病毒過濾器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及能夠用于除去包括細小病毒在內(nèi)的病毒顆粒的病毒過濾膜。本發(fā)明還涉及制造該膜的方法。該膜包含聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮。
【專利說明】病毒過濾器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能夠用于除去包括細小病毒在內(nèi)的病毒顆粒的病毒過濾膜。本發(fā)明還 涉及制造該膜的方法。該膜包含聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮。

【背景技術(shù)】
[0002] JP 10337456 A公開一種基于聚丙烯腈的孔徑為0. 01至I i! m的精密過濾膜。該 膜由包含2-50wt% (優(yōu)選5-35wt%，更優(yōu)選l〇-25wt%)的丙烯腈均聚物或至少70wt%的 丙烯腈與< 30wt. %的一種或多種可與丙烯腈在包含兩種或更多種有機溶劑的混合溶劑中 共聚的乙烯基化合物形成的丙烯腈共聚物和l-40wt% (優(yōu)選l-30wt% )的重均分子量為 1，OOODa至1，300, OOODa (優(yōu)選2, 900Da至110, OOODa)的聚乙烯吡咯烷酮的溶液制備。該 混合溶劑包含Y-丁內(nèi)酯或碳酸亞乙酯。通過將該溶液紡絲到溫度為_30°C至90°C (優(yōu)選 (TC -90°C，更優(yōu)選0°C -80°C )的凝固浴中制得中空纖維膜。
[0003] JP 10337456 A的工作實施例1描述由包含如下物質(zhì)的紡絲溶液制備中空纖維 膜：16wt%的共聚物，該共聚物為91. 5wt%丙烯腈、8. Owt%丙烯酸甲酯和0. 5wt%的甲代 烯丙基磺酸鈉的共聚物；和20wt%的重均分子量為9,000Da(BASF K17)的PVP;在48wt% 的N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP)和16wt%的Y-丁內(nèi)酯中。將溶液在80°C下經(jīng)由雙孔噴絲 頭（0? 5mm - 0? 7mm - I. 3mm)紡絲至包含水（80°C )的凝固浴中，使用由90wt% NMP和10wt% 水組成的中心流體。噴嘴和凝固浴之間的空氣隙為20mm，包圍噴嘴的紡絲甬道中的氣氛的 溫度為60°C且濕度為100%。紡絲速度為10m/min。所獲得的膜的平均孔徑為0. 12iim。在 對比例1中,僅用NMP作為溶劑重復(fù)該操作,獲得平均孔徑為0. 0089 iim的中空纖維膜。
[0004] EP 0 923 984 Al公開了一種基于聚丙烯腈的中空纖維膜，其具有海綿結(jié)構(gòu)。膜 的孔徑從膜壁中心向膜的兩個表面連續(xù)地減少，且膜外表面上的孔徑不同于內(nèi)表面上的孔 徑。膜由包含如下物質(zhì)的溶液制得：5至35wt%的基于丙烯腈的聚合物,2至99. 9wt%的碳 酸丙二酯與至少一種其它可溶解該基于丙烯腈的聚合物的有機溶劑的溶劑混合物，以及1 至40wt%的特定的添加劑，其選自水、鹽、醇、酮、二醇、甘油和重均分子量為1至2,800kDa 的聚乙烯吡咯烷酮。
[0005] EP 0 923 984 Al的工作實施例1詳述了由如下物質(zhì)的溶液制造中空纖維膜： 18. 5wt %的共聚物，該共聚物為91. 5wt %的丙烯腈、8. Owt %的丙烯酸甲酯和0. 5wt %的 甲代烯丙基磺酸鈉的共聚物；和21wt%重均分子量為600Da(PEG 600)的聚乙二醇；在 9. 15wt %碳酸丙二酯和51. 85wt %的二甲亞砜的混合物中。膜的內(nèi)徑為760 ii m，外徑為 1340 iim，外表面上的平均孔徑為0.02 iim，內(nèi)表面上的平均孔徑為0.08 iim。其滲水率為 96 ? 10 4cm3/ (cm2 ? bar ? sec)。
[0006] KR 415342 BI公開了一種用作超濾膜的聚丙烯腈多孔中空纖維膜的制造方法。該 方法使用包含如下物質(zhì)的聚合物溶液：12_25wt%的聚丙烯腈；3-15wt%的包含聚乙烯吡 咯烷酮、聚乙烯醇或其混合物的第一添加劑；10-40wt%的1-丁氧基乙醇作為第二添加劑； 和選自N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺及其混合物的溶劑。實施 例使用包含18_22wt%重均分子量為150kDa的聚丙烯腈；和5%重均分子量為IOkDa的PVP 的DMF溶液。所獲得的膜包含5或7個不同的區(qū)域，其中兩個具有帶有大孔（macrovoids) 的手指結(jié)構(gòu)。
[0007] KR 20010106681 A公開了一種制備具有海綿結(jié)構(gòu)而不含大孔的聚丙烯腈多孔平 板膜的方法。該方法使用包含l〇wt%聚丙烯腈和5wt%聚乙烯吡咯烷酮在二甲亞砜中的聚 合物溶液。溶液被鋪展在玻璃板上，并浸入到含有7〇Wt%二甲亞砜、20被％水和lOwt%聚 乙烯吡咯烷酮的凝固浴中。實施例中使用分別具有10kDa、55kDa和1，300kDa的不同重均 分子量的聚乙烯吡咯烷酮。顯示為海綿結(jié)構(gòu)而不含大孔的膜僅在用重均分子量為IOkDa的 聚乙烯吡咯烷酮的條件下獲得。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供中空纖維膜，其顯示均質(zhì)的海綿結(jié)構(gòu)且由聚丙烯腈（PAN)和重均分子 量大于1，OOOkDa的聚乙烯吡咯烷酮（PVP)組成，該膜能夠用于從液體中除去病毒。該膜由 在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP)中的8-12wt %的聚丙烯腈和2至小于6wt %的聚乙烯吡咯 烷酮的溶液制備。該膜顯示出（i)對金納米顆粒（具有20nm的直徑并模擬細小病毒）的 高截留率（rejection)，（ii)對單克隆抗體（Mab)進料溶液的高通過率（對IgG的篩漏系 數(shù)?1)，（iii)高進料通量（其導(dǎo)致此類膜的高進料容量），和（iv)低蛋白質(zhì)吸附和低污 染，其確保穩(wěn)定的經(jīng)時的高過濾速度。

【具體實施方式】
[0009] 在本發(fā)明的一個方面中，提供一種包含聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮的中空纖 維膜，其具有 8* 10 4 至 15* IO-4Cm3/(cm2 ? bar ? sec)，優(yōu)選 9 ? 10 4 至 11 ? 10 4cm3/ (cm2 ? bar ? sec)的水壓滲透率，對IgG的篩漏系數(shù)為大于0. 9且GPR為大于1. 7,優(yōu)選大 于2. 0,更優(yōu)選大于2. 3,最優(yōu)選大于2. 6。
[0010] 本發(fā)明中使用的膜由包含聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮的溶液制備。
[0011] 合適的聚丙烯腈均聚物的實例具有約150,000至250, 000Da，優(yōu)選180,000至 220, OOODa的重均分子量（CAS-Nr. 25014-41-9)。用于制備本發(fā)明的膜的合適的聚丙烯腈 的實例可商購自 Dolan GmbH, D-93309Kelheim(Donau)，商品名為 H0M0-PAN。
[0012] 聚丙烯腈在溶液中的濃度一般為8至12wt. -%，例如9至llwt. -%。
[0013] 合適的聚乙烯吡咯烷酮均聚物的實例具有約1，000至2, OOOkDa，如1，100至 1，400kDa 或 1，400 至 1，800kDa 的重均分子量；約 200 至 400kDa，如 250 至 325kDa 或 325 至325kDa的數(shù)均分子量；和約4至5,例如4. 3至4. 4或4. 3至4. 8的多分散性Mw/Mn。 [0014] 用于制備本發(fā)明的膜的合適的聚乙烯吡咯烷酮的實例分別是Luvitec? K85、 Luvitec? K90 和Luvitec? K90HM,全部可商購自 BASFSE。
[0015] 本發(fā)明的一個實施方式使用重均分子量為約1，IOOkDa;且數(shù)均分子量為約 250kDa的聚乙烯吡咯烷酮均聚物。
[0016] 本發(fā)明的另一實施方式使用重均分子量為約MOOkDa ;且數(shù)均分子量為約 325kDa的聚乙烯吡咯烷酮均聚物。
[0017] 本發(fā)明的又另一實施方式使用重均分子量為約l，800kDa;且數(shù)均分子量為約 375kDa的聚乙烯吡咯烷酮均聚物。
[0018] 聚乙烯吡咯烷酮在溶液中的濃度一般為2至6wt%，如2至小于6wt%，例如3至 5wt % 〇
[0019] 在一個實施方式中，用于制備本發(fā)明的膜的紡絲溶液包含相對于溶液的總重量 為8至12wt%，如9至Ilwt %的聚丙烯腈，相對于溶液的總重量為2至小于6wt%，如3 至5wt%的高分子量（彡l，000kDa)PVP，和相對于溶液的總重量為82至90wt%，如84至 88wt% 的 NMP。
[0020] 聚合物溶液根據(jù)DIN EN ISO 1628-1在22°C下測量的粘度通常為50,000至 140, OOOmPa ? s ;例如 50, 000 至 120, OOOmPa ? s ;如 70, 000 至 100, OOOmPa ? s。
[0021] 本發(fā)明的多孔中空纖維膜可通過連續(xù)溶劑相轉(zhuǎn)化紡絲方法制備，該方法包括以下 步驟：
[0022] a)將至少一種聚丙烯腈（PAN)和至少一種聚乙烯吡咯烷酮（PVP)溶解在N-甲 基-2-吡咯烷酮中以形成聚合物溶液；
[0023] b)將所述聚合物溶液通過具有兩個同心開口的噴嘴的外環(huán)狹縫擠出至沉淀浴中； 同時
[0024] c)通過所述噴嘴的內(nèi)孔擠出中心流體；
[0025] d)洗滌所獲得的膜；并隨后
[0026] e)將所述膜干燥。
[0027] 用于制備本發(fā)明的膜的中心流體或孔液體包含20至40wt %的水和60至80wt % 的NMP，如25至40wt%的水和60至75wt%的NMP。
[0028] 沉淀浴由60wt %至80wt %的NMP和20wt %至40wt %的H2O組成，例如由70wt %至 80wt %的NMP和20wt %至30wt %的H2O組成。沉淀浴的溫度為5至30°C，如15至25°C。
[0029] 在膜的制備方法的一個實施方式中，噴絲頭的溫度為25 - 50°C，如30_40°C。噴嘴 的開口和沉淀浴之間的距離為〇至5cm，如0. 5至2cm。在方法的另一實施方式中，噴嘴浸 沒在沉淀浴中。在一個實施方式中，紡絲速度為5至10m/min。
[0030] 然后將膜洗滌以除去殘余溶劑和低分子量組分。在用于制造膜的連續(xù)方法的一個

【具體實施方式】中，膜被引導(dǎo)通過幾個水浴。在該方法的一些實施方式中，單獨的水浴具有不 同的溫度。例如，各水浴可具有高于在前的水浴的溫度。
[0031] 然后，將膜干燥，隨后將其滅菌。在一個實施方式中，中空纖維膜隨后用25至 50kGy的￠-福射滅菌。在另一個實施方式中，中空纖維膜隨后用Y-福射滅菌。在又另一 個實施方式中，中空纖維膜隨后用環(huán)氧乙烷（ETO)滅菌。
[0032] 選擇透過性中空纖維是對稱類型的，且具有均質(zhì)的海綿狀結(jié)構(gòu)，其在膜的整個厚 度上是基本均勻的。該膜不允許直徑為20nm或更大的病毒顆粒通過，但對抗體如IgG是可 滲透的。中空纖維一般不含大孔（包括在壁中的空的空間，并具有大于約5微米的最大尺 寸）。它們無論是在其里面或外面均不具有皮層或在表面上的致密層。
[0033] 在一個實施方式中，膜包含相對于膜的總重量為75 - 85wt%的聚丙烯腈（PAN)和 15 - 25wt%的聚乙烯吡咯烷酮（PVP)。膜中PAN和PVP的比例可分別通過元素分析測定。
[0034] 在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，膜是內(nèi)徑為200至1，OOOii m，優(yōu)選300至 500iim，更優(yōu)選300至400iim的中空纖維膜。壁厚度一般為20至200iim，優(yōu)選30至 100 ii m，更優(yōu)選 40 至 85 ii m。
[0035] 纖維根據(jù)下述方法測定的破裂壓力為至少5bar(g)，如5至IObar (g)，例如7至 9bar(g)〇
[0036] 本發(fā)明的膜在37 °C下測定的水壓滲透率Lp可在8 ? KT4至15 ? lO'm3/ (cm2-bar* sec)內(nèi)變化，例如在 9 *10 4 至 11 *10 4cm3/(cm2-bar* sec)內(nèi)變化。在本發(fā)明 的一個實施方式中，膜用25-50kGy的￠-輻射（或電子束）滅菌，隨即顯示其水壓滲透率Lp 為 20 ? 10 4 至 40 ? 10 4cm3/ (cm2 ? bar ? sec)，例如 25 ? 10 4 至 35 ? 10 4cm3/ (cm2 ? bar ? sec)。
[0037] 本發(fā)明的膜對IgG水溶液的篩漏系數(shù)通過25°C下15. Og/1的IgG在PBS緩沖液中 的溶液的死端過濾測定為至少〇. 9,如至少0. 95,特別是至少0. 99。
[0038] 本發(fā)明的膜顯示對直徑為20nm的金納米顆粒（模擬豬細小病毒）在25°C下測量 的截留率GPR(金顆粒截留率，以log(A/F)定義，A/F是進料中和濾液中金顆粒濃度的比 率）為>1. 7,優(yōu)選>2. 0,更優(yōu)選>2. 3,特別優(yōu)選>2. 6。GPR與膜對病毒顆粒的截留率成正 t匕。1. 4的GPR對應(yīng)于水溶液中豬細小病毒的數(shù)目下降3個數(shù)量級，2. 3的GPR對應(yīng)于下降 6個數(shù)量級。本發(fā)明的膜因此可有利地用于液體中病毒顆粒的去除。
[0039] 因此，本發(fā)明的進一步方面是包含本發(fā)明的膜的擴散裝置和/或過濾裝置，例如 用于從液體中除去病毒顆粒的裝置。
[0040] 裝置中使用的膜可以是中空纖維形式或多個中空纖維形式，如中空纖維膜束。合 適的纖維、其特性和制備已在上面描述。
[0041] 在裝置的一個實施方式中，膜在裝置的兩個流體隔室之間形成界面。
[0042] 一個示例性裝置包含兩個由安裝在殼體中的半透膜分隔的隔室，第一內(nèi)部隔室裝 配有兩個通道（accesses)，第二外部隔室包含一個或兩個通道，兩個隔室都由基于適當(dāng)?shù)?粘合劑化合物的封裝化合物（pottingcompound)分隔開，旨在用于形成（i)用于分隔含有 如上定義的中空纖維束類型的半透膜的該裝置的兩個隔室的圓柱狀隔離物，或（ii)該包 括如上定義的片狀膜類型的半透膜的該裝置中的嚴密密封。
[0043] 另一示例性裝置包含多個包含在外殼內(nèi)的中空纖維膜，且設(shè)置該膜，使得中空纖 維外部的空間（即，毛細管間隔室（extracapillary compartment))內(nèi)的流體與流經(jīng)中空 纖維及其對應(yīng)的孔的流體分隔開。此外，裝置在該裝置的相對端上的外殼內(nèi)包括兩個歧管 端部腔室。中空纖維的兩個管腔中的每一個連接至不同的端部腔室。端部腔室和毛細管間 隔室由中空纖維的半透膜分隔開。
[0044] 本發(fā)明的進一步方面是從液體中除去病毒顆粒的方法，包括經(jīng)由本發(fā)明的膜來過 濾液體。在本發(fā)明的一個實施方式中，過濾是常規(guī)流過濾（normal-flow filtration,NFF)， 也稱作死端過濾或直接流過濾（dead-end or direct flow filtration)。在本發(fā)明的另一 實施方式中，過濾是切向流過濾（tangential-flow filtration, TFF)，也稱作錯流過濾。由 于本發(fā)明的膜不具有表皮（skin)，因此能夠用它進行內(nèi)向外和外向內(nèi)過濾。
[0045] 本發(fā)明的膜、方法和裝置能夠有利地用于生物制藥工業(yè)中需要從液體中除去病毒 顆粒的多種工藝中。
[0046] 實施例
[0047] 方法
[0048] 小模件（mini-module)的制備
[0049] 如下制備小模件[=殼體中的纖維束]:將纖維束切成20cm的長度，使纖維在 40°C和〈lOOmbar下干燥1小時，隨后將纖維束轉(zhuǎn)移至殼體中。利用UV固化粘合劑將纖維 的末端封閉。將小模件在60°C的真空干燥箱中干燥過夜，然后用聚氨酯封裝纖維束的末端。 在聚氨酯硬化之后，切割封裝的膜束的末端，以重新打開纖維。小模件確保纖維得到保護。
[0050] 根據(jù)式（1)計算IOcm2的有效表面積A所需的纖維數(shù)：
[0051]

【權(quán)利要求】
1. 一種多孔中空纖維膜，其具有均質(zhì)的海綿狀結(jié)構(gòu)且不含最大尺寸大于5 μ m的大孔， 該多孔中空纖維膜包含相對于膜的總重量為75 - 85wt%的聚丙烯腈和15 - 25wt%的聚乙 烯吡咯烷酮；其中所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量為1，〇〇〇至2, OOOkDa。
2. 如權(quán)利要求1所述的膜，其在37°C測量的水壓滲透率為8· KT4至15· KT4Cm3/ (cm2 · bar · sec) ; 15. Og/Ι的IgG在PBS緩沖液中的溶液通過死端過濾在25°C測定的膜對 IgG的篩漏系數(shù)大于0. 9 ;且在25°C對20nm的金顆粒測量的GPR值大于1. 7。
3. 如權(quán)利要求1所述的膜，其在37°C測量的水壓滲透率為20· KT4至40· KT4Cm3/ (cm2 · bar · sec) ; 15. Og/Ι的IgG在PBS緩沖液中的溶液通過死端過濾在25°C測定的膜對 IgG的篩漏系數(shù)大于0. 9 ;且在25°C對20nm的金顆粒測量的GPR值大于1. 7。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的膜，其內(nèi)徑為300至400 μ m ;壁厚度為40至 85 μ m ;且破裂壓力為至少5bar (g)。
5. -種用于制備多孔中空纖維膜的連續(xù)溶劑相轉(zhuǎn)化紡絲方法，包括如下步驟： a) 將至少一種聚丙烯腈和至少一種聚乙烯吡咯烷酮溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮中以 形成聚合物溶液； b) 將所述聚合物溶液通過具有兩個同心開口的噴嘴的外環(huán)狹縫擠出至沉淀浴中；同 時 c) 通過所述噴嘴的內(nèi)孔擠出中心流體； d) 洗滌所獲得的膜；并隨后 e) 將所述膜干燥； 其中，所述聚合物溶液包含相對于所述聚合物溶液的總重量為2至6wt%的重均分子 量為1，〇〇〇至2, OOOkDa的聚乙烯吡咯烷酮。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述聚合物溶液包含相對于所述溶液的總重量為8 至12wt%的聚丙烯腈。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中所述聚合物溶液根據(jù)DIN EN ISO 1628-1，在 22°C測量的粘度為 50, 000 至 140, OOOmPa · s。
8. 如權(quán)利要求5至7中任一項所述的方法，其中所述中心流體包含相對于所述中心流 體的總重量為20至40wt %的水和60至80wt %的NMP。
9. 如權(quán)利要求5至8中任一項所述的方法，其中所述沉淀浴包含相對于所述沉淀浴的 總重量為20至40wt %的水和60至80wt %的NMP。
10. 如權(quán)利要求5至9中任一項所述的方法，其中所述噴絲頭的溫度為25至50°C。
11. 如權(quán)利要求5至10中任一項所述的方法，其中所述膜的紡絲速度為5至10m/min。
12. 如權(quán)利要求5至11中任一項所述的方法，其中所述膜在干燥后用25至50kGy的 β-輻射或電子束滅菌。
13. -種擴散裝置和/或過濾裝置，其包含權(quán)利要求1-4中任一項所述的膜或根據(jù)權(quán)利 要求5-12中任一項所述的方法制備的膜。
14. 權(quán)利要求1至4中任一項所述的膜或權(quán)利要求5至12中任一項所制備的膜用于從 液體中除去病毒顆粒的用途。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的用途，其涉及切向流過濾。
【文檔編號】B01D71/44GK104321133SQ201480001311
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月25日
【發(fā)明者】馬庫斯·奧爾農(nóng), 貝恩德·克勞澤, 約翰內(nèi)斯·格克勒, 費迪南德·施溫格, 斯祖蒙·杜特扎克, 西門·貝特爾 申請人:甘布羅倫迪亞股份公司