KR20150065135A - 표면 채널을 갖는 막 - Google Patents

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Abstract

막의 표면에 평행한 채널을 갖는 막으로서, 상기 채널은 조면(rough surface)을 갖는 측벽을 갖는 막; 적어도 하나의 막을 포함하는 필터 및 장치; 및 상기 막의 제조 방법 및 사용 방법이 개시된다.

Description

표면 채널을 갖는 막{Membrane with surface channels}
본 발명은 표면 채널을 갖는 막에 관한 것이다.
막은 다양한 유체를 여과하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 막은 단백질 함유 유체를 여과시켜 유체로부터 바람직하지 않은 물질을 제거하는데 사용되거나 및/또는 막은 유체로부터 바이러스를 제거하는데 사용된다. 그러나, 더 높은 단백질 용량 및/또는 바이러스 제거 능력을 갖는 개선된 막이 요구되고 있다.
본 발명은 종래 기술의 단점들의 적어도 일부에 대한 개선을 제공한다. 본 발명의 이들 및 다른 이점들은 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따라 제공되는 미세다공성 막은, 제1 표면 및 제2 표면을 포함하며, 상기 제1 표면은 길이방향으로 평행한 표면 채널들을 포함하고, 상기 채널은 조면(rough surface)을 포함하는 측벽을 갖고, 상기 조면은 약 4.5 μin(마이크로인치) 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖는다. 통상적으로, 상기 채널의 상기 측벽은 상기 채널의 바닥벽보다 더 거친 표면을 갖는다. 통상적으로, 상기 제1 표면의 적어도 약 25%는 종방향(machine direction)의 평행 채널들을 복수개 갖는다.
다른 구현예에 있어서, 적어도 하나의 막, 바람직하게는, 적어도 두 개의 막을 포함하는 필터가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따라 유체를 여과하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 막 또는 필터를 통하여 상기 유체를 통과시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 있어서, 막의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 기재를 얻는 단계로서, 상기 기재는 종방향 및 횡방향(cross machine direction)을 포함하고, 상기 표면에 종방향의 평행 마모흔들(parallel abrasions)을 갖는, 기재를 얻는 단계; 상기 표면상에 고분자 함유 용액을 캐스팅하는 단계; 상기 용액을 상전환 용액에 노출시켜서, 미세다공성 막을 형성하는 단계; 및 상기 막을 상기 기재로부터 제거하는 단계;를 포함하고, 여기서, 상기 기재의 상기 표면의 평행 마모흔들과 접촉하는 상기 막의 부분들이 상기 막으로부터 떼어내져서, 종방향의 평행 채널들을 갖는 표면을 갖는 막을 형성하고, 상기 평행한 채널들은 조면을 갖는다.
도 1a는 실시예 3에서 제조된 막의 기재-접촉 표면으로서, 상기 막을 비처리되고 비마모된 표면을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 기재로부터 제거한 이후의 표면을 보여주는 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 1b는 실시예 3에서 제조된 막의 기재-접촉 표면으로서, 상기 막을, 코로나 처리되어 44 dynes/cm의 임계 젖음 표면 장력(Critical Wetting Surface Tension: CWST)을 제공하는 폴리이미드 기재로부터 제거한 이후의 표면을 보여주는 SEM 사진이고, 이때, 상기 기재 표면은 비마모된 상태이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 실시예 3에서 제조된 막의 기재-접촉 표면으로서, 상기 막을 마모된 표면(이 표면은 다른 처리는 되어있지 않음)을 갖는 기재로부터 제거한 이후의 표면을 보여주는 SEM 사진이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 구현예에 따라 실시예 3에서 제조된 막의 표면의 SEM 사진들로서, 조면을 갖는 측벽을 갖는 채널들을 보여준다. 도 3a는 횡방향으로 찍은 SEM 사진이고, 도 3b는 단면 방향으로 찍은 SEM 사진이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 막의 제1 표면의 SEM 사진이다. 여기서, 기공 직경이 채널 측벽 및 채널 바닥벽에 명시되어 있다.
도 5는 실시예 2에서 제조된 막의 제1 표면의 SEM 사진이다. 여기서, 기공 직경이 채널 측벽 및 채널 바닥벽에 명시되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따라 제공되는 미세다공성 막은: (a) 미세다공성 표면을 포함하는 제1 표면, (b) 미세다공성 표면을 포함하는 제2 표면, 및 (c) 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 미세다공성 몸체(bulk);를 포함하며, 여기서, 상기 막은 종방향(machine direction) 및 횡방향(cross machine direction)을 갖고, 상기 제1 표면은 종방향의 평행 채널들을 복수개 갖고, 상기 채널은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖는다. 일부 구현예들에서, 상기 측벽은 상기 바닥벽보다 더 거친 표면을 갖는다.
일 구현예에서, 상기 측벽은 약 5 μin 내지 약 9 μin의 범위의 Ra를 갖는 조면을 갖는다. 다른 구현예에서, 상기 측벽은 약 9.5 μin 내지 약 16.0 μin의 범위의 Ra를 갖는 조면을 갖는다.
일 구현예에서, 상기 제1 표면의 적어도 약 25%는 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 바람직하게는, 상기 제1 표면의 적어도 약 30%는 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 일부 구현예들에서, 상기 제1 표면의 적어도 약 35%는 종방향의복수의 평행 채널들을 갖는다. 예를 들어, 일 구현예에서, 상기 막의 제1 표면의 약 30% 내지 약 45%가 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖는다.
유리하게는, 상업적으로 입수가능한 바이러스 제거 막과 비교하여, 대응하거나 또는 더 우수한 바이러스 제거 효율을 가지면서도, 더 작은 두께를 갖는 바이러스 제거용 막이 제조될 수 있다. 결과적으로, 막은 더욱 비용 효율적으로 제조될 수 있다. 상기 막은 비복합 재료 막일 수 있으며, 이 경우에도, 막이 주름지어지기에 충분할 정도로 튼튼할 수 있다.
대안적으로, 또는, 부가적으로, 채널이 없는 종래의 막에 비하여 증가된 단백질 여과 용량을 갖는 막이 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 구현예들에 따라, 본 발명의 막을 적어도 한 개, 바람직하게는, 본 발명의 막을 적어도 두 개 포함하는 필터가 제공될 뿐만 아니라, 하우징 및 본 발명의 막을 적어도 한 개 포함하는 필터 장치, 또는 하우징 및 본 발명의 막을 적어도 한 개 포함하는 필터를 포함하는 필터 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 구현예에 따라, 유체 여과 방법이 또한 제공되며, 상기 방법은 상기 유체를 전술한 바와 같은 적어도 한 개의 막을 통하여, 또는 적어도 한 개의 막을 포함하는 필터를 통하여 통과시키는 단계를 포함한다. 일 구현예에서, 유체로부터 바람직하지 않은 물질을 제거하기 위한 방법은, 상기 유체를 미세다공성 막의 제1 표면으로부터 상기 막의 제2 표면을 통하여 통과시키는 단계를 포함하는데, 이때, 상기 제1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하며; 상기 막은 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이에 미세다공성 몸체를 가지며; 상기 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널들은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin 범위의 Ra를 갖는다. 본 발명의 방법의 바람직한 일 구현예에 있어서, 상기 방법은 단백질 함유 유체로부터 바이러스를 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법의 일부 구현예들에서, 유체는 적어도 두 개의 막을 통하여 통과된다.
예를 들어, 일 구현예에서, 상기 방법은 상기 유체를 제1 미세다공성 막의 제1 표면으로부터 상기 제1 막의 제2 표면을 통하여 통과시키는 단계; 및 상기 유체를 상기 제1 미세다공성 막의 제2 표면으로부터 제2 미세다공성 막의 제1 표면을 통하여, 그리고 상기 제2 막의 제2 표면을 통하여 통과시키는 단계;를 포함하며,
여기서, 상기 제1 막의 제1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제1 막의 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하고; 상기 제1 막은 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 미세다공성 몸체를 갖고; 상기 제1 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제1 막의 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널들은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖고;
상기 제2 막의 상기 제1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제2 막의 상기 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하고; 상기 제2 막은 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 미세다공성 몸체를 갖고; 상기 제2 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제2 막의 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널들은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin 범위의 Ra를 갖는다.
본 발명의 유체 여과 방법의 다른 구현예에서, 상기 방법은 상기 유체를 제1 미세다공성 막의 제1 표면으로부터 상기 제1 막의 제2 표면을 통하여 통과시키는 단계; 및 상기 유체를 상기 제1 미세다공성 막의 제2 표면으로부터 제2 미세다공성 막의 제2 표면을 통하여, 그리고 상기 제2 막의 제1 표면을 통하여 통과시키는 단계;를 포함하며,
여기서, 상기 제1 막의 제1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제1 막의 상기 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하고; 상기 제1 막은 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 미세다공성 몸체를 갖고; 상기 제1 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제1 막의 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널들은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖고;
상기 제2막의 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제2 막의 제 1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제2 막은 상기 제2 표면과 상기 제1 표면 사이의 미세다공성 몸체를 갖고; 상기 제2 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제2 막의 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖는다.
본 발명의 유체 여과 방법의 또 다른 구현예에서, 상기 방법은 상기 유체를 제1 미세다공성 막의 제2 표면으로부터 상기 제1 막의 제1 표면을 통하여 통과시키는 단계; 및 상기 유체를 상기 제1 미세다공성 막의 제2 표면으로부터 제2 미세다공성 막의 제2 표면을 통하여, 그리고 상기 제2 막의 제1 표면을 통하여 통과시키는 단계;를 포함하며,
여기서, 상기 제1 막의 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제1 막의 제1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고; 상기 제1 막은 상기 제2 표면과 상기 제1 표면 사이의 미세다공성 몸체를 갖고; 상기 제1 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제1 막의 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖고;
상기 제2 막의 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제2 막의 제 1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제2 막은 상기 제2 표면과 상기 제1 표면 사이의 미세다공성 몸체를 갖고; 상기 제2 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제2 막의 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖는다.
본 발명의 유체 여과 방법의 또 다른 구현예에서, 상기 방법은 상기 유체를 제1 미세다공성 막의 제2 표면으로부터 상기 제1 막의 제1 표면을 통하여 통과시키는 단계; 및 상기 유체를 상기 제1 미세다공성 막의 제2 표면으로부터 제2 미세다공성 막의 제1 표면을 통하여, 그리고 상기 제2 막의 제2 표면을 통하여 통과시키는 단계;를 포함하며,
여기서, 상기 제1 막의 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제1 막의 제1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고; 상기 제1 막은 상기 제2 표면과 상기 제1 표면 사이의 미세다공성 몸체를 갖고; 상기 제1 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제1 막의 제1 표면은 종방향에 평행한 복수의 채널을 갖고, 상기 채널은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖고;
상기 제2 막의 제1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제2 막의 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제2 막은 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 미세다공성 몸체를 갖고; 상기 제2 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제2 막의 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널들은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖는다.
본 발명의 구현예에 따르면, 막 제조 방법은 기재를 얻는 단계로서, 상기 기재는 종방향 및 횡방향을 갖는 표면을 포함하고, 상기 기재는 상기 표면에 종방향의 평행 마모흔들(parallel abrasions)을 갖는, 기재를 얻는 단계; 상기 표면상에 고분자 용액을 캐스팅하는 단계; 상기 용액의 상분리를 일으켜서, 미세다공성 막을 형성하는 단계; 및 상기 막을 상기 기재로부터 박리하는 단계로서, 상기 기재의 상기 표면의 상기 평행 마모흔들과 접촉하는 상기 막의 부분들이 상기 막으로부터 떼어내져서, 채널을 갖는 표면을 갖는 막이 형성되는 단계;를 포함한다.
어떠한 메커니즘으로 한정되는 것은 아니나, 추정되는 바에 따르면, 상기 막의 생성 동안, 상전환 조(phase inversion bath)는 상기 기재에 부착된 상기 막의 표면과 상호 작용할 수 없다(또는 상호 작용이 감소된다). 따라서, 스키닝(skinning)(기공 채널의 가용성을 감소시킬 수 있음)이 감소된다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 다시 어떠한 메커니즘으로 한정되려는 것은 아니나, 추정되는 바에 따르면, 상기 기재는 상기 막과 물리적으로 얽히게 되고(entangle), 상기 고분자의 캐스팅 및 침전 이후에 상기 기재로부터 상기 막을 제거할 때, 물리적으로 얽혀 있는 기재(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트)가 상기 막에서 떼어져 나오면서, 여과에 이용될 수 있는 표면 기공 채널을 노출 및 제공한다. 뿐만 아니라, 추정되는 바에 따르면, 다시 어떠한 메커니즘으로 한정되려는 것은 아니나, 종방향의 마모흔(abrasion) 또는 홈(groove)을 갖는 기재의 사용은 캐스팅 용액이 상기 기재에 도포될 때 공기의 방출을 가능하게 함으로써, 생성된 막에 핀홀(pinhole)과 같은 결함을 감소시킨다.
기재가 (상기 기재의 길이를 따르는)종방향의 평행 마모흔들 또는 홈들을 갖는 한, 다양한 기재들이 본 발명의 구현예들에 따른 막 제조 방법에 적합하다. 바람직하게는, 상기 기재는 비종이(non-paper) 기재이다. 적합한 기재는, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) (예를 들어, 상업적으로 입수가능한 MYLAR)와 같은 폴리에스테르; 폴리프로필렌; 폴리에틸렌(폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN); 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 (PETG)을 포함함); 폴리이미드; 폴리페닐렌 옥사이드; 나일론; 및 아크릴류를 포함한다.
상기 기재의 마모흔/홈은, 예를 들어, 레이저 또는 기계적 마모에 의한 스코어링(scoring)을 포함하는 다양한 공정에 의해 제공될 수 있다. 바람직하게는, 상기 마모흔/홈은 에칭에 사용되는 마모제(abrasive)와 같은 마모제를 사용하여 상기 기재의 표면을 스코어링 함으로써 생성될 수 있다.
통상적으로, 상기 기재는 횡(폭) 방향으로 mm 당 약 15 내지 약 50개 범위의 홈/마모흔, 바람직하게는, 횡(폭) 방향으로 mm 당 약 25 내지 약 35개의 홈/마모흔을 갖는다.
통상적으로, 상기 기재의 홈의 깊이의 Rz 값(각각의 샘플링 길이에서 최고 봉우리(peak) 및 최저 골(valley) 사이의 평균 깊이)은 약 50 μin 내지 약 175 μin의 범위이며, 홈들 사이의 간격은 통상적으로 약 300 μin 내지 약 2400 μin의 범위이다.
선택적으로(optionally), 그리고 덜 바람직하게는, 상기 마모된/스코어링된 기재는 추가적으로, 상기 기재상에 상기 고분자 용액을 캐스팅하기 전에, 예를 들어, 코로나 처리, e빔 처리, 또는 플라즈마 처리에 의하여 처리될 수 있다.
바람직하게는, 상기 막은 담금 상전환 퀀칭 공정(immersion phase inversion quench process)에 의해 제조된다. 통상적으로, 상기 상전환 공정은 상기 마모된/홈이 있는 기재상에 고분자 용액(들)을 박막으로 캐스팅 또는 압출하는 단계; 및 상기 고분자를 다음 중 하나 이상의 조작을 통하여 침전시키는 단계;를 포함한다: (a) 용매 및 비용매를 증발시키는 조작, (b) 노출된 표면에 흡착되는 비용매 증기(예를 들어, 수증기)에 노출시키는 조작, (c) 비용매 액체(예를 들어, 물 및/또는 기타 비용매 또는 용매를 함유하는 상 담금 조(phase immersion bath)) 중에서 퀀칭하는 조작; 및 (d) 고분자의 용해도가 급격하게 대폭 감소하도록 뜨거운 박막을 열적 퀀칭하는 조작. 상전환은 습식 공정(담금 침전(immersion precipitation)), 증기유도 상분리(vapor induced phase separation: VIPS), 열유도 상분리(thermally induced phase separation: TIPS), 퀀칭, 건-습 캐스팅(dry-wet casting), 및 용매 증발(건식 캐스팅)에 의하여 유도될 수 있다. 건식 상전환(dry phase inversion)은, 담금 응집이 존재하지 않는다는 점에서, 습식 또는 건-습 절차와는 다르다. 이러한 기법들에 있어서, 초기에는 균질한 고분자 용액이, 여러가지 외부 효과로 인하여, 열역학적으로 불안정하게 되어서, 고분자 희박 상 및 고분자 풍부 상으로의 상분리를 유도한다. 고분자 풍부 상은 막의 매트릭스를 형성하고, 고분자 희박 상은, 증가된 용매 및 비용매 함량을 갖고 있으므로, 기공을 형성하게 된다.
상기 막은 당해 기술분야에 알려진 것과 같은 여러가지 적합한 기법들에 의하여 상기 기재로부터 분리된다(예를 들어, 박리됨).
다양한 고분자 용액이 본 발명에 적합하게 사용될 수 있으며, 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 적합한 고분자 용액은, 예를 들어, 다중방향족류(polyaromatics); 술폰류(예를 들어, 폴리술폰, 또한, 예를 들어, 폴리에테르술폰, 폴리에테르 에테르 술폰, 비스페놀 A 폴리술폰, 폴리아릴술폰 및 폴리페닐술폰과 같은 방향족 폴리술폰이 포함됨), 폴리아미드류, 폴리이미드류, 폴리비닐리덴 할라이드류(폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 포함), 폴리올레핀류(예를 들어, 폴리프로필렌 및 폴리메틸펜텐), 폴리에스테르류, 폴리스티렌류, 폴리카보네이트류, 폴리아크릴로니트릴류(폴리알킬아크릴로니트릴 포함), 셀룰로스계 고분자(예를 들어, 셀룰로스 아세테이트 및 셀룰로스 니트레이트), 플루오로폴리머, 및 폴리에테르에테르 케톤(PEEK)과 같은 고분자를 포함할 수 있다. 고분자 용액은 고분자들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 그 예로서는, 소수성 고분자(예를 들어, 술폰 고분자) 및 친수성 고분자(예를 들어, 폴리비닐피롤리돈)의 혼합물이 있다.
1 종 이상의 고분자와 더불어, 통상적인 고분자 용액은 적어도 1 종의 용매를 포함하고, 적어도 1 종의 비용매를 더 포함할 수 있다. 적합한 용매는, 예를 들어, 디메틸 포름아미드(DMF); N,N-디메틸아세트아미드(DMAc); N-메틸 피롤리돈(NMP); 디메틸 술폭사이드(DMSO), 메틸 술폭사이드, 테트라메틸우레아; 디옥산; 디에틸 숙시네이트; 클로로포름; 및 테트라클로로에탄; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 적합한 비용매는, 예를 들어, 물; 다양한 폴리에틸렌 글리콜(PEGs; 예를 들어, PEG-200, PEG-300, PEG-400, PEG-1000); 다양한 폴리프로필렌 글리콜; 다양한 알코올(예를 들어, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올(IPA), 아밀 알코올, 헥산올, 헵탄올, 및 옥탄올); 알칸(예를 들어, 헥산, 프로판, 니트로프로판, 헵탄, 및 옥탄); 및 케톤, 에테르 및 에스테르(예를 들어, 아세톤, 부틸 에테르, 에틸 아세테이트 및 아밀 아세테이트); 산(예를 들어, 아세트산, 시트르산, 및 락트산); 및 다양한 염(예를 들어, 칼슘 클로라이드, 마그네슘 클로라이드 및 리튬 클로라이드); 및 이들의 혼합물을 포함한다.
원하는 경우, 고분자 함유 용액은, 예를 들어, 1 종 이상의 중합 개시제(예를 들어, 1 종 이상의 과산화물, 암모늄 퍼술페이트, 지방족 아조 화합물(예를 들어, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판)디하이드로클로라이드(V50)), 및 이들의 조합), 및/또는, 미량 성분(예를 들어, 계면활성제 및/또는 이형제)을 더 포함할 수 있다.
용액의 적합한 성분들이 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 예시적인 고분자 함유 용액 및 예시적인 용매 및 비용매는, 예를 들어, 미국특허 제4,340,579호; 제4,629,563호; 제4,900,449호; 제4,964,990호; 제5,444,097호; 제5,846,422호; 제5,906,742호; 제5,928,774호; 제6,045,899호; 제6,146,747호; 및 제7,208,200호에 개시된 것들을 포함한다.
본 발명에 따라 다양한 고분자 막이 형성될 수 있으나, 바람직한 구현예들에 있어서, 상기 막은 술폰막(더욱 바람직하게는, 폴리에테르술폰 막 및/또는 폴리아릴술폰 막), 또는 반결정성 막(예를 들어, PVDF 막 및/또는 폴리아미드 막)이다.
상기 막은 수동으로(예를 들어, 손으로 상기 기재 위에 붓기, 캐스팅하기 또는 스프레딩하기), 또는, 자동으로(예를 들어, 상기 기재가 놓여진 이동 베드(moving bed) 위에 붓기 또는 다른 방식으로 캐스팅하기) 캐스팅될 수 있다.
다양한 캐스팅 기법(이중 캐스팅 기법 포함)이 당해 기술 분야에 공지되어 있고, 적합하다. 당해 기술 분야에 공지된 다양한 장치가 캐스팅에 사용될 수 있다. 적합한 장치는 예를 들어, 롤 코터(roll coater)(포워드(forward) 또는 리버스(reverse) 롤 코터) 또는 기계식 스프레더를 포함하고, 이에는 스프레딩 나이프, 닥터 블레이드, 또는 스프레이/가압 시스템이 포함된다. 롤 코터의 일 예는 리버스 롤 코터가 있는데, 이는 캐스팅 배합물(고분자 함유 용액)이 도입되는 수지 웰(well)을 포함한다. 이동식 닥터 롤러 및 코팅 갭은 상기 기재 상에서 캐스팅 배합물의 분포를 조절한다. 예시적으로, 고분자 함유 용액은, 예를 들어, 약 5 내지 약 8 mil의 범위의 닥터 롤러 및 기재 사이의 간격을 갖는 리버스 롤 코터를 사용하여 캐스팅될 수 있다.
당해 기술 분야에 공지된 것과 같은 다양한 캐스팅 속도가 적합하다. 통상적으로, 캐스팅 속도는 적어도 약 3 fpm(feet per minute)일 수 있고, 더욱 통상적으로는 약 3 fpm 내지 약 40 fpm 범위일 수 있고, 일부 구현예들에 있어서는, 적어도 약 5 fpm일 수 있다.
막은 임의의 적합한 기공 구조를 가질 수 있다. 기공 구조는, 예를 들면, 기공 크기(예를 들어, 버블 포인트에 의하여 측정되거나, 예를 들어 미국특허 제4,340,479호에 기술된 KL 에 의하여 측정되거나, 모세관 응축 흐름 기공측정기(capillary condensation flow porometry)에 의하여 측정됨), 평균 흐름 기공(mean flow pore: MFP) 크기(예를 들어, "Porvair Porometer (Porvair plc, Norfolk, UK)"와 같은 기공측정기, 또는 상표명 "POROLUX (Porometer.com; Belgium)"로 입수가능한 기공측정기를 사용하여 특성기술(characterization)됨), 기공 등급, 기공 직경(예를 들어, 미국특허 제4,925,572호에 기술된 것과 같은 변형된 OSU F2 시험법을 사용하여 특성기술됨), 또는 제거 등급 매질일 수 있다. 사용되는 기공 구조는 이용되는 입자의 크기, 처리되는 유체의 조성, 및 처리된 유체의 바람직한 유출 수준에 의존한다.
막의 다공성 표면은 임의의 적합한 평균 기공 크기를 가질 수 있으며, 이는 예를 들어, 5,000 X 또는 20,000X 배율의 SEM으로부터 평균 표면 기공 크기를 계산함으로써 결정될 수 있다. 통상적으로, 적어도 상기 제1 미세다공성 스킨 표면은 상기 채널 벽에서 약 100 nm 내지 약 450 nm 범위의 기공 직경을 갖고, 상기 채널 바닥에서 약 50 nm 내지 약 300 nm의 범위의 기공 직경을 갖는다.
통상적으로, 본 발명의 구현예들에 따른 막의 두께는 약 1.5 mil 내지 약 6.5 mil의 범위, 바람직하게는, 약 3 mil 내지 약 4 mil의 범위이다.
막은 임의의 바람직한 임계 젖음 표면 장력(critical wetting surface tension: CWST; 예를 들어, 미국특허 제4,925,572호에 정의되어 있음)을 가질 수 있다. CWST는 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이, 즉 예를 들면 미국특허 제5,152,905호, 제5,443,743호, 제5,472,621호 및 제 6,074,869호에 추가적으로 개시된 바와 같이, 선택될 수 있다. 통상적으로, 막은 약 70 dynes/cm (약 70 x 10-5 N/cm) 초과의 CWST, 더욱 통상적으로, 약 73 dynes/cm (약 73 x 10-5 N/cm) 초과의 CWST를 갖고, 약 78 dynes/cm (약 78 x 10-5 N/cm) 이상의 CWST를 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 막은 약 82 dynes/cm (약 82 x 10-5 N/cm) 이상의 CWST를 갖는다.
막의 표면 특성은 (예를 들어, CWST에 영향을 주기 위하여, 표면 전하(예를 들어, 양의 전하 또는 음의 전하)를 포함하기 위하여, 및/또는, 표면의 극성 또는 친수도를 변화시키기 위하여) 개질될 수 있는데, 예를 들면, 습식 또는 건식 산화에 의하여, 고분자를 표면 위에 코팅하거나 증착시킴으로써, 또는 그래프팅 반응에 의하여 개질될 수 있다. 개질은, 예를 들면, 조사(irradiation), 극성 또는 전하를 띠는 모노머, 표면을 전하를 띠는 폴리머로 코팅 및/또는 경화, 및 표면에 작용기를 부착하기 위한 화학적 개질의 수행을 포함한다. 그래프팅 반응은, 가스 플라즈마, 증기 플라즈마, 코로나 방전, 열, 반 데르 그라프 발전기(Van der Graff generator), 자외선 또는 전자빔과 같은 에너지원에 대한, 또는 다양한 다른 형태의 방사선에 대한 노출에 의하여, 또는 플라즈마 처리를 사용한 표면 에칭 또는 증착에 의하여 활성화될 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따라, 다양한 유체가 여과될 수 있다. 본 발명의 구현예들에 따른 막은 다양한 응용분야에서 사용될 수 있다. 그 예들에는, 무균 여과(sterile filtration) 응용 분야, 의학용 유체 여과 응용 분야(가정용 및/또는 환자용(예를 들어, 정맥주사 응용 분야)을 포함), 전자 산업용 유체 여과, 식품 및 음료 산업용 유체 여과, 정화(clarification), 및/또는 세포 배양 유체 여과를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 구현예들에 따른 막은 제약 산업용 유체 여과 및 항체 및/또는 단백질 함유 유체의 여과에서 사용될 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따라, 다양한 바람직하지 않은 물질이 유체로부터 제거될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 상기 바람직하지 않은 물질은 바이러스, 파아지, 또는 박테리아와 같은 오염물이다. 제거될 수 있는 예시적인 바이러스 및 파아지는 예를 들어, phix174, PP7, PR772, MMV 및 PPV를 포함한다. 예를 들어, PP7 및 PR772와 관련하여, 통상적으로, 시험 용액(challenge solution)의 농도가 107 pfu/mL인 경우, PP7의 로그 제거율(log removal)은 약 6 이상이고, 시험 용액의 농도가 106 pfu/mL인 경우, PR772의 로그 제거율은 약 6 이상이다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 상기 막은 평면형, 주름형 및/또는 중공 실린더형을 포함하는 다양한 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 막은 통상적으로 하우징 내에 배치되어 필터 장치 또는 필터 모듈을 제공하는데, 이때, 하우징은 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구를 포함하고, 입구와 출구 사이의 적어도 하나의 유체 흐름 경로를 한정한다. 또한, 이때, 적어도 하나의 본 발명의 막은, 또는, 적어도 하나의 본 발명의 막을 포함하는 필터는 유체 흐름 경로를 가로질러 배치된다. 일 구현예에서, 입구 및 제1 출구를 포함하고, 입구와 제1 출구 사이의 제1 유체 흐름 경로를 한정하는 하우징; 및 적어도 하나의 본 발명의 막 또는 적어도 하나의 본 발명의 막을 포함하는 필터를 포함하는 필터 장치가 제공되며, 이때, 본 발명의 막 또는 적어도 하나의 본 발명의 막을 포함하는 필터는 하우징 내에서 제1 유체 흐름 경로를 가로질러 배치된다.
바람직하게는, 교차 흐름 응용분야의 경우, 적어도 하나의 본 발명의 막 또는 적어도 하나의 본 발명의 막을 포함하는 필터는 하우징 내에 배치되어 필터 장치 또는 필터 모듈을 제공하게 되는데, 이때, 하우징은 적어도 하나의 입구 및 적어도 두 개의 출구를 포함하고, 입구와 제1 출구 사이의 적어도 하나의 제1 유체 흐름 경로 및 입구와 제2 출구 사이의 제2 유체 흐름 경로를 한정한다. 또한, 이때, 본 발명의 막 또는 적어도 하나의 본 발명의 막을 포함하는 필터는 제1 유체 흐름 경로를 가로질러 배치된다. 예시적인 구현예에서, 상기 필터 장치는 교차흐름 필터 모듈 및 하우징을 포함하는데, 이때, 하우징은 입구, 농축물 출구를 포함하는 제1 출구, 및 투과물 출구를 포함하는 제2 출구를 포함하고, 입구와 제1 출구 사이의 제1 유체 흐름 경로 및 입구와 제2 출구 사이의 제2 유체 흐름 경로를 한정하고, 또한 이때, 적어도 하나의 본 발명의 막 또는 적어도 하나의 본 발명의 막을 포함하는 필터는 제1 유체 흐름 경로를 가로질러 배치된다.
상기 필터 장치 또는 모듈은 균 제거 성능을 가질 할 수 있다. 입구 및 하나 이상의 출구를 제공하는 적합한 형태의 임의의 하우징이 채용될 수 있다.
하우징은, 처리 될 유체와 양립가능한 임의의 적합한 단단한 불투과성 재료(임의의 불투과성 열가소성 수지 재료를 포함)로부터 제작될 수 있다. 예를 들어, 하우징은 금속(예를 들어, 스테인리스강) 또는 고분자(예를 들어, 아크릴 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지와 같은 투명 또는 반투명 고분자)로부터 제작될 수 있다.
하기의 실시예는 본 발명을 추가적으로 설명한다. 그러나, 물론, 하기의 실시예가 본 발명의 범위를 어떤 방식으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예 1
본 실시예는 본 발명의 일 구현예에 따른 막의 제조를 실증한다.
3mil 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) (Mylar A, DuPont Teijin) 기재를 권출하고, 10.75 인치 OD 마모 롤러를 포함하는 일련의 롤러(상기 마모 롤러는 규칙적으로 이격된 입자로 코팅되어, ANSI 지정 320 grit의 조도를 가짐)를 따라 통과시켰다. 이때, 상기 마모 롤러는 상기 기재보다 분당 약 16 피트(feet per minute: fpm)더 빠르게 병류(co-current)로 회전시켰고, 상기 마모 롤러를 지나 상기 기재를 약 20 fpm의 범위의 속도로 끌어당겨서, 마모된 기재를 최종 롤러에 권취하였다.
상기 기재의 홈들은 Pocket Surf III 1209 ML 압전식 조도 측정기(Mahr Metrology)를 사용하여 측정될 때, 약 100 μin 내지 약 150 μin의 깊이를 가졌다. 상기 홈들의 폭은 약 800μin이었고, 상기 홈들의 간격은 약 400 μin이었다(Olympus BH2-UMA 광학 현미경을 사용하여 측정함).
21.0%의 폴리에테르술폰 (PES)(E6020, mw 46-55,000 (BASF)), 15.5%의 폴리에틸렌 글리콜 200 (PEG200) (Dow Chemical), 12.7% 아세트산 (AA)(JT Baker), 42.8%의 N,N-디메틸아세트아미드 (DMAc) (DuPont Chemical), 및 8.0%의 폴리(1-비닐피롤리돈-코-비닐 아세테이트) (Pasdone S630, ISP Technologies)로 이루어진 용액을 제조하였다. 상기 마모된 기재를 5 fpm의 속도로 리버스 롤 코터(닥터 롤러와 기재 사이의 갭은 5 내지 8 mil의 범위였고, 닥터 롤러의 회전 속도는 5-15 rpm의 범위였음)를 통하여 공급하였다. 이때, 상기 기재 마모흔들은 상기 리버스 롤 코터의 락카 웰(lacquer well)과 직교하였고, 상기 용액을 종방향으로 상기 기재의 마모흔들에 진입시켜서, 캐스팅 동안 상기 기재로부터 공기를 빼내었다. 상기 용액을 21℃의 액상(45:55의 비의 DMAc/탈이온수) 전환 조에서 2.2분의 체류 시간에서 퀀칭하였다. 9분의 체류 시간에 걸쳐서, 탈이온수를 통하여 막을 통과시킴으로써, 상기 막으로부터 용매를 세척하였다.
10-25 fpm의 범위의 속도로 종방향 박리에 의하여, 상기 막을 상기 기재로부터 박리하였다. 이때, 박리 각도는 90 내지 180도로 유지하였고, 박리된 막을 탈이온수로 젖은 인터리프(interleaf) 재료(폴리페닐 술파이드) 위로 권취하고, 상기 인터리프 재료로부터 권출하고, 이를 오븐을 통하여 10 fpm의 속도의 통과시킴으로써 건조시키고, 인터리핑/재권취하고 알콜 중에서 침출(leach)하였다.
실시예 2
본 실시예는 본 발명의 다른 구현예에 따른 막의 제조를 실증한다.
실시예 1에 기술된 바와 같이 마모된 기재를 제조하였다. 21.0%의 PES (E6020, mw 46-55,000 (BASF)), 16.5%의 PEG200 (Dow Chemical), 13.6%의 아세트산 AA (JT Baker), 45.5%의 DMAc (DuPont Chemical), 및 3.5% (Pasdone S630, ISP Technologies)으로 이루어진 용액을 제조하였다. 상기 용액을 캐스팅, 퀀칭하고, 상기 기재로부터 막을 박리하고, 인터리핑하고, 건조시키고, 재권취하였다.
실시예 3
본 실시예는 본 발명의 일 구현예에 따른 막의 스코어링 된 표면(기재의 마모된 표면과 접촉한 후 이로부터 떨어져나온 막의 표면)을 예시하며, 이를 비마모된 표면을 갖는 기재로부터 떨어져 나온, 막의 기재-접촉 표면과 비교한다.
실시예 2에서 기술된 바와 같이 용액을 제조하였고, 용액을 3 mil 두께의 PET(Mylar A, DuPont Teijin) 기재상에 캐스팅하였다. 이때, 상기 기재의 표면은 마모되지 않은 것이었다. 상기 기재로부터 막을 박리하고, 인터리핑하고, 건조시키고, 재권취시켰다. 기재에 접촉하는 표면의 SEM 사진을 도 1a에 나타내었다.
실시예 2에서 기술된 바와 같이 용액을 제조하였고, 이 용액을 3 mil의 폴리이미드 기재(DuPont Kapton HN)(상기 기재는 44 dynes/cm의 CWST를 제공하기 위해 코로나 처리한 것임) 상에 캐스팅하였다. 이때, 상기 기재의 표면은 마모되지 않은 것이었다. 상기 기재로부터 막을 박리하고, 인터리핑하고, 건조시키고, 재권취하였다. 기재에 접촉하는 표면의 SEM 사진을 도 1b에 나타내었다.
실시예 2에서 기술된 바와 같이 막을 제조하였고, 이를 마모된 표면으로부터 박리하였다. 기재에 접촉하는 표면의 SEM 사진 및 채널의 SEM 사진(길이 방향 사진 및 그 다음의 사진)을 각각 도 2 및 3에 나타내었다.
도 1a 및 1b와는 대조적으로, 도 2에 보여진 본 발명에 따른 막의 구현예의 표면은 더 많은 개방 기공을 보여주며, 채널의 측벽은 조면을 가진다.
실시예 4
본 실시예는 실시예 1에서 제조된 막의 구조 및 이중층(2개의 연속층) 여과 성능을 기술한다.
막은 바이러스 등급 (공칭 20nm) 비대칭 막이다. 원자힘 현미경(atomic force microscope: AFM; Nanosurf Easyscan 2) 및 SPM 제어 소프트웨어(ver. 3.1)로부터 "선 조도(line roughness)" 도구를 사용하여, 채널 벽(측벽 및 바닥벽)의 조도를 측정하였다. 선 조도 도구는 AFM의 1차원적 영역의 선택을 가능하게 하며, 추적에 따른 표면 질감의 변화에 대한 통계적 측정을 기록한다. 채널의 결 방향(종방향)으로 선형 선택하였는데, 이는 분석되는 모든 지점들이 능선(ridge)에서 일정한 높이로 선택되는 것을 보장하기 위함이다. 선택된 미가공(raw) 질감 데이터를, "선 맞춤(line fit)" 필터의 적용을 통하여, 그로스 선형 높이 편차로 보정하였다. 따라서, 생성된 조도 통계들은 선택된 표면에 걸친 높이 편차 상의 임의의 선형 추세와는 독립적이다.
상기 막의 측벽의 Ra 값(조도 프로파일 세로좌표의 절대값의 산술 평균, 1 Ra = 1 마이크로인치(μin))은 5.4 내지 8.9 μin의 범위였고, 바닥벽의 Ra 값은 0.5 내지 1.7 μin의 범위였다.
상기 막의 제1 표면의 약 30% 내지 약 40%의 표면적은 종방향의 채널을 갖는다.
SEM 표면 기공 분석으로 20,000X 배율의 SEM 사진으로부터 계산함으로써, 상기 막의 저지성(retentive) 표면(채널이 없는 표면)의 막 기공 직경을 측정하였다.
상기 막의 저지성 표면은 약 20 nm 내지 약 78 nm 범위의 기공 직경을 가졌다.
SEM 표면 기공 분석으로 5,000X 배율의 SEM 사진으로부터 계산함으로써, 채널 벽(측벽 및 바닥벽)의 막 기공 직경을 측정하였다.
상기 막의 채널 벽은 측벽에서 약 100 nm 내지 약 400 nm 범위의 기공 직경을 가졌고, 바닥벽에서 약 50 nm 내지 약 300 nm 범위의 기공 직경을 가졌다. 도 4는 이러한 막의 제1 표면의 SEM을 보여주며, 채널 측벽에서의 350 nm 기공 및 채널 바닥벽에서의 100 nm 기공을 보여준다.
SEM 표면 기공 분석으로 10,000X 배율의 SEM로부터 계산함으로써, 상기 저지성 표면과 관련하여 아래 기술된 단면에서의 막 기공 직경을 측정하였다.
하류의 저지성 표면으로부터 측정될 때, 상기 표면 바로 위의 기공은 약 100 nm 내지 약 400 nm의 범위의 기공 직경을 갖고, 상기 표면의 2 μm 위의 몸체 내의 기공은 약 20 nm 내지 약 80 nm의 범위의 기공 직경을 갖는다. 상기 표면의 4 μm 위의 몸체 내의 기공은 약 20 nm 내지 약 120 nm 범위의 기공 직경을 갖는다. 상기 표면의 6.5 μ m 위의 몸체 내의 기공은 약 20 nm 내지 약 280 nm 범위의 기공 직경을 갖는다.
SEM 기공 분석으로 5,000X 배율의 SEM로부터 계산함으로써,상기 제1 표면(스코어링된 표면 또는 여과 표면)과 관련하여 아래 기술된 단면에서의 막 기공 직경을 측정하였다.
상류의 여과 표면으로부터 측정될 때, 상기 표면 바로 아래의 기공은 약 100 nm 내지 약 400 nm 범위, 전형적으로 약 280 nm의 기공 직경을 갖는다.
2개의 막(각각 약 3 mil 내지 약 4 mil의 두께를 갖음)을 함께 적층하여 필터를 제공하였다. 이때, 각각의 막의 상류 표면은 스코어링된 표면이다. 즉, 상기 필터는 제1 막의 상류에 스코어링된 표면을 갖고, 이어서 제1 막의 하류에 비스코어링된 표면을 갖고, 제2 막의 스코어링된 표면은 제1 막의 하류의 비스코어링된 표면과 접촉한다.
상기 막을 소듐 아세테이트 완충액 중 0.1 g/L SeraCare IgG(SeraCare Life Sciences, Milford, MA)로 시험하였다. 1 시간에 걸친 IgG 처리량(g/m2)은 28.2였다.
상기 막을 1 중량%의 MP Biomedicals BSA 용액(MP Biomedicals, SantaAna, CA)으로 시험하였다. 2 시간에 걸친 BSA 처리량(kg/m2)은 8.0이었다.
상기 막의 유수량(waterflow)은 400 LMH(liters per square meter per hour)를 초과하였다.
실시예 5
본 실시예는 실시예 2에서 제조된 막의 구조 및 이중층(2개의 연속층) 여과 성능을 기술한다.
막은 바이러스 등급 (공칭 20nm) 비대칭 막이다. 실시예 4에서 기술된 바와 같이, 원자힘 현미경(AFM, Nanosurf Easyscan 2) 및 SPM 제어 소프트웨어(ver. 3.1)로부터 "선 조도(line roughness)" 도구를 사용하여, 채널 벽(측벽 및 바닥벽)의 조도를 측정하였다.
상기 막의 측벽의 Ra 값은 9.5 내지 15.6 μin의 범위였고, 상기 바닥벽의 Ra 값은 0.5 내지 1.7 μin의 범위였다.
상기 막의 상기 제1 표면의 약 30% 내지 약 40%의 표면적은 종방향의 채널을 갖는다.
SEM 표면 기공 분석으로 20,000X 배율의 SEM 사진으로부터 계산함으로써, 상기 막의 저지성(retentive) 표면(채널이 없는 표면)의 막 기공 직경을 측정하였다.
상기 막의 저지성 표면은 약 20 nm 내지 약 84 nm 범위의 기공 직경을 가졌다.
SEM 표면 기공 분석으로 5,000X 배율의 SEM 사진으로부터 계산함으로써, 채널 벽(측벽 및 바닥벽)의 막 기공 직경을 측정하였다.
상기 막의 채널 벽은 측벽에서 약 100 nm 내지 약 450 nm 범위의 기공 직경을 가졌고, 바닥벽에서 약 50 nm 내지 약 250 nm 범위의 기공 직경을 가졌다. 도 5는 이러한 막의 제1 표면의 SEM을 보여주며, 채널 측벽에서의 400 nm 기공 및 채널 바닥벽에서의 150 nm 기공을 보여준다.
SEM 표면 기공 분석으로 10,000X 배율의 SEM로부터 계산함으로써, 상기 저지성 표면과 관련하여 아래 기술된 단면에서의 막 기공 직경을 측정하였다.
저지성 표면의 하류로부터 측정될 때, 상기 표면 바로 위의 기공은 약 100 nm 내지 약 450 nm의 범위의 기공 직경을 갖고, 상기 표면의 2 μm 위의 몸체 내의 기공은 약 20 nm 내지 약 110 nm의 범위의 기공 직경을 갖는다. 상기 표면의 4 μm 위의 몸체 내의 기공은 약 20 nm 내지 약 280 nm 범위의 기공 직경을 갖는다. 상기 표면의 6.5 μ m 위의 몸체 내의 기공은 약 20 nm 내지 약 400 nm 범위의 기공 직경을 갖는다.
SEM 기공 분석으로 5,000X 배율의 SEM로부터 계산함으로써,상기 제1 표면(스코어링된 표면 또는 여과 표면)과 관련하여 아래 기술된 단면에서의 막 기공 직경을 측정하였다.
여과 표면의 상류로부터 측정될 때, 상기 표면 바로 아래의 기공은 약 100 nm 내지 약 450 nm 범위, 전형적으로 약 400 nm의 기공 직경을 갖는다.
2개의 막(각각 약 3 mil 내지 약 4 mil의 두께를 갖음)을 함께 적층하여 필터를 제공하였다. 이때, 각각의 막의 상류 표면은 스코어링된 표면이다. 즉, 상기 필터는 제1 막의 상류에 스코어링된 표면을 갖고, 이어서 제1 막의 하류에 비스코어링된 표면을 갖고, 제2 막의 스코어링된 표면은 제1 막의 하류의 비스코어링된 표면과 접촉한다.
상기 막을 소듐 아세테이트 완충액 중 0.1 g/L SeraCare IgG(SeraCare Life Sciences, Milford, MA)로 시험하였다. 1 시간에 걸친 IgG 처리량(g/m2)은 12였다.
실시예 2에 따라 제조된 막을 1 중량%의 MP Biomedicals BSA 용액(MP Biomedicals, Santa Ana, CA)으로 시험하였다. 2 시간에 걸친 BSA 처리량(kg/m2)은 3.8이었다.
상기 막의 유수량(waterflow)은 250 LMH를 초과하였다.
실시예 6
본 실시예는 본 발명의 다른 구현예에 따른 막의 제조 및 이중층(2개의 연속층) 여과 성능을 실증한다.
실시예 1에서 기술된 바와 같은 마모된 기재를 제조하였다. 7.71%의 Kynar 761 (Arkema), 7.71%의 Kynar 761A (Arkema), 2.72%의 빗 형상 고분자(comb polymer) (Georez 48, Geochem), 57.30%의 DMAc (DuPont) 및 24.56% 에틸 아세토아세테이트 (EAA, Eastman)로 이루어진 용액을 제조하였다. 실시예 2에 기술된 바와 같이 상기 용액을 캐스팅, 퀀칭하였고, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 막을 상기 기재로부터 박리하고, 건조시켰다.
또한, 상기 용액을 3 mil 두께의 PET (Mylar A, DuPont Teijin) 기재 상에서 캐스팅하였다. 이때, 상기 기재의 표면은 마모되지 않은 것이었다. 상기 용액을 퀀칭하고, 상기 기재로부터 막을 박리하고, 건조시켰다.
2개의 막을 함께 적층하여 필터를 제공하였다. 스코어링된 막을 포함하는 필터와 관련하여, 각각의 막의 상류 표면은 스코어링된 표면이다. 즉, 상기 필터는 제1 막의 상류에 스코어링된 표면을 갖고, 이어서 제1 막의 하류에 비스코어링된 표면을 갖고, 제2 막의 스코어링된 표면은 제1 막의 하류의 비스코어링된 표면과 접촉한다.
PVDF 막을, 소듐 아세테이트 완충액 중 0.5 g/L SeraCare IgG (SeraCare Life Sciences, Milford, MA)로 시험하였다.
1시간 후에, 본 발명의 구현예에 따라 마모된 기재로부터 박리된 PVDF 막은, 비마모된 기재로부터 박리된 PVDF 막에 비하여, IgG 여과 용량에서 (평균적으로) 117.5%의 증가를 보여주었다.
실시예 7
본 실시예는 본 발명의 구현예들에 따른 이중층 막 필터가 BSA 및 IgG 용액을 여과시키는 능력을 실증하며, 이를 상업적으로 입수가능한 이중층 막 필터와 비교한다. 상업적으로 입수가능한 막 필터 중 각각의 층은 3층 복합의 바이러스 여과 막을 함유한다.
실시예 1에서 기술된 바와 같이 막을 제조하였다. 단일층 막은 약 3 mil 내지 약 4mil의 두께를 가졌다. 2개의 막을 함께 적층하여 필터를 제공하였고, 이때, 각각의 막의 상류 표면은 스코어링된 표면이었다. 즉, 상기 필터는 제1 막의 상류에 스코어링된 표면을 갖고, 이어서, 제1 막의 하류에 비스코어링된 표면을 갖고, 제2 막의 스코어링된 표면은 제1 막의 하류에 비스코어링된 표면과 접촉한다.
상업적으로 입수가능한 복합 다중층 바이러스 여과 막을 얻었다. 상기 복합막은 약 5 mil 내지 약 6 mil의 두께를 가졌다. 얻어진 막은 서로 적층된 2개의 막이었다.
이후의 시험에 있어서, 30 psi의 일정한 차압에서 시험을 수행하였고, 시험 동안 유속을 모니터링 하였으며, 유속(flux)이 초기 유속의 10%로 감쇠(decay)될 때, 시험을 종료하였다. 여과된 유체의 분취량(aliquot)을 수집하였고, 이들의 파아지, BSA, 및 IgG 함량을 (시험에 따라) 분석하였다.
필터를 1 중량% MP Biomedicals BSA 용액(MP Biomedicals, Santa Ana, CA)으로 시험하였고, 상기 용액은 포스페이트 완충된 염수 (PBS) 중 107 pfu/ml PP7 파아지(25nm 공칭 직경) 및 106 pfu/ml PR 772 파아지 (53 nm 공칭 직경)를 함유하였다.
추가적으로, 필터를 소듐 아세테이트 완충액 중 0.1 g/L SeraCare IgG (SeraCare Life Sciences, Milford, MA)로 시험하였다.
2시간 후에, BSA 처리량을 kg/m2으로 비교할 때, 본 발명의 공정에 따른 필터는 약 8.0 kg/m2을 나타내었고, 대조적으로, 상업적으로 입수가능한 필터는 약 5.4 kg/m2을 나타내었다. 따라서, 본 발명의 구현예에 따른 필터는 상업적으로 입수가능한 필터와 비교할 때, 약 48% 더 큰 BSA 용액 여과 용량을 보였고, 이때 이러한 차이는 2 샘플 t-테스트에 따라 통계적으로 유의미한 것이었다.
본 발명의 구현예에 따른 필터 및 상업적으로 입수가능한 필터 모두는 90% 유속 감쇠에서 >6의 PR772 역가 저지(titer retention)를 제공한다.
본 발명의 구현예에 따른 필터 및 상업적으로 입수가능한 필터 모두는 90% 유속 감쇠에서 >7의 PP7 역가 저지를 제공한다.
1.5 시간 후에, IgG 처리량을 g/m2로 비교하면, 본 발명에 따른 2개의 막을 갖는 필터는 상업적으로 입수가능한 2개의 막을 갖는 필터의 IgG 처리량과 동등한 능력을 보였다(그 차이는 2 샘플 t-테스트에 따라 통계학적으로 유의미하지 않은 정도였다).
본 명세서에서 인용된, 간행물, 특허출원 및 특허를 포함하는 모든 인용문헌은 참조에 의하여 본 명세서에 통합되는데, 이는, 각 인용문헌이 인용에 의하여 통합되는 것으로 개별적으로 그리고 구체적으로 표시되고 그 전체가 본 명세서에 기재되어 있는 것과 마찬가지의 효과를 갖는다.
본 발명을 기술하는 문맥에서(특히, 하기 청구항의 문맥에서), "하나의", "일", "상기", "적어도 하나의" 등의 용어 및 이와 유사한 지시어의 사용은, 본 명세서에서 달리 표시되거나 문맥상 명백한 모순이 발생하지 않는 한, 단수 및 복수를 모두 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. 열거된 하나 이상의 항목의 앞에 나오는 "적어도 하나의"라는 용어의 사용(예를 들어, "적어도 하나의 A 및 B")은, 본 명세서에서 달리 표시되거나 문맥상 명백한 모순이 발생하지 않는 한, 열거된 항목들 중에서 선택된 하나의 항목(A 또는 B)을 의미하거나, 또는, 열거된 항목들의 둘 이상의 임의의 조합(A 및 B)을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. "포함하는(comprising 또는 including)", "갖는", "함유하는" 등의 용어는 말단 개방형 용어(즉, "포함하되 이에 제한되지 않는"의 의미)인 것으로 해석되어야 한다. 다만, 달리 표시된 경우에는 그러하지 아니하다. 본 명세서에서의 수치 범위의 언급은, 달리 표시되어 있지 않은 한, 단지 그 범위 내에 들어오는 각각의 수치들을 개별적으로 일일이 언급하는 것의 축약법의 역할을 하고자 하는 것으로 의도되며, 각각의 개별적인 수치는, 마치 그것이 본 명세서에 개별적으로 언급된 것과 같이, 본 명세서에 통합된다. 본 명세서에서 기술된 모든 방법은 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 다만, 본 명세서에서 달리 표시되거나 문맥상 명백히 모순되는 경우에는 그러하지 아니하다. 본 명세서에 제공된 임의의 모든 예들 또는 예시적인 표현(예를 들어, "와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하는 것으로 의도되며, 달리 청구되지 않는 한, 본 발명의 범위에 제한을 부과하지 않는다. 본 명세서의 어떠한 표현도, 임의의 청구되지 않은 요소를, 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 표시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명을 수행하는데 있어서 본 발명자가 알고 있기에는 베스트 모드인 구현예를 포함하는 본 발명의 바람직한 구현예가 본 명세서에 기술되어 있다. 그러한 바람직한 구현예의 변형은, 앞에 기술된 상세한 설명을 읽은 당업자에게는 명백해질 것이다. 본 발명자들이 예상하기에, 당업자는 그러한 변형을 적절하게 채용할 수 있고, 본 발명자들이 의도하는 바는, 본 명세서에 구체적으로 기술된 것과 다른 방식으로도, 본 발명이 수행될 수 있다는 것이다. 따라서, 본 발명은, 관련 법규에 의하여 허용되는 바와 같이, 본 명세서에 첨부된 청구항에 언급된 주제에 대한 모든 변형예 및 균등물을 포함한다. 게다가, 앞에 기술된 요소들의 임의의 조합을 통한 모든 가능한 변형예도 본 발명의 범위에 속한다. 다만, 본 명세서에 달리 표시되어 있거나 문맥상 명백하게 모순되는 경우에는 그러하지 아니하다.

Claims (15)

  1. 미세다공성 고분자 막으로서, 상기 막은
    (a) 미세다공성 표면을 포함하는 제1 표면;
    (b) 미세다공성 표면을 포함하는 제2 표면; 및
    (c) 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 미세다공성 몸체(bulk);를 포함하며,
    상기 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널들은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면(rough surface)을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin(마이크로인치) 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖는,
    미세다공성 고분자 막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널은 상기 바닥벽보다 더 거친 표면을 갖는 측벽을 갖는 것을 특징으로 하는 미세다공성 고분자 막.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측벽은 약 5 μin 내지 약 9 μin의 범위의 Ra를 갖는 조면을 갖는 것을 특징으로 하는 미세다공성 고분자 막.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측벽은 약 9.5 μin 내지 약 16.0 μin의 범위의 Ra를 갖는 조면을 갖는 것을 특징으로 하는 미세다공성 고분자 막.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 표면의 적어도 약 35%는 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖는 것을 특징으로 하는 미세다공성 고분자 막.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    술폰막을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세다공성 고분자 막.
  7. 제6항에 있어서,
    폴리에테르술폰막을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세다공성 고분자 막.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리아미드 막 또는 PVDF 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세다공성 고분자 막.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 막을 적어도 1개 포함하는 필터.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 막을 적어도 2개 포함하는 필터.
  11. 바람직하지 않은 물질을 유체로부터 제거하는 방법으로서, 상기 방법은
    상기 유체를 미세다공성 막의 제1 표면으로부터 상기 막의 제2 표면을 통하여 통과시키는 단계를 포함하고;
    상기 제1 표면은 미세다공성 표면을 포함하고, 상기 제2 표면은 미세다공성 표면을 포함하고;
    상기 막은 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이에 미세다공성 몸체를 갖고;
    상기 막은 종방향 및 횡방향을 갖고, 상기 제1 표면은 종방향의 복수의 평행 채널들을 갖고, 상기 채널들은 측벽 및 바닥벽을 갖고, 상기 측벽은 조면을 포함하고, 상기 조면은 약 4.5 μin 내지 약 19.0 μin의 범위의 Ra를 갖는,
    바람직하지 않은 물질을 유체로부터 제거하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    단백질 함유 유체로부터 바이러스를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바람직하지 않은 물질을 유체로부터 제거하는 방법.
  13. 유체를 제9항의 필터를 통하여 통과시키는 단계를 포함하는, 바람직하지 않은 물질을 유체로부터 제거하는 방법.
  14. 유체를 제10항의 필터를 통하여 통과시키는 단계를 포함하는, 바람직하지 않은 물질을 유체로부터 제거하는 방법.
  15. 기재를 얻는 단계로서, 상기 기재는 종방향 및 횡방향을 갖는 표면을 포함하며, 또한 상기 기재는 상기 표면에 종방향의 평행 마모흔들(parallel abrasions)을 갖는, 기재를 얻는 단계;
    상기 표면상에 고분자 용액을 캐스팅하는 단계;
    상기 용액의 상분리를 일으켜서, 미세다공성 막을 형성하는 단계; 및
    상기 막을 상기 기재로부터 박리하는 단계로서, 상기 기재의 상기 표면의 상기 평행 마모흔들과 접촉하는 상기 막의 부분들이 상기 막으로부터 떼어내져서, 채널을 갖는 표면을 갖는 막이 형성되는 단계;를 포함하는,
    막 제조 방법.
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