KR20130106874A - 나노섬유 함유 복합재료 구조 - Google Patents

Abstract

다공성 막 위에 수집된 전기방사 중합체 나노섬유층을 특징으로 하는 복합재료 여과 매질을 포함하는 복합재료 액체 여과 플랫폼. 사용될 때, 다공성 막은 상기 복합재료 여과 구조를 통하여 흐르는 액체 스트림으로부터 입자를 제거하기 위하여 중합체 나노섬유층으로부터 상류로 사용된 프리필터로 작용한다. 다공성 막으로부터 하류에 위치한 상기 나노섬유층은 생물안전성 보증을 제공하기 위해 임계 여과를 위한 보유층으로서 사용되며, 또 세균, 마이코플라스마 또는 바이러스와 같은 미생물을 포획하는데 관련된다. 본 명세서에 제공된 복합재료 액체 여과 플랫폼은 거친 부직물질 상에서 방사된 통상의 다공성 막에 비하여 투과성 이점을 나타낸다.

Description

나노섬유 함유 복합재료 구조{Nanofiber containing composite structures}

관련 출원의 교차 참조

본 출원은 참조에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된, 2011년 4월 1일 출원된 미국 가특허출원 번호 61/470705호를 우선권 주장한다.

기술분야

본 발명은 일반적으로 액체 여과 매질에 관한 것이다. 특정 실시양태에서, 본 발명은 복합재료(composite) 액체 여과 플랫폼(platform) 및 여과된 액체로부터 미생물을 보유시키기 위해 그를 사용하고 제조하는 방법을 제공한다.

합성 중합체는 용융 블로잉, 정전방사(electrostatic spinning) 및 전기블로잉(electroblowing)과 같은 다양한 가공방법을 이용하여 아주 소형 직경 섬유의 웹(즉, 수 마이크론(㎛) 이하의 직경)으로 형성되어 왔다. 이러한 웹은 액체 장벽 물질 및 필터로서 유용한 것으로 밝혀져 있다. 흔히 이들은 더 강한 물질과 조합되어 복합재료를 형성한다.

복합재료 다공성 구조는 여과 및 분리 용도에 널리 사용된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "복합재료"는 상이한 기공 크기, 기공 형태 및/또는 원료의 2 이상의 막의 조합이 사용되어 최종 복합재료 다공성 구조를 형성하는 것을 의미한다.

예를 들어 막 여과에서, 복합재료는 분명히 상이한 기공 구조를 갖는 2 이상의 다공성 층을 함유할 수 있다. 복합재료 여과 막에서 분명히 상이한 기공 구조를 갖는 다공성 물질의 2 이상의 층을 조합하는 것에 의해, 여과 효율, 처리량 (throughput) 및 기계적 강인성에서 현저한 이득을 달성할 수 있다. 예를 들어, EMD 밀리포어 코포레이션에게 양도된 미국 특허 번호 7,229,665호에 개시된 바와 같이, 개별적으로 제조된 다공성 물질의 층을 만들어서 예비형성된 제1층 상에 제2의 또는 더 많은 층을 캐스팅하고, 2 이상의 예비형성된 층을 함께 적층하거나, 또는 2 이상의 층을 동시에 공동 성형(co-forming)하는 것에 의해 복합재료가 형성될 수 있다.

생물약제 제조는 간소화된 작업, 공정의 조합 및 공정 삭제, 약제 약물 물질의 각 뱃치를 가공하는데 걸리는 시간을 감축하기 위한 방법을 지속적으로 찾고 있다. 동시에, 시장 및 규제단속은 생물약제 제조자들로 하여금 비용 감축하도록 하고 있다. 세균, 마이코플라스마 및 바이러스 제거는 약제 약물 물질 정제의 총계 비용의 현저한 비율을 차지하기 때문에, 다공성 막 여과 처리량을 증가시키고 또 정제 공정 시간을 감축하는 방법이 강하게 요청되고 있다.

새로운 전처리여과(prefiltration) 매질의 도입 및 세균, 마이코플라스마 및 바이러스 보유 필터의 처리량에서 상응하는 증가에 의해, 피드 스트림의 여과는 플럭스-제한(flux-limited)적으로 된다. 따라서, 세균, 마이코플라스마 및 바이러스 보유 필터의 투과성에서 현저한 향상은 세균, 마이코플라스마 및 바이러스 여과 단계의 비용에 직접적으로 유리한 효과를 가질 것이다.

액체 여과에 사용된 필터는 일반적으로 섬유상(fibrous) 부직 매질 필터 또는 다공성 필름 막 필터로 분류될 수 있다.

다공성 필름 막 액체 필터 또는 다른 유형의 여과 매질은 지지되지 않은채 또는 다공성 기질 또는 지지체(support)와 조합되어 사용될 수 있다. 다공성 섬유상 부직 매질보다 더 작은 기공 크기를 갖는 다공성 필름 액체 여과 막은 다음에 사용될 수 있다:

(a) 액체로부터 여과된 미립자가 전형적으로 약 0.1 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 범위인 정밀여과(microfiltration)(MF);

(b) 액체로부터 여과된 미립자가 전형적으로 약 2 나노미터(nm) 내지 약 0.1 ㎛ 범위인 한외여과(ultrafiltration)(UF); 및

(c) 액체로부터 여과된 미립자가 전형적으로 약 1Å 내지 약 1 nm 범위인 역삼투압(RO).

레트로바이러스-보유성 막은 통상 한외여과 막의 개방 단부 상에 있는 것으로 간주된다.

고 투과성 및 고 신뢰성 보유는 액체 여과 막에서 요구되는 2개의 변수이다. 그러나, 이들 2개 변수 사이의 거래가 존재하며, 동일 유형의 액체 여과 막의 경우, 투과성을 희생하는 것에 의해 더 큰 보유성을 얻을 수 있다. 액체 여과 막을 제조하기 위하여 통상의 방법의 고유한 제한은 액체 여과 막이 다공도에서 특정 임계치를 초과하지 않게 하므로, 소정 기공 크기에서 달성될 수 있는 투과성의 크기를 제한한다.

섬유상 부직 액체 액체 매질은 비제한적으로 스펀본디드(spunbodnded), 멜트 블로운(melt-blown) 또는 스펀레이스(spunlaced) 연속 섬유로부터 형성된 부직 매질; 카디드 스테이플 섬유 등으로부터 형성된 하이드로인탱글드(hydroentangled) 부직 매질; 및/또는 그의 조합을 포함한다. 전형적으로, 액체 여과에 사용된 섬유상 부직 매질 필터는 약 1 미크론(㎛) 보다 큰 기공 크기를 갖는다.

부직 물질은 여과 제품의 제조에 널리 사용된다. 플리티드(pleated) 막 카트리지는 통상 부직 물질을 배수층(drainage layer)으로 포함한다(예를 들어, 미국 특허 번호 6,074,869호, 5,846,438호 및 5,652,050호, 각각 팔 코포레이션에게 양도됨; 및 쿠노 인코페이티드, 이제는 3M 퓨리피케이션 인코포레이션에게 양도된 미국 특허 번호 6,598,749호).

부직 미세다공성 물질은 미국 매사추세츠 빌레리카에 소재하는 EMD 밀리포어 코포레이션에 의해 제조된 Biomax® 한외여과 막과 같이 위에 위치한 인접 다공성 막 층에 대한 지지 스크린으로서 사용될 수 있다.

부직 미세다공성 물질은 또한 EMD 밀리포어 코포레이션으로부터 입수가능한 Millgard^TM 필터와 같은 부직 미세다공성 구조 위에 배치된 다공성 막의 강도를 증가시키기 위한 지지 골격으로서 사용될 수 있다.

부직 미세다공성 물질은 상기 부직 미세다공성 물질의 하류에 위치한 다공성 막의 능력을 증가시키기 위하여 일반적으로 약 1 ㎛ 보다 큰 직경을 갖는 현탁된 입자를 제거하는 것에 의해 "거친 전처리여과(coarse prefiltration)"를 위해 사용될 수 있다. 다공성 막은 일반적으로 잘 정의된 기공 크기 또는 분자 중량 컷오프(cut-off)를 갖는 중요한 생물안전성 배리어(biosafefy barrier) 또는 구조를 제공한다. 임계 여과(critical filtration)는 미생물 또는 바이러스 입자의 예상되고 타당한 고도의 제거(상세한 시험에 의해 정의된 바와 같이 전형적으로 >99.99%) 확실함을 특징으로 한다. 임계 여과는 다수의 제조 단계뿐만 아니라 사용 지점에서 액체 약물 및 액체 생물약제 제제의 멸균성에 의존한다.

멜트블라운 및 스펀본디드 섬유상 매질은 흔히 "전통적" 또는 "통상의" 부직물이라 지칭된다. 이들 전통적 부직물 중의 섬유는 통상 적어도 약 1000 nm 직경을 갖고, 따라서 전통적 부직물 중의 효과적인 기공 크기는 약 1 미크론 보다 크다. 전통적 부직물의 제조 방법은 전형적으로 고도로 불균일한 섬유 매트를 초래한다.

역사적으로, 멜트 블로잉 및 스펀본딩과 같은 통상적인 부직 매트 형성의 임의 성질은 부직 매트가 액체 스트림의 임계 여과용으로 적합하지 않을 것이라는 일반 가정으로 이끌며, 따라서 통상의 부직 매트를 포함하는 여과 장치는 전형적으로 통상의 부직 매트의 하류에 위치한 다공성 임계 여과 막의 능력을 증가시키기 위하여 전처리여과 목적을 위하여 이들 매트를 사용한다.

다른 유형의 부직물은 전기방사(electrospun) 나노섬유 부직 매트를 포함하며, 이들은 "전통적" 또는 "통상의" 부직물처럼 일반적으로 액체 스트림의 임계 여과에는 부적합한 것으로 간주되고 있다. (참고: 예컨대 Bjorge et al., Performance assessment of electropsun nanofibers for filter applications, Desalination, 249, (2009), 942-948).

전기방사 중합체 나노섬유 매트는 고도로 다공성이며, 상기 "기공" 크기는 대략 섬유 직경에 선형적으로 비례하며, 또 다공도는 섬유 직경과는 비교적 독립적이다. 전기방사 중합체 나노섬유 매트의 다공도는 통상 약 85% 내지 90% 범위에 들어가며, 이는 유사한 두께와 기공 크기 비율을 갖는 침지 캐스트(immersion cast) 막과 비교할 때 현저하게 개선된 투과성을 나타내는 나노섬유 매트를 초래한다. 다공성 막에 비하여 전기방사 중합체 나노섬유 매트의 다공도 이점은 상기 논의된 UF 막의 감소된 다공도로 인하여, 바이러스 여과에 전형적으로 요구되는 더 작은 기공 크기 범위에서 증폭된다.

전기방사 나노섬유 부직 매트는 통상의 또는 전통적인 부직물 제조에서 사용된 멜트 블로운, 웨트레이드(wetlaid) 또는 압출 제조 공정보다는 정전위(electric potential)를 이용하여 중합체 용액 또는 용융물을 방사(spinning)하는 것에 의해 제조한다. 전기방사에 의해 전형적으로 얻어진 섬유 직경은 10 mn 내지 1000 nm이며, 또 통상의 또는 전통적인 부직물에 비하여 1 내지 3배 더 작다.

전기방사 나노섬유는 용해된 또는 용융된 중합체 물질을 제1 전극 가까이에 놓고 또 정전위를 인가하여 상기 용해된 또는 용융된 중합체 물질이 제1 전극으로부터 제2 전극을 향하여 섬유로 인출되게함으로써 형성된다. 전기방사 나노섬유 매트의 제조 방법에서, 상기 섬유는 뜨거운 공기를 불거나 또는 매우 넓은 기공 크기 분포를 초래할 수 있는 기타 기계적 수단에 의해 매트로 강제로 처리되지 않는다. 오히려, 전기방사 나노섬유는 전기방사 나노섬유간의 상호적 전기 반발로 인하여 고도로 균일한 매트를 형성한다.

이.아이. 듀퐁 드 네무어스 앤드 컴패니에게 양도된 WO 2008/109117호는 특정 입자 크기에 대하여 3.7 LRV(즉, LRV는 대수적 보유값(logarithmic retention value)으로 정의되며, 이때 3LRV는 0.999 여과 효율과 동일함)를 갖는 인접 다공성 막 대신 다공성 나노섬유를 심층 여과층(즉, 프리필터)으로 사용하는 것을 개시한다. WO 2008/109117호는 나노섬유층이 막이 3.7 또는 그 이상의 LRV를 갖는 것으로 평가된 입자 크기에 대하여 적어도 95%의 여과 효율 등급을 갖는다고 개시한다. WO 2008/109117호는 나노섬유층보다는 다공성 막의 경우에 임계 여과의 역할이 보존되는 것을 개시하려 한다.

EMD 밀리포어 코포레이션에게 양도된 WO 2010/107503호는 특정 두께와 섬유 직경을 갖는 나노섬유 매트가 액체 투과성과 미생물 보유의 개선된 조합을 제공함을 개시한다. 일반적으로, 나노섬유 매트는 필적하는 보유성을 갖는 다공성 막 상당물에 비하여 2-10배 더 우수한 투과성을 제공하며, 이는 더 높은 다공도(전형적인 습윤 캐스팅 다공성 막의 경우 70-80%에 비교하여 ~90%)를 갖는 나노섬유 매트의 결과에 기인하는 것으로 생각된다.

전기방사 나노섬유 매트는 섬유를 통상의 스펀본디드 부직포 상에 퇴적( depositing)하는 것에 의해 제조될 수 있다(부직층 및 나노섬유층의 일대일 계면의 예는 엘마르코 에스.알.오.에게 양도된 WO 2009/010020호 및 클라르코르 인코포레이션에게 양도된 미국특허 출원 공개 번호 2009/0199717호, 이들 각각은 참조에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함됨). 이들 각각의 방법에서, 지지 부직포의 표면의 조도는 나노섬유층으로까지 전파되어 나노섬유 구조의 불균일 가능성을 초래하여, 보유 특징을 상쇄할 수 있다.

지르색 일행에게 허여된 미국 특허 번호 7,585,437호는 전기방사 및 이 방법을 실시하기 위한 장치를 이용하여 중합체 용액으로부터 나노섬유를 제조하는 무-노즐 방법을 개시한다.

참조에 의해 본 명세서에 포함된 나노 테크놀로지스 컴패니 리미티드에게 양도된 WO 2003/080905호는 엘렉트로블로잉(electroblowing) 방법을 개시하며, 이 방법에서 중합체 및 용매를 포함하는 중합체 용액의 스트림은 저장탱크로부터, 고전압이 인가되고 또 그를 통하여 중합체 용액이 배출되는 방적돌기(spinneret) 내의 일련의 방사 노즐로 공급된다. 경우에 따라 가열될 수 있는 압축 공기는 방사 노즐의 측면 또는 주변에 배치된 공기 노즐로부터 배출된다. 압축 공기는 일반적으로 블로잉 가스 스트림 엔빌로프(blowing gas stream envelopes)로서 아랫쪽으로 향하고 또 새로이 생긴 중합체 용액을 향하여 감으로써, 나노섬유 웹 형성에 보조하고, 이러한 나노섬유 웹은 진공 챔버 위에 위치한 접지된 다공성 수집 벨트 상에서 수집된다.

샤퍼 일행에 의한 미국 특허 출원 공개 번호 2004/0038014호는 오염물을 여과하기 위한 정전방사에 의해 형성된 미세 중합체 마이크로섬유 및 나노섬유의 두꺼운 콜렉션의 1 이상의 층을 포함하는 부직 여과 매트를 개시한다.

그린에 의한 미국 특허 출원 공개 번호 2009/0199717호는 기질 층 상에 전기방사 섬유층을 형성하는 방법을 개시하며, 상기 전기방사 섬유는 100 나노미터(nm) 미만의 직경을 갖는 상당량의 섬유이다.

Bjorge 일행은 Desalination 249 (2009) 942-948에서 약 50 nm 내지 100 nm이 나노섬유 직경과 약 120 ㎛의 두께를 갖는 전기방사 나일론 나노섬유 매트를 개시한다. 비-표면처리된 섬유에 대한 측정된 세균 LRV는 1.6-22이다. Bjorge 일행은 나노섬유 전기방사 매트의 세균 제거 효율이 불충분하다고 결론짓고 있다.

Gopal 일행은 Journal of Membrane Science 289 (2007) 210-219에서 전기방사 폴리에테르술폰 나노섬유 매트를 개시하며, 상기 나노섬유는 약 470 nm의 직경을 갖는다. 액체 여과하는 동안, 나노섬유 매트는 1 ㎛ 초과의 입자를 여과하는 스크린으로 작용하고 또 1 미크론 아래의 입자에 대한 심층 필터(depth filter)(예컨대 프리필터(prefilter))로서 작용한다.

Aussawasathien 등은 Joournal of Membrane Science, 315 (2008) 11-19에서 약 0.5㎛ 내지 10 ㎛의 직경을 갖는 폴리스티렌 입자의 제거에 사용된 약 30 nm 내지 110 nm의 직경을 갖는 전기방사 나노섬유를 개시한다.

Choi 일행에 의한 WO 2010/120668호는 아주 긴밀한 초고분자량(UPE) 막(예컨대 약 5 nm 등급을 갖는)과 조합된 0.2 ㎛ 등급을 갖는 나노섬유층이 계면활성제 존재하에서 폴리스티렌 입자의 개선된 보유를 초래함을 개시한다. 제공된 각 실시예에서, 상기 막들은 나노섬유층 단독에 비교하여 더 높은 보유성을 갖는다. 나노섬유층을 막에 부가하는 것은 조합된 기포점의 측정가능한 증가를 초래하지 않고 막 자체에 비교하여 보유성 증가를 초래한다. 상기 논의한 바와 같이, 나노섬유 매트에 관한 내용은 나노섬유 매트를 프리필터로 사용하는 것을 개시하며 또 임계 여과 및 보유 보증 특성을 제공하기 위하여 다공성 막을 사용하는 것을 개시한다.

그러나, 상기 논의한 나노섬유 매트의 어떤 것도 다공성 막 지지체 상에 형성된 나노섬유 매트의 사용은 개시하지 않고 있고, 보유 보증 및 임계 여과 특성은 나노섬유 매트에 의해 제공되지만, 다공성 막에 의해서는 제공되지 않고; 프리필터 특성은 다동성 막 지지체에 의해 제공되지만 나노섬유 매트에 의해서는 제공되지 않는다.

쉽게 측량가능하고, 밀리리터 내지 수천 리터에 이르는 샘플 유체의 가공 부피에 적응가능하며, 또 다양한 여과 공정 및 장치에 사용할 수 있어서 전기방사 나노섬유층이 보유 보증 및 임계 여과 특성을 제공하고 또 나노섬유층이 형성된 다공성 지지체가 다공성 지지 나노섬유층이 전처리여과 특성을 제공하도록 다공성 전기방사 나노섬유 복합재료 여과 매질이 요구되고 있다. 본 발명은 이들뿐만 아니라 다른 목적 및 실시양태에도 관한 것이다.

발명의 요약

본 발명은 다른 것 중에서도, 흔히 복합재료 부직 액체 여과 구조와 관련된 불균일성 및 여과능 부족의 문제를 해결한다. 본 명세서에 개시된 신규 복합재료 액체 여과 플랫폼은 다공성 막 상에 수집된 중합체성 난노섬유층을 갖는 다공성 복합재료 여과 구조를 포함하며, 상기 복합재료 여과 구조가 사용되어 액체 또는 액체 스트림을 여과할 때, 상기 다공성 막이 중합체 나노섬유층의 상부 스트립에 위치하도록 되어 있다. 상기 다공성 막이 복합재료 여과 구조의 제조시 나노섬유를 포획하기 위한 기질로서 작용하지만, 상기 다공성 막은 복합재료 여과 구조를 통하여 흐르는 액체 스트림으로부터 입자를 제거하기 위한 중합체 나노섬유층으로부터의 상류에 사용된 프리필터이다. 즉, 상기 나노섬유층은 다공성 막으로부터 하류에 위치하며, 또 생물안정 보장을 제공하는 임계 여과를 위한 보유층으로서 사용되며, 또 세균, 마이코플라스마 또는 바이러스와 같은 미생물을 포획하는데 관련된다. 프리필터(지금까지 예전에 프리필터로서 사용되었던 상기 나노섬유층 보다는)로서 복합재료 여과 구조의 다공성 막 측을 갖고 또 보유성 생물안전 보장층으로서 사용된 얇고, 균일하며 또 작은 기공 크기의 나노섬유층을 갖는 것에 의해, 본 명세서에 개시된 액체 여과 플랫폼은 통상의 다공성 막 또는 거친 부직물 상에서 방사된 나노섬유 매트에 비하여 투과성 이점을 나타낸다.

특정 실시양태에서, 본 발명은 다공성 막 및 상기 막 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하는 다공성 복합재료 매질을 제공하며, 이때 상기 나노섬유층의 기공 크기는 상기 막의 기공 크기보다 더 작다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 다공성 막 및 막 단독의 기포점에 비하여 적어도 20% 보다 큰 적합한 유체를 사용하여 측정된 바와 같은 기포점을 갖는 상기 막 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하는 다공성 복합재료 매질을 제공한다.

특정 실시양태에서, 본 발명은 특정 실시양태에서, 본 발명은 다공성 막 및 상기 막 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하는 다공성 복합재료 매질을 제공하며, 상기 막은 비대칭이고 또 긴밀한 측면을 포함한다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 특정 실시양태에서, 본 발명은 다공성 막 및 상기 막 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하는 다공성 복합재료 매질을 제공하며, 상기 나노섬유층은 대칭이다.

여전히 다른 실시양태에서, 본 발명은 특정 실시양태에서, 본 발명은 다공성 막 및 상기 막 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하는 다공성 복합재료 매질을 제공하며, 상기 나노섬유층은 전기방사 매트이다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 특정 실시양태에서, 본 발명은 다공성 막 및 상기 막 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하는 다공성 복합재료 매질을 제공하며, 상기 나노섬유층은 중합체의 블렌드, 공중합체, 및 이들의 혼합물을 포함한다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 다공성 막 및 상기 막 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하는 다공성 복합재료 매질을 제공하며, 상기 나노섬유층은 지방족 폴리아미드를 포함한다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 다공성 막 프리필터 및 상기 막 위에 수집된 임계 여과 다공성 나노섬유 보유층을 갖는 복합재료 액체 여과 매질 구조를 제공한다. 상기 다공성 나노섬유층의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛ 범위이다. 다공성 나노섬유층의 유효 기공 크기는 일반적으로 섬유 직경에 의해 정의되며, 섬유 직경은 보유될 소망하는 미생물 또는 입자를 기본으로 하여 선택된다. 상기 제공된 바와 같이 기포점 시험에 의해 측정된 바와 같이 다공성 나노섬유층의 유효 기공 크기는 레트로바이러스 제거의 경우 약 0.05 ㎛ 내지 세균 제거의 경우 약 0.5 ㎛이다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛ 범위의 두께를 갖는 전기방사 다공성 나노섬유층을 포함하는 복합재료 액체 여과 플랫폼을 제공한다.

또 다른 실시양태에서, 본 발명은 약 20 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 범위의 두께를 갖는 다공성 전기방사 나노섬유층을 포함하는 복합재료 액체 여과 플랫폼을 제공한다.

여전히 다른 실시양태에서, 본 발명은 약 50 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위의 두께를 갖는 다공성 전기방사 나노섬유층을 포함하는 복합재료 액체 여과 플랫폼을 제공한다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 긴밀한 측면, 개방된 측면 및 긴밀한 측면과 개방 측면 사이에서 크기가 증가하는 기공 크기를 갖는 다공성 비대칭 막 및 상기 긴밀한 측면 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하는 액체 여과용 다공성 복합재료 매질을 제공하며, 상기 막의 긴밀한 측면 상의 기공 크기는 중합체 나노섬유층의 기공 크기보다 더 크다.

특정 실시양태에서, 본 발명은 긴밀한 측면, 개방된 측면 및 긴밀한 측면과 개방된 측면 사이에서 크기가 증가하는 기공 크기를 갖는 다공성 비대칭 막을 갖는 프리필터, 및 상기 비대칭 막의 긴밀한 측면 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 갖는 보유성 필터를 포함하는 임계적 액체 여과에 사용하기 위한 복합재료 여과장치를 제공하며, 상기 비대칭 막의 긴밀한 측면 상의 기공 크기는 중합체 나노섬유층의 기공 크기보다 더 크다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 전기방사 장치를 이용하여 중합체 용액으로부터 형성된 하나 이상의 다공성 전기방사 중합체 나노섬유로부터 다공성 복합재료 액체 여과 플랫폼을 형성하고, 또 약 10 kV보다 큰 정전위에 상기 중합체 용액을 처리시키고 또 매끈한 표면을 갖는 다공성 지지 막 상의 전기방사 중합체 섬유(들)를 수집하는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다. 상기 지지 막의 매끈한 표면 구조는 매끈하고 균일한 다공성 나노섬유 매트(부직 수집 지지체 상에 형성된 나노섬유 매트가 거친 지지 표면을 갖는 것과는 달리)를 초래한다. 매끈하고 균일한 다공성 나노섬유 매트는 전형적으로 더 큰 보유력을 가지며, 즉 동일 두께와 투과성을 갖는 다공성 나노섬유 매트는 거친 부직물 위에 보다는 더 매끈한 막 표면 상에서 제조될 때 더 큰 입자 제거 특성을 가질 것이다. 다르게는, 유사한 보유력의 다공성 나노섬유 매트는 매끈한 막 상에서 제조되면 더 얇고 더 투과성일 것이다.

특정의 다른 실시양태에서, 본 발명은 다공성 막 기질 프리필터 상에 배치된 전기방사 중합체 다공성 나노섬유 보유 생물안전성 보증층을 특징으로 하는 액체 여과 복합재료 매질을 갖는 다공성 복합재료 액체 여과 플랫폼을 포함하는 다공성 복합재료 액체 여과 장치를 제공한다.

더욱 다른 실시양태에서 본 발명은 다공성 프리필터 막 상에 수집된 임계적 생물안전성 다공성 나노섬유층을 포함하는 다공성 복합재료 매질을 갖는 액체 여과 플랫폼을 제공한다. 상기 복합재료 액체 여과 플랫폼은 액체 스트림을 여과하고 또 다른 물질 중에서도 액체에 존재할 수 있는 세균, 마이코플라스마 또는 바이러스와 같은 미생물을 포획하기 위해 사용된다. 상기 액체 여과 플랫폼은 액체 스트림이 다공성 복합재료 매질 상에서 다공성 프리필터 막 성분과 첫째로 마주치게 하고, 이어 프리필터 층으로부터 하류에서 미생물, 마이코플라스마 또는 바이러스를 포획하는 것에 의해 임계 여과용 보유성 나노섬유층과 마주치게 하여 상기 목적을 달성한다.

본 발명의 부가적 특징과 이점은 이하의 상세한 설명과 특허청구범위에 자세히 설명될 것이다. 본 발명의 다수의 변형과 변이가 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않고 행해질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 상술한 일반적 설명 및 이하의 상세한 설명, 특허청구의 범위뿐만 아니라 첨부된 도면은 예시적이고 설명을 위한 것일 뿐, 본 발명의 다양한 실시양태의 설명을 제공하기 위한 것임을 알아야 한다. 본 명세서에 기재된 특정 실시양태는 예시적으로 제공된 것이고 어떠한 의미로든 제한을 의미하지 않는다.

본 명세서에 포함되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면은 본 발명의 고려되는 실시양태를 설명하며 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 작용을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 나노섬유를 이동하는 웹 상으로 전기방사하는 과정의 개략도이다.
도 2는 다공성 막 위에 수집된 중합체 나노섬유층을 갖는 다공성 복합재료 여과 구조를 특징으로 하는 본 발명의 일 실시양태에 따른 복합재료 액체 여과 플랫폼의 전자 마이크로그래프를 도시한다.
도 3은 다공성 막 상에 수집된 중합체 나노섬유층을 갖는 다공성 복합재료 여과 구조를 특징으로 하는 본 발명의 일 실시양태에 따른 복합재료 액체 여과 플랫폼의 IPA 기포점의 대조, 및 동일 방사 시간(및 그에 따라 나노섬유 매트의 동일 두께)에 대한 거친 부직물질 상에 퇴적된 나노섬유 매트의 대조 예를 도시한다.
도 4는 유사한 마이코플라스마 보유(>9 LRV)를 나타내는 나노섬유에 대한 물 투과성의 대조를 도시한다: 거친 부직물 상에서 방사된 나노섬유 매트 및 다공성 막 위에 수집된 중합체 나노섬유층을 갖는 다공성 복합재료 여과 구조를 특징으로 하는 본 발명의 일 실시양태에 따른 복합채료 액체 여과 플랫폼의 대조예.
도 5는 미세다공성 비대칭 0.45 ㎛ 등급 막 상에 방사된 중합체 나노섬유 매트를 갖는 다공성 복합재료 여과 구조를 특징으로 하는 본 발명의 일 실시양태에 따른 복합재료 액체 여과 플랫폼의 방사 시간, 기포점, 및 마이코플라스마 보유 사이의 관계를 도시한다.
도 6은 유사한 B. 디미뉴타(B. diminuta) 보유(>9 LRV)를 나타내는 나노섬유에 대한 물 플럭스의 대조를 도시한다: 거친 부직물 상에서 방사된 나노섬유 매트 및 다공성 막 위에 수집된 중합체 나노섬유층을 갖는 다공성 복합재료 여과 구조를 특징으로 하는 본 발명의 일 실시양태에 따른 복합재료 액체 여과 플랫폼의 대조예.
도 7은 유사한 레트로바이러스 보유(>6 LRV)를 나타내는 나노섬유에 대한 물 플럭스의 대조를 도시한다: 거친 부직물 상에 방사된 나노섬유 매트 및 다공성 막 위에 수집된 중합체 나노섬유층을 갖는 다공성 복합재료 여과 구조를 특징으로 하는 본 발명의 일 실시양태에 따른 복합재료 액체 여과 플랫폼의 대조예.
도 8은 다공성 막 위에 수집된 중합체 나노섬유층을 갖는 다공성 복합재료 여과 구조를 특징으로 하는 본 발명의 일 실시양태에 따른 복합재료 액체 여과 플랫폼의 여과능 대조 대 동일한 나노섬유 직경과 마이코플라스마에 대한 유사한 보유(>9 LRV)를 갖는 거친 부직물 상에서 방사된 나노섬유 매트의 대조 예를 도시한다.

실시양태의 상세한 설명

이상 또는 이하에서 인용된 모든 문헌, 특허 및 특허 출원은 각 개별 문헌, 특허 또는 특허출원이 참조에 의해 본 명세서에 특별히 또 개별적으로 포함되는 것과 같이 동일 정도로 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

본 발명을 더욱 자세하게 기재하기 전에, 다수의 용어를 정의할 것이다. 이들 용어의 사용은 본 발명의 범위를 제한하지 않을 뿐만 아니라 본 발명의 기재를 용이하게 실시하도록 작용한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태의 단어(일, 상기)는 특별히 다르게 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하는 것이다.

명세서 및 첨부한 특허청구범위에 있어서, 성분의 양, % 또는 물질의 비율, 반응 조건을 나타내는 모든 숫자 값 및 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 기타 숫자 값은 용어 "약"이 명시적으로 기재되어 있거나 기재되지 않은 것에 상관없이 용어 "약"에 의해 모든 경우에서 변형되는 것으로 이해된다.

따라서, 특별히 다르게 나타내지 않는 한, 이하의 명세서 및 첨부한 특허청구범위에서 나타낸 숫자 값은 대략적인 값이다.

본 발명의 광범위한 범위를 나타내는 숫자 범위 및 변수는 근사치이긴 하지만, 특정 실시예에 나타낸 숫자값은 가능한한 정밀한 것으로 보고된다. 또한, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 그 범위의 모든 하부범위를 포함하는 것으로 이해된다. 예를 들어 "1 내지 10" 범위는 최소 값 1 및 최대값 10 사이(및 포함한)의 임의의 모든 하부범위를 포함하며, 즉, 1과 동일하거나 1보다 큰 최소 값과 10과 동일하거나 10보다 작은 최대 값, 예컨대 5.5 내지 10을 갖는 임의의 모든 하부범위를 의미한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "막"은 다공성 이연속(bicontinuous) 구조로 정의되며, 중합체 분산액 또는 용액을 소망하는 형상으로 캐스팅하는 것에 의해 가장 일반적으로 제조되며, 상기 다공성 구조는 소위 "상 전환(phase inversion)" 공정에 의해 형성된다. 당업자들은 상 전환이 예를 들어 가스 상, 액체 상과 접촉하는 중합체 석출을 유도하는 것에 의해, 또는 온도에 의해 달성될 수 있음을 잘 인지할 것이다. 막의 소망하는 형상의 비제한적 예는 중공 섬유, 플랫 시트, 또는 기타 물품을 포함한다. 직물 또는 부직포 또는 매트와 같은 섬유상 물질은 통상 불연속 고체상을 가지며, 서로 얽혀있는 개별 섬유에 의해 형성된다. 섬유상 물질은 일반적으로 막으로 분류되지 않는다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "비대칭 막"은 막의 두께 내의 위치 함수로서 다변하는 상기 막의 기공 크기를 갖는 것을 특징으로 한다. 가장 일반적인 비대칭 막은 구배 구조를 가지며, 이때 기공 크기는 점진적으로 또 연속적으로 한 표면에서부터(흔히 "긴밀한" 측면으로 지칭) 다른 표면(흔히 "개방" 측면이라 칭함)으로 증가한다. 비대칭 막은 일반적으로 유사한 두께와 보유력을 갖는 대칭 막에 비하여 더 높은 플럭스를 갖는다. 이들의 더 큰 기공 측 하류 구조로 사용될 때, 비대칭 막은 유사한 대칭 막과 비교하여 많은 경우에서 더 큰 처리량을 갖는다. 참고: 예컨대 1981년 4월 14일 D. M. de Winter에게 허여된 미국 특허 번호 4,261,834호. 비대칭 막은 두껍고, 조밀한 표면 영역을 갖거나, 또는 많은 경우에서 한 표면 상에서 형성되어 그 심층까지, 예컨대 긴밀한 표면으로까지 연장되는 스킨을 갖는다. 참고: 1986년 12월 16일 W. Wrasidlo에게 허여된 미국 특허 번호 4,629,563호.

용어 "칼렌더링"은 2개의 롤 사이의 닙(nip)을 통하여 웹을 통과하는 방법을 지칭한다. 상기 롤들은 서로 접촉할 수 있거나, 또는 롤 표면 사이에 고정되거나 또는 가변적인 갭이 존재할 수 있다.

용어 "필터 매질", "필터 매질들", "여과 매질", 또는 "여과 매질들"은 미생물 오염물을 갖는 유체가 통과하는 물질, 또는 물질의 집단으로서, 미생물은 그 물질 또는 물질의 집단의 내부에 또는 위에 퇴적된다.

용어 "플럭스" 및 "유량"은 상호교환적으로 사용되며 소정 면적의 여과 매질을 통하여 통과하는 유체의 부피 정도를 지칭한다.

용어 "나노섬유"는 일반적으로 약 1 ㎛ 미만, 전형적으로 약 20 nm 내지 약 800 nm로 다양한 직경 또는 단면을 갖는 섬유를 지칭한다.

용어 "임의의" 또는 "경우에 따라"는 이후에 기재되는 이벤트 또는 상황이 생길 수 있거나 또는 생기지 않을 수 있음을 의미하며, 또 상세한 설명이 이벤트가 생기는 예 및 이벤트가 생기지 않는 예를 포함하는 것을 의미한다.

본 발명의 상기 복합재료 액체 여과 플랫폼은 예를 들어, 다공성 막 기질 상에 퇴적된 다공성 전기방사 나노섬유 액체 여과층을 특징으로 하는 복합재료 액체 여과 매질을 포함한다. 상기 전기방사 나노섬유는 바람직하게는 약 10 nm 내지 약 150 nm 범위의 평균 섬유 직경, 약 0.05 ㎛ 내지 약 1 ㎛ 범위의 평균 기공 크기, 약 80% 내지 약 95% 범위의 다공도, 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 바람직하게는 약 1 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 본 명세서에 개시된 복합재료 액체 여과 플랫폼은 약 100 LMH/psi 보다 큰 물 투과성을 갖는다.

또한, 본 명세서에 개시된 복합재료 액체 여과 플랫폼은 적어도 3 LRV 레트로바이러스 제거 및 적어도 6 LRV의 세균 및 마이코플라스마, 또 바람직하게는 적어도 6 LRV의 레트로바이러스 제거 및 적어도 9 LRV의 세균 및 마이코플라스마 제거를 제공하는 미생물의 고 보유능을 갖는다.

상기 전기방사 나노섬유는 열가소성 및 열경화성 중합체를 비롯한 넓은 범위의 중합체 및 중합체 화합물로부터 제조된다. 적합한 중합체는, 비제한적으로, 나일론, 폴리이미드, 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리술폰, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에테르 술폰, 폴리우레탄, 폴리(우레아 우레탄), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리에테르이미드, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리프로필렌, 폴리아닐린, 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 부틸렌), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 공중합체, 유도체 화합물 및 그의 블렌드 및/또는 조합물을 포함한다.

본 명세서에 상호교환적으로 사용되는 용어 "기공 크기" 또는 "유효 기공 크기"는 특정 크기의 입자를 보유하는 능력을 나타내는 다공성 구조의 측도이다. 막 또는 전기방사 매트의 유효 기공 크기는 기포점, 액체-액체 기공측정기와 통상의 수법 및 특정 크기의 입자를 사용한 챌린지 시험(challenge test)을 이용하여 측정될 수 있다. 기공 크기를 측정하기 위해 몇 가지 방법이 이용될 수 있고 또 각각은 약간 상이한 측정값을 내지만, 본 발명에서는 상이한 구조의 기공 크기 사이, 예를 들어 막과 전기방사 매트 사이의 대조를 실시할 때 동일 측정 방법이 이용된다.

실시양태의 설명

도 1은 본 발명의 일 실시양태의 개략도이며, 복합재료 액체 여과 플랫폼은 단일 전기방사 중합체 나노섬유로부터 제조된 전기방사 다공성 나노섬유 매트(60)를 갖는 복합재료 액체 여과매질을 포함한다. 상기 단일 나노섬유는 하전된 회전 드럼(20)과 수집 전극(35) 사이에 배치된 이동성 수집 장치(30)가 상기 전기방사 공정을 통하여 단일 통과에 의해 제조된다. 나노섬유 웹 또는 매트는 상기 이동하는 수집 장치(30) 위에서 동시에 주행하는 하나 이상의 방사 드럼(20)에 의해 형성될 수 있음을 인지할 것이다.

도 1에서, 상기 이동하는 수집 장치(30)는, 바람직하게는, 하전된 방사 회전 드럼(20)과 전극(35) 사이의 정전기장(50) 내에 위치한 이동하는 수집 벨트이다. 상기 중합체 용액(10)은 높은 전압원(40)으로부터의 정전위에 처리되어 전기방사 중합체 섬유가 전기장(50)에서 생산되게 할 수 있다.

본 명세서에 개시된 다른 실시양태에서, 상기 전기방사 섬유상 매트(60)는 나일론 용액으로부터 전기방사 나노섬유(들)을 퇴적하는 것에 의해 형성된다. 생성한 나노섬유 매트는 바람직하게는 건조 기본으로 (즉 잔류 용매가 증발되거나 또는 제거된 후) 측정될 때 약 1 g/m² 내지 약 20 g/m² 사이의 평량(basis weight)을 갖는다.

본 명세서에 개시된 다른 실시양태에서, 상기 복합재료 액체 여과 플랫폼은 전기방사 나노섬유 매트를 형성하는 전기방사 나노섬유(들)을 수집하여 조합하도록 이동하는 수집 벨트 상에 배열될 수 있는 다양한 다공성 단일 또는 다층 막 기질 또는 지지체를 포함한다.

단일 또는 다층 다공성 기질 또는 지지체의 비제한적인 예는 다공성 필름 막을 포함한다. 다공성 필름 막은 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 셀룰로오스, 셀룰로오스 에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 등을 비롯한 다양한 열가소성 중합체로부터 제조된다. 다공성 필름 막을 제조하는 방법은 용액 상 전환, 온도-유도된 상 분리(TIPS), 증기-유도된 상 분리(VIPS), 용매 및 화학제 에칭, 실온 및 열보조된 이축 연신, 및 그의 조합을 포함한다.

상기 전기방사 나노섬유를 포획하거나 수집하는 상기 복합재료 여과 매질의 다공성 막 기질의 표면 조도는 최종 복합재료 여과 구조의 생성한 나노섬유층에서 특성을 적어도 부분적으로 결정하는 것으로 관찰되었다. 예를 들어, 본 발명자들은 상기 전기방사 나노섬유를 수집하기 위하여 사용된 기질의 표면이 더 매끈할수록, 생성한 나노섬유층 구조가 더 균일하다는 것을 관찰하였다. 전기방사 나노섬유층을 수집하기 위해 사용된 거친 스펀본디드(spun-bonded) 부직 기질의 표면 상에 패턴을 프린트하는 것은 그 위에 수집된 생성한 전기방사 나노층 상으로 직접 전사되는 것이 관찰되었다. 그러나, 매끄러운 표면을 갖는 다공성 막 기질 상에 전기방사 나노섬유층이 수집될 때에는 그러한 패턴 프린트가 관찰되지 않았다. 다공성 막의 매끈한 표면상에 수집된 전기방사 나노섬유층은 그 위에 형성된 "평범한" 나노섬유층을 초래하였다.

본 명세서에 개시된 복합재료 액체 여과 플랫폼의 특정 실시양태에서, 상기 전기방사 나노섬유층은 다공성 막 기질 또는 지지체에 결합된다. 결합은 비제한적으로, 가열된 매끈한 닙 롤 사이에서의 열적 칼렌더링, 초음파 결합, 및 쓰루 가스(through gas) 결합을 비롯한 당해 분야에 공지된 방법에 의해 달성될 수 있다. 상기 전기방사 나노섬유층을 막 지지체에 결합시키는 것은 복합재료의 강도 및 복합재료의 압축 저항성을 증가시켜서, 생성한 복합재료 여과 매질은 복합재료 여과 플랫폼을 유용한 필터 형상 및 크기로 형성하는 것, 또는 상기 복합재료 여과 플랫폼을 여과 장치에 설치할 때 관련된 힘을 견딜 수 있다.

본 명세서에 개시된 복합재료 액체 여과 플랫폼의 다른 실시양태에서, 기공의 두께, 밀도 및 크기와 형성과 같은 다공성 전기방사 나노섬유층의 물리적 특성은 상기 나노섬유층과 막 지지체 사이에 사용된 결합 방법에 따라서 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 열적 칼렌더링은 두께를 감소시키기 위해 및 전기방사 나노섬유층의 밀도를 증가시키고 또 다공도를 감소시키기 위하여 이용될 수 있다. 이것은 다시 소정 인가된 차등 압력에서 복합재료 여과 매질을 통한 유량을 감소시킨다.

일반적으로, 초음파 결합은 열적 칼렌더링에 비하여 전기방사 나노섬유층의 더 작은 영역에 결합될 것이므로, 전기방사 나노섬유층의 두께, 밀도 및 기공 크기에 대하여 효과가 덜하다.

뜨거운 가스 또는 뜨거운 공기 결합은 일반적으로 전기방사 나노섬유층의 두께, 밀도 및 기공 크기에 최소의 효과를 갖기 때문에, 이러한 결합 방법은 더 높은 유체 유량 유지가 필요한 분야에서 바람직할 수 있다.

열적 칼렌더링이 이용될 때, 전기방사 나노섬유층을 과도하게 결합하지 않도록 주의를 기울여서 상기 나노섬유 용용물이 개별 섬유들의 구조를 더 이상 유지하지 않도록 한다. 극단적으로 과도한 결합은 나노섬유가 완전히 용융되게 하여 필름이 형성된다. 이용된 닙 롤의 하나 또는 양쪽은 약 주위온도, 예컨대 약 25℃ 내지 약 300℃ 범위의 온도로 가열된다. 상기 다공성 나노섬유 매질 및/또는 다공성 지지체 또는 기질은 약 0 lb/in 내지 약 1000 lb/in (178 kg/cm) 범위의 압력에서 닙 롤 사이에서 압축될 수 있다.

칼렌더링 조건, 예컨대 롤 온도, 닙 압력 및 라인 속도는 소망하는 고화도를 달성하도록 조정될 수 있다. 일반적으로, 더 높은 온도, 압력 및/또는 승온 및/또는 승압하에서 체류 시간의 적용은 증가된 고화를 초래한다.

연신, 냉각, 가열, 소결, 어닐링, 릴링(reeling), 언릴링(unreeling) 등과 같은 기타 기계적 단계가 경우에 따라 본 명세서에 개시된 바와 같은 복합재료를 형성하고, 성형하며 제조하는 전반적인 공정에 포함될 수 있다.

본 명세서에 개시된 복합재료 여과 매질의 다공도는 다공도가 약 5% 내지 약 90% 범위인 칼렌더링의 결과로서 변형될 수 있다.

본 명세서에 개시된 복합재료 액체 여과 플랫폼의 특정 실시양태에서, 다공성 막 지지체 기질(즉, 전기방사 나노섬유층을 수집하기 위해 사용됨)은 다공성 막의 다른 층과 인접하는 다공성 막의 적어도 일개 층을 포함한다. 예를 들어, 다공성 막 기질은 입자 보유를 향상시킨다. 동일 또는 상이한 조성의 다공성 막 기질의 층화(layering)도 또한 복합재료 여과 매질 처리량을 증가시키기 위해 사용된다.

복합재료 액체 여과 플랫폼에서 다층 다공성 막 기질의 선택함에 있어서 다른 고려점은 복합재료 액체 여과 매질의 경제성과 편리성, 복합재료 액체 여과 매질이 설치되는 액체 여과 장치를 제조하기 위해 사용된 공정, 멸균 및 타당화의 용이성을 포함한다. 전기방사 나노섬유층(들)을 수집하기 위해 사용된 다공성 막 기질은 단일층 또는 다층 구조일 수 있고, 다공성 막 기질을 구성하는 층의 바람직한 갯수는 실제 고려점을 고려하여 흔히 선택된다.

부가적으로, 본 명세서에 개시된 바와 같은 복합재료 액체 여과 플랫폼의 이점은 더 낮은 나노섬유 매트 두께에서, 따라서 더 짧은 방사 시간에서 더욱 현저한 것으로 관찰되었다. 이들 이점은 이동하는 웹 상에서 이용되어서 직접적으로 더 빠른 생산 라인 속도로 전환될 수 있다. 상기 나노섬유층을 더 매끈한 지지체 표면상에 방사함으로써, 더 낮은 나노섬유층 두께에서 얻을 수 있었던 것과 동일한 기포점이 관찰되었다. 이들 이점은 더욱 신속한 제조 속도로부터 경제적 이점, 및 더 얇은 나노섬유층의 더 큰 투과성을 초래한다.

본 명세서에 개시된 다른 실시양태에서, 상기 복합재료 액체 여과 플랫폼은 다음을 포함한다:

1) 단일층에서 레트로바이러스의 충분한 보유를 나타내지 않은 다공성 막 지지체, 예컨대

i) EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 빌레리카 소재)으로부터 입수가능한 0.1 ㎛ 등급 Millipore Express® 막,

ii) EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 빌레리카 소재)으로부터 입수가능한 Retropore™ 막, 또는

iii) Membrana GmbH Wuppertal(독일 소재)에 의한 0.45 ㎛ 등급 나일론 막 또는 0.60 ㎛ 등급 나일론 막, 및

2) 다공성 막 지지체 상에 퇴적되고 더 높은 투과성, 여과능(다공성 막 전처리여과로 인하여) 및 더 낮은 나노섬유 제조 비용(낮은 나노섬유층 두께로 인하여)에서 충분한 레트로바이러스 보유를 달성하도록 사용된 두께를 갖는 중합체 전기방사 나노섬유층.

전기방사 나노섬유 부직 매트의 처리량을 증가시키기 위하여, 상기 전기방사 나노섬유는 비대칭 다공성 지지체 막의 긴밀한 측 상에 나노섬유를 수집하는 것에 의해 제조된다. 복합재료 액체 여과 플랫폼의 최종 구조는 다공성 지지체 막이 전기방사 나노섬유층의 기공 크기에 비하여 가장 긴밀한 부분에서 더 큰 기공을 갖도록 작성된 복합재료 여과 매질을 포함하여서, 상기 다공성 지지체 막은 프리필터로서 작용하며 또 전기방사 나노섬유층의 상류에 위치한다. 복합재료 여과 플랫폼의 이러한 배열에서, 복합재료 여과 매질의 비대칭 다공성 지지체 막은 전처리여과능을 제공하며, 또 상기 전기방사 나노섬유층은 대다수의 미생물 보유를 제공한다.

본 명세서에 개시된 복합재료 액체 여과 플랫폼의 2개의 비제한적인 예는 1) EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 빌레리카 소재)에 의한 Millipore Express® 프리필터 막과 같은 0.5 ㎛ 등급 프리필터 다공성 막 지지체 상에 퇴적될 마이코플라스마-보유성 나노섬유 매트(0.1 ㎛-등급)를 특징으로 하는 복합재료 여과 구조 또는 매질, 및 2) EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 빌레리카 소재)에 의한 Millipore Express® SHR 막과 같은 0.1 ㎛ 등급 다공성 막 지지체 상에 퇴적된 레트로바이러스 제거 나노섬유 매트(기공 크기 <0.1 ㎛)를 포함한다.

예비여과 다공성 지지체 막을 특징으로 하는 복합재료 액체 여과 플랫폼 및 미생물 보유성 나노섬유층은 그 위에 제공된 미생물의 완전한 보유를 나타내지만, 다공성 지지체 막뿐만 아니라 상기 복합재료의 나노섬유 성분은 단독으로 시험될 때 완전한 미생물 보유를 나타낼 필요가 없다. 비제한적인 예로서, 부분적 세균 보유성 나노섬유층은 EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 빌레리카 소재)에 의한 Millipore Express® SHC 필터와 같은 0.5 ㎛ 등급을 갖는 부분적 세균 보유성 프리필터 다공성 막 지지체 상에서 방사된다.

전기방사 나노섬유의 제조 방법

상기 전기방사 나노섬유층의 제조 방법은 예를 들어 WO 2005/024101호, WO 2006/131081호, 및 WO 2008/106903호에 개시되어 있고, 이들은 각각 참조에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함되며, 또 각각은 체코 공화국의 엘마르코 에스.알. 오 오브 리베르크에게 양도되었다.

발명의 명칭 "정전 방사를 이용하여 중합체 용액으로부터 나노섬유를 제조하는 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 장치"에 관한 WO 2005/024101호는 예를 들어, 하전된 회전 전극 및 상이한 전위를 갖는 대향 전극 사이에서 생성된 전기장에서 정전 방사를 이용하여 진공 챔버 내부의 중합체 용액으로부터 나노섬유를 제조하는 것을 개시한다.

상기 중합체 용액은 적어도 하나의 중합체 용액 입구과 출구를 갖는 용기에 유지된다. 상기 입구 및 출구는 상기 중합체 용액을 순환시키고 또 상기 중합체 용액을 용기 내의 일정한 높이 수준으로 유지시키는 역할을 한다.

필요에 따라 가열될 수 있는 보조적인 건조 공기 공급기는 하전된 전극 및 대향 전극 사이에 위치한다. 하전된 회전 전극의 일측이 중합체 용액에 침지되어서 용액의 일부가 하전된 회전 전극의 외부 표면에 의해 권취되고 또 전기장이 형성되는 상기 하전된 전극과 대향 전극 사이의 진공 챔버 영역으로 방사된다. 상기 중합체 용액이 하전된 회전 전극의 표면 상에 높은 안정성을 갖는 테일러 콘(Taylor cones)을 형성하여, 나노섬유의 일차 형성을 위한 위치를 제공한다.

대향 전극은 진공 소스에 연결된 진공 챔버의 일단(one end)을 형성하는 천공된 도전성 물질로 제조된 원통형 표면을 갖는다. 회전하는 하전된 전극 근처에 위치한 대향 전극의 표면의 일부는 퇴적될 때 상기 전기방사 나노섬유를 지지하는 지지 직물 물질에 대한 컨베이어 표면으로서 작용한다. 지지 직물 지지체 물질은 진공 챔버의 일측 위에 배열된 언릴링(unreeling) 장치 및 진공 챔버의 다른 측면에 배열된 릴링 장치 상에 배치된다.

전기장의 효과는 형성된 나노섬유가 대향전극으로부터 멀어지게 유동하게 하여, 결국 상기 지지 직물 지지체 물질의 표면 상에 퇴적되어 나노섬유층으로 된다. 이러한 나노섬유의 두께는 언릴링 및 릴링 장치의 속도를 이용하여 제어한다.

나노섬유를 하전된 전극으로부터 떨어져서 대향전극으로 이동시키는 것은 공기의 스트리밍이 진공 챔버에 흡입되게 하고 또 중합체 용액 용기 및 하전된 전극을 따라 이동시키고 또 나노섬유 및 대향 전극의 평면 지지 물질을 나타내는 지지 직물을 통과시키는 것에 의해 증진된다.

시험 방법

평량은 참조에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된 ASTM 과정 D-3776, "Standard Test Methods for Mass Per Unit Area (Weight) of Fabric"에 따라 결정되었고 또 g/m²로 기록되었다.

다공도는 샘플의 평량(g/m²)을 중합체 밀도(g/cm³)와 샘플 두께(㎛)로 나누며 100을 곱하여 얻은 값을 100에서 빼는 것에 의해, 즉 다공도 = 100 - [평량/(밀도 x 두께) x 100]로 산출하였다.

섬유 직경은 다음과 같이 결정하였다: 나노섬유 매트 샘플의 각 측면의 40,000 또는 60,000 배 배율로 주사전자현미경(SEM) 영상을 찍었다. 뚜렷하게 구별할 수 있는 나노섬유 10개의 직경을 SEM 영상으로부터 측정하여 기록하였다. 불규칙성은 포함되지 않았다(즉, 나노섬유 덩어리, 중합체 점적, 나노섬유의 교차점, 등). 각 샘플의 양측에 대한 평균 섬유 직경을 산출하고 평균내어서 각 샘플에 대한 단일 평균 섬유 직경값을 얻었다.

두께는 참조에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된 ASTM 과정 D1777-64, "Standard Test Method for Thickness of Textile Materials"에 따라서 결정하였고, 또 마이크로미터(㎛)로 기록하였다.

평균 용융 기포점은 Porous Materials, Inc. (PMI) (미국 뉴욕 이타카 소재)로부터 입수한 상업적 장치와 원리적으로 유사한 맞춤제작한 모세관 유동 기공도계를 이용한 ASTM Designation F 316으로부터의 자동화된 기포점 방법에 의해 ASTM procedure Designation E 1294-89, "Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Membrane Filters Using Automated 액체 Porosimeter"에 따라서 측정하였다. 25 mm 직경의 개별 샘플을 이소프로필 알코올을 사용하여 습윤시켰다. 각 샘플을 홀더에 두고, 공기의 차등 압력을 인가하고 또 샘플로부터 유체를 제거하였다. 습윤 유동이 건조 유동의 절반(습윤성 용매없이 유동)과 동일한 차등압력을 이용하고 PMI에 의해 공급된 소프트웨어를 이용하여 평균 유동 기공 크기를 산출한다.

플럭스는 소정 면적의 샘플을 통하여 유체가 통과하는 비율이며 47 (9.6 cm² 여과 면적) mm의 직경을 갖는 필터 매질 샘플을 통하여 탈이온수를 통과시키는 것에 의해 측정하였다. 물은 사이드 암(side arm) 플라스크를 통하여 여과 단부에서 약 25 Hg 진공을 이용하여 샘플을 통하여 강제로 적용되었다.

상기 전기방사 매트의 유효 기공 크기는 기포점, 액체-액체 기공측정기와 같은 통상의 막 수법 및 특정 크기의 입자를 사용한 챌린지 시험을 이용하여 측정하였다. 섬유상 매트의 유효 기공 크기는 일반적으로 섬유 직경에 따라서 증가하고 또 다공도에 따라서 감소하는 것이 알려져 있다.

기포점 시험은 유효 기공 크기를 측정하기 위한 편리한 방식을 제공한다. 기포점은 다음 방정식으로부터 산출된다:

식 중에서, P는 기포점 압력이고, γ는 탐침 유체의 표면 장력이며, r은 기공 반경이고, 또 θ는 액체-고체 접촉 각이다.

막 제조자는 상업용 막 필터에 대해 명목상 기공 크기 등급을 부여하며, 이는 이들의 보유 특징을 기본으로 한다.

레트로바이러스 보유

레트로바이러스 보유는 다음 시험 방법을 이용하여 시험하였다. 박테리오파아지 PR772 챌린지 스트림은 포스페이트 완충 염수(PBS) 용액 중에서 1.0×10⁷ pfu/mL의 최소 역가로 제조하였다. 시험할 다공성 매질은 25 mm 디스크로 절단하고 또 EMD 밀리포어 코포레이션으로부터 상업적으로 입수가능한 OptiScale 25 일회용 캡슐 필터 장지와 동일한 유형의 오버몰딩(overmolded)된 폴리프로필렌 장치에서 밀봉하였다. 상기 장치는 공기 록킹을 방지하기 위한 공기 통풍구를 포함하고, 또 3.5 cm² 의 효과적인 여과 면적을 갖는다. 이들 장치를 25 psi 압력의 물에 의해 습윤시킨 후 5 psi 압력에서 상술한 스트림에 의해 챌린지 시험하였다. 이 시험은 100 ml의 여액 수집 후 또는 4시간의 여과 후에 종료되며, 어떤 것이 빨리 오든 상관없다. 초기 및 최종 공급에서 박테리오파아지 정량은 철야로 배양된 플레이트 상에서 가벼운 박스 및 콜로니 계수기를 이용하여 실시하였다. 상응하는 로그 보유값(LRV)을 산출하였다.

마이코플라스마 보유

마이코플라스마 보유는 cm² 막 당 8.77^* 10⁷ 콜로니 형성 유닛 (CFU/cm²)을 갖는 막을 챌린징하는 것에 의해 측정하였다. 장치는 50 ml의 희석된 아콜레플라스마 라이들라위(A. laidlawii)를 사용하여 챌린징한 다음 50 ml의 마이코플라스마 완충액을 사용하여 총 100 ml로 세정하였다. 전체 100 ml를 0.22 ㎛ 멸균 막을 통하여 여과하였다. 이어, EMD 밀리포어 코포레이션 (미국 매사추세츠 빌레리카 소재)에게 양도된 WO 2009/032040호에 개시된 바와 같은 과정을 실시하며, 멸균 등급 필터를 유지시험하기 위한 방법은 다음을 포함한다: a) 아콜레플라스마 라이들라위(A. laidlawii)의 스톡을 제공하는 단계; b) 높은 역가로 세포 성장을 지지하여 세포가 소형이고, 분해되며 구상인 세포 형태를 얻도록 아콜레플라스마 라이들라위 스톡을 단일 무-혈청 성장 배지에서 약 24시간 이하 동안 성장시켜, 세균 배양액을 생성하는 단계 ; c) 상기 세균 배양액을 공지된 챌린지 수준에서 시험 필터를 통하여 여과하는 것에 의해 시험 필터를 챌린징하여 시험 필터의 하류 여액을 생성하는 단계; 및 d) 여액 중의 아콜레플라스마 라이들라위의 농도를 검출하는 단계. 아콜레플라스마 라이들라위를 배양하거나 저장하기 위한 무-혈청 성장 배지 또한 기재한다.

브레분디모나스 디미누타(B. diminuta) 보유는 ASTM procedure F838-83, "Standard Test Method for Determining Bactrial Retention of Membrane Filtrers Utilized for Liquid Filtration"에 따라서 측정하였다.

방사 전극 위에 고정된 다공성 지지체 상에서 나노섬유가 수집되는 실험실 규모 도구인 NS Lab 200 (엘마르코 에스.알.오. 제조, 체코 공화국 리베레크 소재) 상에서 나노섬유 샘플을 제조하였다. 이러한 도구 상에서 제조된 샘플을 "정적 모드"로 지칭한다.

50 cm 길이의 전극이 장착된 NS 3W1000U (엘마르코 에스.알.오. 제조, 체코 공화국 리베레크 소재) 상에서 샘플을 제조하였다. 이 기구 상에서, 샘플은 롤 대 롤 기본으로 연속적으로 생성되었고, 이때 기질은 일정한 속도로 3개의 방사 전극 상에서 이동한다. 샘플 제조 방법을 이하의 실시예에서 "동적 모드"라 지칭한다.

이후, 복합재료 액체 여과 플랫폼은 이하의 실시예에 자세하게 기재된다. 본 발명의 실시예는 복합재료 전기방사 나노섬유 매트가 세균, 마이코플라스마, 또는 레트로바이러스를 높은 투과성 및 높은 보유능을 동시에 가질 수 있음을 나타낼 것이다.

실시예 1

부직 막을 기본으로 하여 제조된 전기방사 나노섬유 매트 대 막 위에 제조된 나노섬유 매트의 대조

본 명세서에 제공된 복합재료 액체 여과 플랫폼은 나일론 6 중합체의 용액을 전기방사하는 것에 의해 제조된 나노섬유층을 포함한다. 상기 나일론 6은 Ultramid® B24 상품명으로 BASF 코포레이션(미국 뉴저지 플로르햄 파크 소재)에 의해 공급된다. 방사 용액은 13% 나일론 6(Ultramid® grade B24 N 02)을 아세트산, 포름산 및 물 (2:2:1 중량비)의 블랜드와 80℃에서 약 5 시간 동안 혼합하는 것에 의해 제조하였다. 생성한 용액의 점도는 약 100 cP이었다. 이 용액은 상이한 수집 시간 (방사 시간)에서 82 kV 전기장하에서 6-와이어 방사 전극을 이용하여 즉시 방사하였다.

통상의 부직 지지체 상에서 방사된 나노섬유의 경우, ATEX Inc.(미국 조지아 가인네스빌 소재)로부터 상품명 Axar A SBPP 30 gsm로 입수가능한 대전방지성 코팅된 부직 스펀본디드 폴리프로필렌 물질이 사용되었다.

다공성 막 상에서 방사된 나노섬유의 경우, EMD 밀리포어 코포레이션으로부터 Express® SHF로 입수가능한 0.22 ㎛ 등급 비대칭 멸균 등급 PES 막을 사용하였다.

제조된 상기 전기방사 매트의 평균 섬유 직경은 약 25-30 nm이었다. 나노섬유 매트 수집에 사용된 상이한 물질과 관련된 특성 변화를 정량하기 위한 노력으로서, 방사 시간 함수(통상 나노섬유 매트 두께에 직접 비례하는)인 상기한 정의한 복합재료 구조의 IPA 기포점을 측정하였다.

도 3은 부직물 상에 방사된 25 nm 폴리아미드 섬유 대 비대칭 0.22 ㎛ 등급 막 상에 방사된 등가의 폴리아미드 나노섬유의 발포점(BP) 증가를 도시한다.

실시예 2

나노섬유층 및 지지체 막을 특징으로 하는 복합재료 여과 매질을 포함하는 마이코플라스마- 보유성 복합재료 액체 여과 플랫폼의 작성

방사 용액은 14% 나일론 6(Ultramid® B27 E 01) 용액을 아세트산, 포름산 및 물 (2:2:1 중량비) 블랜드와 80℃에서 5시간 동안 혼합하는 것에 의해 제조하였다. 상기 용액을 82 kV 전기장 하의 6-와이어 전극을 이용하여 즉각적으로 방사하였다. 부직 지지된 매트는 45분의 방사 시간에 의해 정적 모드로 방사하였다. 다공성 막/나노섬유 복합재료 샘플은 동적 모드로 방사하며, 이때 상기 기질, 0.5 ㎛ 등급 (Millipore Express® SHC 필터의 프리필터층, EMD 밀리포어 코포레이션 (미국 매사추세츠 빌레리카 소재))의 막은 일정한 속도로 방사 전극 위로 이동하였다. 상기 나노섬유층은 시험을 위해 부직 기질을 박리하였다. 상기 나노섬유를 막 위에 전기방사하고, 상기 막은 후속 시험에서 나노섬유와 함께 유지된다. 이어, 디스크 샘플을 절단하고, 보유 시험을 위해 상기 기재한 바와 같은 오버몰딩된 장치에 두었다. 도 4는 유사한 마이코플라스마 보유(>9 LRV)능의 2개 샘플: 거친 부직물 위에 및 막 위에 방사된 나노섬유 매트의 투과성을 도시한다.

실시예 3

마이코플라스마- 보유성 나노섬유/막 복합재료의 제조에서 방사 시간의 조사.

도 5는 나노섬유층의 두께 증가에 따라 마이코플라스마 보유능 증가를 도시한다. 0.5 ㎛ 등급 (Millipore Express® SHC 필터의 프리필터층, EMD 밀리포어 코포레이션 (미국 매사추세츠 빌레리카 소재))의 막을 포함하는 마이코플라스마 보유용 복합재료 샘플 및 나노섬유층은 2분 및 그 이상의 방사 시간에서 충분한 보유성을 갖는 것으로 밝혀졌다.

실시예 4

나노섬유층을 특징으로 하는 복합재료 여과 매질 및 지지체 막 복합재료 여과 매질을 포함하는 비. 디미누타 - 보유성 복합재료 액체 여과 플랫폼의 제조

방사 용액은 거친 부직물 지지된 것의 경우 13% 나일론 6(Ultramid® 등급 B 24 N 02)을 아세트산과 포름산 (2:1 중량비)의 블렌드와 80℃에서 5시간 동안 혼합하여 제조하였고 또 다공성 지지체 막 및 나노섬유층을 특징으로 하는 복합재료 여과 플랫폼의 경우 12% 나일론 6(Ultramid® 등급 B27 E 01)을 아세트산과 포름산 (2:1 중량비)의 블랜드와 80℃에서 5시간 동안 혼합하여 제조하였다. 상기 용액은 82 kV 전기장 하의 6-와이어 방사 전극을 이용하여 즉각적으로 방사하였다. 거친 부직물 지지된 매트는 30분간 정적 모드로 방사하였고, 또 상기 막/나노섬유 복합재료는 0.5 ㎛ 등급 (Millipore Express® SHC 필터의 프리필터층, EMD 밀리포어 코포레이션 (미국 매사추세츠 빌레리카 소재))의 막인 기질이 일정한 속도로 방사 전극 상으로 이동하는 동적 모드로 방사하였다. 상기 나노섬유층을 박리하고, 거친 부직 물질 기질을 시험에 사용하였다. 상기 나노섬유가 막 위에서 방사되면, 상기 막은 후속 시험에서 나노섬유와 함께 유지되었다. 이어서, 디스크 샘플을 절단하고 또 보유 시험을 위해 47 mm 스테인레스 강철 홀더에 두었다. 도 6은 유사한 비. 디미누타 보유능(>9 LRV)의 2개 샘플: 거친 부직물 위에 및 막 위에 방사된 나노섬유 매트의 투과성을 도시한다.

실시예 5

레트로바이러스- 보유능 나노섬유층 및 다공성 지지체 막을 특징으로 하는 복합재료 액체 여과 매질을 비롯한 복합재료 액체 여과 플랫폼의 제조

방사 용액은 아세트산, 포름산, 및 물 (2:2:1 중량비)의 혼합물 중의 12% 나일론 6(Ultramid® 등급 B27 E 01) 용액으로서 80℃에서 5시간 동안 제조하였다. 이 용액은 82 kV 전기장 하의 6-와이어 방사 전극을 이용하여 즉각 방사되었다. 30분의 방사 시간에 의해 정적 모드로 대칭 매트를 방사하였다. 막/나노섬유 복합재료 샘플은 기질이 일정한 속도로 방사 전극 위로 이동하는 동적 모드로 방사하였다. 이어, 디스크 샘플을 절단하고 또 보유 시험을 위해 오버몰딩된 장치에 두었다. 상기 나노섬유층을 발기하고 부직 기질을 시험에 사용하였다. 상기 나노섬유가 막 위에서 방사되면, 상기 막은 후속 시험에서 나노섬유와 함께 유지된다. 이어, 디스크 샘플을 절단하고 또 보유 시험을 위해 상기 기재한 오버몰딩된 장치에 두었다.

2개 층 포맷으로 유지하기 위하여 양쪽 샘플(부직 지지된 매트 및 막/나노섬유 복합재료)을 시험하였다. 막/나노섬유 복합재료에 대한 플럿된 값은 프리필터막 2개층의 부가적 저항을 포함한다. 도 7은 유사한 레트로바이러스 보유(>6 LRV)능의 2개 샘플: 거친 부직물 위에 방사된 나노섬유 매트 및 막 위에서 방사된 나노섬유 매트의 투과성을 도시한다. 표 1은 실시예에 따라 제조된 지지 막 및 복합재료의 IPA 기포점을 나타낸다.

0.5㎛ 막 및 막/나노섬유 복합재료를 지지하기 위해 측정된 기포점

	평균 유동 기포점(psi)
	막 단독	복합재료	% 증가
실시예 2. 마이코플라스마 보유 > 9 LRV	17	111	653
실시예 4. 세균 보유 > 9 LRV	17	26	153
실시예 5. 레트로바이러스 보유 > 6 LRV	17	101	594

실시예 6

레트로바이러스- 보유능 나노섬유층 및 다공성 지지체 막을 특징으로 하는 복합재료 액체 여과 매질을 포함한 복합재료 액체 여과 플랫폼의 처리량

도 8은 막/나노섬유 복합재료 대 동일한 나노섬유 및 유사한 마이코플라스마 보유능의 거친 부직물 상에서 방사된 막의 커패시티를 도시한다. 처리량 시험은 프리필터와 함께 마이코플라스마-보유능 막을 시험하기 위해 흔히 사용되는 2 g/L 세포 배양 매질 스트림을 사용하여 실시하였다. 상기 매질 스트림은 Merck KGgA (독일 다름슈타트 소재)의 자회사인 EMD 케미컬스로부터 입수가능한 소이밀(파파익)로부터의 2 g/L 펩톤; 1 g/L의 Pluronic F-68; 3.7 g/L 중탄산 나트륨; Thermo Scientific (미국 매사추세츠 월탐 소재)로부터 입수가능한 10 g/L HyClone Powdered Tissue Culture Media DMEM/High를 함유한다. 다공성 막/나노섬유 복합재료 구조는 0.5 ㎛ 등급의 다공성 막(Millipore Express® SHC 필터의 프리필터층, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 빌레리카 소재))인 빌트인(built in) 프리필터층을 가지며, 이는 상기 나노섬유층이 일찍 막히지 않게 하므로, 상기 복합재료 구조가 더 높은 여과 처리량을 나타내게 할 수 있다.

사용 방법

본 발명에 따른 복합재료 액체 여과 플랫폼은 음식, 음료, 약제, 생명공학, 마이크로엘렉트로닉스, 화학 가공, 수처리, 및 기타 액체 처리 산업에 유용하다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 복합재료 액체 여과 플랫폼은 액체 샘플 또는 액체 스트림으로부터 미생물을 여과, 분리, 확인 및/또는 검출할 뿐만 아니라 바이러스 또는 미립자를 제거하는데 아주 효과적이다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 복합재료 액체 여과 플랫폼은 접촉하거나 또는 인간 또는 동물 투여를 위한 약제 및 바이오약제 화합물을 함유할 수 있는 용액 및 가스의 임계 여과에 특히 유용하다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 복합재료 액체 여과 플랫폼은 비제한적으로 크로마토그래피; 고압 액체 크로마토그래피(HPLC); 전기영동; 겔 여과; 샘플 원심분리; 온-라인 샘플 제조; 진단 키트 시험; 진단 시험; 고처리량 스크리닝; 친화성 결합 에세이; 액체 샘플의 정제; 유체 샘플의 성분의 크기를 기본한 분리; 유체 샘플의 성분의 물리적 특성을 기본한 분리; 유체 샘플의 성분의 화학적 특성을 기본한 분리; 유체 샘플의 성분의 생물학적 특성을 기본한 분리; 유체 샘플의 성분의 정전기 특성을 기본한 분리; 및 그의 조합을 비롯한 액체 샘플의 제조 방법과 함께 사용될 수 있다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 복합재료 액체 여과 플랫폼은 대형 여과 장치 또는 시스템의 부품 또는 일부일 수 있다.

키트

본 명세서에 개시된 바와 같은 상기 복합재료 여과 매질은 액체 샘플 또는 스트림으로부터 미생물 및 미립자를 제거하기 위해 사용될 수 있는 키트로서 제공될 수 있다. 상기 키트는 예를 들어, 본 명세서에 개시된 바와 같은 다공성 막 기질 상의 전기방사 나노섬유 액체 여과층을 포함한 하나 이상의 복합재료 여과 매질뿐만 아니라 복합재료 여과 매질을 혼입하고 사용하는 하나 이상의 액체 여과 장치 또는 지지체를 포함할 수 있다.

상기 키트는 하나 이상의 대조 용액을 함유할 수 있고, 또 경우에 따라 본 발명을 실시하는 방법에 유용한 다양한 완충액, 예컨대 시약을 제거하거나 또는 비특이적으로 보유되거나 또는 경우에 따라 키트에 결합된 물질을 제거하기 위한 세척 완충액을 포함한다.

임의의 기타 키트 시약은 용출 완충액을 포함한다. 완충액 각각은 용액으로서 별개의 용기에 제공될 수 있다. 다르게는, 상기 완충액은 건조 형태 또는 분말로서 제공되거나 또는 사용자의 소망하는 적용에 따라 용액으로 제조될 수 있다. 이 경우 완충액은 팩킷(packet)으로 제공될 수 있다.

상기 키트는 예를 들어 장치가 자동화되는 경우뿐만 아니라 진공 펌프와 같은 외부 힘에 의해 제공되는 수단일 때 전원을 제공할 수 있다. 상기 키트는 액체 여과 매질을 함유하는 전기방사 나노섬유, 장치, 지지체 또는 기질을 사용하거나, 및/또는 본 발명에 사용하기에 적합한 구성 시약 및 본 발명을 실시하는 방법에 대한 설명서를 포함할 수 있다. 얻어진 기록 및 분석 데이터에 대한 임의의 소프트웨어 및 본 발명의 방법을 실시하는 소프트웨어 또는 본 발명의 장치를 사용하는 소프트웨어가 포함될 수 있다.

용어 "키트"는 예를 들어, 단일 팩케이지 내에 조합된 각각의 성분을 포함하며, 상기 성분들은 개별적으로 포장되어 함께 시판되거나, 또는 상기 성분들은 단일 카탈로그(예컨대 동일 페이지 또는 카탈로그내에 더블 페이지)에 함께 제공된다.

상기 기재한 내용은 독립적 유용성을 갖고서 복수의 분명한 발명을 포함할 수 있다. 각 발명은 바람직한 형태로 기재되어 있지만, 그의 특수한 실시양태는 제한을 의미하지 않으며, 다수의 변형이 가능하다. 본 발명의 주제는 모든 신규하고 자명하지 않은 조합을 포함하고 본 명세서에 개시된 다양한 원소, 특징, 작용 및/또는 특성의 서브조합도 포함한다. 이하의 특허청구범위는 신규하고 자명하지 않은 것으로 간주된 특정의 조합 빛 서브 조합을 특별히 지적한 것이다. 특징, 기능, 원소 및/또는 특성의 다른 조합 및 서브조합에 예시된 발명은 본 출원 또는 관련 출원에서 우선권 주장하는 출원에서 청구되어 있다. 상이한 발명 또는 동일한 발명에 관련된 이러한 특허청구범위는 원리 특허청구범위와 비교하여 더 넓거나, 더 좁거나, 동일하거나, 또는 상이하든 여기에 개시된 본 발명의 주제에 포함된다.

Claims (20)

1. 다공성 막, 및
   상기 막 위에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하고,
   상기 나노섬유층의 기공 크기는 상기 막의 기공 크기보다 작은 다공성 복합재료 매질.
2. 제1항에 있어서, 막 단독의 기포점에 비하여 적어도 20% 더 큰 적합한 유체에 의해 측정된 기포점을 갖는 다공성 복합재료 매질.
3. 제1항에 있어서, 상기 막이 비대칭이고 또 긴밀한 측면을 포함하는 다공성 복합재료 매질.
4. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유층이 대칭인 다공성 복합재료 매질.
5. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유층이 전기방사 매트인 다공성 복합재료 매질.
6. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유층이 폴리이미드, 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리술폰, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에테르 술폰, 폴리우레탄, 폴리(우레아 우레탄), 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리프로필렌, 폴리아닐린, 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 부틸렌), 공중합체, 유도체 화합물 또는 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체를 포함하는 다공성 복합재료 매질.
7. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유층이 지방족 폴리아미드를 포함하는 다공성 복합재료 매질.
8. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유층이 중합체의 블렌드, 공중합체 및 그의 혼합물을 포함하는 다공성 복합재료 매질.
9. 제1항에 있어서, 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 전체 두께를 갖는 다공성 복합재료 매질.
10. 제1항에 있어서, 약 50 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 전체 두께를 갖는 다공성 복합재료 매질.
11. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유층이 전기방사 및 전기블로잉으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 형성되는 다공성 복합재료 매질.
12. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유층이 약 1 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는 다공성 복합재료 매질.
13. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유층이 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 다공성 복합재료 매질.
14. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유층이 약 1 ㎛ 내지 약 25 ㎛의 두께를 갖는 다공성 복합재료 매질.
15. 제1항에 있어서, 상기 막이 약 10 ㎛내지 약 500 ㎛의 두께를 갖는 다공성 복합재료 매질.
16. 제1항에 있어서, 상기 막이 약 50 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는 다공성 복합재료 매질.
17. 제1항에 있어서, 상기 막이 용액 상 전환, 열 개시된 상 분리, 증기 유도된 상 분리, 트랙 에칭, 이축 연신, 용매 에칭 및 그의 조합에 의해 제조된 하나 이상의 층을 포함하는 다공성 복합재료 매질.
18. 제1항에 있어서, 약 10 psi 내지 약 130 psi의 이소프로판올에 대한 평균 유동 기포점을 갖는 다공성 복합재료 매질.
19. 긴밀한 측면, 개방 측면 및 긴밀한 측면과 개방 측면 사이에서 크기가 증가하는 기공 크기를 갖는 다공성 비대칭 막; 및
    상기 긴밀한 측면 상에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 포함하며,
    상기 막의 긴밀한 측면 상의 기공 크기는 중합체 나노섬유층의 기공 크기보다 더 큰,
    여과를 위한 다공성 복합재료 매질.
20. 긴밀한 측면, 개방 측면 및 긴밀한 측면과 개방 측면 사이에서 크기가 증가하는 기공 크기를 갖는 다공성 비대칭 막을 갖는 프리필터, 및
    상기 비대칭 막의 긴밀한 측면 상에 위치한 다공성 중합체 나노섬유층을 갖는 보유 필터를 포함하고,
    상기 비대칭 막의 긴밀한 측면 상에서 기공 크기가 중합체 나노섬유층의 기공 크기보다 더 큰 임계 여과(critical filtration)에 사용하기 위한 복합재료 여과 장치.
    
    

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