專(zhuān)利名稱(chēng)：官能化非織造制品的制作方法
官能化非織造制品本發(fā)明涉及官能化非織造基底及其制備方法。本發(fā)明還涉及使用該官能化非織造基底的過(guò)濾器和過(guò)濾流體的方法。該官能化基底可用于從生物樣品中選擇性過(guò)濾和去除生物材料，例如生物污染物。
背景技術(shù)：
靶標(biāo)生物材料，例如病毒和生物大分子(包括活細(xì)胞的組分或產(chǎn)物，例如蛋白質(zhì)、 碳水化合物、類(lèi)酯、和核酸)的檢測(cè)、定量、分離和純化一直以來(lái)都是研究人員的目標(biāo)。從診斷上來(lái)講，檢測(cè)和定量是重要的，例如，作為各種生理?xiàng)l件(例如疾病)的指示。由細(xì)胞培養(yǎng)或發(fā)酵法制成的生物大分子(例如單克隆抗體)的分離和純化對(duì)治療和在生物醫(yī)學(xué)研究中是重要的。生物大分子(例如酶)已經(jīng)被分離、純化，并隨后用于制備甜味劑、抗生素、和多種有機(jī)化合物(例如乙醇、乙酸、賴(lài)氨酸、天冬氨酸)、和生物可用的產(chǎn)品(例如抗體和類(lèi)固醇)。根據(jù)溶質(zhì)在介于流動(dòng)相(其可為氣體或液體)和固定相之間的交換，可對(duì)生物產(chǎn)物混合物進(jìn)行色譜分離和純化操作。因?yàn)槊恳环N溶質(zhì)與固定相的結(jié)合相互作用不同，所以實(shí)現(xiàn)了溶液混合物的各種溶質(zhì)的分離。當(dāng)經(jīng)受流動(dòng)相的解離和置換作用時(shí)，與相互作用不太強(qiáng)的溶質(zhì)相比，較強(qiáng)的結(jié)合相互作用一般導(dǎo)致較長(zhǎng)的保留時(shí)間，并且以這樣的方式可實(shí)現(xiàn)分離和純化。大多數(shù)當(dāng)前的捕集或純化色譜法通過(guò)常規(guī)的柱工藝實(shí)現(xiàn)。這些技術(shù)在下游純化中具有嚴(yán)重的瓶頸問(wèn)題，因?yàn)槭褂蒙V法的通過(guò)量低。緩解這些問(wèn)題的嘗試包括增加色譜柱的直徑，但這繼而由于有效且可重復(fù)性裝柱的困難而面臨挑戰(zhàn)。直徑較大的柱也增加難以解決的溝流發(fā)生率。另外，在常規(guī)的色譜柱中，當(dāng)檢測(cè)到所需產(chǎn)物的突破量高于特定水平時(shí)，吸收操作被停止。這會(huì)引起吸附介質(zhì)的動(dòng)態(tài)容量或有效容量將顯著小于總?cè)萘炕蜢o態(tài)容量。此外，必須保護(hù)選擇性蛋白質(zhì)A柱免受有害雜質(zhì)的污染，該雜質(zhì)可能堵塞該柱，從而使其難以清潔或可能毀滅該柱而無(wú)法再使用。鑒于一些色譜樹(shù)脂成本較高，這種有效性的減少具有嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)后果。聚合物樹(shù)脂被廣泛用于各種靶標(biāo)化合物的分離和純化。例如，可根據(jù)以下情況將聚合物樹(shù)脂用于純化或分離靶標(biāo)化合物離子基團(tuán)的存在、靶標(biāo)化合物的大小、疏水相互作用、親和相互作用、或共價(jià)鍵的形成。本領(lǐng)域需要這樣的官能化膜，這種官能化膜克服擴(kuò)散與結(jié)合方面的限制，并可以在高通過(guò)量和較低壓降下操作。本領(lǐng)域需要這樣的聚合物基底， 這種聚合物基底在單克隆抗體制備中對(duì)從生物進(jìn)料流中選擇性移除生物污染物(例如宿主細(xì)胞蛋白質(zhì)、細(xì)胞碎片、DNA片段、病毒和細(xì)胞碎片)而言具有提高的親和力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供制品，該制品包括非織造基底和聚合物，其中非織造基底的平均纖維尺寸為0. 7 μ m至15 μ m、空隙體積為50%至95%，聚合物包含接枝到非織造基底表面的陽(yáng)離子型氨基烷基(甲基)丙烯?；鶈误w單元。該制品可以用作過(guò)濾元件，以從流體(例如通過(guò)通用細(xì)胞產(chǎn)物采收技術(shù)制備的那些流體)混合物中純化或分離靶標(biāo)材料，例如宿主細(xì)胞蛋白質(zhì)、DNA片段、病毒、和細(xì)胞碎片、低聚核苷酸或治療性蛋白，例如單克隆抗體(MAb)。 具體地講，本發(fā)明的制品的一個(gè)或多個(gè)層可以用于深度型過(guò)濾應(yīng)用，該層中的每一層都可以具有相同或不同的平均纖維尺寸、空隙體積、聚合物接枝度、接枝聚合物的單體組成、孔隙度、蓬松度、拉伸強(qiáng)度和表面積。該官能化基底還可以與常規(guī)過(guò)濾元件(例如多孔膜或微孔膜)聯(lián)合使用。本發(fā)明還提供制備該制品的方法，該方法包括以下步驟提供非織造基底；在惰性氣氛中使非織造基底暴露于電離輻射下；以及隨后使暴露的基底吸收包含接枝氨基烷基 (甲基)丙烯酰基單體的溶液，以將所述單體接枝聚合到非織造基底的表面。


圖1為實(shí)例1和比較例1的制品的過(guò)濾性能圖。圖2為實(shí)例4的過(guò)濾性能圖。圖3為比較例6的過(guò)濾性能圖。圖4為實(shí)例9的過(guò)濾性能圖。圖5為實(shí)例lla-d的過(guò)濾性能圖。圖6為成型為多個(gè)褶縐的根據(jù)本發(fā)明的過(guò)濾器介質(zhì)的示例性實(shí)施例的透視圖；圖7為以透鏡形式提供并包括根據(jù)本發(fā)明的過(guò)濾器介質(zhì)的示例性過(guò)濾器裝置的剖視圖；圖8為以封裝形式提供并包括根據(jù)本發(fā)明的過(guò)濾器介質(zhì)的示例性過(guò)濾器裝置的透視圖和部分剖面圖；圖9為在圖8的9-9處截取的以封裝形式提供并包括根據(jù)本發(fā)明的第一褶縐介質(zhì)圓柱體和第二褶縐介質(zhì)圓柱體的示例性過(guò)濾器裝置的剖視圖；和圖10為在圖8的9-9處截取的以封裝形式提供并包括芯的示例性過(guò)濾器裝置的剖視圖，其中根據(jù)本發(fā)明的過(guò)濾器介質(zhì)螺旋狀卷繞在該芯周?chē)?br> 具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供制品，該制品包括非織造基底和聚合物，其中非織造基底的平均纖維尺寸為0. 7μπι至15μπκ空隙體積為50%至95%，聚合物包含接枝到非織造基底表面的陽(yáng)離子型氨基烷基(甲基)丙烯?；鶈误w單元。該聚合物官能化制品可以描述為不連續(xù)的、 非交聯(lián)的水凝膠聚合物，由通過(guò)電離輻射在非織造基底上形成的自由基所引發(fā)并隨后通過(guò)該單體在水溶液或水/有機(jī)溶劑溶液中的接枝聚合反應(yīng)獲得。如本文所用，“水凝膠”為含水凝膠；它是親水性的并將吸收水卻不溶于水的聚合物。術(shù)語(yǔ)水凝膠的使用與水合狀態(tài)無(wú)關(guān)。非織造基底為非織造網(wǎng)，其可以包括由用于制備非織造網(wǎng)的通常已知工藝中的任何者制造的非織造網(wǎng)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“非織造網(wǎng)”是指這樣的織物，該織物具有氈狀方式的隨機(jī)和/或單向插入的單纖維或細(xì)絲的結(jié)構(gòu)。例如，纖維非織造網(wǎng)可通過(guò)以下方法制成梳理成網(wǎng)法、氣紡法、濕法成網(wǎng)法、射流噴網(wǎng)法、紡粘法、靜電紡紗法或熔噴法技術(shù)(例如熔紡法或熔噴法)、或它們的組合。紡粘纖維通常為小直徑纖維，它們是通過(guò)噴絲頭的多個(gè)細(xì)小的、通常為圓形的毛細(xì)管將熔融的熱塑性聚合物以細(xì)絲形式擠出而形成的，其中擠出的纖維的直徑迅速減小。熔噴纖維通常通過(guò)從多個(gè)細(xì)小的、通常為圓形的模頭毛細(xì)管將熔融的熱塑性材料以熔融的線(xiàn)或細(xì)絲擠出至高速的通常為受熱的氣體(如空氣)流中而形成，該氣流使熔融的熱塑性材料的細(xì)絲細(xì)化以減小它們的直徑。此后，熔噴纖維由高速氣流運(yùn)送并沉積在收集面上，以形成隨機(jī)分配的熔噴纖維。非織造網(wǎng)中的任何者均可由單一類(lèi)型的纖維或在熱塑性聚合物的類(lèi)型和/或厚度方面不同的兩種或更多種纖維制成。短纖維也可以存在于該網(wǎng)中。短纖維的存在通常提供比僅僅熔噴的微纖維網(wǎng)更為蓬松、不太致密的網(wǎng)。優(yōu)選存在不超過(guò)約20重量％、更優(yōu)選不超過(guò)約10重量％的短纖維。 此類(lèi)含短纖維的網(wǎng)在U. S. 4，118，531 (Hauser)中有所公開(kāi)。非織造制品還可以任選包括一層或多層稀松布。例如，一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)主表面還可以任選各包括稀松布層。將稀松布(其通常為由纖維制成的織造或非織造的增強(qiáng)層)包括在內(nèi)，以向非織造制品提供強(qiáng)度。合適的稀松布材料包括(但不限于)尼龍、聚酯、玻璃纖維、等等。稀松布的平均厚度可以是變化的。通常，稀松布的平均厚度為約25 μ m至約 100 μ m、優(yōu)選約25 μ m至約50 μ m。稀松布的層可以任選粘結(jié)到非織造制品。多種粘合劑材料可用于將稀松布粘結(jié)到聚合物材料。或者，稀松布可以熱粘結(jié)到非織造物。非織造基底的微纖維的有效纖維直徑通常為約0. 5 μ m至15 μ m、優(yōu)選約 Iym 至 6ym，如根據(jù) Davies，C. N.的 “The Separation of Airborne Dust and Particles,"Institution of Mechanical Engineers,London,Proceedings IB, 1952( "Hi 載粉塵和粒子的分離”，美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)，倫敦，論文集1B，1952年)中所示方法計(jì)算。 非織造基底的基重優(yōu)選為約10g/m2至400g/m2、更優(yōu)選約10g/m2至100g/m2。對(duì)非官能化、未經(jīng)壓延處理的基底而言，非織造基底的平均厚度優(yōu)選為約0. Imm至10mm、更優(yōu)選約0. 25mm 至5mm。非織造網(wǎng)的最小拉伸強(qiáng)度為約4.0牛頓。通常認(rèn)為，由于在橫幅方向的纖維粘結(jié)與纏結(jié)更佳，所以非織造物的拉伸強(qiáng)度在縱向低于在橫幅方向。非織造網(wǎng)蓬松度通過(guò)網(wǎng)的緊密度來(lái)測(cè)量，緊密度是限定網(wǎng)體積中的固體比率的參數(shù)。緊密度值較低表征網(wǎng)的蓬松度更大?？捎玫姆强椩旎椎木o密度為小于20%、優(yōu)選小于15%。緊密度是通常由α表示的無(wú)量綱比率α = mf+ P f X L 非織造物其中mf為每樣品表面積的纖維質(zhì)量，P f為纖維密度；且L^w^為非織造物厚度。 本文所用的緊密度是指非織造基底本身而不是官能化非織造物。當(dāng)非織造基底含有兩種或更多種纖維的混合物時(shí)，使用相同的L^wfift確定每一種纖維的單獨(dú)的緊密度，并且這些單獨(dú)的緊密度加在一起獲得網(wǎng)的緊密度α。例如，壓延或接枝前的非織造基底的平均孔徑優(yōu)選為由0.34mm的厚度計(jì)算的
14 μ m、有效纖維直徑為4. 2 μ m、緊密度為13%。壓延后，非織造網(wǎng)的厚度將為0. 24mm、緊密
度為18%、平均孔徑為8μπι。術(shù)語(yǔ)“平均孔徑”與算術(shù)中值纖維直徑和網(wǎng)緊密度有關(guān)，并可
通過(guò)下式確定其中D為平均孔徑，df為算術(shù)中值纖維直徑，且α為網(wǎng)緊密度。
權(quán)利要求
1.一種制品，其包括a)非織造基底和聚合物，其中所述非織造基底的平均纖維尺寸為0. 7 μ m至15 μ m、空隙體積為50%至95%，所述聚合物包含接枝到所述非織造基底表面的陽(yáng)離子型氨基烷基 (甲基)丙烯酰基單體單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述非織造基底在接枝前的拉伸強(qiáng)度為至少4.0 牛頓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述非織造基底的表面積為15m2至50m2/平方米非織造基底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述非織造基底根據(jù)ASTMF316-03 5的平均孔徑為 1-40 μ m0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述非織造基底的緊密度為小于20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述非織造基底為紡絲成網(wǎng)法、射流噴網(wǎng)法、水刺法、濕法成網(wǎng)法、靜電紡紗法或熔噴法的非織造基底。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述接枝聚合物的重量為所述非織造基底的重量的0. 5倍至5倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述非織造基底由親水性熱塑性聚合物制備。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述接枝共聚物包含以下物質(zhì)的聚合的單體單元a)80重量％至98重量％的接枝氨基烷基(甲基)丙烯酰基單體；b)2重量％至20重量％的接枝聚(環(huán)氧烷)單體； b)0至10重量％的第二親水單體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制品，其中所述接枝共聚物由以下化學(xué)式表示 "(MNE4+)W" (Mpeg)x-(Mc)y其中_(MNK4+)W-表示具有w個(gè)聚合的單體單元的所述接枝氨基烷基(甲基)丙烯?；鶈误w的殘基，其中w為至少2;-(Mpk),表示具有χ個(gè)聚合的單體單元的所述聚合的聚(環(huán)氧烷)單體，其中χ可以為0 ；-(McOy表示所述聚合的親水單體“C) ”，其具有y個(gè)聚合的單體單元，其中y可以為0。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制品，其中所述共聚物為無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述接枝刷狀聚合物為未交聯(lián)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述非織造基底的基重為10g/m2至400g/m2。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述非織造基底為尼龍非織造基底，所述尼龍非織造基底的平均有效纖維直徑為1 μ m或更小。
15.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)所述的制品的方法，該方法包括a.提供非織造基底；b.在惰性氣氛中使所述非織造基底暴露于電離輻射下；以及c.使所述暴露的基底吸收包含接枝氨基烷基(甲基)丙烯?；鶈误w的溶液，以將所述單體接枝聚合到所述非織造基底的所述表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述吸收溶液還包含第二親水性接枝單體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述吸收溶液包含以下單體a)80重量％至98重量％的接枝氨基烷基(甲基)丙烯?；鶈误w；b)2重量％至20重量％的接枝聚(環(huán)氧烷)單體；c)0至10重量％的第二親水單體。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述吸收溶液包含水性/水溶性有機(jī)溶劑溶液， 其中所述有機(jī)溶劑不含叔氫原子。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述非織造基底暴露于IkGys至200kGys的電離輻射下。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述吸收溶液不含聚烯鍵式不飽和單體。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中暴露于電子束能量下會(huì)在所述非織造基底的所述表面上產(chǎn)生自由基位點(diǎn)，并且該自由基位點(diǎn)引發(fā)所述單體的接枝聚合。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該方法還包括移除所述過(guò)量單體溶液以及干燥的步馬聚ο
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述接枝氨基烷基(甲基)丙烯?；鶈误w由以下化學(xué)式表示
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二接枝親水單體為聚(環(huán)氧乙烷)單丙烯酸酯。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述吸收溶液的所述接枝單體的重量為所述非織造基底的重量的0. 5倍至5倍。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中基于所述吸收溶液的總重量，在所述吸收溶液中的所述接枝單體的重量為5重量％至30重量％。
27.一種過(guò)濾器裝置，其包括 流體入口 ；流體出口 ；和過(guò)濾器介質(zhì)，所述過(guò)濾器介質(zhì)流體連通所述流體入口和所述流體出口 ； 其中所述過(guò)濾器介質(zhì)包括根據(jù)權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)所述的接枝非織造基底。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的過(guò)濾器裝置，其中所述過(guò)濾器介質(zhì)還包括微孔膜層，所述微孔膜層設(shè)置在所述接枝非織造基底的下游。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或權(quán)利要求觀中的任一項(xiàng)所述的過(guò)濾器裝置，其中所述過(guò)濾器介質(zhì)包含多個(gè)褶縐。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的過(guò)濾器裝置，其還包括 過(guò)濾器封殼；和過(guò)濾器頂蓋，所述過(guò)濾器頂蓋連接到所述過(guò)濾器封殼；其中所述過(guò)濾器頂蓋包含所述流體入口和所述流體出口，并且其中所述過(guò)濾器介質(zhì)封裝在所述過(guò)濾器封殼中。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的過(guò)濾器裝置，其中所述過(guò)濾器介質(zhì)還包括微孔膜層，所述微孔膜層設(shè)置在所述接枝非織造基底的下游。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或權(quán)利要求31中的任一項(xiàng)所述的過(guò)濾器裝置，其中所述過(guò)濾器介質(zhì)被成型為第一介質(zhì)圓筒，所述第一介質(zhì)圓筒包含多個(gè)褶縐。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的過(guò)濾器裝置，其還包括第二介質(zhì)圓筒，所述第二介質(zhì)圓筒設(shè)置在所述第一介質(zhì)圓筒內(nèi)，包含第二過(guò)濾器介質(zhì)的所述第二介質(zhì)圓筒包含多個(gè)褶縐。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的過(guò)濾器裝置，其還包括芯，其中所述過(guò)濾器介質(zhì)螺旋狀卷繞在所述芯周?chē)?br> 35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的過(guò)濾器裝置，其還包括隔板元件；和封邊；所述隔板元件包括中心芯，所述中心芯與所述流體入口流體連通；第一側(cè)面；和第二側(cè)面；所述過(guò)濾器介質(zhì)包括第一介質(zhì)盤(pán)，所述第一介質(zhì)盤(pán)設(shè)置在所述隔板元件的第一側(cè)面上并具有外周邊緣和內(nèi)周邊緣；和第二介質(zhì)盤(pán)，所述第二介質(zhì)盤(pán)設(shè)置在所述隔板元件的第二側(cè)面上并具有外周邊緣和內(nèi)周邊緣；其中所述第一和第二介質(zhì)盤(pán)的外周邊緣由所述封邊連接，并且所述第一和所第二介質(zhì)盤(pán)的內(nèi)周邊緣連接到所述中心芯。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的過(guò)濾器裝置，其中所述第一和第二介質(zhì)盤(pán)還包括微孔膜層，所述微孔膜層設(shè)置在所述接枝非織造基底的下游。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種接枝非織造基底，所述非織造基底具有0.7μm至15μm的平均纖維尺寸、50％至95％的空隙體積以及聚合物，所述聚合物包含接枝到非織造基底表面的陽(yáng)離子型氨基烷基(甲基)丙烯酰基單體單元。所述制品可以用作過(guò)濾元件，以從流體混合物中純化或分離靶標(biāo)材料，例如低聚核苷酸或單克隆抗體(MAb)。
文檔編號(hào)C08F289/00GK102317523SQ200980156905
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者凱南·塞沙德里, 凱瑟琳·A·博托夫, 安德魯·W·拉賓斯, 小克林頓·P·沃勒, 杰弗里·A·盧卡斯, 邁克爾·R·貝里根, 道格拉斯·E·韋斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司