选来自AMOCO的Udel 3500聚砜。
聚醚砜的结构聚砜的结构
Figure A9619541100152
使用聚砜时，聚合物的浓度一般在约8-17％之间，或更优选在约8-15％之间，最优选在约10-12％之间。
所述亲水性聚合物可以是任何与所述憎水性聚合物相容的聚合物。在优选的实施方案中，所述亲水性聚合物为聚乙烯基吡咯烷酮，优选有近40,000的分子量。所述亲水性聚合物的含量在约5-25％之间，更优选在约10-20％之间，最优选在12-17％之间。
选择的溶剂应当是对所述憎水性聚合物和所述亲水性聚合物均为良溶剂。当憎水性聚合物为聚砜而亲水性聚合物为聚乙烯基吡咯烷酮时，我们发现N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺为有效的溶剂。在很优选的实施方案中，用二甲基甲酰胺作为溶剂。
一般按表I所示制备本发明的聚合物溶液：
                              表I
    组成     比率
    憎水性聚合物     8-17％
    亲水性聚合物     5-25％
    溶剂     平衡
在很优选的实施方案中，如表II所示制备聚合物溶液：
                   表II
    组成     比率
    砜聚合物     8-17％
    聚乙烯基吡咯烷酮     5-25％
    溶剂     平衡
通过掺杂至少对于所述憎水性聚合物的非溶剂可制备部分或完全的分散相制剂。例如，可向该制剂中加入足量的水以产生分散相铸膜液。或者，可利用少量的非溶剂形成均相溶液。需要完全的分散相时，可加入足量的叔戊醇以代替或补充水作为非溶剂。因此，按本发明可利用非溶剂的混合物或单一非溶剂制备有特殊品质的铸膜液。可用高非溶剂浓度产生分散相制剂，反之，可用低非溶剂浓度形成均相溶液。非溶剂的量可从约0.1％至约10％改变。在优选的实施方案中，用有效量的水作为非溶剂制备均相铸膜液。例如，用水作为非溶剂时，水在铸膜液中的含量优选为约0.1％至约3.0％，在很优选的实施方案中为约0.5％。
浇铸溶液形成膜
典型地将聚合物溶液浇铸成薄膜，暴露于气态环境中预定的时间，然后在所述聚合物的非溶剂(特别是对所述憎水性聚合物的非溶剂)中骤冷。
本发明的膜可用任何常规的步骤浇铸，其中使铸膜分散相或溶液在非多孔性基质上展开成层状，所述基质在骤冷后可与膜分开。可手动(即用手浇注、浇铸、或在浇铸表面上展开，和骤冷施于该表面上的液体)或自动(即浇注或浇铸在移动床上)铸膜。优选的基质为涂有聚乙烯的纸。浇铸中，特别是自动浇铸中，可使用机械刮胶机。机械刮胶机包括刮刀、“刮片”、或喷射/加压系统。优选的延展装置是挤塑模头或缝隙式涂敷器，其包括一个料腔，可将铸膜制剂加入其中和在压力下由此通过狭缝压出。在实施例1至3中，利用刮片铸膜，刮片的刀缝典型地为约500至约800μm，或600至约750μm，或优选约700μm。
铸膜后，使铸膜分散相或溶液骤冷。在优选的实施方案中，在移动床上移动铸膜进入骤冷液(即骤冷液浴)实现骤冷。骤冷液最常用的是水，其温度通常在或接近浇铸温度。在该浴中，骤冷操作使聚合物凝结或凝固，可产生所需孔径的“微孔皮层”和有特征结构的支撑区。通常洗出所得膜中夹带的溶剂，并可干燥所得膜以去除其它的溶剂、稀释剂和骤冷液，从而得到膜。骤冷步骤之后，该微孔膜产品厚度一般为约200至300微米厚。
在制备本发明膜中，如前所述，通常应将浇铸的膜暴露于空气中足够长时间，该暴露时间应足以导致形成大表面孔。暴露时间越短，则湿度必须越大，反之亦然。总湿度是重要因素。在较高的环境空气温度下，对于相同效果相对湿度可较低。铸膜混合物和骤冷浴的温度也是重要参数。一般说，混合物温度越高，膜越密，而骤冷液温度越高，膜的开孔越大。
在本发明膜的生产中，铸膜溶液或分散相的温度一般在约20和35℃之间，骤冷浴温度在约20℃和70℃之间，优选30℃至约60℃。骤冷浴的温度似乎会使膜微孔皮层的孔径和所得膜不对称区的不对称性发生显著改变。使用较高的骤冷温度，膜在微孔皮层中有较大的孔径及在不对称区有较高的不对称性。相反，使用较低温度，则形成较小的孔且不对称性降低。
本发明膜生产中的另一重要因素是在聚合物溶液浇铸和本发明膜骤冷之间的暴露时间和暴露条件。优选地，在浇铸之后但在骤冷之前使铸膜溶液或分散相暴露于空气中。更优选地，所述空气是湿的(即相对湿度大于约60％)。此外，优选使空气循环以增强与铸膜溶液或分散相的接触。例如可用风扇实现循环。
优选的暴露时间一般为约5秒至约35秒。增加暴露时间，超过此范围，趋于增加所得膜的渗透性。然而，暴露时间太长，或湿度太高，则对表面孔隙度有不利影响。在此情况下，似乎得到相对无孔的皮层和膜不再是微孔的。
对于由砜聚合物和聚乙烯基吡咯烷酮组成的横向毛细分离膜，我们发现温度在约45℃和55℃之间产生很合适的孔径和不对称度。此外，空气暴露优选进行约10至20秒，而空气的相对湿度优选在约65和80％之间。然而，根据所用的具体憎水性聚合物、亲水性聚合物、溶剂、非溶剂(如果有)和相对湿度的不同，不用过度的实验即可容易地确定最佳温度和条件。当然，相对湿度和暴露时间是重要条件，它们一般成反比。因此，相对湿度越高，则暴露时间可越短。本发明膜在分离中的用途
本发明膜适用于检测和分离应用，而且特别有效。具体地，本发明膜的分离和检测效果是出乎意料的。这种装置也适用于各种其它检测应用。例如，实际上在任何情况下要分析含有固体颗粒的液体试样中的液体，可利用横向毛细设计获得不受固体颗粒干扰的可分析量的液体。本发明膜适用的分离和检测应用的一个例子是在诊断应用中，如Koehen等的US5,240,862中公开的诊断型装置，该公开引入本文供参考。Koehen等的专利公开了一种血液分离系统，包括与收集膜密切接触的非对称膜。Kiser等的US5,240,862中公开了类似的系统，该公开引入本文供参考。在这两个专利中，将全血涂于非对称膜(为亲水性或被赋予亲水性)的“开孔”侧，血细胞将在所述非对称膜的大孔中滤出，血浆通过微孔表面与收集膜接触。
所述收集膜一般装有分析物检测系统。因此，当血浆中存在或不存在被测部分时，在收集膜上可显示出存在或不存在。Koehen等和Kiser等专利的装置一般称为“垂直毛细装置”，因为被测物质是垂直地通过膜。液体(即血浆)通过膜的速率是对这种装置操作有效性的检测，液体与固体颗粒物质分离是否完全以及某些其它考虑如固体对液体的限制性干扰和在血液分离中细胞的有限溶解也如此。
另一类检测装置设计是“横向毛细装置”。在这种装置中，如图9所示，支撑材料20为分离膜21和接触膜22提供支撑。接触膜22装有化学试剂(或其它检测剂)，用于检测存在或不存在被检测剂。分离膜21用于分出液体中的组分如固体颗粒(即血液中的细胞)。分离膜21和接触膜22在界面23相接触。因此，操作中，含有固体物质的液体(即血液或其它体液组分)在施加点24与分离膜21接触，流体将吸向界面23。毛细作用时，流体横向或水平地通过分离膜21，到达界面23，进入接触膜，并与接触膜22中的化学试剂(或其它检测剂)反应(或不反应，根据具体情况)。此反应可用本领域公知的各种标准技术检测。
当然，决定检测装置操作效率的检测是测试该相应的液体通过膜的毛细速率及液体与任何固体分离的完全性。因此，在血液分离中，血浆横向通过膜的速率是这种装置操作效率的检测，也是血浆分离的完全性和细胞有限溶解的检测。
本发明膜用作横向毛细装置中的分离膜21特别有效。当含有固体的液体(即血液)施于膜的开孔表面和一窄条此膜的一端时，液体开始吸向较密的表面和向该条的另一端。相对大的颗粒(即血细胞)被制止(滤出)，而液体(即血浆)继续流动。在装置中，液体(即血浆)透过该条而到达第二膜如硝基纤维素，该膜含有检测试剂(即酶、抗原、或结合试剂的抗体)。
快速毛细作用是重要的。膜表面的孔隙率越高，血浆传递速率越快。单有高度不对称性未必会具有高的毛细速率。表面孔隙率低的膜，即使有高度的不对称性，也可能会引起含固体液体的阻塞或阻碍，结果分离速度比使用本发明膜可能的分离速度慢。
本发明膜含有高浓度的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，其使膜亲水且不影响孔径和结构。此外，由于配方中包括PVP，所以不需用羟丙基纤维素第二次处理来使膜亲水。
快速毛细的驱动力是与孔结构有关的PVP的亲水性，从而使液体靠毛细作用力吸入膜中，而固体保留在多孔的基质中。PVP还增加制膜液的粘度，降低溶剂/非溶剂的交换速度，从而也降低标准膜中的不对称度。凝固(骤冷)浴的温度也起重要作用，高浴温比低浴温产生更不对称和孔径(平均流动孔径)更大的膜。
关于膜制备的实施例
以下实施例涉及本发明具体微孔膜的制备。这些实施例用于说明制备本发明膜可使用的各种铸膜条件，并对于如何改变条件来获得特殊性能的膜提供指导。因此，以下实施例是举例说明本发明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
暴露时间和湿度的影响
在此实施例中，我们制备和浇铸的膜，由聚砜和聚乙烯基吡咯烷酮以叔戊醇为溶剂的均相溶液制备。我们由该溶液制备两种不同的膜，每种膜用不同的暴露时间和湿度制备，如下：
由12.7％聚砜聚合物(Udel 3500，由AMOCO Co.生产)、2.3％叔戊醇、和16.6％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP，MW40,000)制备均相铸膜溶液。将该铸膜溶液保持在室温(近20℃)下，浇铸两种不同的膜。使用有22密耳缝隙的浇铸刮刀在涂有聚乙烯的移动纸带上进行浇铸。
将膜暴露于空气中，如下表所示：
                    表III
    膜号  空气温度(℃)   相对湿度 暴露时间(秒)
    1a     25-30℃     100％     30
    1b     25-30℃     90％     14
在温度为40℃的水浴中使膜骤冷。凝固后，用去离子水洗涤膜，并用空气干燥。所得膜的特征示于下表：
                   表IV
    膜号     水渗透率1     结构
    1a     4138ml/min     图1a和1b
    1b     150ml/min     N/A
1水的渗透率是在10psid下，在47mm直径的园片上(9.5cm2)测定
图1示出膜1的一对扫描电子显微照片(SEM’s)。图1a为膜1的俯视图，表明膜的微孔表面。图1b为膜1a的横截面图。在图中，可观察到该膜的不对称性很小和表面孔隙率低。
但水渗透率结果表示渗透率随着暴露时间增加而增加。然而，似乎也可延长暴露于高湿度的时间，但导致表面孔隙率降低并可能不利于非对称性。
实施例2
骤冷温度的影响
在此实施例中，我们制备和浇铸的膜是由聚砜和聚乙烯基吡咯烷酮以二甲基甲酰胺为溶剂的均相溶液制备。我们由该溶液制备两种不同的膜，每种膜用不同的骤冷浴温度制备，如下：
由11％聚砜聚合物(Udel 3500，由AMOCO Co.生产)、15％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP，MW40,000)和74％二甲基甲酰胺制备均相铸膜溶液。将该铸膜溶液保持在室温(近20℃)下，浇铸三种不同的膜。使用有24密耳缝隙的浇铸刮刀在涂有聚乙烯的移动纸带上进行浇铸。
将膜暴露于相对湿度为75％的空气中24-25秒。暴露于空气后，使膜在如下表所示的水浴中骤冷：
                         表V
    膜号   骤冷温度(℃)
    2a     46℃
    2b     56℃
    2c     65℃
在膜骤冷和凝固之后，用去离子水洗涤膜，并用空气干燥。所得膜的特征示于下表：
              表VI
    膜号   水渗透率1     结构
    2a   3750ml/min     图2
    2b   5712ml/min     图3
    2c   6000ml/min     图4
1水渗透率是在10psid下在直径47mm的圆片(9.5cm2)上测量的。
图2为膜2a的扫描电子显微照片(SEM)，为膜的横截面图。图3为膜2b的扫描电子显微照片(SEM)，为膜的横截面图。图4为膜2c的扫描电子显微照片(SEM)，为膜的横截面图。在图中，可观察到这些膜的不对称性随着骤冷浴温度的增加而增加。此外，膜的微孔皮层中的孔径也随着骤冷浴温度的增加而增加。
实施例3
含有非溶剂的铸膜液
暴露时间、空气循环和骤冷温度的影响
在此实施例中，我们制备和浇铸的膜是由聚砜和聚乙烯基吡咯烷酮以二甲基甲酰胺为溶剂水为非溶剂的分散相制备。我们由该溶液制备四种不同的膜，每种膜用不同的空气暴露时间、有或没有空气循环、和不同骤冷浴温度制备，如下：
由10.6％聚砜聚合物(Udel 3500，由AMOCO Co.生产)、15％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP，MW40,000)、73.9％二甲基甲酰胺和0.5％水制备铸膜分散相。将该铸膜溶液保持在室温(近20℃)下，浇铸四种不同的膜。使用有24密耳缝隙的浇铸刮刀在涂有聚乙烯的移动纸带上进行浇铸。浇铸中所用的浇铸条件如下表所示：
                     表VII
    膜号 空气暴露时间(秒) 骤冷浴温度(℃)     空气循环
    3a     20     55℃     有
    3b     32     51℃     无
    3c     14     48℃     有
    3d     16     45℃     有
空气相对湿度均为80％。空气循环用风扇进行。骤冷和凝固之后，用去离子水洗涤膜，并用空气干燥。所得膜的特征示于下表：
                      表VIII
  膜号 Coulter平均流动孔径(μm)   水渗透率1   结构
    3a     4.32   4,000ml/min    图5
    3b     0.42   500ml/min    N/A
    3c     2.6   4,800ml/min    图6
    3d     3   4,800ml/min    N/A
1水渗透率是在10psid下在直径47mm的圆片(9.5cm2)上测量的。
图5示出膜3a的一对扫描电子显微照片(SEM’s)。图5a为膜3a的俯视图，表明膜的微孔表面。图5b为膜3a的横截面图。在图中，可观察到该膜有良好的不对称性，但表面孔隙率相对较低。图6示出膜3c的一对扫描电子显微照片(SEM’s)。图6a为膜3c的俯视图，表明膜的微孔表面。图6b为膜3c的横截面图。在图中，可观察到该膜有良好的不对称性，和相对于膜3a有较高的表面孔隙率。
除膜3b之外，这些膜的渗透率均相当好。此外，除膜3b之外，这些膜的Coulter数据均在很好的范围内。看来湿空气循环与否、在湿空气中的暴露时间和骤冷浴的温度，都对孔径影响很大。在膜3b中暴露时间长，未循环，骤冷浴温度相对较高，可推测这些因素组合能形成非常“密”的微孔皮层。对于膜3a、3c和3d，湿空气的循环似乎有助于开孔。骤冷温度和暴露时间导致3a中的开孔大于3c或3d。此外，暴露时间和骤冷温度看来可独立改变而得到类似的孔隙率，如膜3c和3d中所得的结果。
此外，有趣的是注意到并非仅孔径影响水渗透率。膜3a虽然有比膜3c和3d大的孔径，但渗透率却较低。比较图5a和6a可以看出，这可能是由于皮层孔分布不好所致。
实施例4
PVP分子量的影响
在此实施例中，我们制备和浇铸的膜是由聚砜和聚乙烯基吡咯烷酮以二甲基甲酰胺为溶剂水为非溶剂的分散相制备。由10.6％聚砜聚合物(Udel 3500，由AMOCO Co.生产)、10％聚乙烯基吡咯烷酮(PVP，MW360,000)、79.4％二甲基甲酰胺和0.5％水制备铸膜溶液。将该铸膜溶液保持在室温(近20℃)下，用有18密耳缝隙的浇铸刮刀在涂有聚乙烯的移动纸带上进行浇铸。使浇铸溶液暴露于循环湿空气(70％相对湿度)中20秒。使膜在水中骤冷。骤冷和凝固之后，用去离子水洗涤膜，并用空气干燥。所得膜的特征示于下表：
            表IX
  膜号     水渗透率1     结构
   4a     4,000ml/min     图7
1水渗透率是在10psid下在直径47mm的圆片(9.5cm2)上测量的。
图7示出膜4a的一对扫描电子显微照片(SEM’s)。图7a为膜4a的俯视图，表明膜的微孔表面。图7b为膜4a的横截面图。在图中，可观察到该膜有良好的不对称性和高表面孔隙率。表面孔隙率比膜3a(图5a)的高，但比膜3c(图6a)的稍低。有趣的是，膜4a的表面孔结构或分布看来几乎为膜3a(图5a)中所示表面孔少和膜3c(图6a)中所示表面孔多之间的中值。
实施例5
PVP分子量的影响
在此实施例中，我们制备和浇铸的膜是由聚砜和聚乙烯基吡咯烷酮以二甲基甲酰胺为溶剂的均相溶液制备。由11％聚砜聚合物(Udel 3500，由AMOCO Co.生产)、5％聚乙烯基吡咯烷酮(PVI，MW10,000)、13％叔戊醇和71％二甲基甲酰胺制备铸膜溶液。将该铸膜溶液加热至40℃，用有20密耳缝隙的浇铸刮刀在涂有聚乙烯的移动纸带上进行浇铸。使浇铸溶液暴露于循环湿空气(50％相对湿度)中7天。使膜在43℃的水中骤冷。骤冷和凝固之后，用去离子水洗涤膜，并用空气干燥。所得膜的特征示于下表：表#
    膜号     水渗透率1     结构
    5a     1552ml/min     N/A
1水渗透率是在10psid下在直径47mm的圆片(9.5cm2)上测量的。可见相对湿度低可能对膜5a得到的差渗透率有关。关于横向毛细应用的实施例以下实施例涉及本发明膜在用作检测装置的横向毛细作用中的用途。这些实施例用于说明可使用本发明膜的各种检测应用，并为本发明膜在这些应用中的效率提供指导。因此，以下实施例是说明性的而不限制性的。
实施例6
根据本文引用的共同待审美国专利申请No.08/206114(1994年3月4日申请)我们制备了一些膜试样，(本文中称为BTS-11和BTS-X膜)，用于与本发明生产的膜的毛细性能进行比较。BTS-11和BTS-X膜制备如下：
                       表X
    膜     配方     铸膜条件
    BTS-11     10.72％聚砜15.56％叔戊醇73.72％二甲基甲酰胺   空气暴露：3.8sec.
    BTS-X     10.72％聚砜15.56％叔戊醇73.72％二甲基甲酰胺   空气暴露：5.0sec.
BTS-11膜的平均微孔皮层孔径为约0.8μm和BTS-X膜的平均微孔皮层孔径为约3.2μm，由Coulter测量。
实施例7
将实施例6中制备的BTS膜与按本发明制备的膜作横向毛细速率比较。我们测量水、蓝墨水溶液和哺乳动物全血的毛细速率。水试验使用去离子水，蓝墨水溶液为2％的亚甲蓝溶液，血样使用羊的全血。我们还测量血浆横向毛细通过膜并与接触膜接触(例如见图9)后，从血液中分出的该血浆的传递速率，所述接触膜为硝基纤维素膜。这些试验的结果示于下表中：
                       表XI
    膜     水毛细(sec/3cm条)  蓝墨水毛细(sec/3cm条) 平均流动孔径(μm)
    BTS-X     32sec.     40sec.     3.2μm.
    3c     5.5sec.     6sec.     2.6μm.
                               表XII
    膜   蓝墨水毛细(sec/3cm条)         羊血毛细(sec/3cm条)  传递至NO2-纤维素的血浆(1cm)
    2b     9sec.  血液/血浆分离良好，毛细慢         未测
    2c     5.4sec.  血液/血浆分离中等毛细慢         未测
 BTS-11     42sec.           未测         未测
 BTS-X     40sec.           120sec.        250sec.
    3c     6sec.           35sec.        90sec.
用于血液分离的本发明优选的膜表现出对水的横向毛细速率高于2mm/sec.，优选高于3或4mm/sec.。此外，这些膜优选表现出对哺乳动物血液的横向毛细速率高于0.3mm/sec.，优选高于0.4或0.5mm/sec.。从表XI和XII可见，膜3c在水横向毛细速率和血浆毛细速率方面都表现出特别高的速率。水毛细速率为约5.45mm/sec.，血浆毛细速率为约0.57mm/sec.。
此外，膜3c的血浆至硝基纤维素的传递速率明显比BTS-X膜好。虽然在理论或操作方式上没有任何解释，但人们认为血浆至硝基纤维素的这种传递速率是与膜的微孔皮层的孔隙度有关的。如图6a所示，其为膜3的微孔皮表面的SEM，该皮层有非常高的孔隙度。BTS-X膜的微孔皮层孔径虽然较大(3.2μm)，但不很多(即有较低的孔密度)。
从给定方形表面积的膜表面的扫描电子显微照片，计算给定区域内所含孔数，可容易地计算出该膜试样的孔密度。通过简单的比例可将在给定方形区域内计算出的孔数归一化成具体的标准方形区域。例如，以下具体膜的孔密度数值以每1000μm2的孔数给出。为进行比较，在BTS-X膜中，平均约8.81孔/1000μm2。相反，按本发明制备的膜有较大的孔密度。例如，图7a中所示膜有约12.79孔/1000μm2。此外，图6a中所示膜有约18.41孔/1000μm2。因此，按本发明制备的优选膜其特征在于孔密度大于9孔/1000μm2。在更优选的实施方案中，孔密度大于10孔/1000μm2，甚至更优选大于11或12孔/1000μm2。
等同物
本发明已结合其具体实施方案进行了描述，当然还可作进一步的修饰，并且本申请还想要覆盖所有在本发明构思下的任何改变、应用或适应性修改，并包括偏离本发明所公开内容的以下这些方面：属于本发明所涉及领域内的已知或习惯上实施的、以上提出的必要特征可适用的、和落入本发明范围内的和本申请权利要求书所限定的。

Claims (31)

1.一种整体的砜聚合物膜，通过使所述砜聚合物与亲水性聚合物一起浇铸而赋予亲水性，所述膜包括微孔皮层和多孔基质，所述微孔皮层有高孔密度，所述多孔基质包括孔径基本一致的各向同性区和孔径逐渐增加的不对称区。
2.权利要求1的膜，其中所述膜包括约1μm至约5μm的平均流动孔径。
3.权利要求1的膜，其中所述砜聚合物选自聚砜、聚醚砜和聚芳基砜。
4.权利要求1的膜，其中所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。
5.权利要求3的膜，其中所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。
6.权利要求1的膜，其中所述膜有至少2mm/sec的水的横向毛细速度。
7.权利要求1的膜，其中所述膜有一种厚度并且各向同性区从微孔皮层延伸至所述厚度的约15-25％。
8.一种整体的砜聚合物膜，通过使所述砜聚合物与亲水性聚合物一起浇铸而赋予亲水性，所述膜包括微孔皮层和多孔基质，所述微孔皮层有高孔密度，所述多孔基质包括限定直径基本一致的流动通道的各向同性区和限定直径逐渐增加的流动通道的不对称区。
9.权利要求8的膜，其中所述膜包括约1μm至约5μm的平均流动孔径。
10.权利要求8的膜，其中所述砜聚合物选自聚砜、聚醚砜和聚芳基砜。
11.权利要求8的膜，其中所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。
12.权利要求10的膜，其中所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。
13.权利要求8的膜，其中所述膜有至少2mm/sec的水的横向毛细速度。
14.权利要求8的膜，其中所述膜有一种厚度并且各向同性区从微孔皮层延伸至所述厚度的约15-25％。
15.一种亲水性整体砜聚合物膜的制备方法，所述膜包括微孔皮层和多孔基质，所述微孔皮层有高孔密度，所述多孔基质包括孔径基本一致的各向同性区和孔径逐渐增加的不对称区，所述方法包括：
准备一种铸膜液，该铸膜液包括溶解于溶剂中的约8％至17％(重)的砜聚合物和约5％至25％(重)的亲水性聚合物；
浇铸所述铸膜液形成薄膜；
将所述薄膜暴露于相对湿度在约50％和80％之间的包括水蒸汽的气态环境中约5至35秒；
使所述膜在温度在约20℃和70℃之间的水浴中凝固，和收集所述膜。
16.权利要求15的方法，其中所述铸膜液为均相溶液。
17.权利要求15的方法，其中所述铸膜液还包括所述砜聚合物的非溶剂。
18.权利要求15的方法，其中所述铸膜液为分散相。
19.权利要求15的方法，其中所述膜包括约1μm至约5μm的平均流动孔径。
20.权利要求15的方法，其中所述砜聚合物选自聚砜、聚醚砜和聚芳基砜。
21.权利要求15的方法，其中所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。
22.权利要求20的方法，其中所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。
23.权利要求15的方法，其中所述膜有至少2mm/sec的水的横向毛细速度。
24.权利要求15的方法，其中所述膜有一种厚度并且各向同性区从微孔皮层延伸至所述厚度的约15-25％。
25.一种包括分离膜和接触膜的改进的诊断装置，其改进包括：
所述分离膜包括整体的砜聚合物膜，通过使所述砜聚合物与亲水性聚合物一起浇铸而赋予亲水性，所述膜包括微孔皮层和多孔基质，所述微孔皮层有高孔密度，所述多孔基质包括孔径基本一致的各向同性区和孔径逐渐增加的不对称区。
26.权利要求25的装置，其中所述膜包括约1μm至约5μm的平均流动孔径。
27.权利要求25的装置，其中所述砜聚合物选自聚砜、聚醚砜和聚芳基砜。
28.权利要求25的装置，其中所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮。
29.权利要求27的装置，其中所述亲水性聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮
30.权利要求25的装置，其中所述膜有至少2mm/sec的水的横向毛细速度。
31.权利要求25的装置，其中所述装置为横向毛细装置。
CN96195411A 1995-06-07 1996-06-07 有高孔密度和混合的各向同性和各向异性结构的微滤膜 Expired - Lifetime CN1127370C (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US48421695A 1995-06-07 1995-06-07
US08/484,216 1995-06-07
US49872295A 1995-07-05 1995-07-05
US08/498,722 1995-07-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1190355A true CN1190355A (zh) 1998-08-12
CN1127370C CN1127370C (zh) 2003-11-12

Family

ID=27047916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN96195411A Expired - Lifetime CN1127370C (zh) 1995-06-07 1996-06-07 有高孔密度和混合的各向同性和各向异性结构的微滤膜

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP0846024B1 (zh)
JP (2) JP4234790B2 (zh)
CN (1) CN1127370C (zh)
AT (1) ATE204509T1 (zh)
AU (1) AU710228B2 (zh)
CA (1) CA2222641C (zh)
DE (1) DE69614697T2 (zh)
WO (1) WO1996040421A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100348649C (zh) * 2005-08-09 2007-11-14 复旦大学 一种聚合物膜的制备方法
CN101137429B (zh) * 2005-04-07 2011-12-28 甘布罗伦迪亚股份公司 过滤膜
CN106526007A (zh) * 2016-10-26 2017-03-22 上海万承生物科技有限公司 一种检测血浆活性成分方法及应用该方法的血浆卡
CN107850540A (zh) * 2015-03-26 2018-03-27 多佛光电有限责任公司 制备流体样品进行激光诱导击穿光谱和成像分析的方法
CN109563297A (zh) * 2016-07-25 2019-04-02 宇部兴产株式会社 多孔质聚醚砜膜及其制造方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5922699A (en) 1996-06-07 1999-07-13 Pherin Corporation 19-nor-cholane steroids as neurochemical initiators of change in human hypothalamic function
ES2259947T3 (es) 1996-07-08 2006-11-01 Pall Corporation Membrana polimera con carga positiva.
US6045899A (en) 1996-12-12 2000-04-04 Usf Filtration & Separations Group, Inc. Highly assymetric, hydrophilic, microfiltration membranes having large pore diameters
AU2001277264A1 (en) * 2000-07-14 2002-01-30 Usf Filtration And Separations Group Inc. Asymmetric, permanently hydrophilic filtration membranes
JP4490234B2 (ja) * 2004-10-19 2010-06-23 東洋濾紙株式会社 精密濾過用カートリッジフィルター及びその製造方法
DE102005026804B3 (de) * 2005-06-09 2007-02-22 Membrana Gmbh Mikrofiltrationsmembran mit verbessertem Filtrationsverhalten
PL2332638T3 (pl) 2008-09-26 2017-06-30 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Membrana porowata z pustego włókna do filtracji wgłębnej
CN103608092B (zh) * 2011-04-13 2016-03-30 3M创新资产公司 大孔过滤膜
US8840791B2 (en) 2011-09-01 2014-09-23 Pall Corporation Multilayer microfiltration membrane
JP5981751B2 (ja) * 2012-03-29 2016-08-31 旭化成株式会社 アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法
US9248414B2 (en) * 2012-03-30 2016-02-02 Pall Corporation Large pore polymeric membrane
CN108473932B (zh) 2015-09-09 2022-07-15 集联健康有限公司 用于样品收集、稳定化和保存的系统、方法和装置
TWI805454B (zh) * 2022-07-19 2023-06-11 漢岱實業股份有限公司 不對稱孔洞過濾膜的製備方法
EP4335535A1 (en) 2022-09-12 2024-03-13 Oxyphen GmbH Filtration Group Membrane for separation of body fluids

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6227006A (ja) * 1985-07-27 1987-02-05 Fuji Photo Film Co Ltd 微孔性膜
DE3740871A1 (de) * 1986-12-02 1988-06-16 Fuji Photo Film Co Ltd Feinporige membran und verfahren zu ihrer herstellung
JPH06862B2 (ja) * 1986-12-02 1994-01-05 富士写真フイルム株式会社 微孔性膜の製造方法
US5096585A (en) * 1991-01-28 1992-03-17 W. R. Grace & Co.-Conn. Process for preparing protein non-adsorptive microporous polysulfone membranes
JPH07222917A (ja) * 1994-02-14 1995-08-22 Fuji Photo Film Co Ltd 精密ろ過膜および濾過方法
WO1995023640A1 (en) * 1994-03-04 1995-09-08 Memtec America Corporation Large pore synthetic polymer membranes
US6045899A (en) * 1996-12-12 2000-04-04 Usf Filtration & Separations Group, Inc. Highly assymetric, hydrophilic, microfiltration membranes having large pore diameters

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101137429B (zh) * 2005-04-07 2011-12-28 甘布罗伦迪亚股份公司 过滤膜
CN100348649C (zh) * 2005-08-09 2007-11-14 复旦大学 一种聚合物膜的制备方法
CN107850540A (zh) * 2015-03-26 2018-03-27 多佛光电有限责任公司 制备流体样品进行激光诱导击穿光谱和成像分析的方法
CN107850540B (zh) * 2015-03-26 2021-05-18 多佛光电有限责任公司 制备流体样品进行激光诱导击穿光谱和成像分析的方法
CN109563297A (zh) * 2016-07-25 2019-04-02 宇部兴产株式会社 多孔质聚醚砜膜及其制造方法
CN109563297B (zh) * 2016-07-25 2021-07-23 宇部兴产株式会社 多孔质聚醚砜膜及其制造方法
CN106526007A (zh) * 2016-10-26 2017-03-22 上海万承生物科技有限公司 一种检测血浆活性成分方法及应用该方法的血浆卡

Also Published As

Publication number Publication date
JP4234790B2 (ja) 2009-03-04
JP2001515396A (ja) 2001-09-18
AU710228B2 (en) 1999-09-16
JP5081081B2 (ja) 2012-11-21
EP0846024A1 (en) 1998-06-10
EP0846024B1 (en) 2001-08-22
JP2009006320A (ja) 2009-01-15
DE69614697T2 (de) 2002-06-20
ATE204509T1 (de) 2001-09-15
AU6112096A (en) 1996-12-30
CA2222641C (en) 2006-10-17
DE69614697D1 (de) 2001-09-27
WO1996040421A1 (en) 1996-12-19
CA2222641A1 (en) 1996-12-19
CN1127370C (zh) 2003-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1127370C (zh) 有高孔密度和混合的各向同性和各向异性结构的微滤膜
CN1057479C (zh) 聚合物膜及其制法和用途
CN1050768C (zh) 超过滤膜及其制法与应用
JP4461205B2 (ja) 非対称親水性一体型スルホンポリマー膜を調製する方法
US5906742A (en) Microfiltration membranes having high pore density and mixed isotropic and anisotropic structure
EP1007195B1 (en) Highly asymmetric polyethersulfone filtration membrane
CN1099309C (zh) 合成分离膜
US9844625B2 (en) Macroporous filtration membrane
US6277281B1 (en) Large pore synthetic polymer membranes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: PALL CORPORATION

Free format text: FORMER OWNER: PALL FILTERING AND SEPARATING GROUP CO., LTD.

Effective date: 20031014

Owner name: PALL FILTERING AND SEPARATING GROUP CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: USF FILTERING AND SEPARATING GROUP CO., LTD.

Effective date: 20031014

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20031014

Address after: American New York

Patentee after: PALL CORP

Address before: American Maryland

Patentee before: USF FILTRATION AND SEPARATIONS Group Inc.

Effective date of registration: 20031014

Address after: American Maryland

Patentee after: USF FILTRATION AND SEPARATIONS Group Inc.

Address before: American Maryland

Patentee before: MEMTEC AMERICA Corp.

CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20031112

EXPY Termination of patent right or utility model