ES2786179T3

ES2786179T3 - Membrana de filtración de fibras huecas

Info

Publication number: ES2786179T3
Application number: ES15856904T
Authority: ES
Inventors: Masayasu Komuro; Mitsugu Shiraishi; Yuzo Kayama
Original assignee: Asahi Kasei Medical Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Medical Co Ltd
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: EP3216515A4; WO2016072409A1; JPWO2016072409A1; EP3216515A1; EP3216515B1; JP6522001B2; US20170304780A1

Abstract

Membrana de filtración de fibras huecas para eliminar impurezas de disoluciones de proteína, comprendiendo dicha membrana de filtración de fibras huecas un polímero a base de polisulfona y un polímero hidrófilo y teniendo un gran número de poros, en la que: la membrana de filtración de fibras huecas tiene una estructura porosa asimétrica en gradiente en la que el diámetro de poro promedio de los poros aumenta desde una porción de superficie externa hacia una porción de superficie interna de la membrana, el contenido del polímero hidrófilo de la membrana es de desde el 6,0 hasta el 10,0% en masa, y la razón entre el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna y el contenido del polímero hidrófilo de la membrana está en el intervalo de desde 0,50 hasta 0,80, en la que el contenido del polímero hidrófilo en la membrana y la razón entre el contenido de polímero hidrófilo en la porción de superficie interna y el contenido del polímero hidrófilo de la membrana se determina tal como se describe en la descripción.

Description

DESCRIPCIÓN

Membrana de filtración de fibras huecas

Campo técnico

La presente invención se refiere a una membrana de filtración de fibras huecas.

Técnica anterior

Una membrana de fibras huecas destinada al tratamiento de filtración de una disolución que contiene una disolución de una sustancia fisiológicamente activa tal como una proteína se utiliza ampliamente en aplicaciones industriales tales como microfiltración y ultrafiltración y aplicaciones médicas tales como hemodiafiltración. Particularmente en los últimos años, se ha requerido una técnica que logre tanto seguridad como productividad en la que se eliminen sustancias patógenas tales como virus de una disolución que contiene proteína y la proteína se filtra eficazmente y se recupera en una etapa de purificación para un producto biofarmacéutico o una fracción de plasma.

Además, los métodos de eliminación e inactivación de virus incluyen tratamiento térmico, tratamiento óptico y tratamiento médico químico, y en cuanto a problemas tales como desnaturalización de proteínas, eficiencia de inactivación de virus y contaminación de productos químicos, llama la atención un método de filtración de membrana eficaz para todos los virus independientemente de las propiedades térmicas y químicas de los virus. Los tipos de virus incluyen parvovirus que tienen un diámetro de 18 a 24 nm y poliovirus que tienen un diámetro de 25 a 30 nm como los más pequeños y el virus de VIH que tiene un diámetro de 80 a 100 nm como uno relativamente grande. En los últimos años, ha aumentado particularmente la necesidad de eliminar virus pequeños tales como parvovirus.

Por otro lado, no solo se requiere un rendimiento de eliminación de virus, sino también la recuperación eficaz de una proteína tal como una albúmina de 5 nm de tamaño o una globulina de 10 nm de tamaño desde el punto de vista de la productividad de una membrana de eliminación de virus usada en una etapa de purificación para una fracción de plasma o un producto biofarmacéutico. Por tanto, una membrana de ultrafiltración y una membrana de hemodiálisis que tiene un diámetro de poro de aproximadamente varios nm, y una membrana de ósmosis inversa y similares que tiene un diámetro de poro más pequeño no son adecuadas como membranas de eliminación de virus porque una proteína obstruye los poros durante la filtración. Particularmente, cuando se pretende la eliminación de virus pequeños tales como parvovirus, es difícil lograr tanto el rendimiento de eliminación de virus como la recuperación eficaz de proteínas.

Además, un contaminante tal como un agregado de una proteína siempre está presente en una disolución de proteína que va a filtrarse usando una membrana destinada a la purificación de una preparación. Este contaminante obstruye los poros durante la filtración y, por tanto, cuando se realiza la filtración en una condición en la que está presente una gran cantidad de contaminante, es más difícil lograr tanto el rendimiento de eliminación del virus como la recuperación eficaz de proteínas.

El documento de patente 1 da a conocer un método de eliminación de virus usando una membrana de fibra hueca que comprende celulosa regenerada.

El documento de patente 2 da a conocer una membrana de eliminación de virus en la que la superficie de una membrana de fibra hueca que comprende poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) formada mediante un método de separación de fases inducida térmicamente se hidrofiliza mediante un método de polimerización por injerto. Además, el documento de patente 3 da a conocer un método para suprimir una disminución en el rendimiento de filtración de una membrana de eliminación de virus a lo largo del tiempo conectando una membrana que tiene un diámetro de poro nominal de 0,22 |im modificado de modo que la superficie tenga una carga negativa en serie en la porción de la membrana de eliminación de virus aguas arriba de la filtración para adsorber un agregado proteico que es un contaminante en esta membrana que tiene una carga negativa.

Además, el documento de patente 4 da a conocer una membrana de eliminación de virus en la que, mediante el recubrimiento con un derivado de polisacárido, una membrana de fibra hueca formada a partir de un estado de una combinación de un polímero a base de polisulfona y un copolímero de vinilpirrolidona y acetato de vinilo, se suprime la elución del copolímero de vinilpirrolidona y acetato de vinilo de la membrana de fibra hueca. Además, se da a conocer la cantidad de filtración hasta que la presión de filtración alcanza los 3 bares cuando una disolución de inmunoglobulina se somete a filtración a velocidad constante a 120 l/(l m2 bar). También el documento WO2013/012024 da a conocer membranas asimétricas de fibras huecas con una distribución homogénea de polímero hidrófilo en toda la sección transversal.

Lista de menciones

Documentos de patente

Documento de patente 1: Patente japonesa n.° 4024041

Documento de patente 2: Publicación internacional n.° WO 2003/026779

Documento de patente 3: Publicación internacional n.° WO 2010/098867

Documento de patente 4: Patente japonesa n.° 5403444

Sumario de Invención

Problema técnico

Las membranas de fibras huecas descritas en los documentos de patente 1 y 2 se caracterizan porque tienen una región de captura de virus gruesa en la porción central en la dirección del grosor de la membrana y puede capturar una gran cantidad de un contaminante y por tanto no provoca disminución de la velocidad de permeación (flujo) a lo largo del tiempo durante la filtración. Pero la membrana de celulosa descrita en el documento de patente 1 tiene baja resistencia en un estado humedecido con agua, y por tanto es difícil establecer una presión de filtración alta, no puede obtenerse un flujo alto y es difícil una recuperación de proteína altamente eficaz.

La membrana de PVDF descrita en el documento de patente 2 se forma mediante un método de separación de fases inducido térmicamente. En el método de separación de fases inducido térmicamente, es difícil producir una estructura asimétrica en gradiente en la que el diámetro de poro de los poros cambie en la dirección del grosor de la membrana, y generalmente se proporciona una membrana de estructura homogénea. Por tanto, en comparación con una membrana que tiene una estructura asimétrica en gradiente, no puede obtenerse un alto flujo.

La membrana que tiene una carga negativa descrita en el documento de patente 3 adsorbe no solo un agregado de una proteína sino también un monómero que es un componente útil y por tanto tiene también el inconveniente de disminuir la tasa de recuperación del componente útil. Además, cuando está presente una sal en una disolución de proteína, la capacidad de adsorción de agregados disminuye, y por tanto es difícil suprimir una disminución en el rendimiento de filtración de la membrana de eliminación de virus a lo largo del tiempo en presencia de una sal.

Además, en el documento de patente 4, se describe la resistencia a la obstrucción de la membrana evaluada a partir del cambio de presión cuando una disolución de proteína se somete a filtración a velocidad constante, pero un aumento en la presión durante la filtración a velocidad constante significa que se produce sustancialmente obstrucción. Por tanto, se sugiere que cuando se trata una disolución de proteína que contiene un contaminante, se produce obstrucción, y el rendimiento de filtración disminuye.

Un problema que ha de resolverse mediante la presente invención es proporcionar una membrana de filtración de fibras huecas en la que incluso cuando un contaminante relativamente pequeño que tiene un tamaño cercano al de un componente eficaz que debe pasar a través de la membrana de filtración, tal como un agregado proteico, está presente en una disolución de filtración, se suprime la disminución del flujo a lo largo del tiempo durante la filtración, y puede recuperarse eficazmente un componente útil.

Los presentes inventores han estudiado diligentemente con el fin de solucionar el problema anterior, y como resultado encontraron que el problema anterior se soluciona estableciendo el contenido del polímero hidrófilo de una membrana de fibras huecas más bajo en su porción de superficie interna que en otras porciones, y completaron la presente invención.

Específicamente, la presente invención es tal como sigue.

[1] Una membrana de filtración de fibras huecas que comprende un polímero a base de polisulfona y un polímero hidrófilo y que tiene un gran número de poros,

en la que

la membrana de filtración de fibras huecas tiene una estructura porosa asimétrica en gradiente en la que el diámetro de poro promedio de los poros aumenta desde una porción de superficie externa hacia una porción de superficie interna de la membrana,

el contenido del polímero hidrófilo de la membrana es de desde el 6,0 hasta el 10,0% en masa, y la razón entre el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna y el contenido del polímero hidrófilo de la membrana está en el intervalo de desde 0,50 hasta 0,80.

[2] La membrana de filtración de fibras huecas según [1], en la que el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie externa es mayor que el contenido del polímero hidrófilo de la membrana.

[3] La membrana de filtración de fibras huecas según [1] o [2], en la que la membrana de filtración de fibras huecas tiene una velocidad de permeación de agua pura de desde 80 hasta 240 l/(hm2 bar).

[4] La membrana de filtración de fibras huecas según una cualquiera de [1] a [3], en la que la membrana de filtración de fibras huecas tiene una capa densa que tiene un grosor de desde 2 hasta 10 pm.

[5] La membrana de filtración de fibras huecas según una cualquiera de [1] a [4], en la que el polímero a base de polisulfona es polietersulfona.

[6] La membrana de filtración de fibras huecas según una cualquiera de [1] a [5], en la que el polímero hidrófilo es un copolímero que comprende una unidad de vinilpirrolidona.

Efecto ventajoso de la invención

Cuando se usa la membrana de filtración de fibras huecas de la presente invención, es menos probable que se produzca una disminución del flujo a lo largo del tiempo durante la filtración incluso cuando se filtra una disolución de filtración que comprende un contaminante tal como un agregado de una proteína.

Por tanto, la membrana de filtración de fibras huecas de la presente invención se prefiere como membrana para eliminar sustancias patógenas tales como virus de una disolución de proteína en una etapa de purificación para una fracción de plasma o un producto biofarmacéutico.

Breve descripción del dibujo

[Figura 1] La figura 1 muestra un ejemplo del resultado de la binarización para porciones de poro y porciones sólidas en una imagen en sección transversal de una membrana de filtración de fibras huecas observada mediante un microscopio electrónico de barrido. Las porciones blancas son porciones de poro y las porciones negras son porciones sólidas.

Descripción de realización

A continuación, se describirá en detalle un modo para llevar a cabo la presente invención (a continuación en el presente documento denominada la presente realización).

Una membrana de filtración de fibras huecas hidrófila de la presente realización comprende un polímero a base de polisulfona y un polímero hidrófilo.

El polímero a base de polisulfona es un polímero que tiene un grupo sulfona (-SO²-) en su estructura. Los ejemplos específicos incluyen poliariletersulfona que tiene una unidad de repetición representada por la siguiente fórmula 1 y polietersulfona que tiene una unidad de repetición representada por la siguiente fórmula 2. Particularmente, se prefiere polietersulfona que tiene una unidad de repetición representada por la fórmula 2. Fórmula 1:

En las estructuras de fórmula 1 y fórmula 2, los grupos arilo pueden comprender un sustituyente tal como un grupo funcional o un grupo alquilo, y los átomos de hidrógeno en el esqueleto hidrocarbonado pueden reemplazarse por otros átomos tales como halógenos o sustituyentes.

Un polímero a base de polisulfona puede usarse solo, o pueden mezclarse y usarse dos o más polímeros a base de polisulfona.

El polímero hidrófilo no está particularmente limitado siempre que sea un polímero que presente hidrofilicidad y sea compatible con el polímero a base de polisulfona. Se prefieren copolímeros que contienen una unidad de vinilpirrolidona. Como copolímeros que contienen una unidad de vinilpirrolidona, se prefieren polivinilpirrolidona y copolímeros de vinilpirrolidona y acetato de vinilo desde el punto de vista de la compatibilidad con el polímero a base de polisulfona. La razón de copolimerización entre la vinilpirrolidona y el acetato de vinilo es preferiblemente de desde 6:4 hasta 9:1 desde el punto de vista de la adsorción de una proteína en la superficie de la membrana y la interacción con el polímero a base de polisulfona en la membrana. Los ejemplos específicos de los copolímeros de vinilpirrolidona y acetato de vinilo incluyen LUVISKOL (nombre comercial) VA64 y VA73 comercialmente disponibles de BASF.

Un polímero hidrófilo puede usarse solo, o pueden mezclarse y usarse dos o más polímeros hidrófilos.

Una membrana de filtración de fibras huecas de la presente realización es una membrana de tipo fibras huecas porosas que tiene un gran número de poros y tiene una estructura porosa asimétrica en gradiente en la que el diámetro de poro promedio de los poros aumenta desde la porción de superficie externa hacia la porción de superficie interna de la membrana de filtración de fibras huecas.

El flujo de la membrana está determinado por el grosor de una región en la membrana donde el diámetro de poro es pequeño (capa densa) y el diámetro del poro en la misma. Por tanto, cuando la capa densa se obstruye, el flujo disminuye. Cuando el diámetro de poro promedio de los poros disminuye desde el lado aguas arriba de la filtración hacia el lado aguas debajo de la filtración, pueden capturarse partículas grandes aguas arriba de la filtración, y la obstrucción de la capa densa debido a las partículas grandes se reduce, y puede suprimirse una disminución en el flujo.

En la presente realización, la porción de superficie interna se refiere a una porción de la membrana en un intervalo de hasta 5 pm en la dirección del grosor de la membrana desde la superficie interna de la membrana (la superficie del lado de porción hueca de la membrana de fibras huecas) hacia la superficie externa (la superficie de membrana opuesta a la superficie de la porción hueca en la dirección del grosor de la membrana). Además, la porción de superficie externa se refiere a una porción de la membrana en un intervalo de hasta 5 pm en la dirección del grosor de la membrana desde la superficie externa hacia la superficie interna de la membrana. Si la membrana de filtración de fibras huecas tiene o no una estructura porosa asimétrica en gradiente en la que el diámetro de poro promedio de los poros aumenta desde la porción de superficie externa hacia la porción de superficie interna se determina fotografiando la sección transversal de la fibra hueca mediante un microscopio electrónico de barrido (SEM). Por ejemplo, el aumento de la fotografía se ajusta a 50.000x, y el campo de visión se ajusta en una sección transversal perpendicular a la dirección de la longitud de la fibra hueca o una sección transversal paralela a la dirección de la longitud y que pasa a través del centro de la porción hueca, horizontalmente a la sección transversal. Tras fotografiar el campo de visión ajustado inicialmente, el campo de visión de la fotografía se mueve horizontalmente en la dirección del grosor de la membrana, y se fotografía el siguiente campo de visión.

Esta operación de fotografía se repite hasta que se toman fotografías de la sección transversal de la membrana que cruza desde la superficie externa hasta la superficie interna sin un hueco, y las fotografías obtenidas se combinan para obtener una fotografía de la sección transversal de la membrana. En esta fotografía de la sección transversal, se calcula el diámetro de poro promedio de los poros en cada área de (2 pm en la dirección circunferencial de la membrana) * (1 pm desde la superficie externa hacia el lado de la superficie interna) desde la superficie externa hacia el lado de la superficie interna, y la estructura en gradiente de la sección transversal de la membrana se cuantifica para cada 1 pm desde la superficie externa hacia el lado de la superficie interna. Mediante tal cuantificación, puede determinarse si la membrana de filtración de fibras huecas tiene o no una estructura porosa de tipo gradiente en la que el diámetro de poro promedio de los poros aumenta desde la porción de superficie externa hacia la porción de superficie interna.

El diámetro de poro promedio puede calcularse mediante un método que usa análisis de imágenes. Específicamente, se realiza procesamiento de binarización para porciones de poro y porciones sólidas usando el programa Image-pro plus fabricado por Media Cybernetics, Inc. La identificación entre una porción de poro y una porción sólida se basa en su brillo, y una porción que no puede identificarse y un ruido se corrigen mediante una herramienta libre. Una porción de borde que forma el contorno de una porción de poro, y una estructura porosa observada detrás de una porción de poro se identifican como porciones de poro. Tras el procesamiento de binarización, se calcula el diámetro de un poro a partir del valor de área del poro suponiendo que el poro es un círculo perfecto. El cálculo se lleva a cabo para todos y cada uno de los poros, y se calcula el diámetro de poro promedio para cada área de 1 pm * 2 pm. También se cuenta una porción de poro que se ubica en el extremo del campo de visión y está parcialmente en el campo de visión (es decir, se calcula su diámetro suponiendo que el área de una porción de poro parcialmente en el campo de visión es el área de un círculo perfecto completo). En la presente realización, se determina que un área de 1 pm * 2 pm que tiene un diámetro de poro promedio calculado de 50 nm o menos es la capa densa.

Para una membrana de filtración de fibras huecas hidrófila usada en una etapa de purificación para una fracción de plasma o un producto biofarmacéutico, también se incluyen virus y similares en las sustancias que van a eliminarse además de partículas grandes capturadas por poros que tienen un diámetro de poro grande ubicados aguas arriba de la filtración tal como se describió anteriormente, y el tamaño de los virus más pequeños, parvovirus, es de aproximadamente 20 nm. Por otro lado, el tamaño molecular de una proteína tal como una inmunoglobulina que es la principal sustancia que va a filtrarse es de aproximadamente 10 nm. Por tanto, en una aplicación de este tipo, la capa densa está diseñada generalmente para capturar virus de 20 nm de tamaño y permitir que pase una proteína de 10 nm de tamaño.

Pero en una disolución de una proteína tal como una inmunoglobulina, que es una disolución que va a filtrarse, también está contenido un contaminante tal como un agregado de la proteína (inmunoglobulina o similar). Este contaminante está contenido en una cantidad mayor que la de virus, y su tamaño es de aproximadamente 20 a 40 nm. Por tanto, los poros de la capa densa pueden obstruirse con este contaminante.

La velocidad de permeación, flujo, de una disolución está determinada por la velocidad a la que la disolución penetra en la capa densa que es una región en la que el diámetro de poro es el más pequeño en la membrana, y por tanto cuando los poros se obstruyen en la capa densa, el flujo disminuye a lo largo del tiempo durante la filtración. De hecho, se sabe empíricamente que cuando la cantidad de un contaminante en una disolución de proteína aumenta incluso ligeramente, el flujo disminuye significativamente. De esta manera, para la filtración de una disolución de proteína, el hecho de que los poros de la capa densa se obstruyan con un contaminante que tiene un tamaño de aproximadamente 20 a 40 nm se considera que es la causa principal de la disminución del flujo a lo largo del tiempo.

Además, la obstrucción de los poros de la capa densa con un contaminante provoca no solo que el flujo disminuya sino también una disminución en la capacidad de eliminación de virus porque cuando los poros de la capa densa se obstruyen con un contaminante, el número de los poros que pueden capturar virus disminuye, y la capacidad de captura de virus en la capa densa disminuye.

Por tanto, se prefiere que, al suprimir la obstrucción de los poros en la capa densa durante la filtración de la disolución de proteína para suprimir una disminución en el flujo a lo largo del tiempo durante la filtración y una disminución en la capacidad de eliminación de virus, se recupere eficazmente un monómero proteico, que es un componente útil.

Con el fin de suprimir la obstrucción de los poros en la capa densa con un contaminante, es importante que no se permita que el contaminante permee la capa densa. Para este fin, el contaminante debe capturarse en el lado aguas arriba de la filtración antes de que la disolución penetre en la capa densa.

Los presentes inventores han estudiado diligentemente y como resultado han encontrado que tal captura de un contaminante en el lado aguas arriba de la filtración puede lograrse disminuyendo el contenido del polímero hidrófilo de la membrana de filtración de fibras huecas en el lado aguas arriba de la filtración para adsorber el contaminante en el lado aguas arriba de la filtración.

Específicamente, se ha encontrado que cuando la razón entre “el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna” y “el contenido del polímero hidrófilo de la membrana” (“el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna”/”el contenido del polímero hidrófilo de la membrana”) de la membrana de filtración de fibras huecas está en el intervalo de desde 0,50 hasta 0,80, el contaminante se adsorbe y se captura por la membrana en el lado aguas arriba de la filtración.

El mecanismo detallado de esto no está claro, pero se considera que, en un agregado de una proteína, que es el contaminante principal, los monómeros se agregan entre sí por interacción hidrófoba o interacción electrostática, y el agregado tiene una estructura más inestable que el monómero, y por tanto cuando el agregado entra en contacto con las superficie de poros que tienen un grado insuficiente de hidrofilización, es más probable que se adsorban sobre las superficies de los poros que el monómero.

El valor de “el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna”/”el contenido del polímero hidrófilo de la membrana” está más preferiblemente en el intervalo de desde 0,55 hasta 0,75, además preferiblemente en el intervalo de desde 0,6 hasta 0,7.

Además, con el fin de suprimir la obstrucción de los poros en la capa densa, también resulta eficaz suprimir la adsorción de un contaminante (un agregado de una proteína) en los poros de la capa densa. Por tanto, las superficies de los poros en la capa densa están de manera preferible suficientemente hidrofilizadas. Por tanto, el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie externa donde está presente la capa densa es preferiblemente mayor que el contenido del polímero hidrófilo de la membrana. En otras palabras, el valor de “el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie externaVel contenido del polímero hidrófilo de la membrana” es preferiblemente mayor de 1,0.

En el presente documento, “el contenido del polímero hidrófilo” se refiere a la cantidad del polímero hidrófilo con respecto a la cantidad del polímero a base de polisulfona y específicamente se refiere a la razón de área de pico entre un pico derivado del polímero a base de polisulfona (1580 cm-1) y un pico derivado del polímero hidrófilo (por ejemplo, alrededor de 1730 cm-1 para un polímero hidrófilo que tiene un enlace carbonilo, y alrededor de 1100 cm-1 para un polímero hidrófilo que tiene un enlace éter) (el área de pico de un pico derivado del polímero hidrófilo/el área de pico de un pico derivado del polímero a base de polisulfona (1580 cm-1)) en un espectro de absorción de infrarrojo medido mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR).

El contenido del polímero hidrófilo en el lado aguas arriba de la filtración, es decir, en la porción de superficie interna, de la membrana de filtración de fibras huecas, el contenido del polímero hidrófilo en el lado aguas abajo de la filtración, es decir, en la porción de superficie externa, de la membrana de filtración de fibras huecas, y el contenido del polímero hidrófilo de la membrana pueden medirse mediante el siguiente método.

La membrana de fibras huecas se corta dos veces perpendicularmente a su dirección de longitud o en paralelo a su dirección de longitud por un plano que pasa a través del centro de la porción hueca para obtener una porción que tiene un grosor de 10 pm. La porción cortada de la membrana de fibras huecas se intercala entre placas de bromuro de potasio (KBr), y se mide de manera continua un espectro de absorción de infrarrojo en la dirección del grosor de la membrana desde el lado de la superficie interna hasta el lado de la superficie externa mediante un método de transmisión mediante FT-IR microscópica estableciendo un área de 5 * 5 pm como un segmento. A partir del espectro medido, se detectan un pico derivado del polímero a base de polisulfona (alrededor de 1580 cm-1) y un pico derivado del polímero hidrófilo (por ejemplo, alrededor de 1730 cm-1 para un polímero hidrófilo que tiene un enlace carbonilo y alrededor de 1100 cm-1 para un polímero hidrófilo que tiene un enlace éter), y a partir de la razón del área de absorbancia del pico derivado del polímero hidrófilo/el área de absorbancia del pico derivado del polímero a base de polisulfona, se calcula el contenido del polímero hidrófilo en cada segmento dividido.

El valor promedio del contenido del polímero hidrófilo en todos los segmentos calculado tal como se describió anteriormente se determina como “el contenido del polímero hidrófilo de la membrana”.

El contenido del polímero hidrófilo en el segmento en el lado de la superficie interna (lado más interno) se determina como “el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna” y el contenido del polímero hidrófilo en el segmento en el lado de la superficie externa (lado más externo) se determina como “el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie externa”.

Existe también un intervalo adecuado para el contenido del polímero hidrófilo de la membrana. Cuando el contenido es demasiado alto, el diámetro de poro de los poros tiende a ser demasiado pequeño, y el flujo puede disminuir. Cuando el contenido es demasiado bajo, incluso un monómero se adsorbe sobre la superficie de los poros, lo que puede provocar disminución del flujo a lo largo del tiempo durante la filtración. Desde el punto de vista de controlar adecuadamente el diámetro de poro de los poros de la membrana de filtración de fibras huecas hidrófila para suprimir la adsorción de un monómero, el contenido del polímero hidrófilo de la membrana es de desde el 6,0 hasta el 10,0% en masa, preferiblemente desde el 6,5 hasta el 9,5% en masa, y más preferiblemente desde el 7,0 hasta el 9,0% en masa.

Con el fin de recuperar eficazmente un componente útil en presencia de un contaminante, la captura del contaminante en la porción aguas arriba de la filtración es importante, pero el funcionamiento a alta presión de filtración es también importante porque al establecer una presión de filtración alta, el flujo puede aumentarse. El funcionamiento a alta presión de filtración se logra usando un polímero a base de polisulfona que tiene resistencia a la presión para el material de base de la membrana de filtración.

Con el fin de mejorar adicionalmente la permeabilidad de un componente útil, también se prefiere que la velocidad de permeación de agua pura (la cantidad de agua permeada) se aumente. La velocidad de permeación de agua pura puede ser una guía para el flujo de una disolución de filtración tal como una disolución de proteína. Por ejemplo, la viscosidad de una disolución de proteína es mayor que la del agua pura, y por tanto la velocidad de permeación de la disolución de proteína es menor que la velocidad de permeación de agua pura, pero a medida que la velocidad de permeación de agua pura aumenta, la velocidad de filtración de la disolución de proteína aumenta.

La velocidad de permeación de agua pura a través de la membrana de filtración de fibras huecas hidrófila de la presente realización es preferiblemente de desde 80 hasta 240 l/(hm2 bar). Cuando la velocidad de permeación de agua pura es de 80 l/(hm2 bar) o más, el tiempo de filtración no es demasiado largo, y puede recuperarse una proteína con alta eficacia. Además, cuando la velocidad de permeación de agua pura es de 240 l/(hm2 bar) o menos, se considera que el diámetro de poro es un tamaño adecuado para la eliminación de virus. La velocidad de permeación de agua pura es más preferiblemente de desde 180 hasta 230 l/(hm2 bar).

La velocidad de permeación de agua pura puede medirse mediante un método descrito en los ejemplos.

El mecanismo de eliminación de virus en la membrana de filtración de fibras huecas porosa de la presente realización se considera tal como sigue.

Cuando una disolución que comprende virus permea la membrana porosa, puede considerarse como si esta disolución permea una capa de eliminación de virus que consiste en muchos planos de captura de virus laminados perpendiculares a la dirección de permeación. Hay siempre una distribución del tamaño de los poros en este plano, y se capturan virus en los poros que tienen tamaños más pequeños que los tamaños de los virus. En este momento, la tasa de captura de virus en un plano es baja, pero se logra un alto rendimiento de eliminación de virus laminando muchos de estos planos. Por ejemplo, incluso si la tasa de captura de virus en un plano es del 20%, la tasa de captura de virus en su totalidad es del 99,999% laminando 50 de estos planos. Tal como se describió anteriormente, se considera que en una membrana para la eliminación de virus, se capturan virus mediante múltiples capas. Por tanto, con el fin de aumentar la capacidad de captura de virus, la capa densa (una porción que tiene un diámetro de poro promedio calculado de 50 nm o menos) es preferiblemente gruesa. Pero cuando la capa densa es demasiado gruesa, disminuye el flujo cuando se filtra una disolución de proteína, y por tanto el grosor de la capa densa es preferiblemente de desde 2 hasta 10 pm.

Con el fin de evaluar el rendimiento de filtración cuando se filtra una disolución de proteína que comprende un contaminante, deben establecerse las condiciones para filtrar la disolución de proteína que comprende un contaminante. Las condiciones de la filtración de una disolución de proteína dependen de la aplicación, el tipo y la concentración de la proteína, y similares, y son por tanto difíciles de establecerse generalmente. Sin embargo, como proteína que va a filtrarse, resulta apropiado seleccionar una inmunoglobulina que es la principal sustancia que va a filtrarse en una etapa de purificación para una fracción de plasma o un producto biofarmacéutico.

Como concentración de la inmunoglobulina en la filtración, se prefiere una concentración del 1,5% en masa porque la concentración de inmunoglobulina ha tendido a aumentar en los últimos años con el fin de mejorar la eficacia de producción. Se prefiere que se use Venoglobulin (fabricada por Mitsubishi Tanabe Pharma Corporation) IH 5% I.V. (2,5 g/50 ml) que contiene aproximadamente el 5% de agregados de dímeros o multímeros superiores tras su dilución. Como presión de filtración, la presión de filtración es preferiblemente de 2,0 bares, puesto que cuando la disolución se filtra a alta presión, el flujo aumenta, y la eficacia de recuperación de inmunoglobulina mejora, pero cuando la presión es demasiado alta, es difícil mantener las propiedades de sellado de la porción de conexión entre el filtro y la tubería.

Además, con el fin de evaluar la supresión de la disminución del flujo a lo largo del tiempo durante la filtración de la disolución de proteína incluso en presencia de un contaminante, se filtra una disolución de proteína en la que está presente un contaminante, y se evalúa el cambio del flujo a lo largo del tiempo. Generalmente, se realiza una etapa de eliminación de virus en una etapa de purificación para una fracción de plasma o un producto biofarmacéutico durante 1 hora o más, y por tanto se usa la razón entre el flujo inmediatamente después del inicio de la filtración y el flujo 60 minutos después del inicio de la filtración. En la presente realización, la razón entre el flujo 20 minutos después del inicio de la filtración (F²⁰) y el flujo 60 minutos después del inicio de la filtración (F⁶⁰), F⁶⁰/F²⁰, es preferiblemente de 0,60 o más.

Para el aclaramiento de parvovirus de la membrana de filtración de fibras huecas de la presente realización, el valor de reducción logarítmica (LRV) es preferiblemente de 4,0 o más, más preferiblemente de 5,0 o más. Como parvovirus, se prefiere usar parvovirus porcino (PVP) porque puede encontrarse en una disolución usada en la práctica y es fácil de manipular. El LRV de PVP puede medirse mediante un método descrito en los ejemplos. A continuación, se describirá un método para fabricar una membrana de filtración de fibras huecas de la presente realización.

En la presente realización, el método para fabricar una membrana de filtración de fibras huecas no está limitado. Un ejemplo incluye un método de mezclar un polímero a base de polisulfona, un polímero hidrófilo y un disolvente para su disolución, desgasificar la disolución para proporcionar una masa hilable, expulsar la masa hilable junto con un líquido de perforación (líquido interno) simultáneamente desde una porción anular y una porción central de una boquilla de doble tubo (hilera) respectivamente, guiar el producto expulsado hasta un líquido de coagulación después de que discurra por una porción de hueco de aire para formar una fibra hueca y lavar con agua la fibra hueca, seguido por enrollar, eliminar el líquido interno de la fibra hueca, tratar térmicamente y secar.

Específicamente, se fabrica preferiblemente una membrana de filtración de fibras huecas mediante un método de fabricación que comprende las siguientes etapas.

Un método para fabricar una membrana de filtración de fibras huecas, que comprende las etapas de: expulsar una masa hilable que comprende un polímero a base de sulfona, un polímero hidrófilo y un disolvente y un líquido de perforación simultáneamente desde una porción anular y una porción central de una boquilla de doble tubo respectivamente;

guiar el producto expulsado en la etapa anterior hasta un líquido de coagulación para formar una membrana de fibras huecas; y

extraer la membrana de fibras huecas anterior del líquido de coagulación, hacer que la membrana de fibras huecas anterior discurra por el aire y luego introducir la membrana de fibras huecas anterior en un baño de lavado con agua, en el que

el tiempo de recorrido por el aire desde la extracción de la membrana de fibras huecas del baño de coagulación hasta su introducción en el baño de lavado con agua es de desde 10 hasta 80 segundos.

El disolvente usado en la masa hilable no está limitado, y pueden usarse ampliamente disolventes que son buenos disolventes para el polímero a base de polisulfona y el polímero hidrófilo usados y en el que ambos de estos son compatibles. Los ejemplos específicos incluyen N-metil-2-pirrolidona (NMP), N,N-dimetilformamida (DMF), N,N-dimetilacetamida (DMAc), dimetilsulfóxido y g-caprolactama. Entre ellos, se prefieren disolventes a base de amida tales como NMP, DMF y DMAc, y se prefiere más NMP.

Se añade preferiblemente un no disolvente a la masa hilable. Como no disolvente usado, por ejemplo, se ilustran glicerina, agua y compuestos de diol. Entre ellos, se prefieren los que tienen una estructura de etilenglicol.

Los compuestos de diol son los que tienen grupos hidroxilo en ambos extremos de la molécula, y los que tienen una estructura de etilenglicol son los que se representan mediante la siguiente fórmula 3 en la que la unidad de repetición n es 1 o más.

Los ejemplos específicos de los compuestos de diol incluyen dietilenglicol (DEG), trietilenglicol (TriEG), tetraetilenglicol (TetraEG) y polietilenglicol. Se prefieren DEG, TriEG y TetraEG, y se prefiere más TriEG.

Fórmula 3:

Para la razón en masa de disolvente/no disolvente en la masa hilable, las cantidades de ambos son preferiblemente las mismas aproximadamente, y se prefiere desde 35/65 hasta 65/35. Cuando la cantidad del no disolvente (los compuestos distintos del disolvente descrito anteriormente y los solutos (es decir, el polímero a base de polisulfona y el polímero hidrófilo), que se añaden a la masa hilable) es de 65/35 o más, la coagulación avanza a una velocidad moderada, y por tanto es menos probable que se produzca un diámetro de poro excesivamente grande, y es probable que se obtenga una membrana de filtración que tiene una estructura de membrana preferida como membrana de filtración para aplicaciones de tratamiento de disoluciones de proteína. Por otro lado, cuando la cantidad del no disolvente es de 35/65 o menos, el progreso de la coagulación no es demasiado rápido, y por tanto es menos probable que se produzca un diámetro de poro excesivamente pequeño, y también es menos probable que se produzcan macrohuecos que son defectos estructurales, lo que se prefiere.

La concentración del polímero a base de polisulfona en la masa hilable es preferiblemente de desde el 15 hasta el 35% en masa, más preferiblemente desde el 20 hasta el 30% en masa. Cuando la concentración de polímero a base de polisulfona en la masa hilable disminuye, se obtiene un alto rendimiento de permeación aumentando la porosidad, pero cuando la concentración de polímero a base de polisulfona es excesivamente baja, puede producirse una disminución en la resistencia de la membrana y un aumento en el diámetro de poro. Por otro lado, al establecer la concentración de polímero a base de polisulfona al 35% en masa o menos, la porosidad no es demasiado baja, y no solo puede mantenerse el rendimiento de permeación, sino que la capacidad de captura de virus de la membrana puede mantenerse alta, lo que se prefiere.

La concentración del polímero hidrófilo en la masa hilable es preferiblemente de desde el 5 hasta el 12% en masa. Cuando la concentración de polímero hidrófilo es del 5% en masa o más, la membrana obtenida está suficientemente hidrofilizada, lo que se prefiere desde el punto de vista de que incluso cuando la membrana se usa para la filtración de sustancias fisiológicamente activas, es menos probable que la sustancia fisiológicamente activa se adsorba sobre la membrana, y es menos probable que se produzca disminución del flujo. Por otro lado, se prefiere establecer la concentración de polímero hidrófilo al 12% en masa o menos porque la cantidad del polímero hidrófilo sobre superficies de poro está en un intervalo adecuado en la membrana obtenida, y el diámetro de poro no disminuye excesivamente debido al grosor del polímero hidrófilo. Además, también se prefiere establecer la concentración de polímero hidrófilo al 12% en masa o menos desde el punto de vista de impedir que las fibras huecas se unan entre sí después de secar.

La masa hilable se obtiene, por ejemplo, disolviendo un polímero a base de polisulfona, un polímero hidrófilo y un no disolvente en un disolvente mientras se agitan a temperatura constante. La temperatura en este momento es preferiblemente de desde 30 hasta 60°C, mayor que la temperatura ordinaria. Compuestos terciarios e inferiores que contienen nitrógeno (NMP y vinilpirrolidona) se oxidan en el aire, y es probable que la oxidación avance adicionalmente cuando se calientan, y por tanto la preparación de la masa hilable se realiza preferiblemente bajo una atmósfera de gas inerte. Los ejemplos del gas inerte incluyen nitrógeno y argón. Desde el punto de vista del coste de producción, se prefiere el nitrógeno.

Cuando están presentes burbujas en la masa hilable, las burbujas grandes provocan rotura de fibras durante la hilatura, y las burbujas pequeñas forman macrohuecos tras la formación de la membrana, lo que provoca defectos estructurales en la membrana, y por tanto se realiza preferiblemente desgasificación. La etapa de desgasificación puede realizarse, por ejemplo, tal como sigue. Un tanque que contiene la masa hilable en la que los solutos están completamente disueltos se calienta hasta 50°C, la presión se reduce hasta 2 kPa y se permite que la masa hilable repose durante 1 hora o más. Esta operación se repite preferiblemente siete veces o más. Además, con el fin de aumentar la eficacia de desgasificación, la disolución puede agitarse durante la desgasificación.

Al usar un material cuyo contenido de un material foráneo es bajo, puede evitarse la rotura de fibras durante la hilatura, y la estructura de la membrana puede controlarse, y por tanto se elimina preferiblemente un material foráneo antes de que la masa hilable se expulse desde la hilera. Antes de que la masa hilable se expulse desde la hilera, se instala preferiblemente un filtro, y se prefiere más que se instalen filtros que tienen diámetros de poro diferentes en múltiples fases. Aunque no está particularmente limitado, específicamente, se prefiere que se instalen un filtro de malla que tiene un diámetro de poro de 30 pm y un filtro de malla que tiene un diámetro de poro de 10 pm en un orden tal que el filtro de malla que tiene un diámetro de poro de 30 pm está más próximo al tanque de masa hilable.

Para el líquido de perforación usado durante la formación de la membrana, se usan preferiblemente los mismos componentes que los componentes usados en la masa hilable y el líquido de coagulación. Cuando, por ejemplo, se usan NMP/TriEG como disolvente/no disolvente de la masa hilable, y se usan NMP/TriEG-agua como disolvente/no disolvente del líquido de coagulación, el líquido de perforación se compone preferiblemente de NMP, TriEG y agua.

Un aumento en la cantidad del disolvente en el líquido de perforación es eficaz en la ralentización del progreso de la coagulación y para permitir que la formación de la estructura de la membrana avance lentamente. Un aumento en la cantidad del no disolvente es eficaz, generalmente debido a un efecto de espesamiento, en la ralentización de la difusión de la disolución, la ralentización del progreso de la coagulación y para permitir que la formación de la estructura de la membrana avance lentamente. Además, un aumento en la cantidad de agua es eficaz en la aceleración del progreso de la coagulación. Con el fin de permitir que el progreso de la coagulación avance adecuadamente y controlar la estructura de la membrana para obtener una estructura de membrana preferida, la razón en masa de disolvente/no disolvente en el líquido de perforación es preferiblemente de desde 35/65 hasta 65/35, y las cantidades de ambos pueden ser sustancialmente las mismas aproximadamente. La razón en masa de componente orgánico/agua en el no disolvente es preferiblemente de desde 70/30 hasta 100/0.

La temperatura de la hilera es preferiblemente de desde 40 hasta 60°C con el fin de obtener un diámetro de poro adecuado. La masa hilable se expulsa desde la hilera y luego se introduce en un baño de coagulación tras discurrir por una porción de hueco de aire. La cantidad de tiempo para discurrir por una porción de hueco de aire es preferiblemente de desde 0,01 hasta 0,75 segundos, y más preferiblemente desde 0,05 hasta 0,4 segundos, desde el punto de vista de controlar el progreso de la coagulación para proporcionar una estructura de membrana preferida.

La razón de estiraje está preferiblemente en el intervalo de desde 1,1 hasta 6,0, más preferiblemente en el intervalo de desde 1,1 hasta 4,0, con el fin de controlar el estiramiento en la membrana de fibras huecas en el proceso de hilatura. La razón de estiraje significa la razón entre la velocidad de adquisición y la velocidad lineal de expulsión de la masa hilable desde la hilera. Una alta razón de estiraje significa que la razón de estiramiento tras la expulsión desde la hilera es alta. Generalmente, cuando se forma una membrana mediante un método de separación en fase húmeda, la mayor parte de la estructura de la membrana se determina cuando la masa hilable sale del baño de coagulación tras discurrir por una porción de hueco de aire. El interior de la membrana se compone de porciones sólidas formadas por el enmarañamiento de las cadenas de polímero, y porciones vacías que son porciones de poro en las que no están presentes los polímeros. El mecanismo detallado no está claro, pero se considera que cuando la membrana de fibras huecas se estira excesivamente antes de completarse la coagulación, en otras palabras, la membrana de fibras huecas se estira excesivamente antes de que se enmarañen las cadenas de polímero, el enmarañamiento de las cadenas de polímero se rasga, y las porciones de poro se conectan, y por tanto se forman poros excesivamente grandes, o las porciones de poro se dividen, y por tanto se forman poros excesivamente pequeños.

El líquido de coagulación puede componerse de un disolvente de un componente orgánico/un no disolvente distinto de agua, agua y un polímero hidrófilo. Tal como se describió anteriormente, el disolvente es eficaz en la ralentización de la coagulación, y el agua es eficaz en la aceleración de la coagulación, y por tanto para la composición del líquido de coagulación, se prefiere que la razón en masa de disolvente/no disolvente sea de desde 35/65 hasta 65/35, y la razón en masa de componente orgánico/agua en el no disolvente sea de desde 70/30 hasta 10/90. Además, la temperatura del baño de coagulación es preferiblemente de desde 30 hasta 60°C con el fin de obtener un diámetro de poro adecuado.

La velocidad de hilatura no está particularmente limitada siempre que sea una condición en la que se obtiene una membrana de fibras huecas sin defectos. La velocidad de hilatura es preferiblemente de desde 5 hasta 15 m/min. La membrana de fibras huecas extraída del baño de coagulación discurre por el aire y se introduce en un baño de lavado con agua. La cantidad de tiempo mientras la cual la membrana de fibras huecas discurre por el aire, desde la extracción de la membrana de fibras huecas del baño de coagulación hasta la introducción de la membrana de fibras huecas en el baño de lavado con agua, es habitualmente de aproximadamente varios segundos, pero según el estudio de los presentes inventores, se ha encontrado que cuando este tiempo de recorrido por el aire se aumenta, el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna de la membrana de fibras huecas puede disminuirse.

El mecanismo no está claro pero se considera lo siguiente.

El buen disolvente para el polímero a base de polisulfona y el polímero hidrófilo está presente en la porción hueca de la membrana de fibras huecas extraída del baño de coagulación. Por tanto, mientras que la membrana de fibras huecas extraída del baño de coagulación discurre por el aire, se proporciona un estado en el que el lado de la superficie interna está en contacto con la disolución que comprende el buen disolvente para el polímero a base de polisulfona y el polímero hidrófilo, y el lado de la superficie externa está en contacto con el aire.

Se considera que, de esta manera, mientras que la membrana de fibras huecas discurre por el aire, su lado de la superficie interna está en contacto directo con la disolución que comprende el buen disolvente, y por tanto el enmarañamiento del polímero a base de polisulfona y el polímero hidrófilo se debilita, y el polímero hidrófilo se mueve por difusión en el disolvente en la porción hueca. Por otro lado, se considera que, durante este tiempo, el lado de la superficie externa está en contacto con el aire, y por tanto tal movimiento del polímero hidrófilo tal como se produce en el lado de la superficie interna es menos probable que se produzca en la superficie externa y en otras porciones.

Cuando el tiempo de retención en el aire, desde la extracción de la membrana de fibras huecas del baño de coagulación hasta su introducción en el baño de lavado con agua, es demasiado largo, el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna es demasiado bajo, y por el contrario, cuando este es demasiado corto, el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna no es lo suficientemente bajo, y por tanto con el fin de establecer el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna en un intervalo adecuado, este tiempo de retención en el aire es preferiblemente de desde 10 hasta 80 segundos, más preferiblemente desde 15 hasta 80 segundos.

Además, cuando este tiempo de retención no es demasiado largo, el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie externa puede ser mayor que el contenido del polímero hidrófilo de la membrana.

La membrana de fibras huecas que discurre por el aire se introduce en el baño de lavado con agua y se lava con agua caliente. Se prefiere que en el proceso de lavado con agua se eliminen de manera fiable el disolvente y el polímero hidrófilo no fijado a la membrana. Cuando la membrana de fibras huecas se seca mientras comprende el disolvente, el disolvente se concentra en la membrana durante el secado, y el polímero a base de polisulfona se disuelve o se hincha, y por tanto la estructura de la membrana puede cambiar. Cuando permanece el polímero hidrófilo no fijado a la membrana, los poros se obstruyen, y la permeabilidad de la membrana puede disminuir. Con el fin de aumentar las velocidades de difusión del disolvente, el no disolvente y el polímero hidrófilo no fijado a la membrana que deben eliminarse, y aumentar la eficacia de lavado con agua, la temperatura del agua caliente es preferiblemente de desde 50°C o más. En el proceso de lavado con agua, se usa preferiblemente un rodillo de Nelson. Con el fin de realizar suficientemente el lavado con agua, el tiempo de retención de la membrana de fibras huecas en el baño de lavado con agua es preferiblemente de desde 80 hasta 300 segundos.

La membrana de fibras huecas extraída del baño de lavado con agua se enrolla en un marco de enrollamiento mediante una bobinadora. La membrana de fibras huecas enrollada en el marco de enrollamiento se corta en ambos extremos, se ata y se sujeta mediante un soporte para que no se suelte. Luego, la membrana de fibras huecas sujetada se sumerge en agua caliente y se lava en un proceso de tratamiento con agua caliente. Puede permanecer un líquido blanco-turbio en la porción hueca de la membrana de fibras huecas en el estado de estar enrollado en el marco de enrollamiento. En este líquido, están suspendidas partículas de tamaño nanométrico a micrométrico del polímero a base de polisulfona. Cuando la membrana de fibras huecas se seca sin eliminar este líquido blanco-turbio, estas partículas finas obstruyen los poros de la membrana de fibras huecas, y el rendimiento de la membrana puede disminuir, y por tanto el líquido interno en la porción hueca se elimina preferiblemente. En el proceso de tratamiento con agua caliente, la membrana de fibras huecas también se lava desde el interior de la fibra hueca, y por tanto el polímero hidrófilo no fijado a la membrana, y similar que no puede eliminarse completamente en el proceso de lavado con agua se eliminan eficazmente. La temperatura del agua caliente en el proceso de tratamiento con agua caliente es preferiblemente de desde 50 hasta 100°C, y el tiempo de lavado es preferiblemente de desde 30 hasta l20 minutos. El agua caliente se reemplaza preferiblemente varias veces durante el lavado.

En la presente realización, la membrana de fibras huecas enrollada se somete además preferiblemente a tratamiento con agua caliente a alta presión. Específicamente, la membrana de fibras huecas se coloca preferiblemente en un esterilizador de vapor a alta presión en un estado de estar completamente sumergido en agua, y se trata a 120°C o más durante desde 2 hasta 6 horas. El mecanismo detallado no está claro, pero se considera que mediante este tratamiento con agua caliente a alta presión, no solo se eliminan completamente pequeñas cantidades del disolvente, el no disolvente y el polímero hidrófilo no fijado a la membrana que quedan en la membrana de fibras huecas, sino que el estado de la presencia del polímero a base de polisulfona y el polímero hidrófilo se optimiza (específicamente, el polímero hidrófilo cubre las superficies de poros hasta el grado de que el diámetro de poro no disminuye excesivamente), y por tanto se proporciona una estructura preferida para una membrana de eliminación de virus. Cuando la membrana de fibras huecas se trata a una temperatura inferior a 120°C o durante un tiempo más corto que desde 2 hasta 6 horas, la optimización del estado de la presencia del polímero a base de polisulfona y el polímero hidrófilo es probable que sea insuficiente, y puede no obtenerse un rendimiento de permeación suficiente. Además, el tiempo de tratamiento puede ser más largo que el anterior, pero esta optimización se completa en un tiempo de tratamiento en el plazo de 6 horas, y por tanto en cuanto a eficacia de producción, el tiempo de tratamiento es preferiblemente de 6 horas o menos.

La membrana de filtración de fibras huecas de la presente realización se seca preferiblemente mediante secado con aire, secado a presión reducida, secado con aire caliente, o similares, aunque no particularmente limitado, en un estado en el que ambos extremos de la membrana de fibras huecas se fija de modo que la membrana no se contrae durante el secado.

Ejemplos

La presente realización se describirá en detalle a continuación mediante ejemplos. Los métodos de medición en los ejemplos son tal como sigue.

(1) Medición del diámetro interno y medición del grosor de la membrana

Se determinaron el diámetro interno y diámetro externo de una membrana de fibras huecas fotografiando una sección transversal cortada verticalmente de la membrana mediante un microscopio estereoscópico. Se calculó (el diámetro externo - el diámetro interno)/2 para obtener el grosor de la membrana. Además, se calculó el área de la membrana a partir de este diámetro interno y la longitud de las fibras huecas.

(2) Medición de la velocidad de permeación de agua pura

Se midió la cantidad de agua pura a 25°C filtrada (l) mediante filtración de extremo cerrado a presión constante a 1,0 bares y se dividió entre el tiempo de filtración (h) y el área de membrana (m2) para determinar la velocidad de permeación (l/hm2 bar).

(3) Prueba de filtración de inmunoglobulina

Un filtro ensamblado de modo que el número de fibras huecas era de 4 y la longitud eficaz de una membrana de fibras huecas era de 8 cm, se sometió a tratamiento de esterilización a alta presión a 122°C durante 60 minutos. Usando Venoglobulin (fabricada por Mitsubishi Tanabe Pharma Corporation) IH 5% I.V. (2,5 g/50 ml), se preparó una disolución de modo que la concentración de inmunoglobulina de la disolución era de 15 g/l, la concentración de cloruro de sodio era de 0,1 M y el pH era de 4,5. Se filtró la disolución preparada con un método de extremo cerrado a una presión fijada de 2,0 bares durante 60 minutos. Se recuperó el filtrado a intervalos de 10 minutos, y se midió la razón de flujo de F⁶⁰/F²⁰, que es la razón entre la cantidad del filtrado filtrada a partir de 10 minutos y recuperada (ml) a los 20 minutos y la cantidad del filtrado filtrada a partir de 50 minutos y recuperada (ml) a 60 minutos.

(4) Medición del contenido de contaminantes en la disolución de filtración para las pruebas

Se realizó la medición por cromatografía de exclusión molecular para la disolución preparada en (3) según las descripciones en el documento Seibutsu-kogaku Kaishi, vol. 84, n.° 10 (P392-394), en las mismas condiciones. A partir de cada valor de área en el cromatograma obtenido, se determinó el contenido de contaminantes en la disolución de filtración usada en la prueba de filtración de inmunoglobulina.

La razón de abundancia de monómero de inmunoglobulina/agregado en la disolución usada en la prueba de filtración de inmunoglobulina era de 94,8/5,2.

(5) Medición del aclaramiento de parvovirus porcino

Una disolución obtenida realizando adiciones conocidas de la disolución preparada en la prueba de filtración de inmunoglobulina (3) con un 0,5% en volumen de disolución de parvovirus porcino (PVP) se usó como disolución de filtración. Se realizó una prueba de filtración del mismo modo que en la (3) prueba de filtración de inmunoglobulina. El título (valor de TCID⁵⁰) del filtrado se midió mediante un ensayo de virus. El aclaramiento del virus PVP (valor de reducción logarítmica de virus (LRV)) se calculó mediante

LRV = Log (TCID50/ml (la disolución de filtración)) - Log (TCID50/ml (el filtrado)).

(6) Medición del diámetro de poro promedio de los poros

Se fotografió la sección transversal de una membrana de fibras huecas mediante un microscopio electrónico de barrido (SEM) con un aumento de la fotografía ajustado a 50.000x y el campo de visión ajustado horizontalmente a la dirección del grosor de la membrana de la sección transversal de las fibras huecas. Tras fotografiar el campo de visión ajustado inicialmente, el campo de visión de la fotografía se movió horizontalmente en la dirección del grosor de la membrana, y se fotografió el siguiente campo de visión. Esta operación de fotografía se repitió hasta que se tomaron fotografías de la sección transversal de membrana de la membrana que cruza desde la superficie externa hasta la superficie interna sin ningún espacio, y las fotografías obtenidas se combinaron para obtener una fotografía de la sección transversal de membrana. En esta fotografía de la sección transversal, se calculó el diámetro de poro promedio en cada área de (2 pm en la dirección circunferencial de la membrana) x (1 pm desde la superficie externa hacia el lado de la superficie interna), y la estructura en gradiente de la sección transversal de la membrana se cuantificó para cada 1 pm desde la superficie externa hacia el lado de la superficie interna.

El diámetro de poro promedio se calculó tal como sigue. Usando el programa Image-pro plus fabricado por Media Cybernetics, se identificó una porción de poro o una porción sólida basándose en su brillo, y una porción que no podía identificarse y un ruido se corrigieron mediante una herramienta libre, y una porción de borde que forma el contorno de una porción de poro y una estructura porosa observada detrás de una porción de poro se identificaron como porciones de poro para realizar el procesamiento de binarización para porciones de poro y porciones sólidas. Tras el procesamiento de binarización, se calculó el diámetro de un poro a partir del valor de área del poro suponiendo que el poro era un círculo perfecto. También se contó una porción de poro que se ubica en el extremo del campo de visión y estaba parcialmente en el campo de visión, se llevó a cabo el cálculo para todos y cada uno de los poros y se calculó el diámetro de poro promedio para cada área de 2 pm x ¹pm. Se determinó que un área que tiene un diámetro de poro promedio calculado de 50 nm o menos era una capa densa, y se determinó que un área que tiene un diámetro de poro promedio calculado de más de 50 nm era una capa gruesa.

(7) Grosor de la capa densa

El grosor de una capa densa se determinó a partir del número de áreas que tienen un diámetro de poro promedio de 50 nm o menos en (6) * 1 (pm).

(8) Medición del “contenido de polímero hidrófilo en la membrana” y la razón entre el “contenido de polímero hidrófilo en la porción de superficie interna” y el “contenido de polímero hidrófilo de la membrana”

A partir de una membrana de fibras huecas, se cortó una porción de película delgada que tenía un grosor de aproximadamente 10 pm, se intercaló entre dos placas de KBr y se moldeó para dar un comprimido usando una prensa. Para el comprimido, se midió de manera continua un espectro de absorción de infrarrojo para cada segmento en la dirección del grosor de la membrana desde el lado de la superficie interna hasta el lado de la superficie externa usando un método de transmisión microscópico de FT-IR estableciendo un área de 5 pm * 5 pm como un segmento. A partir del espectro medido, se detectaron un pico derivado del polímero a base de polisulfona (alrededor de 1580 cm-1) y un pico derivado del polímero hidrófilo (alrededor de 1730 cm-1), y a partir de la razón del área de absorbancia del pico derivado del polímero hidrófilo/el área de absorbancia del pico derivado del polímero a base de polisulfona, se calculó el contenido del polímero hidrófilo en cada segmento dividido.

A partir del contenido del polímero hidrófilo en los segmentos calculado tal como se describió anteriormente, se determinó el contenido del polímero hidrófilo en el segmento presente en el lado más interno (lado de la porción hueca) como “el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna”, se determinó el contenido del polímero hidrófilo en el segmento en el lado de la superficie externa (lado más externo) como el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie externa, y se determinó el valor promedio del contenido del polímero hidrófilo en todos los segmentos como “el contenido del polímero hidrófilo de la membrana”. Usando estos valores, se calcularon la razón entre “el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna” y “el contenido del polímero hidrófilo de la membrana” y la razón entre “el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie externa” y “el contenido del polímero hidrófilo de la membrana”.

(Ejemplo 1)

27 partes en masa de polietersulfona (PES) (Ultrason (nombre comercial) E6020P fabricada por BASF), 9 partes en masa de un copolímero de vinilpirrolidona y acetato de vinilo (Luviskol (marca comercial registrada) VA64 fabricado por BASF, a continuación en el presente documento descrito como “VA”), 30,4 partes en masa de N-metil-2-pirrolidona (NMP) (fabricada por KISHIDA CHEMICAL Co., Ltd.) y 33,6 partes en masa de trietilenglicol (TriEG) (fabricado por kANt O CHEMICAL CO., INC.) se mezclaron a 50°C, y luego se repitió la desgasificación a presión reducida siete veces para proporcionar una disolución como una masa hilable.

Se expulsó la masa hilable desde la porción anular de una boquilla de doble tubo con la temperatura de la hilera ajustada a 50°C, y se expulsó un líquido mezclado de 45,1 partes en masa de NMP, 49,9 partes en masa de TriEG y 5 partes en masa de agua como líquido de perforación desde la porción central. Se permitió que la masa hilable y el líquido de perforación expulsados discurrieran por una porción de hueco de aire y luego discurrieran por un baño de coagulación a 30°C lleno de un líquido de coagulación que comprende 28,5 partes en masa de NMP, 31,5 partes en masa de TriEG y 40 partes en masa de agua.

Se permitió que la membrana de fibras huecas extraída del baño de coagulación discurriera por el aire durante 15 segundos, luego se permitió que discurriera por un baño de lavado con agua ajustado a 55°C, y finalmente se enrolló en agua. La velocidad de hilatura era de 8 m/min, y la razón de estiraje era de 2.

La membrana de fibras huecas enrollada se cortó en ambos extremos, se ató, se sujetó mediante un soporte de modo que no se soltara, se sumergió en agua caliente a 80°C y se lavó durante 60 minutos. La membrana de fibras huecas lavada se sometió a tratamiento con agua caliente a alta presión en las condiciones de 128°C y 6 horas y luego se secó a vacío para obtener una membrana de filtración de fibras huecas porosa.

(Ejemplo 2)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 1 excepto porque el tiempo de recorrido por el aire de la membrana de fibras huecas tras salir del baño de coagulación se cambió a 30 segundos.

(Ejemplo 3)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 1 excepto porque el tiempo de recorrido por el aire de la membrana de fibras huecas tras salir del baño de coagulación se cambió a 70 segundos.

(Ejemplo 4)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 1 excepto porque la composición del líquido de coagulación se cambió a 19 partes en masa de NMP, 21 partes en masa de TriEG y 60 partes en masa de agua.

(Ejemplo 5)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 1 excepto porque la composición del líquido de coagulación se cambió a 9,5 partes en masa de NMP y 10,5 partes en masa de TriEG.

(Ejemplo 6)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 5 excepto porque la composición de la masa hilable se cambió a 26 partes en masa de PES, 10 partes en masa de VA, 32 partes en masa de NMP y 32 partes en masa de TriEG, y la composición del líquido de perforación se cambió a 42,8 partes en masa de NMP, 52,2 partes en masa de TriEG y 5 partes en masa de agua.

(Ejemplo 7)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 1 excepto porque la composición de la masa hilable se cambió a 24 partes en masa de PES, 12 partes en masa de VA, 30,4 partes en masa de NMP y 33,6 partes en masa de TriEG, la composición del líquido de perforación se cambió a 52,8 partes en masa de NMP, 42,2 partes en masa de TriEG y 5 partes en masa de agua, y la composición del líquido de coagulación se cambió a 38,9 partes en masa de NMP, 31,1 partes en masa de TriEG y 30 partes en masa de agua.

(Ejemplo 8)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 1 excepto porque la composición de la masa hilable se cambió a 27 partes en masa de PES, 8 partes en masa de VA, 30,9 partes en masa de NMP y 34,1 partes en masa de TriEG.

(Ejemplo 9)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 6 excepto porque la composición de la masa hilable se cambió a 26 partes en masa de PES, 10 partes en masa de VA, 30,4 partes en masa de NMP y 33,6 partes en masa de TriEG, la composición del baño de coagulación se cambió a 38,3 partes en masa de NMP, 46,7 partes en masa de TriEG y 15 partes en masa de agua, la temperatura del baño de coagulación se cambió a 20°C y la velocidad de hilatura se cambió a 5 m/min.

Los resultados de medición de (1) a (8) para las membranas de fibras huecas obtenidas en los ejemplos 1 a 9 se muestran en la tabla 1.

Para todas las membranas de fibras huecas obtenidas en los ejemplos 1 a 9, se suprimió la adsorción de la proteína sobre las superficies de poros durante la filtración, y la permeabilidad de la proteína era excelente. Además, incluso en presencia del contaminante, se suprimió la disminución del flujo a lo largo del tiempo durante la filtración de la disolución de proteína, y el rendimiento de permeabilidad del componente útil era excelente. (Ejemplo comparativo 1)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 1 excepto porque el tiempo de recorrido por el aire de la membrana de fibras huecas tras salir del baño de coagulación se cambió a 3 segundos. Los resultados de medición de (1) a (8) para la membrana de fibras huecas obtenida en el ejemplo comparativo 1 se muestran en la tabla 1.

Para la membrana de fibras huecas obtenida en el ejemplo comparativo 1, el tiempo de recorrido por el aire tras salir del baño de coagulación era corto, y por tanto el contenido del polímero hidrófilo en el lado de la superficie interna no era lo suficientemente bajo, y no pudo suprimirse la disminución del flujo a lo largo del tiempo durante la filtración de la disolución de proteína en presencia del contaminante.

(Ejemplo comparativo 2)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 1 excepto porque el tiempo de recorrido por el aire de la membrana de fibras huecas tras salir del baño de coagulación se cambió a 110 segundos.

Los resultados de medición de (1) a (8) para la membrana de fibras huecas obtenida en el ejemplo comparativo 2 se muestran en la tabla 1.

Para la membrana de fibras huecas obtenida en el ejemplo comparativo 2, el tiempo de recorrido por el aire tras salir del baño de coagulación era demasiado largo, y por tanto el contenido del polímero hidrófilo en el lado de la superficie interna disminuyó demasiado. Como resultado, no solo el contaminante sino que incluso el monómero se adsorbió aguas arriba de la filtración, y se produjo obstrucción, y por tanto se produjo disminución del flujo a lo largo del tiempo.

(Ejemplo comparativo 3)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 6 excepto porque la composición de la masa hilable se cambió a 26 partes en masa de PES, 12 partes en masa de VA, 29,5 partes en masa de NMP y 32,5 partes en masa de TriEG.

Los resultados de medición de (1) a (8) para la membrana de fibras huecas obtenida en el ejemplo comparativo 3 se muestran en la tabla 1.

Para la membrana de fibras huecas obtenida en el ejemplo comparativo 3, el contenido del polímero hidrófilo de la membrana era demasiado alto, y por tanto no pudo suprimirse la disminución del flujo a lo largo del tiempo durante la filtración de la disolución de proteína en presencia del contaminante.

(Ejemplo comparativo 4)

Se obtuvo una membrana de fibras huecas del mismo modo que el ejemplo 1 excepto porque la composición de la masa hilable se cambió a 27 partes en masa de PES, 7 partes en masa de VA, 31,4 partes en masa de NMP y 34,6 partes en masa de TriEG.

Los resultados de medición de (1) a (8) para la membrana de fibras huecas obtenida en el ejemplo comparativo 4 se muestran en la tabla 1.

Para la membrana de fibras huecas obtenida en el ejemplo comparativo 4, el contenido del polímero hidrófilo de la membrana era demasiado bajo, y por tanto se produjo disminución del flujo a lo largo del tiempo.

Aplicabilidad industrial

La membrana de filtración de la presente realización puede usarse ampliamente para filtración en general. Particularmente, la membrana de filtración de la presente realización puede usarse preferiblemente cuando se eliminan impurezas (por ejemplo, sustancias patógenas tales como virus) de disoluciones de sustancias fisiológicamente activas tales como productos farmacéuticos y sus materias primas, y fracciones de plasma. Especialmente, la membrana de filtración de la presente realización puede usarse preferiblemente cuando se eliminan impurezas de una disolución de proteína que comprende un contaminante tal como un agregado de una proteína.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Membrana de filtración de fibras huecas para eliminar impurezas de disoluciones de proteína, comprendiendo dicha membrana de filtración de fibras huecas un polímero a base de polisulfona y un polímero hidrófilo y teniendo un gran número de poros, en la que:

la membrana de filtración de fibras huecas tiene una estructura porosa asimétrica en gradiente en la que el diámetro de poro promedio de los poros aumenta desde una porción de superficie externa hacia una porción de superficie interna de la membrana,

el contenido del polímero hidrófilo de la membrana es de desde el 6,0 hasta el 10,0% en masa, y la razón entre el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie interna y el contenido del polímero hidrófilo de la membrana está en el intervalo de desde 0,50 hasta 0,80,

en la que el contenido del polímero hidrófilo en la membrana y la razón entre el contenido de polímero hidrófilo en la porción de superficie interna y el contenido del polímero hidrófilo de la membrana se determina tal como se describe en la descripción.
2. Membrana de filtración de fibras huecas según la reivindicación 1, en la que el contenido del polímero hidrófilo en la porción de superficie externa es mayor que el contenido del polímero hidrófilo de la membrana.
3. Membrana de filtración de fibras huecas según la reivindicación 1 o 2, en la que la membrana de filtración de fibras huecas tiene una velocidad de permeación de agua pura de desde 80 hasta 240 l/(hm2 bar), determinada midiendo la cantidad de agua pura a 25°C filtrada (l) mediante filtración de extremo cerrado a presión constante a 1,0 bares y dividiéndola entre el tiempo de filtración (h) y el área de membrana (m2).
4. Membrana de filtración de fibras huecas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la membrana de filtración de fibras huecas tiene una capa densa que tiene un grosor de desde 2 hasta 10 |im, en la que la capa densa es un área que tiene un diámetro de poro promedio calculado de 50 nm o menos.
5. Membrana de filtración de fibras huecas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el polímero a base de polisulfona es polietersulfona.
6. Membrana de filtración de fibras huecas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el polímero hidrófilo es un copolímero que comprende una unidad de vinilpirrolidona.