一种病毒复合过滤膜及其制备方法

技术领域

本发明属于过滤膜技术领域，具体涉及一种病毒复合过滤膜及其制备方法。

背景技术

生物制药在清除病毒时，病毒过滤是经常出现的步骤。病毒过滤膜因为效率高，成本低，环保，易实现等原因，在生产静注人免疫球蛋白和单克隆抗体时被广泛使用。目前常见的病毒过滤膜孔径是50nm和20nm。20nm可以对绝大多数的病毒都进行有效的截留，因此更为普遍使用。

病毒过滤膜需要具备高度的选择性，因此在生产使用过程中，经常需要对尺寸差别小于2倍的病毒和目标蛋白产物进行截留和透过。单克隆抗体的尺寸在12nm左右，而病毒的尺寸大小在20nm，其尺寸差异不到2倍。这要求病毒过滤膜必须做到孔径大小精确并且孔径分布范围较窄。目前实现大批量生产的有机膜在精度方面无法达到病毒过滤膜的要求，存在着孔径分布不均匀、可靠性低等问题。因此在病毒过滤应用领域，实现对孔径的精确分布，存在巨大的利益价值空间。

专利公开号为CN111821535A的中国专利申请公开了一种血液用病毒过滤管。该血液用病毒过滤管包括流通管和多个过滤膜组。过滤膜组的孔径沿介质流向逐渐减小，逐级分离血液中各种细胞，最后让血液中巨细胞病毒数量降至约等于零。

专利公开号为CN111848784A的中国专利申请公开了一种高浓度静注人免疫球蛋白的分离纯化方法。采用高浓度尿素溶液预沉淀、辛酸沉淀法去除杂蛋白及凝血因子类物质，最后进行层析。该方法可以有效降低静注人免疫球蛋白中IgA和多聚体的含量，提高纯度。

专利公开号为CN101069750A的中国专利申请公开了一种多孔纤维构成的除病毒过滤材料及其制备方法。包括预过滤微孔膜和复合在其表面的除病毒微孔膜。可以实现对尺寸50nm以上的病毒达到99.99％的分离效率。所述膜制备工艺简单，但是不适用于单克隆抗体生产工艺中需要分离的尺寸为20nm的病毒。

专利公开号为CN110711493A的中国专利申请公开了一种HIV病毒吸附膜及其制备方法。所述多孔结构的吸附膜材料混掺有带正电微粒的木质素，可以对HIV病毒进行有效的吸附。

以上专利都有其适用的特定环境或特定的可分离病毒类型，且存在单一孔径分离效率低、多级分离工艺繁琐等弊端。目前国内针对单克隆抗体生产工艺中需要的高效病毒过滤膜的制备技术还处于空白阶段。针对常规病毒过滤膜的通量较低、无法适应高浓度生物医药制剂的过滤要求等问题，本发明拟制备具有多级膜孔结构、可以快速过滤病毒的新型过滤膜。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种分离效果较好的病毒复合过滤膜及其制备方法。

本发明提供一种复合过滤膜，其复合结构依次为预过滤膜、中间支撑层以及小孔超滤膜；所述预过滤膜孔径为50-1000nm；所述超滤膜的孔径为10-20nm。

优选地，所述预过滤膜材质为醋酸纤维素、再生纤维素、聚丙烯腈、尼龙等的一种或者几种；所述超滤膜的材质为聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯和聚偏氟乙烯中的一种或者几种。

优选地，所述支撑层为无纺布支撑层，所述无纺布材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚丙烯。

优选地，所述复合膜采用两步法工艺制备获得，首先在所述支撑层的一侧刮制超滤膜层，然后在经后处理的支撑层的另一侧刮制预过滤膜层。

本发明还提供一种复合过滤膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将制膜材料、溶剂和添加剂加入反应釜中，在20℃-100℃下溶解搅拌，分别配置预过滤膜和超滤膜制膜铸膜液，然后静置脱泡4-12小时备用；

(2)开启自制连续式刮膜机，控制刮膜温度在25℃-70℃，刮膜速度为0.5-2米/分，以水为凝固浴；

(3)以无纺布为基底材料，采用自制连续式刮膜机，刮膜厚度为100-250μm初生膜片，浸入凝固浴中固化，后经过漂洗、晾干获得小孔超滤膜；

(4)以制备的小孔超滤膜为基底，在无纺布另一侧刮膜厚度为200-500μm预过滤层，然后经蒸发处理，再浸入凝固浴中固化成膜得到预过滤初生复合膜；

(5)将初生复合膜漂洗、晾干，得到成品复合过滤膜。

优选地，所述制膜材料的质量分数为8％-18％，制膜溶剂的质量分数为20％-70％，添加剂的质量分数为10％-40％。

优选地，所述制膜溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种或者几种的混合物；所述添加剂包括聚乙二醇、聚甲基吡咯烷酮、甘油、丙酮、乙醇、异丙醇、正丁醇和正辛醇中一种或者几种的混合物。

优选地，当制备小孔径超滤膜时，所述制膜材料、溶剂和添加剂的质量比为(10-25)：(50-80)：(10-20)。

优选地，当制备预过滤膜时，所述制膜材料、溶剂和添加剂的质量比为(5-20)：(20-60)：(20-50)。

本发明制备的复合过滤膜具有多级膜孔结构，分离效率高，可以实现病毒的快速过滤，从而更好地满足高浓度生物医药制剂的过滤要求。

附图说明

通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。

图1为本发明提供的超滤膜断面结构示意图。

图2为本发明提供的预过滤膜表面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参考图1、图2，本发明实施例提供一种复合过滤膜，其复合结构依次为预过滤膜、中间支撑层以及小孔超滤膜。预过滤膜的孔径为50-1000nm；超滤膜的孔径为10-20nm。

本发明提供的复合过滤膜，适用于生物制造领域对病毒进行物理分离，可用作病毒过滤膜。通过20nm超滤膜和梯度孔结构的预过滤膜结合的形式。在分离病毒之前，有效地拦截了大颗粒杂质，使得分离效率进一步提高，解决了病毒过滤效果差，易污染，膜通量低的问题。该法制备的病毒过滤膜，分离效果好，膜通量高，成本低，应用范围广。

本发明提供的复合过滤膜，通过多级分离，结构可靠，具有不易堵孔，膜通量大，效率高等优点。在实际应用环境中可以精确分离出病毒，保留有效成分。

本发明提供的复合过滤膜，解决单克隆抗体生产过程中病毒的快速有效过滤问题。先经预过滤膜对原液中杂质分级截留，再通过精确控制孔径的超滤膜对病毒过滤截留，通过复合双层膜的形式，解决了实际应用过程中，分离效果差、分离效率低、分离工艺繁琐等问题。

本发明提供的复合过滤膜分离效果好，适用性广，具有高度选择性，除了应用于生物领域，也可以应用于其他领域。除了非常适合应用单克隆抗体分离病毒的环境外，也可以应用于其他需要分离的粒子在20nm左右的环境体系。

在优选实施例中，所述预过滤膜材质为醋酸纤维素、再生纤维素、聚丙烯腈、尼龙等的一种或者几种；所述超滤膜的材质为聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯和聚偏氟乙烯中的一种或者几种。

在优选实施例中，支撑层为无纺布支撑层，无纺布材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚丙烯。

在优选实施例中，复合过滤膜采用两步法工艺制备获得，首先在所述支撑层的一侧刮制超滤膜层，然后在经后处理的支撑层的另一侧刮制预过滤膜层。

本发明实施例还提供一种复合过滤膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将制膜材料、制膜溶剂和添加剂以一定比例加入不同反应釜中，形成铸膜材料/溶剂/添加剂三元体系，在20℃-100℃下溶解搅拌，然后静置脱泡4-24小时，分别配制超滤膜以及预过滤膜铸膜液；超滤膜体系优选为在50℃-80℃下溶解搅拌，然后静置脱泡5-20小时，预过滤膜优选在25℃-50℃下溶解搅拌，然后静置脱泡4-12小时；

(2)开启连续式刮膜机，控制刮膜区温度在25℃-70℃；

(3)调控刮膜速度0.5-2米/分，以水为凝固浴，以无纺布为基底材料，采用自制连续式刮膜机，刮膜厚度为100-250μm初生膜片，将初生膜片浸入凝固浴中固化成膜得到小孔超滤膜，经漂洗等后处理晾干备用。

(4)以制备的超滤膜片为基础，采用自制刮膜机在无纺布另一侧刮膜，刮膜厚度为200-500μm，膜片经蒸发处理，再浸入凝固浴中固化成膜得到预过滤层。

(5)经两步法制备的分离膜经漂洗、自然晾干等后处理工艺，即可获得复合过滤膜。

在优选实施例中，所述制膜材料的质量分数为8％-18％，制膜溶剂的质量分数为20％-70％，添加剂的质量分数为10％-40％。

在优选实施例中，制膜溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种或者几种的混合物；添加剂包括聚乙二醇、聚甲基吡咯烷酮、甘油、丙酮、乙醇、异丙醇、正丁醇和正辛醇中一种或者几种的混合物。

在优选实施例中，步骤(4)中，蒸发环境温度是30℃-100℃，相对湿度是50％-100％，时间控制在120秒以内。

在优选实施例中，当制备超滤膜时，所述制膜材料、溶剂和添加剂的质量比为(10-25)：(50-80)：(10-20)；当制备预过滤膜时，所述制膜材料、溶剂和添加剂的质量比为(5-20)：(20-60)：(20-50)。

本发明提供的复合过滤膜的制备方法以醋酸纤维素、再生纤维素、聚丙烯腈、尼龙等的一种或者几种为预过滤膜制膜材料；以聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯和聚偏氟乙烯中的一种或者几种为超滤膜制膜材料，以二甲基甲酰胺和/或二甲基乙酰胺等为混合溶剂体系，丙酮、甘油等为非溶剂添加剂及增塑剂，在无纺布两侧分别制备均孔超滤膜和梯度孔预过滤膜。刮膜后在特定温度和湿度的控制条件下，通过预挥发处理调节膜孔的结构，然后再浸入凝固浴中，使膜彻底固化并交换出全部溶剂。这种形式的病毒过滤膜通过多级分离，结构可靠，具有不易堵孔，膜通量大，效率高等优点。在实际应用环境中可以精准过滤病毒，保留有效成分。

为了对本发明的技术方案能有更进一步的了解和认识，现列举实施例对其做进一步详细说明。

实施例1

均孔超滤膜的制备：

将聚醚砜、二甲基甲酰胺、聚甲基丙咯烷酮和甘油的混合物按质量比20:65:10:5混合，在60℃条件下搅拌12小时制备澄清透明溶液，静置脱泡。然后启动连续式刮膜机，使得铸膜液均匀地刮在无纺布上，经过凝固浴随后收集成卷。参考图1，可观察到制备的超滤膜孔径致密均匀。

梯度孔预过滤膜的制备：

将二甲基纤维素、二甲基甲酰胺、丙酮和甘油的混合物按质量比10:50:20:20混合投入连续式刮膜机釜体中，在常温搅拌12小时制备澄清透明溶液，静置脱泡。然后启动连续式刮膜机，以制备超滤膜为基础，使铸膜液均匀地涂覆在无纺布另一侧上，先在70℃的环境条件下预蒸发60秒，再让初生膜经过凝固浴固化成膜。参考图2，可观察到制备的预过滤膜表面为大孔结构，能够有效拦截大颗粒杂质，使得分离效率进一步提高。

本实施例提供的复合过滤膜，应用于高浓度生物医药制剂的分离具有良好的分离效果。其梯度孔预过滤膜可有效拦截大颗粒杂质，避免小孔超滤膜堵塞，从而更好地实现病毒的高效、精准过滤。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。