專利名稱：高不對(duì)稱性、親水并具有大孔直徑的微孔過濾膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是高不對(duì)稱性、親水的微孔過濾膜。該膜表面的最小孔尺寸大于約0.1μm，并在膜的整個(gè)次級(jí)結(jié)構(gòu)上逐漸增大孔尺寸，增大到粗孔表面的孔高達(dá)約100μm。
背景技術(shù)：
不對(duì)稱或各向異性膜是現(xiàn)有技術(shù)公知的。例如，Wrasidlo的U.S.專利No.4,629,563和4,774,039及Zepf的U.S.專利No.5，188,734和5，171,445(其公開內(nèi)容在這里引用)各公開了不對(duì)稱或各向異性膜及其制備方法。Wrasidlo和Zepf的每一專利公開了具有高流速和極好截留性能的整體式、高不對(duì)稱性的微孔膜。所述膜一般通過改進(jìn)的“相轉(zhuǎn)變”方法來制備，其中使用聚合物在溶劑/非溶劑體系中的亞穩(wěn)態(tài)兩相液體分散液，將其澆鑄后與非溶劑接觸。Zepf的專利公開了對(duì)Wrasidlo的專利的改進(jìn)。
相轉(zhuǎn)移方法通常按以下步驟進(jìn)行(i)將含有適當(dāng)高分子量的聚合物、溶劑和非溶劑的溶液或混合物澆鑄成薄膜、管、或中空纖維，(ii)使所述聚合物按如下一種或多種機(jī)理沉淀(a)蒸發(fā)溶劑和非溶劑(干法)；(b)暴露于非溶劑的蒸氣(如水蒸氣)中，所述蒸氣吸附在裸露的表面(蒸氣相誘導(dǎo)沉淀法)；(c)在非溶劑液體中、通常為水中淬硬(quench)(濕法)；或(d)將熱的薄膜驟冷使得聚合物的溶解度迅速大大降低(熱法)。
溶液向凝膠的相轉(zhuǎn)變過程示意按如下
溶液1---—→溶液2----—→凝膠(溶液) (分散液)實(shí)質(zhì)上，溶液1是均一的溶液，溶液2是分散液，而凝膠是形成的聚合基質(zhì)。溶液2的形成過程取決于所使用的相轉(zhuǎn)變方法。但一般來說這個(gè)過程或這些過程與聚合物在溶液中的溶解度有關(guān)。在濕法中，將溶液1澆鑄并與聚合物的非溶劑接觸，形成溶液2，然后溶液2“沉淀”為凝膠。在氣相誘導(dǎo)沉淀法中，將溶液1澆鑄并暴露于包括聚合物非溶劑的氣氛中，形成溶液2，然后溶液2“沉淀”為凝膠。在熱法中，將溶液1澆鑄，并將澆鑄的薄膜溫度降低至產(chǎn)生溶液2，然后溶液2“沉淀”為凝膠。在干法中，將溶液1澆鑄并與一或多種溶劑蒸發(fā)的氣氛(如空氣)接觸，形成溶液2，然后溶液2“沉淀”為凝膠。在澆鑄料中的非溶劑對(duì)聚合物不必是完全呈惰性的，事實(shí)上它通常不是惰性的，且常被稱為溶脹劑。在Wrasidlo型制劑中，如以下所討論的，所述非溶劑的類型和濃度的選擇是重要的，因?yàn)檫@是決定所述澆鑄料是否呈相分離狀態(tài)存在的首要因素。
一般，所述非溶劑是主要的成孔劑，且其在澆鑄料中的濃度大大的影響在最終膜中的孔尺寸和孔尺寸分布。聚合物濃度也影響孔尺寸，但不如非溶劑那么顯著。但其卻影響膜的強(qiáng)度和孔隙率。在澆鑄溶液或澆鑄料中除主要組分外，還可有少量其它組分，例如表面活性劑或脫膜劑。
聚砜特別易于形成高不對(duì)稱性膜，特別是在兩相Wrasidlo制劑中。這些不是均一的溶液，但由兩種獨(dú)立的相組成一相是富溶劑的低濃度(如，7％)低分子量聚合物的澄清溶液；另一相是富聚合物的高濃度(如，17％)高分子量聚合物的混濁(膠體)溶液。所述的兩相含有相同的三種組分，即，聚合物、溶劑、和非溶劑，但其濃度和分子量分布完全不同。最重要的是，所述的兩相互不相溶，如放置，會(huì)分層。所述混合物必須在持續(xù)攪拌的條件下保持為分散液，直到其澆鑄為薄膜時(shí)為止。在Wrasidlo類制劑中，澆鑄料基本上呈溶液2(分散液)狀態(tài)。因而，所述分散液作為形成凝膠的起始階段，而不是作為中間步驟，其過程如下
溶液2---→凝膠(分散液)這一方法改進(jìn)的較大作用使得與現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)比Wrasidlo膜具有更高度的不對(duì)稱性和均勻的致密性。
非溶劑及其在澆鑄混合物中的濃度產(chǎn)生分相作用，并不是所有的非溶劑都具有此類作用。如放置，所述兩相會(huì)互相分離，但各相本身是相當(dāng)穩(wěn)定的。如改變所述混合物的溫度，則發(fā)生相轉(zhuǎn)變。加熱產(chǎn)生更多的澄清相；冷卻則相反。濃度改變具有相同的效果，但有嚴(yán)格的濃度范圍，或能存在相分離體系的窗口，如Wrasidlo所討論的。Wrasidlo定義了在恒定溫度下如此分散的聚合物/溶劑/非溶劑的相圖上這一不穩(wěn)定性區(qū)域，其位于旋節(jié)曲線(spinodalcurve)內(nèi)或位于旋節(jié)曲線與雙結(jié)曲線(binodal curve)之間，其中存在肉眼可見的兩個(gè)分離層。
由于聚合物的高憎水性及澆鑄混合物(其中預(yù)先存在兩相，一相為富溶劑相，另一相為富聚合物相)的熱力學(xué)不穩(wěn)定性狀態(tài)(其它體系當(dāng)經(jīng)過相轉(zhuǎn)變時(shí)必須經(jīng)過的狀態(tài))，當(dāng)驟冷時(shí)不穩(wěn)定的Wrasidlo混合物快速沉淀，因而在界面上形成微孔表面，隨后轉(zhuǎn)化為高不對(duì)稱性膜，這種結(jié)構(gòu)為Wrasidlo和Zepf專利的膜所共有。
在Wrasidlo的專利中所用的“不對(duì)稱”是指膜在其微孔表面和結(jié)構(gòu)之間的斷面上孔尺寸逐漸變化。Wrasidlo型膜的逐漸不對(duì)稱性與在現(xiàn)有技術(shù)中也稱為不對(duì)稱性的、反滲透和大多數(shù)超濾膜在“非微孔表面”和亞結(jié)構(gòu)之間具有的間斷不連續(xù)性大大不同。
微孔表面是膜的細(xì)孔一面，在澆鑄過程中其構(gòu)成空氣-溶液界面或驟冷介質(zhì)-溶液界面。在wrasidlo專利中，和在本專利說明書中，術(shù)語“表面”不是指一些膜中存在的聚合物的較厚、不滲透性層。在本文中，微孔表面是覆蓋各種厚度微孔區(qū)域的較薄、多孔表面。在微孔區(qū)域之下的孔尺寸可與表面孔的尺寸相同或稍小于表面孔的尺寸。在不對(duì)稱膜中，微孔區(qū)的孔大小從膜的表面到反面逐漸增加孔尺寸的漸增區(qū)域有時(shí)稱為不對(duì)稱區(qū)，而另一面、膜的非表面常稱為粗孔面。與粗孔面相比，表面有時(shí)也稱為微孔表面。
還可以由聚合物均一溶液來澆鑄聚合物膜。這些配劑的組成在Wrasidlo相圖的旋節(jié)溶線/雙節(jié)溶線區(qū)域之外。由均一溶液澆鑄的膜也可是不對(duì)稱的，但它們的不對(duì)稱性通常沒有由分離相的配劑澆鑄的那些膜那樣高。
與現(xiàn)有技術(shù)膜相比較，Wrasidlo膜具有改進(jìn)的流速和滲透選擇性(permselectivity)。流速和滲透選擇性的這種改進(jìn)是膜的結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)。
Zepf專利公開了改進(jìn)的Wrasidlo型聚合物膜，具有很大量的比較均一的微孔表面孔，流速大大增加，對(duì)于任何給定的孔徑流速協(xié)方差(covariance)減小。通過對(duì)Wrasidlo方法進(jìn)行改進(jìn)獲得了改進(jìn)的Zepf膜，所述方法的改進(jìn)包括降低澆鑄和驟冷溫度，及在澆鑄和驟冷步驟間的環(huán)境暴露時(shí)間降低。Zepf還指出降低澆鑄和驟冷溫度使膜的形成方法對(duì)配劑和方法參數(shù)改變的敏感性減到最小。
已有人對(duì)膜的表面孔尺寸的增加做了解釋。參見授予Fuji的UK專利No.2199786(這里稱為“Fuji”)。Fuji專利以及其它參考文獻(xiàn)指出，當(dāng)將聚合物澆鑄溶液暴露于濕空氣中時(shí)，在低于膜表面的部位會(huì)發(fā)生相轉(zhuǎn)變。按照Fuji方法制備的膜的特征結(jié)構(gòu)是在表面具有較寬的孔范圍，從0.05至1.2μm，隨后是逐漸收縮的孔尺寸直到表面之下的相轉(zhuǎn)變部位，接著是開孔直到趨近澆鑄表面獲得各向同性結(jié)構(gòu)，(從1到10μm)。因此，可認(rèn)為Fuji膜從表面至轉(zhuǎn)變部位具有反向的不對(duì)稱性，且不對(duì)稱性漸進(jìn)到各向同性結(jié)構(gòu)。該專利清楚地指出，為延長(zhǎng)膜的使用壽命應(yīng)使用最小的不對(duì)稱性。參見其4頁7-29行。
不對(duì)稱微孔過濾膜可用于許多用途。例如，這種膜可用于各種各樣的過濾，在食品和飲料工業(yè)、水處理、制藥和藥物實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行凈化和測(cè)試。所述膜可以各種形狀來使用，如包括盤形和筒形。這類膜已變成與測(cè)試工業(yè)日益相關(guān)，其用途的多樣性從微量金屬分析到醫(yī)學(xué)診斷。所述膜具有大的孔表面和微孔表面。通過將含固體的液體施加到大孔表面，則從微孔表面滲出除去了大量固體的液體。然后可對(duì)不含固體的濾液進(jìn)行測(cè)試而不受固體干擾。這樣的測(cè)試可通過化學(xué)、電學(xué)、或使用各種分析設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
一種舉例性的測(cè)試應(yīng)用是用于診斷行業(yè)，其中不對(duì)稱膜已證明特別適用于血液分離。參見例如Koehen等人的U.S.專利No.5240862。將全血施加到開孔表面，細(xì)胞被濾出并截留在膜的多孔載體上，而血漿流過所述膜。通過將微孔表面與分析物檢測(cè)裝置相接觸，可在不受細(xì)胞干擾的條件下測(cè)量存在或不存在具體的分析物。再有，這種結(jié)構(gòu)使得可不經(jīng)離心進(jìn)行診斷分析。
如上所述，不對(duì)稱膜可由一些憎水聚合物如砜聚合物和混合的纖維素酯來制備。砜聚合物一般包括三類聚合物聚砜、聚醚砜、和聚芳砜。但，當(dāng)用憎水聚合物來制備膜時(shí)，所得到的膜是憎水的，在正常的操作條件下水一般不能通過膜。因而，在需要在含水環(huán)境中操作而應(yīng)用膜時(shí)，所述膜或在制成膜前的聚合物一般分別與使膜變?yōu)橛H水性的部分反應(yīng)或混合。
例如，有幾種由憎水聚合物來制備親水膜的途徑，包括將聚合物在澆鑄膜之前對(duì)其磺化；使?jié)茶T的憎水膜與使該澆鑄膜引入親水性能的試劑接觸；在澆鑄膜之前在澆鑄料中添加親水部分。
給膜引入親水性的各種方法都有其固有的問題或困難。例如，將膜預(yù)處理使其一部分具有親水性時(shí)，該部分可能浸出并污染試樣。人們?cè)噲D通過使在澆鑄膜的表面上的一些部分交聯(lián)來使浸出的量減至最小。例如，Roesink等人的U.S.專利No.4798847(現(xiàn)在為Re.No.34296)公開了交聯(lián)整個(gè)聚砜膜結(jié)構(gòu)的PVP。雖然使親水部分交聯(lián)到膜看起來減少了浸出，但同時(shí)給膜的制備方法添加了額外的步驟和復(fù)雜性。再有，由于交聯(lián)所需的條件的不同，膜的強(qiáng)度和/或剛度可能受到破壞。
在澆鑄之前對(duì)憎水聚合物進(jìn)行磺化的情況，如果不可能磺化，則由其制備出不對(duì)稱膜是很困難的。因而只能制備各向同性膜。
賦于膜親水性的另一種途徑包括在澆鑄懸浮液中包含親水部分。例如，Kraus等人的U.S.專利No.4964990和4900449公開了通過在澆鑄溶液中包含親水聚合物如聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮來由憎水聚合物形成親水微孔過濾膜。但按照Kraus專利制備的膜是各向同性的，因而不適合于不對(duì)稱膜中的應(yīng)用。
因此，需要提供具有高度穩(wěn)定的親水性、足夠強(qiáng)度和剛度的不對(duì)稱微孔過濾膜，所述膜能在分離和測(cè)試應(yīng)用中有效地操作。
發(fā)明的簡(jiǎn)述本發(fā)明涉及高不對(duì)稱性、親水的微孔過濾膜，該膜表面的最小孔尺寸大于約0.1μm并在膜的整個(gè)次級(jí)結(jié)構(gòu)上逐漸增大孔尺寸，增大至高達(dá)約100μm的粗孔表面。
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供不對(duì)稱整體的砜聚合物膜，砜聚合物與親水聚合物共澆鑄而使膜具有親水性。按照本發(fā)明這一方面的膜具有微孔表面和多孔載體。所述微孔表面具有高密度的表面孔，該表面孔的平均直徑為約0.1μm至約10μm。
所述多孔載體是孔尺寸逐漸增大的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。在膜的粗孔表面的最大孔的平均直徑范圍可為表面孔直徑的約5至約1000倍。本發(fā)明這一方面的膜的極限孔尺寸特別均勻，其平均流通的孔尺寸可為約0.1μm至約10μm。另外，這些膜每1000μm2最小孔表面具有至少約15個(gè)表面孔。本發(fā)明這一方面的膜可澆鑄成具有比先前的膜更大的厚度，在本發(fā)明的許多實(shí)施方案中，膜的厚度至少為約150μm。
本發(fā)明膜的組成包括砜聚合物，例如可以是聚砜、聚醚砜、或聚芳砜。所述親水聚合物可為聚乙烯吡咯烷酮。本發(fā)明的膜還具有至少為約5mm/秒的橫向吸收速率。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種制備不對(duì)稱、親水、整體砜聚合物膜的方法。通過這種方法制備的膜具有微孔表面和多孔載體。所述微孔表面具有高密度的表面孔，且所述表面孔的平均直徑為約0.1μm至約10μm。所述多孔載體具有孔尺寸漸增的不對(duì)稱區(qū)域，該孔的平均直徑增加至是表面孔直徑的約5至約100倍。
所述方法的第一步驟是用溶于溶劑中的約9wt％至12wt％的砜聚合物和約3wt％至約15wt％的親水聚合物來做成一種澆鑄料。接著將所述澆鑄料澆鑄形成薄膜。所述薄膜暴露于氣相環(huán)境中約2秒至約20秒，所述環(huán)境中包括相對(duì)濕度為約50％至80％的水蒸氣。然后所述薄膜在溫度為約20℃至70℃的水浴中凝固。最后，從水浴中收集所述膜。
所述澆鑄料可是均勻的溶液，另外還可含有砜聚合物的非溶劑。該澆鑄料也可以是分散液。
按照本發(fā)明這一方面的方法制備的膜的平均流通孔尺寸為約0.1μm至約10μm。它們還可具有每1000μm2至少約15孔的表面孔密度，厚度可至少為約150μm。
澆鑄料混合物中的砜聚合物可為例如聚砜、聚醚砜、或聚芳砜，所述親水聚合物可為聚乙烯吡咯烷酮。按這種方法制備的膜可具有至少約5mm/秒的橫向吸水速率。
本發(fā)明的另一方面是一種改進(jìn)型的診斷裝置，采用分離膜和接觸膜。所述改進(jìn)是在于分離膜上，它是一種不對(duì)稱整體式砜聚合物膜，該膜通過砜聚合物與親水聚合物共澆鑄而使膜具有親水性。這種膜具有微孔表面和多孔載體，所述微孔表面具有高密度的表面孔。所述表面孔的平均直徑為約0.1μm至約10μm，所述多孔載體為孔尺寸漸增的不對(duì)稱區(qū)域，孔尺寸增加至平均直徑是表面孔直徑的約5倍至約100倍。在本發(fā)明所述改進(jìn)裝置中的膜可具有約1μm至約10μm的平均流通孔尺寸，其表面孔密度為每1000μm2至少約15孔，厚度至少可為150μm。在該裝置中的膜的砜聚合物可為例如聚砜、聚醚砜、或聚芳砜，所述親水聚合物可為聚乙烯吡咯烷酮。所述裝置可以是橫向吸收裝置，其中的膜的橫向吸收速率可至少為約5mm/秒。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1為本發(fā)明膜的三個(gè)掃描電鏡顯微照片。圖1a為頂視圖，表示所述膜的微孔表面。圖1b表示所述膜的粗孔表面。圖1c表示所述膜的斷面。
圖2是本發(fā)明膜的三個(gè)掃描電鏡顯微照片。圖2a為所述膜的頂視圖，表示所述膜的微孔表面。圖2b表示所述膜的粗孔表面。圖2c表示所述膜的斷面。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明按照本發(fā)明，我們開發(fā)了高不對(duì)稱性微孔過濾膜，所述膜在最小孔表面具有大于約0.1μm的最小孔尺寸，并在膜的整個(gè)次級(jí)結(jié)構(gòu)上孔尺寸逐漸增加至粗孔表面。所述最小孔表面優(yōu)選具有約0.1μm至約10μm的孔尺寸，且該孔尺寸在膜的次級(jí)結(jié)構(gòu)各處從最小孔表面至粗孔表面逐漸增加，在粗孔表面，孔尺寸可為約5μm至約100μm，這取決于在最小孔表面的孔尺寸。因而，膜的不對(duì)稱度以粗孔表面的孔尺寸與最小孔表面孔尺寸的比值計(jì)的不對(duì)稱度為約5至約1000。此外，本發(fā)明的膜基本無大空隙，所述空隙的尺寸與周圍的孔很不相同。本發(fā)明的優(yōu)選膜還具有約80％或更大的體積孔隙率(bulk porosity)或空隙體積。
按照本發(fā)明的膜可用于分離含有較大顆粒的流體。本發(fā)明膜具有較大應(yīng)用價(jià)值的一個(gè)領(lǐng)域是血細(xì)胞分離。例如，本發(fā)明的膜基于各類細(xì)胞大小不同，可用于從紅血細(xì)胞中分離大血細(xì)胞，如白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、血小板、嗜中性細(xì)胞、B-細(xì)胞、T-細(xì)胞、單核細(xì)胞、和巨噬細(xì)胞。
為有助于給定的分離系統(tǒng)，可對(duì)本發(fā)明的膜進(jìn)一步進(jìn)行加工。這類加工方法包括，改性膜的表面以增加其親水性、添加官能團(tuán)及類似的步驟來強(qiáng)化所述膜除去所需物質(zhì)的能力。例如，可利用的一種高度有效的附加改性方法是膜表面的電荷改性。這種電荷改性使得膜能夠在過濾過程的一個(gè)步驟中除去離子或交換離子。
本發(fā)明的膜優(yōu)選使用較憎水的聚合物來制備。所述憎水的聚合物是砜聚合物，包括含有如下所示的砜部分的任何聚合物。

砜部分砜聚合物的實(shí)例有聚砜、聚醚砜和聚芳砜。除憎水聚合物外，還使用親水的第二聚合物。所述第二聚合物優(yōu)選為聚乙烯吡咯烷酮。也可以是聚乙烯吡咯烷酮的共聚物衍生物，如聚乙烯吡咯烷酮/聚乙酸乙烯酯共聚物。
本發(fā)明澆鑄溶液優(yōu)選包括聚合物溶劑和聚合物的非溶劑。如存在第二聚合物時(shí)，所述聚合物的非溶劑優(yōu)選是所述第二聚合物的溶劑。另外，當(dāng)制備澆鑄料溶液時(shí)，親水的第二聚合物其本身可作為該聚合物的附加的非溶劑。因而，非溶劑可包括不使所述聚合物溶解的任何部分澆鑄料混合物。為方便引用，可將這些非溶劑統(tǒng)一再分為“聚合物非溶劑”和“非聚合物非溶劑”，或“其它非溶劑”。典型的聚合物非溶劑是聚乙烯吡咯烷酮，典型的非聚合物非溶劑是水。
澆鑄溶液優(yōu)選為均一且穩(wěn)定的。但在一些實(shí)施方案中，可能需要是使用從輕微至高度不穩(wěn)定這個(gè)范圍中的不穩(wěn)定分散液。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用如下配比來制備澆鑄配劑砜聚合物約9％至約12％聚乙二醇約15％至約25％聚乙烯吡咯烷酮 約3％至約15％其它非溶劑(水) 約0.5％至約5％溶劑余量(約43％至約72.5％)在這種配劑中，聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和水均在澆鑄料混合物中起非溶劑作用。因此，在這種配劑中，非溶劑的總量可達(dá)澆鑄料混合物的約18.5％至45％。
本發(fā)明的膜通?？墒褂脻茶T相轉(zhuǎn)變膜用的公知技術(shù)來澆鑄。例如，可使用刮板或縫裂涂布器(slot coater)來澆鑄。如在如涂有聚乙烯的紙構(gòu)成的移動(dòng)帶上將這類膜澆鑄至預(yù)定的厚度。在將所述膜驟冷之前還優(yōu)選將澆鑄的膜暴露于濕空氣中。暴露時(shí)間可根據(jù)膜孔所需的開孔程度而變化。在濕空氣中暴露可起到使形成的膜的孔張開的作用。暴露時(shí)間的范圍優(yōu)選為2至20秒，更優(yōu)選2至15秒，最優(yōu)選3至10秒。相對(duì)濕度的優(yōu)選范圍為約50％至90％相對(duì)濕度，更優(yōu)選55％至80％相對(duì)濕度，最優(yōu)選60％至75％相對(duì)濕度。
按照本發(fā)明，我們意外發(fā)現(xiàn)可從一種與親水劑或親水部分呈溶液或分散液進(jìn)行共澆鑄的憎水聚合物制備不對(duì)稱、高親水性的微孔過濾膜。在優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明膜由砜聚合物和聚乙烯吡咯烷酮來制備。
本發(fā)明膜的優(yōu)點(diǎn)在開發(fā)本發(fā)明之前，高不對(duì)稱性、Wrasidlo型膜其孔尺寸和最大厚度均受到限制。在不希望受任何具體理論制約的前提下，對(duì)這些限制可作如下解釋高不對(duì)稱膜一般是由不穩(wěn)定或亞穩(wěn)態(tài)分散液來澆鑄的。這些分散液的相分離動(dòng)力學(xué)要求較低粘度、快速膠凝的配劑。正是分散液的動(dòng)力學(xué)特性促進(jìn)在Wrasidlo型膜中獲得高度的不對(duì)稱性。但這些澆鑄料混合物的低粘度對(duì)其可澆鑄的厚度產(chǎn)生了本性的限制。低粘度還限制了在Wrasidlo型膜中使用的非溶劑的數(shù)量和種類。
相反，本發(fā)明的膜使用的是較粘的澆鑄料混合物。這些混合物的粘度大部分是所存在的非溶劑親水聚合物引起的。除增加所述澆鑄料混合物的粘度外，這些親水聚合物非溶劑還產(chǎn)生較大的孔、體積孔隙率、當(dāng)然也產(chǎn)生很親水的膜。
因此，本發(fā)明作出的顯著改進(jìn)，超出了先前高不對(duì)稱性膜的限制。本發(fā)明的澆鑄料混合物的組成和澆鑄參數(shù)使所產(chǎn)生的膜具有與Wrasidlo類膜相似的高不對(duì)稱性，同時(shí)與先前的高不對(duì)稱性膜相對(duì)比，具有更大的孔尺寸、最大的膜厚度、和大得多的親水性。本發(fā)明的膜厚度為約100至1000μm或更大。所述膜的厚度優(yōu)選為約125至400μm，更優(yōu)選為約150至300μm。使用本發(fā)明配劑所能獲得的厚度實(shí)際上沒有限制。因此優(yōu)選的實(shí)施方案是在了解到什么是對(duì)現(xiàn)在的各種應(yīng)用最合適的之后才確定的。
本發(fā)明膜的結(jié)構(gòu)本發(fā)明聚合物膜保留了很大程度的不對(duì)稱性并同時(shí)具有較大的微孔表面孔。評(píng)價(jià)膜的不對(duì)稱性和孔尺寸的簡(jiǎn)便方法是使用掃描電子顯微鏡(SEM)。圖1和2示出了按照本發(fā)明制備的膜的斷面、微孔表面和粗孔表面。對(duì)這些膜的特征可與圖3所示的通用的Wrasidlo型細(xì)孔膜相比。一般來說，本發(fā)明的膜的平均微孔表面孔尺寸或微孔表面孔直徑大于約0.1μm，通常大于0.5μm或1.0μm。
在無SEM數(shù)據(jù)的情況下，可按Kesting,Synthetic Polymer MembranesAStructual Perspective，p.275(John Wiley & Sons，2d edition(1985))所述的方法對(duì)不對(duì)稱性進(jìn)行粗略估計(jì)，即，在膜的緊密面涂一小點(diǎn)墨水或染料并使所述染料穿過膜并在其表面擴(kuò)展。被染料覆蓋的面積的比率總體表征了不對(duì)稱性或不對(duì)稱度。
孔尺寸還可通過測(cè)孔分析和分別測(cè)量泡點(diǎn)的方法，用表示緊密孔的更高泡點(diǎn)來估計(jì)。測(cè)孔法包括對(duì)濕膜施加逐漸增加的壓力，并將其與干膜作氣體流速的對(duì)比，得到孔尺寸和泡點(diǎn)的數(shù)據(jù)。對(duì)于這些分析，使用Coulter Model0204。測(cè)出膜的“平均流通孔尺寸”。所述平均流通孔尺寸是膜的特性孔的平均尺寸。在如本發(fā)明的高不對(duì)稱性膜中，特性孔一般接近表面。但由于這里定義的表面的特性，平均流通孔尺寸可小于平均表面孔尺寸，這是因?yàn)樘匦钥卓赡懿辉诒砻嫔?。因此，?duì)高不對(duì)稱性膜的孔尺寸的恰當(dāng)評(píng)定包括不僅考慮由SEM確定的平均表面孔尺寸，還應(yīng)考慮由測(cè)孔法試驗(yàn)所確定的平均流通孔尺寸。
平均流通孔尺寸是以空氣流開始流過預(yù)先濕潤(rùn)的膜時(shí)的壓力(泡點(diǎn)壓力)與流過預(yù)先濕潤(rùn)的膜的空氣流速為相同膜在干燥條件下空氣流速的一半時(shí)的壓力(平均流量孔壓力)相比而計(jì)的。泡點(diǎn)壓力表示了最大特性孔尺寸，而平均流量孔壓力表示了特性孔的平均尺寸。因此，通過這兩項(xiàng)數(shù)值的對(duì)比，不僅可確定膜中特性孔的平均尺寸，還可確定特性孔的尺寸的均一性。本發(fā)明的膜與具有大孔直徑的其它膜相比具有更大的孔尺寸均一性。
在這里使用時(shí)，明顯不對(duì)稱是指不對(duì)稱程度與按Wrasidlo和Zepf專利所制備的膜所公開或具有的不對(duì)稱性相近。就這點(diǎn)來說，本發(fā)明的膜的平均微孔表面孔尺寸大于約0.1μm，而另一面上，即在澆鑄過程中鄰近載體紙或帶的一面，SEM表明平均孔尺寸是微孔表面孔平均尺寸的至少5倍。因而，微孔表面孔尺寸與澆鑄表面孔尺寸的比值為約5∶1，且在優(yōu)選的實(shí)施方案中為10∶1、50∶1或甚至1000∶1。附圖中具體膜的水泡點(diǎn)高達(dá)5 psid，反映出其較大的孔尺寸和親水性。單位psid為磅每平方英寸差(pounds persquare inch differential)，反映出在膜的一面上施加的空氣壓力與存在于膜的另一面上的空氣壓力的對(duì)比。
本發(fā)明膜的制備一般來說，本發(fā)明的膜通過通用的方法來制備。制備聚合物澆鑄溶液或分散液，然后將其澆鑄，在氣體環(huán)境中暴露預(yù)定長(zhǎng)的時(shí)間，然后在非溶劑中淬硬。下面將討論優(yōu)選的澆鑄溶液和澆鑄方法。
含或不含非聚合物的非溶劑的澆鑄溶液本發(fā)明的膜可由均一溶液或分散液來制備。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的膜是由均一溶液來制備。而均一溶液可使用單獨(dú)的溶劑或其與非溶劑相結(jié)合來制備。由分散液制備的膜其泡點(diǎn)的總的范圍可與由均一的溶液制備的膜相同。但這類膜在淬硬之前一般需要更長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中。
本發(fā)明的膜優(yōu)選由均一溶液來制備，所述溶液中含有憎水聚合物如砜聚合物；親水聚合物如聚乙烯吡咯烷酮；和對(duì)憎水聚合物及親水聚合物適宜的溶劑。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，憎水聚合物為砜聚合物如聚砜、聚芳砜、或聚醚砜，其中優(yōu)選聚砜，最優(yōu)選AMOCO(Alpharetta，GA)售出的Udel 3500聚砜。
在使用聚砜時(shí)，所述聚合物的濃度一般為約8-7％，或更優(yōu)選為約9-15％，最優(yōu)選為約10-12％。
所述親水聚合物可是與憎水聚合物相容的任何聚合物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述親水聚合物是聚乙烯吡咯烷酮。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，親水聚合物是聚乙烯吡咯烷酮與聚乙酸乙烯酯的共聚物。親水聚合物的含量為約3至15％，更優(yōu)選為約3至12％，最優(yōu)選為4至10％。
溶劑的選擇要使得其對(duì)憎水聚合物及親水聚合物均為良溶劑。在憎水聚合物為聚砜、親水聚合物為聚乙烯吡咯烷酮時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺可有效的用作溶劑。在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用二甲基甲酰胺作為溶劑。
一般來說，本發(fā)明聚合物溶液按照表I所示來制備表I


在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物溶液按表II所示來制備表II

可通過添加至少對(duì)憎水聚合物的非溶劑來制備部分或完全的分散液配劑。例如，可向配劑中添加水，其添加量足以產(chǎn)生澆鑄料分散液?；蛘撸部梢允褂蒙倭康姆侨軇┗虮人醯姆侨軇﹣硇纬删坏娜芤?。當(dāng)需要完全的分散液的情況下，可添加另一種非溶劑，例如醇如叔戊醇作為非溶劑，其數(shù)量足以取代水或補(bǔ)充水。因而，按照本發(fā)明可使用組合的非溶劑可單一種類的非溶劑來制備特定質(zhì)量的澆鑄料。可使用高濃度的非溶劑來生成分散液配劑，而使用較低濃度的非溶劑來形成均一的溶液。非聚合物的非溶劑的數(shù)量可在約0.1％至約10％內(nèi)變化。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用水作為非聚合物的非溶劑，其數(shù)量為能有效的制備均一的澆鑄料。例如，在使用水作為非溶劑的情況下，水在澆鑄料中的含量?jī)?yōu)選為約0.1％至約3.0％，而在高度優(yōu)選的實(shí)施方案中，該含量為約1％至2％。
將溶液澆鑄成膜通常聚合物溶液澆鑄成薄膜，在氣體環(huán)境中暴露預(yù)定長(zhǎng)的時(shí)間，然后在非溶劑中淬硬。本發(fā)明的膜可使用任何通用的步驟來澆鑄，其中將澆鑄分散液或溶液鋪展一層膜在非多孔的載體上，淬硬后所述膜可從所述載體分離。可以用手工方法來澆鑄膜，如傾倒、澆鑄或手工鋪展在澆鑄表面上，隨后在所述澆鑄表面上施加淬硬液體。另外，也可以通過在移動(dòng)的床上傾倒或以其它方式澆鑄所述的澆鑄料混合物來自動(dòng)澆鑄所述的膜。優(yōu)選的移動(dòng)床載體是涂有聚乙烯的紙。在澆鑄、特別是自動(dòng)澆鑄過程中，可使用機(jī)械鋪展器。機(jī)械鋪展器包括涂膠刀、刮刀或噴霧/加壓系統(tǒng)。優(yōu)選的鋪展裝置為擠壓?；虿劭p涂布機(jī)，其中包括可向其中引入澆鑄配劑、并在壓力下能經(jīng)一窄的縫隙擠出的腔室?？赏ㄟ^刮刀來澆鑄所述的膜，所述刮刀的刀縫通常為約15至約50密耳(mil)，優(yōu)選為約16至約25密耳，更優(yōu)選約19密耳。在澆鑄過程中的刀縫與最終厚度之間的關(guān)系為澆鑄料組成和溫度、暴露于濕空氣的時(shí)間、在暴露過程中空氣的相對(duì)濕度、以及淬硬浴的溫度的函數(shù)。膜在膠凝過程中通常收縮，其厚度損失約20％至約80％。
在澆鑄之后，對(duì)澆鑄分散液或溶液進(jìn)行淬硬。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過將在移動(dòng)帶上的澆鑄膜移動(dòng)到淬硬液體如水浴中來實(shí)現(xiàn)所述的淬硬。淬硬液體最普通為水。在所述的浴中，淬硬操作使聚合物沉淀或凝固并可產(chǎn)生具有必要孔尺寸和特征結(jié)構(gòu)的載體區(qū)域。通常將所生成的膜洗滌到不含溶劑，并可干燥以排除另外增加的溶劑、稀釋劑、和淬硬液體，從而回收所述的膜。在淬硬步驟之后，微孔膜產(chǎn)品通常為約100至400μm厚。
在制備本發(fā)明膜的過程中，在淬硬之前，一般應(yīng)將澆鑄的膜在空氣中暴露足夠長(zhǎng)的時(shí)間以誘導(dǎo)形成大表面孔，如先前所討論的。暴露時(shí)間越短，濕度必須越高，反之亦然?？倽穸仁侵匾囊蛩亍Ｔ谳^高的環(huán)境空氣溫度下，對(duì)于相同的效果來說，相對(duì)濕度可以較低。澆鑄混合物和淬硬浴的溫度也是重要的參數(shù)。一般，淬硬浴越熱，膜開孔越多。
在制備本發(fā)明膜時(shí)，澆鑄溶液或分散液的溫度一般為約20℃至35℃，淬硬浴溫度為約20℃至70℃，優(yōu)選使用30℃至約60℃。淬硬浴的溫度對(duì)膜的微孔表面的孔尺寸及其不對(duì)稱性可造成明顯的改變。在使用較高的淬硬浴溫度時(shí)，膜具有較大的表面孔和高的不對(duì)稱性。相反，在使用較低的溫度時(shí)，形成較小的孔且不對(duì)稱性降低。
制備本發(fā)明膜的另一個(gè)重要因素是存在于澆鑄聚合物溶液與淬硬本發(fā)明膜兩個(gè)步驟之間的暴露時(shí)間和暴露條件。優(yōu)選，在澆鑄之后但在淬硬之前將澆鑄溶液或分散液暴露于濕空氣中。相對(duì)空氣濕度優(yōu)選大于約60％。此外，優(yōu)選循環(huán)空氣以增加與澆鑄溶液或分散液的接觸?？墒褂蔑L(fēng)扇來實(shí)現(xiàn)循環(huán)。
暴露時(shí)間一般為約2秒至20秒。在這一段時(shí)間之外增加暴露時(shí)間，就會(huì)增加生成的膜的滲透率。但如暴露時(shí)間過長(zhǎng)，或如濕度過高，則可對(duì)表面孔隙率有不良影響。在這種情況下，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)非多孔的表面且膜不再是微孔的。
對(duì)于由砜聚合物和聚乙烯吡咯烷酮組成的橫向吸收分離膜，我們發(fā)現(xiàn)約35℃至50℃的溫度產(chǎn)生極適宜的孔尺寸和不對(duì)稱程度。再有，空氣暴露時(shí)間最優(yōu)選為約3秒至10秒，且優(yōu)選空氣的相對(duì)濕度為約65至80％。相對(duì)濕度和暴露時(shí)間是很重要的條件，它們的效果一般成反比。因而，相對(duì)濕度越高，暴露時(shí)間可越短。
孔密度對(duì)于給定的膜試樣，其孔密可以很容易用以下方法計(jì)算觀察正方形表面積的膜表面的掃描電鏡顯微照片并計(jì)算在該面積上所含的孔的數(shù)量，就可得到孔密度。在給定正方形面積上計(jì)算的孔的數(shù)量可以簡(jiǎn)單的比值歸一化為特定的參照正方形面積。例如，傳統(tǒng)的Wrasidlo型膜的最大孔密度為約8孔/1000μm2。相比之下，本發(fā)明制備的膜的孔密度是最大孔密度Wrasidlo型膜的兩倍或更大。圖1a所示的膜大于50孔/1000μm2。另外，圖2a中所示的膜大于30孔/1000μm2。因而，本發(fā)明制備的優(yōu)選膜可以具有大于15孔/1000μm2的孔密度為特征。在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，孔密度大于25孔/1000μm2，最優(yōu)選，大于30孔/1000μm2。
本發(fā)明膜在分離應(yīng)用中的用途本發(fā)明的膜在測(cè)試和分離中的應(yīng)用特別有效。具體來說，本發(fā)明膜可有效的用于過濾食物產(chǎn)品，包括果汁和其它飲料。本發(fā)明的膜還可有效的用于血液分離，其中需要將血液的顆粒，大多數(shù)為細(xì)胞的部分從其血漿中分離。再有，本發(fā)明的膜可高度有效地過濾水和污水，且還可用于薄膜色譜應(yīng)用。
改進(jìn)的診斷裝置本發(fā)明膜適用的分離和測(cè)試應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例是在診斷中的應(yīng)用，如在Koehen等人的U.S.專利No.5240862中公開的一種診斷裝置(該專利在本申請(qǐng)中引用)。Koehen等人的專利公開了一種血液分離系統(tǒng)，包括一個(gè)與收集膜緊密接觸的不對(duì)稱膜。在Kiser等人的U.S.專利No.5240862中公開了類似的系統(tǒng)(該專利也在此引用)。在這兩件專利中，都將全血施加到不對(duì)稱膜的粗孔面，所述膜是或改性為親水性，在不對(duì)稱膜的大孔中過濾出血細(xì)胞，而血漿流過微孔表面與收集膜接觸。
收集膜一般裝有分析物檢測(cè)系統(tǒng)。因而，當(dāng)在血漿中存在或不存在所要檢測(cè)的部分時(shí)，可在收集膜上記錄其存在或不存在。Koehen等人和Kiser等人的專利統(tǒng)稱為“垂直吸收裝置”，因?yàn)樗鶞y(cè)試的物質(zhì)垂直通過膜。液體通過膜的速度是這類裝置有效性的一種檢測(cè)，也是測(cè)試液體從固體顆粒物質(zhì)中分離完全程度。其它有些方面也是有效性的重要測(cè)量指標(biāo)，如固體物質(zhì)與液體的限制性干擾、以及在血液分離應(yīng)用中細(xì)胞的限制性溶解。
另一類測(cè)試裝置是“橫向吸收裝置”。在這類裝置中，一種背底材料作為分離膜和接觸膜的載體。所述接觸膜載有化學(xué)反應(yīng)劑或其它檢測(cè)指示劑，可以檢測(cè)是否存在所檢測(cè)的試劑。分離膜過濾出液體中不需要的組分，如血液中的細(xì)胞。分離膜和接觸膜在一界面上接觸。因而，在操作中，含有固體的液體與分離膜接觸，而流體吸向界面。在橫向或水平吸收經(jīng)過分離膜并達(dá)到界面后，流體進(jìn)入接觸膜，在該處其與在接觸膜上的檢測(cè)指示劑反應(yīng)。這種反應(yīng)可通過現(xiàn)有技術(shù)中公知的許多標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來檢測(cè)。
如所理解的，確定檢測(cè)裝置有效性的測(cè)試是要得到適當(dāng)液體流過所述膜的吸收速率以及液體與固體分離的完全程度。因而，在血液分離情況下，血漿橫向通過膜的速度是這類裝置有效性的檢測(cè)，也是檢測(cè)血漿和限制性溶解細(xì)胞分離的完全程度。
本發(fā)明膜可特別有效地用作橫向吸收裝置中的分離膜。當(dāng)將含固體的液體在一窄條帶這種膜的一端施加到所述膜的粗孔表面時(shí)，它吸過微孔表面并流向所述條帶的另一端。在試樣中的較大顆粒被截留，而液體繼續(xù)流動(dòng)。在裝置中，液體透過所述條帶并到達(dá)通常由硝化纖維素制成的第二膜，其中含有測(cè)試試劑如酶或連接抗原或抗體的試劑。
快速吸收是重要的。膜的表面孔隙率越高，血漿遷移速率越快。具有高的不對(duì)稱性不是簡(jiǎn)單地必然會(huì)轉(zhuǎn)化為高的吸收速率。表面孔隙率低(盡管其具有高度的不對(duì)稱性)，含固體的液體會(huì)造成堵塞或阻塞，因而其分離速率較使用本發(fā)明膜所能達(dá)到的速率低。
本發(fā)明的膜含有高濃度的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，它使得膜具有親水性并影響孔尺寸和結(jié)構(gòu)。再有，由于配劑中含PVP，而無需再用羥丙基纖維素處理來使所述膜變?yōu)橛H水性。
快速吸收的驅(qū)動(dòng)力是PVP的親水性與孔結(jié)構(gòu)的結(jié)合，從而液體通過毛細(xì)作用(capillary forces)進(jìn)入膜，固體在較多開孔的載體上被截留。PVP還增加澆鑄料的粘度并降低溶劑/非溶劑的交換速率。淬硬浴的溫度也起到重要的作用，那就是，與較低的浴溫相比，較高浴溫產(chǎn)生更不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)及更大的平均流通孔尺寸。
橫向吸收速率取決于吸收是徑向的還是線性的，也取決于施加到吸收膜上的流體的體積。通過在所有試驗(yàn)中使用非限定數(shù)量的相同的流體并使用相同比例的膜條帶，可將不同膜的吸收速率測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化。這里所給出的橫向吸收速率是使用1cm寬及3cm長(zhǎng)的膜條帶來測(cè)定的。膜窄邊(1cm)接觸較大體積的水，并測(cè)量水在膜條帶的遷移速率。如此測(cè)量的吸收速率以毫米每秒來表示。本發(fā)明的膜的橫向吸收速率大于5mm/秒。
膜制備的實(shí)施例以下的實(shí)施例涉及本發(fā)明特定微孔膜的制備。這些實(shí)施例是用來說明可用于制備本發(fā)明膜的各種澆鑄條件并對(duì)于為使所產(chǎn)生的膜獲得特定的性能而改進(jìn)所述條件的方式提出指導(dǎo)。因此，如下的實(shí)施例是說明性的而不是限定性的。
實(shí)施例1使用9.3％聚砜聚合物(Udel 3500)、19％聚乙二醇(MW200)、4.3％聚乙烯吡咯烷酮、1.8％水和65.6％的N-甲基吡咯烷酮來制備均一的澆鑄溶液。所述澆鑄溶液在室溫約25℃下保存。澆鑄表面是移動(dòng)的涂有聚乙烯的紙帶，刀縫為24密耳。澆鑄后，澆鑄料在濕空氣中(相對(duì)濕度65-70％)暴露6秒，之后在溫度為40至45℃的水浴中淬硬。
淬硬后，移出所述膜，用去離子水洗滌，并在約100℃的烘箱中干燥。之后，測(cè)試所述膜的水流和平均流通孔尺寸。在10psid下在標(biāo)準(zhǔn)47mm盤形架中測(cè)量經(jīng)過膜的水流，并使用Coulter氣孔計(jì)來測(cè)量平均流通孔尺寸。所述膜示于圖1，并具有如下的特性表III

實(shí)施例2使用9.3％聚砜聚合物(Udel 3500)、19％聚乙二醇(MW200)、4.3％聚乙烯吡咯烷酮、1.8％水和65.6％的N-甲基吡咯烷酮來制備均一的澆鑄溶液。所述澆鑄溶液在室溫約25℃下保存。澆鑄表面是移動(dòng)的涂有聚乙烯的紙帶，刀縫為19密耳。澆鑄后，澆鑄料在濕空氣中(相對(duì)濕度65-70％)暴露9秒，之后在溫度為40至45℃的水浴中淬硬。
淬硬后，移出所述膜，用去離子水洗滌，并在100℃的烘箱中干燥。之后，測(cè)試所述膜的水流和平均流通孔尺寸。在10psid下在標(biāo)準(zhǔn)47mm盤形架中測(cè)量經(jīng)過膜的水流，并使用Coulter氣孔計(jì)來測(cè)量平均流通孔尺寸。所述膜示于圖2，并具有如下的特性表IV

實(shí)施例3-6暴露時(shí)間和濕度的作用重復(fù)實(shí)施例1的方法，不同之處是暴露時(shí)間和相對(duì)濕度按表V改變。標(biāo)明了所述變化對(duì)所制備出的膜的影響。
表V

實(shí)施例7-10澆鑄溫度和淬硬溫度的作用重復(fù)實(shí)施例1的方法，不同之處是刀縫和淬硬溫度按表VI改變。標(biāo)明了所述變化對(duì)所制備出的膜的影響。
表VI

等同物以上已參照具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了敘述，當(dāng)然它還能夠進(jìn)一步改進(jìn)，本申請(qǐng)旨在覆蓋在總體上按照本發(fā)明原理的任何變化、用途或改進(jìn)，并包括雖偏離本公開內(nèi)容但屬于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域公知或通用的作法并可應(yīng)用于前述必要特征的那些，還包括落入本發(fā)明范圍和所附權(quán)利要求書限定范圍的那些。
權(quán)利要求
1.一種不對(duì)稱的整體的砜聚合物膜，經(jīng)過將該砜聚合物與親水聚合物共澆鑄而具有親水性，所述膜包括微孔表面和多孔載體，所述微孔表面具有高密度的表面孔，所述表面孔的平均直徑為約0.1μm至約10μm，所述多孔載體包括孔尺寸逐漸增加的不對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域的孔尺寸漸增至平均直徑為表面孔直徑的約5倍至約1000倍。
2.權(quán)利要求1的膜，其中所述膜的平均流通孔尺寸為約0.1μm至約10μm。
3.權(quán)利要求1的膜，其中所述膜的表面孔密度至少為約每1000μm215孔。
4.權(quán)利要求1的膜，其中所述膜的厚度至少為約150μm。
5.權(quán)利要求1的膜，其中所述砜聚合物選自聚砜、聚醚砜和聚芳砜。
6.權(quán)利要求1的膜，其中所述親水聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮。
7.權(quán)利要求5的膜，其中所述親水聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮。
8.權(quán)利要求1的膜，其中所述膜具有至少約5mm/秒的橫向吸水速率。
9.一種制備不對(duì)稱整體砜聚合物膜的方法，所述膜包括微孔表面和多孔載體，所述微孔表面具有高密度的表面孔，所述表面孔具有約0.1至約10μm的平均直徑，所述多孔載體包括孔尺寸漸增的不對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域的孔尺寸漸增至平均直徑為表面孔直徑的約5倍至約1000倍，所述方法包括配制一種澆鑄料，其中包括溶于溶劑中的約9wt％至約12wt％的砜聚合物和約3wt％至15wt％的親水聚合物；澆鑄所述澆鑄料形成薄膜；將所述薄膜暴露于氣體環(huán)境中約2秒至20秒，其中包括相對(duì)濕度為約50％至80％的水蒸氣；和將所述薄膜在溫度為約20℃至70℃的水浴中凝固并回收所述膜。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述澆鑄料是均勻的溶液。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述澆鑄料還包括砜聚合物的非溶劑。
12.權(quán)利要求9的方法，其中所述澆鑄料是分散液。
13.權(quán)利要求9的方法，其中所述膜的平均流通孔尺寸為約0.1μm至約10μm。
14.權(quán)利要求9的方法，其中所述膜的表面孔密度至少為約每1000μm215孔。
15.權(quán)利要求9的方法，其中所述膜的厚度至少為約150μm。
16.權(quán)利要求9的方法，其中所述砜聚合物選自聚砜、聚醚砜和聚芳砜。
17.權(quán)利要求9的方法，其中所述親水聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮。
18.權(quán)利要求16的方法，其中所述親水聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮。
19.權(quán)利要求9的方法，其中所述膜的橫向吸水速率至少為約5mm/秒。
20.在包括分離膜和接觸膜類型的診斷裝置中，改進(jìn)之處包括所述分離膜包括不對(duì)稱整體砜聚合物膜，經(jīng)過將所述砜聚合物與親水聚合物共澆鑄使之具有親水性，所述膜包括微孔表面和多孔載體，所述微孔表面具有高密度的表面孔，所述表面孔的平均直徑為約0.1μm至約10μm，所述多孔載體包括孔尺寸漸增的不對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域的孔尺寸漸增至平均直徑為表面孔直徑的約5倍至約1000倍。
21.權(quán)利要求18的裝置，其中所述膜的平均流通孔尺寸為約0.1μm至約10μm。
22.權(quán)利要求18的裝置，其中所述膜的表面孔密度至少為約每1000μm215孔。
23.權(quán)利要求18的裝置，其中所述膜的厚度至少為約150μm。
24.權(quán)利要求18的裝置，其中所述砜聚合物選自聚砜、聚醚砜和聚芳砜。
25.權(quán)利要求18的裝置，其中所述親水聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮。
26.權(quán)利要求20的裝置，其中所述親水聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮。
27.權(quán)利要求18的裝置，其中所述裝置為橫向吸收裝置。
28.權(quán)利要求18的裝置，其中所述膜的橫向吸水速率至少為約5mm/秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及合成聚合物微孔過濾膜材料領(lǐng)域,所制備的膜材料用來將液體與含在其中的固體分離。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及具有高表面孔隙率的高不對(duì)稱性、親水微孔過濾膜。經(jīng)過將砜聚合物與親水的聚合物如聚乙烯吡咯烷酮共澆鑄使膜具有親水性。本發(fā)明的膜特別適用于快速檢測(cè)液體試樣的性能或檢測(cè)其中所含組分的裝置,如在診斷中應(yīng)用以及用于其它需要較大孔尺寸、較厚的膜、高不對(duì)稱性和/或高橫向吸收速率的過濾中。
文檔編號(hào)C08J9/28GK1254308SQ97181635
公開日2000年5月24日 申請(qǐng)日期1997年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月12日
發(fā)明者王易帆, 理查德·A·莫里斯, 羅伯特·澤普夫 申請(qǐng)人:美國梅姆特克公司