專利名稱：復(fù)合聚合物過濾介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及過濾器介質(zhì)和基質(zhì)。更具體地講，本公開提供聯(lián)合官能聚合物顆粒和 聚合物粘結(jié)劑形成的用于水過濾系統(tǒng)的過濾器基質(zhì)。
背景技術(shù)：
流體過濾可通過多種技術(shù)完成，通常由一種或多種污染物或顆粒(目標(biāo)除去物、 減少物、捕獲物或分離物)來決定過濾技術(shù)的選擇。顆粒最好通過被稱為深層過濾的方法除去。過濾器將任何污物或沉淀物收集并容 納在其基質(zhì)內(nèi)。以分子水平存在的溶解態(tài)有機(jī)污染物或其他生物污染物可通過吸附除去； 或者在礦物質(zhì)和金屬的情況中，通過離子交換除去。蛋白可通過IEX或親和色譜法除去。也 可通過螯合法將金屬除去。極小的污染物(包括小到亞微米級(jí)的微生物)通常要求某種形 式的膜技術(shù)，其中，膜中的孔隙被構(gòu)造為小于目標(biāo)污染物；或者可以通過某種方式將它們滅 活。常規(guī)上，用于深層過濾的技術(shù)使用硅藻土、炭或其他吸附劑或吸收劑與纖維素和 電荷調(diào)節(jié)樹脂材料以制備過濾基質(zhì)。然而，這樣構(gòu)造的材料可受到痕量金屬、生物負(fù)載 (bioburden)(細(xì)菌、真菌等)、菌體細(xì)胞毒素和β -葡聚糖的不同程度的污染。在制藥工業(yè) 中，(例如)這種污染物的存在會(huì)造成一定的問題。例如，可能會(huì)存在β-葡聚糖，從而可 能會(huì)導(dǎo)致鱟變形細(xì)胞溶解物(LAL)試驗(yàn)中內(nèi)毒素呈假陽性。為了解決組合物材料的脫落或 沖散(flush out)的問題，向過濾基質(zhì)中引入了濕強(qiáng)樹脂，從而賦予纖維素基介質(zhì)拉伸強(qiáng) 度、并使過濾基質(zhì)帶有凈正電荷。在一些情況中，這些樹脂需要(例如)加入額外化學(xué)品、 樹脂、緩沖劑、溶劑或施加熱量的活化步驟。濕強(qiáng)樹脂的使用增加了在使用前沖洗介質(zhì)的處 理步驟，這一步驟可減少或消除殘留物、未粘結(jié)的樹脂、降低樹脂/交聯(lián)化學(xué)和用以將樹脂 粘結(jié)至介質(zhì)基質(zhì)上的反應(yīng)條件的靈敏度。此外，不同批次的天然硅藻土的質(zhì)量并不一致。另外，使用硅藻土可造成無效和使 用過多的資源，這是因?yàn)榛罨柙逋恋某Ｒ?guī)工藝通常使用大量的水，并且過濾器的制備需 要進(jìn)行介質(zhì)板的模切，從而導(dǎo)致產(chǎn)生大量的無用介質(zhì)。關(guān)于顆粒的捕獲和分離，通常采用填充床色譜柱(packed bed chromatography column)。在結(jié)合和洗脫色譜中，所需種類物質(zhì)被吸附，然后通過改變pH和/或鹽摩爾濃度 以將其回收。在流通色譜中，諸如DNA或宿主細(xì)胞蛋白(HCP)被捕獲，而產(chǎn)物或目標(biāo)蛋白則 流過色譜柱。色譜法被普遍用于生物處理中，其中產(chǎn)品純化成本高昂。未經(jīng)處理的產(chǎn)品通 常在最終發(fā)酵液中的滴度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1%。用于這些工藝中的常見色譜法包括離子交換色譜 法、諸如蛋白A之類的配體吸附劑色譜法、或疏水相互作用色譜法。然而，填充床色譜受到制造環(huán)境方面的若干限制。壓力降限制將床深層限定為 20cm至30cm。隨著批量的加大以及發(fā)酵時(shí)產(chǎn)品滴度的增加，需要越來越寬的色譜柱以提供 足夠的容量。一些色譜柱的寬度增至150cm至200cm，這不斷突破填充這種大容量色譜柱并 確保流量分配和填充密度均勻一致的極限。填充柱色譜還具有流量低、難于清洗、以及需要加以保護(hù)以免受供入液料中顆粒對(duì)其的損害等缺點(diǎn)。人們一直在研究填充床色譜的替代技術(shù)。批量吸附(在批量吸附中，將色譜顆 粒與進(jìn)料在攪拌罐內(nèi)混合)是不實(shí)用和效率低的、并且攪拌葉輪會(huì)損壞顆粒。色譜膜封 裝在常規(guī)過濾芯中，盡管可提供足夠大的流量和壓力降特性，但是其粘結(jié)容量(binding capacity)有限。低容量限制了目前的膜色譜產(chǎn)物用于諸如最終精細(xì)純化(其中會(huì)存在極 小量的污染物)之類的應(yīng)用中。人們?cè)絹碓叫枰纳频倪^濾介質(zhì)，這種過濾介質(zhì)具有更高的容量以及更低的壓力 降。人們還需要在提供改善的過濾介質(zhì)的同時(shí)，能夠減少與制造工藝相關(guān)的廢物。對(duì)于深層 過濾介質(zhì)基質(zhì)(如塊、墊、板和其他形式的基質(zhì))，人們還需要這樣一種基質(zhì)，使得噬菌體、 病毒或細(xì)菌的減少不會(huì)受到過濾器介質(zhì)基質(zhì)的孔徑或孔徑分布的影響；尤其是當(dāng)過濾器介 質(zhì)基質(zhì)的孔特性不能有效降低諸如胞囊之類的大尺寸微生物時(shí)更是如此。還需要提供具有 更高的流量、效率以及粘結(jié)容量的色譜柱。發(fā)明概述提供利用官能聚合物顆粒的過濾介質(zhì)、基質(zhì)以及用于液體純化的系統(tǒng)。在一個(gè)方 面，提供用以除去污染物的過濾基質(zhì)，其包含官能聚合物顆粒以及聚合物粘結(jié)劑。在一個(gè) 實(shí)施方案中，官能聚合物顆粒具有正電荷。在另一實(shí)施方案中，官能聚合物顆粒具有負(fù)電 荷。在詳細(xì)的實(shí)施方案中，其中官能聚合物顆粒包含聚合的[3-(甲基丙烯?；被?丙 基]-三甲基氯化銨(MAPTAC)和占所述顆粒至少15重量％的量的交聯(lián)劑。在另一詳細(xì)的實(shí) 施方案中，官能聚合物顆粒包含與三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3_(甲 基丙烯?；被?丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)。另外的實(shí)施方案提供三羥甲基丙烷三 甲基丙烯酸酯(TMPTMA)和[3-(甲基丙烯?；被?丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)的比 例在95 5到15 85的范圍內(nèi)。一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案提供與不含任何官能聚合物顆粒 的對(duì)比過濾基質(zhì)相比，該過濾基質(zhì)能有效提供增大的電荷容量。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，過濾基質(zhì)基本不含天然的過濾材料。在這些實(shí)施方案 中，官能聚合物顆粒的含量為所述基質(zhì)的至少10重量％。另一方面，過濾基質(zhì)的一些實(shí)施 方案含有至多40重量％的天然過濾材料。在這些實(shí)施方案中，濾基質(zhì)包含至多約5重量％ 的官能聚合物，并且能有效提供比對(duì)比過濾基質(zhì)的電荷容量至少大3倍的電荷容量。在另外的實(shí)施方案中，聚合物粘結(jié)劑包含聚乙烯。在特定實(shí)施方案中，聚乙烯包含 超高分子量聚乙烯。在其他實(shí)施方案中，聚合物粘結(jié)劑包含具有不規(guī)則的、褶皺表面的顆 粒。另一方面提供了這樣的過濾基質(zhì)，該過濾基質(zhì)包含與三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸 酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯?；被?丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)的沉淀聚合 物以及聚合物粘結(jié)劑，該聚合物粘結(jié)劑包含具有不規(guī)則的、褶皺表面的顆粒。在一個(gè)或多個(gè) 實(shí)施方案中，具有不規(guī)則的、褶皺表面的顆粒由超高分子量聚乙烯形成。在其他實(shí)施方案 中，聚合物粘結(jié)劑還包含基本上為球形的顆粒。在一個(gè)詳細(xì)的實(shí)施方案中，具有不規(guī)則的、 褶皺表面的顆粒與基本上為球形的顆粒之間的比例在1 1到10 1的范圍內(nèi)。在另一實(shí) 施方案中，三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)與[3-(甲基丙烯?；被?丙基]-三 甲基氯化銨(MAPTAC)的比在95 5到15 85的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施方案中，含有10重 量％到60重量％的沉淀聚合物，并且聚合物粘結(jié)劑的含量在40重量％到90重量％的范圍內(nèi)。在另一方面中，提供了這樣的過濾系統(tǒng)，該過濾系統(tǒng)包含由官能聚合物顆粒和聚 合物粘結(jié)劑形成的過濾基質(zhì)、包圍所述過濾基質(zhì)的殼體、流體入口、和流體出口。在一個(gè)詳 細(xì)的實(shí)施方案中，官能聚合物顆粒包含與三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的 [3-(甲基丙烯?；被?丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物粘 結(jié)劑包含超高分子量聚乙烯顆粒，該顆粒具有不規(guī)則的、褶皺表面。在另一實(shí)施方案中，聚 合物粘結(jié)劑包括由聚乙二醇和聚醚砜形成的濾膜。其他方面提供了過濾方法，該過濾方法包括將流體與過濾基質(zhì)接觸，所述過濾基 質(zhì)包含官能聚合物顆粒和聚合物粘結(jié)劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，過濾基質(zhì)的厚度在3至IOOmm 的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括將所述的過濾基質(zhì)放置在深層過濾系統(tǒng)中。在 其他實(shí)施方案中，該方法還包括將所述過濾基質(zhì)放置在色譜系統(tǒng)中。在另一實(shí)施方案中，過 濾基質(zhì)與不含任何官能聚合物顆粒的對(duì)比過濾基質(zhì)相比，具有增大的電荷容量。在其他實(shí) 施方案中，當(dāng)生物分子以10%穿透時(shí)，所述過濾基質(zhì)具有為至少35mg/ml的穿透容量。其他方面包括制備過濾系統(tǒng)的方法，該方法包括提供官能聚合物顆粒；將聚合 物粘結(jié)劑與所述官能聚合物顆粒接觸，以形成介質(zhì)混合物；將該介質(zhì)混合物加熱以形成過 濾基質(zhì)；并將該過濾基質(zhì)插入殼體中以形成所述的過濾系統(tǒng)。某些方法還包括向所述介質(zhì) 混合物中加入一種或多種天然材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，通過制備含有占所述顆粒 至少15重量％的交聯(lián)劑的[3-(甲基丙烯?；被?丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)的沉 淀聚合物，來提供所述的官能聚合物顆粒。在一個(gè)詳細(xì)的實(shí)施方案中，由[3-(甲基丙烯酰 基氨基)丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)與三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合來 制備所述的官能聚合物顆粒，所述TMPTMA與MAPTAC的比在95 5到15 85的范圍內(nèi)。發(fā)明詳述提供了含有官能聚合物顆粒的過濾介質(zhì)和基質(zhì)(例如，由沉淀聚合物形成的過濾 介質(zhì)和基質(zhì))，并且提供了制備及使用這些過濾介質(zhì)和基質(zhì)的方法。由于官能聚合物顆粒 無需對(duì)其他材料(如天然材料)進(jìn)行加工以賦予其以官能性(對(duì)其電荷進(jìn)行調(diào)節(jié))，因此 官能聚合物顆粒是有用的。由于沉淀聚合物純度高并且容易加工，因此沉淀聚合物是有利 的。包含諸如沉淀聚合物之類的官能聚合物顆粒的過濾器介質(zhì)可用于制備(例如)高度充 電的深層過濾器介質(zhì)以及整體柱制品。本發(fā)明的方面包括利用合成材料和/或一些天然材 料來制備過濾介質(zhì)，這種過濾介質(zhì)使用了一種或多種沉淀聚合物作為復(fù)合材料中的一種材 料。這種介質(zhì)旨在提供高容量、高產(chǎn)量(throughput)、以及低雜質(zhì)含量。官能聚合物顆粒的使用減少或消除了電荷/粘結(jié)改性樹脂及其所伴隨的交聯(lián)劑 的使用需求。此外，可減少由地下開采出的、或者由天然材料制得的吸附劑在過濾介質(zhì)中的 使用量。另外，通過使用微米大小的聚乙烯顆粒，也可將纖維素從過濾基質(zhì)中除去。在一個(gè) 或多個(gè)實(shí)施方案中，全合成深層過濾器基質(zhì)可包含低分子量聚乙烯、高分子量聚乙烯、極高 分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯、或其組合。與所含介質(zhì)組分由天然材料得到的過濾器相 比，全合成過濾器更為潔凈，其所需的沖洗體積(flush out volume)更少。此外，還可對(duì)沉 淀聚合物進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使其具有所需的電荷量或所選的官能團(tuán)。這樣，可通過更好地利用整 體結(jié)構(gòu)并控制所需過濾液和不需要的過濾物從而可達(dá)到更高的過濾效率。除了深層過濾器 外，還可將沉淀聚合物引入塑料中，以增加或提高膜/其他結(jié)構(gòu)體的電荷，或者使膜結(jié)構(gòu)體官能化。也可將沉淀聚合物用于色譜的整體塊(monolithic block)中，以除去(例如)帶 負(fù)電的雜質(zhì)，如生物反應(yīng)器的澄清細(xì)胞培養(yǎng)基肉湯中的DNA或者HCP。由含有沉淀聚合物的介質(zhì)制成的過濾器可以用作獨(dú)立的過濾器或者作為預(yù)過濾 器以保護(hù)下游膜過濾器或分離技術(shù)。術(shù)語“官能聚合物顆?！卑ㄓ梢环N或多種聚合物形成的顆粒，所述聚合物具有適 于處理流體(例如水)的功能。合適的功能涉及從流體中移除、降低和/或獲取污染物。例 如，所述顆粒可以是(不僅限于)陽離子性、陰離子性、親水性、疏水性、選擇吸收性和/或 選擇吸附性的。在“混合模式”中，可以結(jié)合使用離子交換和疏水相互作用(HIC)功能。官 能聚合物顆粒也可以用作除去金屬的螯合劑。術(shù)語“沉淀聚合物”(也稱為“ppt聚合物”)包括在沉淀聚合反應(yīng)中形成的聚合物。 所述聚合反應(yīng)是這樣一種反應(yīng)，其中形成的聚合物不溶于其本身的單體或特定的單體-溶 劑組合，因此在其形成時(shí)就會(huì)沉淀。如果形成，所述沉淀聚合物可具有適于處理水的功能。合適的單體(其可以單獨(dú)或組合使用)包括實(shí)質(zhì)上任何可自由基聚合的單體，所 述單體還能夠通過疏水、親水、氫鍵、靜電作用或者上述相互作用的組合來與目標(biāo)溶質(zhì)相互 作用。可用的疏水相互作用的單體包括丙烯酸類，例如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯 酸芐酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯和甲基丙烯酸十二烷基酯?？捎玫挠H水相互作 用的單體包括N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、甲氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、以 及單羥基聚乙二醇丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯?？捎玫哪軌蛐纬蓺滏I相互作用的單體包括甲 基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺和2-羥乙基甲基丙烯酸酯。靜電相互作用的單體 包括1)帶正電荷的強(qiáng)堿性陰離子交換單體，例如，[3_(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三 甲基氯化銨(MAPTAC)、[3-(丙烯?；被?丙基]三甲基氯化銨(APTAC)和4-乙烯基芐
基三甲基氯化鱗；2)帶正電荷的弱堿性陰離子交換單體，例如，3-(N_異丙基氨基)丙基甲基丙烯酰 胺；3)帶負(fù)電荷的強(qiáng)酸性陽離子交換單體，例如，4-乙烯基苯磺酸鈉和2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙烷磺酸鈉(AMPS，鈉鹽)；以及4)帶負(fù)電荷的弱酸性陽離子交換單體，例如，丙烯酸四甲基銨。MAPTAC和AMPS是本公開的兩種實(shí)施方案。MAPTAC具有大概約220. 5g/mol的分 子量(如，在約220g/mol至約221g/mol范圍內(nèi))。在分子量足夠低時(shí)，均MAPTAC為水溶性 的。因此，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，通常至少約15重量％的交聯(lián)劑與MAPTAC同時(shí)使用。合適的交聯(lián)單體包括其中含有一個(gè)以上可自由基聚合的基團(tuán)的單體?？捎糜诒景l(fā) 明的衍生自丙烯酸和甲基丙烯酸的聚烯鍵式不飽和單體包括三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸 酯(TMPTMA)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、1，4-丁烷二甲基丙烯酸酯、 和乙二醇二甲基丙烯酸酯?？捎糜诒景l(fā)明的聚烯鍵式不飽和酰胺單體包括亞甲基雙(丙烯 酰胺)(MBA)、亞甲基雙(甲基丙烯酰胺)、和N，N' -二甲基丙烯酰基-1，2-乙二胺。TMPTMA 和MBA是本公開的兩種實(shí)施方案。TMPTMA具有大概約338. 4g/mol的分子量。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述官能聚合物顆粒(例如沉淀聚合物)的表面具有 附著其上的接枝種類的物質(zhì)。材料接枝到所述沉淀聚合物的表面上常會(huì)導(dǎo)致沉淀聚合物的表面性能或反應(yīng)性發(fā)生變化。接枝到所述沉淀聚合物的表面的材料通常為單體(例如接枝 單體)。接枝單體通常具有(a)可自由基聚合的基團(tuán)、和(b)其上至少一個(gè)附加官能團(tuán)。可 自由基聚合的基團(tuán)通常為烯鍵式不飽和基團(tuán)，如(甲基)丙烯酰基或乙烯基。當(dāng)暴露于電 子束時(shí)，可自由基聚合的基團(tuán)通常能夠與所述沉淀聚合物的表面發(fā)生反應(yīng)。即，在Y輻射 光束存在下，接枝單體的可自由基聚合的基團(tuán)與所述沉淀聚合物反應(yīng)，從而形成官能化聚 合物顆粒。一種或多種接枝單體可以接枝到所述沉積聚合物的空隙或外表面上，以改變所 得官能化基材的表面性能。相互作用的單體和交聯(lián)單體的比例通常分別為5 95至85 15(重量份)。通 常，顆粒床體積(mL/g)和表面積(m2/g)隨著交聯(lián)單體濃度的增大而增大。這些參數(shù)在裝 置建造和性能中很重要，通常需要綜合考慮，即，較低的顆粒床體積(較高的顆粒密度)可 用于最大限度的減少灰塵以及操作，而較高的表面積通常通過目標(biāo)溶質(zhì)來提供更多接觸以 及增大相互作用基團(tuán)的濃度。這些性能可以通過合適的配制來合適地優(yōu)化。術(shù)語AIBN是指2，2'-偶氮二異丁腈，其分子量為約192. 3g/mol，其為所述沉淀 聚合反應(yīng)的示例性引發(fā)劑。本文所用“過濾裝置”是指在流體流過該裝置時(shí)從流體(例如，水)中除去或者 分離一種或多種污染物的裝置。這種裝置通常包含過濾基質(zhì)和殼體。所用術(shù)語“深層過濾 器”包含根據(jù)表面過濾器的物理原理的過濾器，即，能夠從流體中分離出具有特定物理性質(zhì) (例如，尺寸或電荷)的材料，以及能夠?qū)⑽镔|(zhì)俘獲并保留在其過濾基質(zhì)中。厚度過濾器具 有達(dá)到一定厚度的過濾介質(zhì)，例如，在1/8至0. 3英寸(3至7. 6mm)。所述厚度過濾器的厚 度形成具有彎道的三維基質(zhì)。例如，可通過如吸附(由于靜電或其它物理-化學(xué)相互作用 的顆粒結(jié)合)和機(jī)械篩分(通過小尺寸孔來捕獲顆粒)相結(jié)合的方式從流體中分離灰塵顆 粒。所用基質(zhì)厚度是指流體路徑長(zhǎng)度，即，流體從基質(zhì)入口流至其出口的最短距離。所用“天然的過濾材料”包括那些從地層中開采的或由天然材料形成的適合于過 濾流體的材料。這些材料包括硅藻土(即硅藻起源的具有脆性灰塵樣硅石的土)、珍珠巖、 云母、硅膠、活性炭、石棉、分子篩、粘土、Avicel (微晶纖維素)、甲殼質(zhì)、殼聚糖、絲膠蛋白 等。大多數(shù)情況下，這些吸附顆粒的直徑為小于10微米。硅質(zhì)材料(例如硅藻土或珍珠 巖)是常用的。另外，眾所周知，吸附顆粒材料可以浸漬在其他化學(xué)物質(zhì)中以提供或提高選 擇性吸附特性。所用基本上不含天然的過濾材料的基質(zhì)中包含不超過5重量％的所述天然 材料。術(shù)語“吸附介質(zhì)”包含具有可以通過不同的吸附機(jī)理吸附顆?；蚱渌肿臃N類的 能力的材料(稱為“吸附劑”)。例如，這些介質(zhì)可以為球形小丸、棒狀、纖維、模制顆粒、或 者流體動(dòng)力學(xué)直徑為約0. 01至IOmm的塊等形式。如果該介質(zhì)為多孔的，則有利于形成較 高的裸露的表面積和較高的吸附能力。所述吸附劑可以具有微孔和大孔相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，從 而可以快速傳送顆粒并降低流阻。所用“對(duì)比過濾介質(zhì)”是指不使用本文公開的官能聚合 物顆粒材料所形成的介質(zhì)。“過濾基質(zhì)”是指由功能性顆粒組成的過濾元件，所述功能性顆粒與粘合劑或骨 架結(jié)合形成復(fù)合形狀。所述粘合劑可以是任何能夠使所述功能性顆粒粘合在一起并形成 復(fù)合形狀的材料。優(yōu)選地，所述粘合劑材料為熱塑性聚合材料，例如超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)。如果需要的話，可以按照美國專利No. 6，878，419和No. 7，125，603中提供的方法對(duì)所述粘合劑材料進(jìn)行等離子處理，其內(nèi)容通過引用的方式并入本文。粘合劑材料的進(jìn) 一步處理包括用抗菌劑進(jìn)行處理。在一個(gè)例中，所述抗菌劑為3-三甲氧基甲硅烷基丙基二 甲基十八烷基氯化銨(得自位于美國密歇根州米德蘭市Aegis公司，商品名稱為AEM5700) 形式的有機(jī)硅季銨鹽化合物。所用“對(duì)比過濾基質(zhì)”是指不含本發(fā)明提供的官能聚合物顆 粒的對(duì)比過濾基質(zhì)。術(shù)語“UHMW PE”是指具有如Hughes等人共有的美國專利No. 7，112，280中所描述 的分子量的超高分子量聚乙烯，該專利公開的內(nèi)容通過引用的方式全部并入本文。術(shù)語“UHMW PE”是具有(例如)低于750，000的分子量的高分子量聚乙烯。所用“褶皺”UHMW PE包含具有單一形態(tài)的顆粒，就像爆米花，其中，所述顆粒本 身是穿孔的，而且，與基本上呈球形的顆粒相比，由于其不規(guī)則和褶皺因而具有較高的表面 積。褶皺的UHMW PE顆粒具有(例如)彎曲的和不規(guī)則的表面脊、谷、孔、凹陷和凸起。UHMW PE可包含不同尺寸的顆粒，例如35 μ m至110 μ m。使用較大顆粒尺寸的褶皺的UHMW PE可 以形成更開放的過濾介質(zhì)。所用“球形”UHMW PE包含名義上為球形的顆粒。這樣的顆?？砂煌叽绲念w 粒，例如60 μ m。詳細(xì)的實(shí)施方案表明所述聚合物粘合劑包含超高分子量聚乙烯。其它實(shí)施方案表 明所述聚合物粘合劑還包含具有一般球形、非多孔結(jié)構(gòu)的顆粒。在具體的實(shí)施方案中，所 述具有不規(guī)則，褶皺的表面的顆粒的平均粒度為10至120(或者20-50、或者甚至30-40) 微米。其它具體實(shí)施方案表明所述具有一般球形、非多孔結(jié)構(gòu)的顆粒的平均粒度為10至 100(或者20-80，或者甚至30-65)微米。所用“小的”褶皺的顆粒包含粒度為30微米并且 密度為0. 25g/cc的顆粒。所用“大的”裙皺的顆粒包含粒度為120微米并且密度為0. 23g/ cc的顆粒。所用“小的”球形顆粒包含粒度為60微米并且密度為0. 45g/cc的顆粒。術(shù)語“流體和/或液體”是指能夠通過復(fù)合炭塊過濾器進(jìn)行處理的任何流體和/或 液體，包括(但不限于)飲用水、非飲用水、工業(yè)液體和/或流體、或能夠通過過濾裝置進(jìn) 行處理的任何液體和/或流體。術(shù)語“污染物”是指流體中對(duì)流體、或后續(xù)的加工、或流體的使用有有害影響的物 質(zhì)或物體。術(shù)語“分離”是指通過使流體流動(dòng)穿過多孔結(jié)構(gòu)來從流體中去除污染物的方法。術(shù)語“電動(dòng)吸附”包括當(dāng)微粒狀物質(zhì)(被稱為“被吸附物質(zhì)”)在庫侖引力或其它 靜電相互作用下聚集在固體或液體(較少見)(被稱為“吸附劑”)的表面上，從而形成分子 或原子膜的過程。所用“原生質(zhì)”包括分子，例如活細(xì)胞的組分或產(chǎn)物的微生物分子，其包含如蛋白 (包含CHOP和HCP)、碳水化合物、類脂、病毒、支原質(zhì)體、細(xì)胞、細(xì)胞碎片、內(nèi)毒素、和核酸 (如 DNA 禾口 RNA)。長(zhǎng)期以來，對(duì)這些材料的檢驗(yàn)和定量分析、以及分離和純化一直是研究者的目的。 檢驗(yàn)和定量分析在診斷上非常重要，例如，作為各種生理情況(如疾病)的指示劑。微生物 分子的分離和純化對(duì)治療目的(例如，在給缺乏某種特定微生物的病人治療時(shí)，或者利用 微生物作為某些藥物的載體時(shí))和生物醫(yī)學(xué)研究來說是非常重要的。微生物分子，例如酶 是一種能夠催化化學(xué)反應(yīng)的蛋白，其還可以用于工業(yè)生產(chǎn)中；酶可以被分離、純化，然后應(yīng)用于增甜劑、抗生素和多種有機(jī)化合物例如乙醇、乙酸、賴氨酸、天冬氨酸和生物有用的產(chǎn) 品如抗體和類固醇的生產(chǎn)。所用“CHOP”是指中國倉鼠卵巢蛋白，其是指哺乳動(dòng)物的細(xì)胞碎 片。HCP是指宿主細(xì)胞蛋白，其通常是與細(xì)菌培養(yǎng)相關(guān)。除非另有說明，否則在本說明書和所附的權(quán)利要求書中用于表示成分的量、性質(zhì) (例如，分子量、反應(yīng)條件)等的所有的數(shù)字，在所有情況下都應(yīng)理解為以術(shù)語“約”來修飾。 因此，除非做出相反說明，否則在上述說明書和所附的權(quán)利要求書中所列出的數(shù)字參數(shù)都 是近似值，其可以隨著采用本發(fā)明試圖獲得的理想性質(zhì)的不同而加以改變。最起碼是，并不 試圖對(duì)權(quán)利要求書范圍的等同原則的應(yīng)用進(jìn)行限制，各個(gè)數(shù)字參數(shù)應(yīng)該至少被看作是根據(jù) 所報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)值并通過使用常規(guī)四舍五入方法而得到的。盡管在本發(fā)明的較寬范圍中所列舉的數(shù)值范圍和參數(shù)設(shè)定都是近似值，但是在具 體例子中所列的數(shù)值都報(bào)告得盡可能精確。然而，由于各種檢測(cè)方法都存在標(biāo)準(zhǔn)偏差，使得 任何數(shù)值必然都含有一定的誤差。例子例 1按照下列方式制備沉淀聚合物以提供標(biāo)稱交聯(lián)劑與官能單體的重量比為30 70 的聚合物。將下列量的物質(zhì)在裝配有機(jī)械攪拌器、冷凝器、氮?dú)膺M(jìn)口、加料漏斗、熱電偶、加 熱罩和溫度控制器的3L裂化樹脂燒瓶中混合作為交聯(lián)劑的9. 9克三羥甲基丙烷三甲基 丙烯酸酯(TMPTMA)、作為官能單體的46. 2克[3_(甲基丙烯?；被?丙基]-三甲基氯 化銨(MAPTAC)在水中的50%的溶液和267mL的異丙醇(IPA)。將混合物加熱至60°C。以 約Ilpm(升/分鐘)的流量進(jìn)行氮?dú)獯祾?。在混合物達(dá)到60°C后，向燒瓶中加入第一量的 0.428的2，2’-偶氮二異丁腈(AIBN)和5mL的IPA沖洗液，并將氮?dú)饬髁拷抵?. 21pm。由 于反應(yīng)混合物變稠，因此加入約500mL的量的IPA以在約1個(gè)小時(shí)內(nèi)控制粘度。在加入第 一量的AIBN三小時(shí)后，向燒瓶中加入第二量的0. 21g的AIBN和5mL的IPA沖洗液。在三 小時(shí)后，將材料冷卻并通過燒結(jié)玻璃漏斗過濾以獲得聚合物顆粒。在漏斗中，使用IPA洗滌 顆粒一次，并使用丙酮洗滌三次(每次使用500mL的量)。將顆粒在rotovap上干燥，然后 在真空烘箱(約30英寸Hg和80°C )中過夜。間胺黃是具有負(fù)電荷并能夠進(jìn)行分光光度法分析以量化性能的染料。染料上的負(fù) 電荷是(例如)生物制藥下游中的DNA和宿主細(xì)胞蛋白靶雜質(zhì)溶質(zhì)的良好模型。根據(jù)下列 測(cè)試方法(稱為8ppm MY測(cè)試法)，該沉淀聚合物的間胺黃(MY)染料容量為62. 5mg/g。將 0. IOOg的TMPTMA/MAPTAC沉淀聚合物樣品封閉在47mm的殼體在上部(housing atop)的 配衡玻璃過濾器中。使1升的8ppm、pH為7的緩沖間胺黃染料(在430nm處的初始吸光度 為0. 415)通過蠕動(dòng)泵、以30mL/min通過所述樣品循環(huán)1小時(shí)。將0. 088的最終吸光度讀 數(shù)用于計(jì)算62. 5mg/g容量。根據(jù)8ppm MY測(cè)試法，比較電荷處理的硅藻土的間胺黃染料容 量為約15mg/g。將0. 1260g的處理后的硅藻土樣品封閉在47的殼體在上部的配衡玻璃過 濾器中。使1升的8ppm、pH為7的緩沖間胺黃染料(在430nm處的初始吸光度為0. 402) 通過蠕動(dòng)泵、以30mL/min通過所述樣品循環(huán)1小時(shí)。將0. 307的最終吸光度讀數(shù)用于計(jì)算 15mg/g 容量。例 2使用根據(jù)例1制備的沉淀聚合物來制備過濾墊。過濾墊的組成以重量％計(jì)有50%硅藻土(DE) ；26. 7%的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，其具有褶皺并且標(biāo)稱尺寸為 35μπι的顆粒(PMXl) ；13. 3%的超高分子量聚乙烯(UHMW ΡΕ)，其具有褶皺(ΡΜΧ2)并且標(biāo) 稱尺寸為60 μ m的顆粒(PMX2)；和10%的沉淀聚合物(ppt聚合物)。UHMW PE褶皺和UHMW PE球形的比例為2。該組合物在160 °C下模制45分鐘。將兩個(gè)過濾墊在60ppm MY濃度下通過至初始吸光度來進(jìn)行測(cè)試，30mL/min, PH 7，均導(dǎo)致約149mg/g的容量。使用120ppmMY濃度法測(cè)試第三過濾墊，從而導(dǎo)致約161mg/ g的容量。例3比較例在沒有沉淀聚合物的情況下制備比較過濾墊。過濾墊具有表1中所示的以重量％ 計(jì)的組成，其使用硅藻土(DE)、具有褶皺(PMXl)并且標(biāo)稱尺寸35μπι的超高分子量聚乙烯 (UHMW PE)、具有顆粒球形形狀(ΡΜΧ2)并且標(biāo)稱尺寸60 μ m的超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 的材料，可任選地超高分子量聚乙烯具有褶皺并且標(biāo)稱尺寸23μπι的(Χ143)的顆粒。將組 合物在160°C下模制45分鐘。也示出每個(gè)組合物的平均間胺黃染料容量。根據(jù)60ppm MY 測(cè)試方法進(jìn)行下列測(cè)試對(duì)各模制盤進(jìn)行稱重，密封到47mm殼體中，以30mL/min流動(dòng)300mL PH為7的緩沖液，然后流動(dòng)60ppm的pH為7的緩沖間胺黃染料至1/2初始分光光度法吸光 度的端點(diǎn)。表 1 例 4在根據(jù)例1的沉淀聚合物來制備全合成過濾墊。過濾墊具有表2中所示的以重 量％計(jì)的組成，具有褶皺(PMXl)并且標(biāo)稱尺寸35 μ m的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)、具有 顆粒球形形狀(PMX2)并且標(biāo)稱尺寸60 μ m的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)的材料，高分子 量的聚乙烯(HMW PE) (FA700)和沉淀聚合物(ppt聚合物)。將組合物在160°C下模制45 分鐘。也示出組合物的平均間胺黃染料容量。表 2 a自60ppm MY流過開始測(cè)量，直至1/2的初始吸光度，流速30mL/min，pH 7。b自120ppm MY流過開始測(cè)量，直至1/2的初始吸光度，流速30mL/min，pH 7。例 5按照例1來制備沉淀聚合物，不同之處在于提供不同比例TMPTMA交聯(lián)劑和MAPTAC 單體。如下來制備全合成過濾墊使用這些沉淀聚合物但不使用PE，將各成分依照表3所 示百分比所對(duì)應(yīng)的用量加入到Waring家用混合器中，混合30秒，用抹刀將各成分敲下并再 次摻混30秒。用匙子將所得混合物菌入鋁制模具的空腔中，用直尺的邊緣來將過量的混合 物除去，并敲擊該空腔的另一端20秒，將空腔再次填滿，像以前一樣用直尺抹平并再次敲 擊30秒。依次重復(fù)填滿、抹平和敲擊步驟，共重復(fù)三次。然后將模具放置到已預(yù)熱到160 攝氏度的加熱爐中，放置45分鐘，直到該加熱爐再次恢復(fù)了它的溫度的。以重量百分比計(jì)， 該過濾墊的組成為45. 8%的標(biāo)稱大小為35 μ m的褶皺的超高分子量的聚乙烯(UHMW PE) (PMXl)、9. 2%的標(biāo)稱大小為60 μ m的球形的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)、15%的高分子 量聚乙烯(HMW PE)和30%的所述沉淀聚合物(ppt聚合物)。交聯(lián)劑與單體的比例如表3 所示，在各樣品之間有所變化。將所述各組合物在160攝氏度下模制45分鐘。該表中還示 出了各組合物的平均間胺黃染料容量和BET表面積。用120ppm、pH 7的緩沖間胺黃染料按 如上所述來進(jìn)行間胺黃的測(cè)量。表3 例 6對(duì)比例使用60ppm MY濃度測(cè)量對(duì)比過濾墊的間胺黃染料容量，該對(duì)比過濾墊具有兩層分 級(jí)密度。其平均間胺黃染料容量為約6. 3。例 7測(cè)量如0. 2微米保護(hù)膜所示范的那樣，用糖蜜作為污染物，測(cè)量例2和3的過濾墊的產(chǎn) 量和對(duì)污染物的去除效率，使用3g/L糖蜜，以流速15mL/min使之通過47mm的過濾盤，以此 來進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)量系統(tǒng)包括位于該膜前面的存在于另一個(gè)殼體內(nèi)的深層過濾器。當(dāng)該系 統(tǒng)的壓差達(dá)到25psid時(shí)，記錄膜端部的壓力。表 4 與沒有使用沉淀聚合物的例3的過濾墊相比，具有沉淀聚合物的例2的過濾墊顯 示出得以改善的能力，其保持了較低的跨膜的壓力降?？傊?，與例3的過濾墊相比，例2的 過濾墊在膜壓上升了 2psi時(shí)能夠提供較大的產(chǎn)量。如上所述使用糖蜜來測(cè)量例5和6的過濾墊。表 5 例 8A使用根據(jù)1的沉淀聚合物來制備聚合物膜。按照形成該膜的材料的重量百分 含量，該膜的組成為0. 7 %的沉淀聚合物、69. 0 %的聚乙二醇(PEG400) ,13.8%的聚醚砜 (PES)、和16. 5%的N-甲基吡咯烷酮(也稱為1-甲基-吡咯烷酮，NMP)。該膜以本領(lǐng)域技 術(shù)人員已知的方式來制備。根據(jù)上述8ppm MY測(cè)量法，如此形成的該聚合物膜的間胺黃染料容量為大約 26mg/g。將由上述組合物制備的、稱重了的47mm膜盤放置于47mm的殼體中，使1升的8ppm、 PH為7的緩沖間胺黃染料(在430nm處的初始吸光度為0. 423)通過蠕動(dòng)泵、以30mL/min 循環(huán)通過所述樣品1小時(shí)。將0. 299的最終吸光度讀數(shù)用于計(jì)算約26mg/g容量。例 8B使用根據(jù)例1的沉淀聚合物來制備聚合物微珠和纖維的混合物。使用按重量百分 比計(jì)具有如下組成的組合物(0. 7%的沉淀聚合物、69. 0%的聚乙二醇(PEG400)、13. 8%的 聚醚砜(PES)、和16. 5%的N-甲基吡咯烷酮(也稱為1-甲基-吡咯烷酮，NMP))，將該組合 物泵壓穿過小直徑的管，使之進(jìn)入里面盛有8盎司水的家用混合物容器中。在攪拌混合器 的同時(shí)，使混合器中的水的水面和小直徑管的端部之間存在約4英寸的空氣間隙。當(dāng)所述 組合物掉入水時(shí)，由于混合器中的水的旋轉(zhuǎn)作用，就形成了小的纖維，然后再被混合器的攪 拌葉片切割成細(xì)小的顆粒。由于組合物與水接觸時(shí)發(fā)生的淬火冷卻作用，形成了纖維和顆 粒。在另一個(gè)試驗(yàn)中，使混合器停止，并向混合器中加入更多的水，以使混合器中的水的水 面和管的端部之間存在的空氣間隙為約2英寸。觀察到，受淬火冷卻的組合物形成的具有 短尾巴的水滴形狀的顆粒(在該試驗(yàn)中，混合器的葉片不旋轉(zhuǎn))。通過將所得微珠置于47mm 的位于配衡濾器的頂部的殼體中，并使8ppm的間胺黃以30ml/min的速度循環(huán)流過該微珠1小時(shí)，測(cè)得這些微珠的容量為13. 07mg/g。例 8C使用例1的沉淀聚合物來制備長(zhǎng)的聚合物纖維。使用與例8B中的組合物相同的組 合物，所制得的纖維看來具有空腔。如下來制備該纖維將該組合物泵壓穿過小直徑的管， 使之進(jìn)入里面盛有8盎司靜止水的家用混合器的容器中，所述水的水面和管的端部之間存 在約6英寸的空氣間隙。當(dāng)所述組合物由于重力作用從管的端部掉入淬火冷卻水中時(shí)，用 噴霧器在組合物掉入水中的時(shí)候用水對(duì)它進(jìn)行噴霧。如此形成的長(zhǎng)纖維看起來具有空腔。例 9對(duì)比例制備不含有沉淀聚合物的聚合物膜，以重量百分比計(jì)，其具有如下組成69. 5%的 聚乙二醇(PEG400)、13.9%的聚醚砜(PES)、和16. 6%的N-甲基吡咯烷酮(也稱為1_甲 基_吡咯烷酮，NMP)。該對(duì)比聚合物膜的間胺黃染料容量為約2mg/g，其是按照上述Sppm法進(jìn)行測(cè)量得 到的。例 10將根據(jù)例1制備的沉淀聚合物加入用于具有天然材料的常規(guī)深層過濾器的配方 中，以制得改良的深層過濾器。該改良的深層過濾器具有如下成分23%的Kamloops (—種 經(jīng)漂白的軟木Kraft紙漿)、9 %高度精制的漂白軟木Kraft紙漿、58 %的硅藻土，和10 %的 沉淀聚合物。這種過濾器的間胺黃染料容量為約86. 7mg/g。該間胺黃測(cè)量是按照120ppm法 進(jìn)行的，其中使120ppm的間胺黃以30ml/min的流速穿過該過濾材料，直到測(cè)量終點(diǎn)一吸 光度達(dá)到1/2的初始吸光度時(shí)。作為對(duì)比，不具有10%沉淀聚合物的而含有68%硅藻土 (該硅藻土是利用季胺和交聯(lián)劑改性過的)的常規(guī)深層過濾器，其裝載量為10.98mg/g。例 11將6. 0克實(shí)施例1的沉淀聚合物(該沉淀聚合物的MAPTAC TMPTMA比值為 30 70)與12. 33克PMXl以及1. 67克PMX2骨架聚合物混合。隨后將這些粉末在韋林氏 搗切器中混合一分鐘。用PTFE脫模機(jī)劑噴霧對(duì)鋁制模具進(jìn)行處理以防止發(fā)生粘模，其中鋁 制模具具有直徑為3. 52mm、深度為6mm的空腔。使用約13克粉末混合物，將該粉末混合物 再次填入模具中。在填充操作中，敲擊模具30秒鐘，并用稍小于模具空腔的圓柱體擠壓粉 末，以除去空隙。在模具組件上固定上蓋子，并將該組件在177°C的爐內(nèi)放置1小時(shí)(從溫度恢復(fù)至 設(shè)定溫度時(shí)開始計(jì)時(shí))。將模具移出爐子并冷卻至室溫。所得盤狀物的平均直徑為48. 5mm、 厚度為5. 5mm。盤狀物的平均重量為3. 7克。隨后將所得盤狀物進(jìn)行兩種不同的測(cè)試。首先，將盤狀物置于固定架(holder) 上，并用高純度水(18. 2MQ-cm)對(duì)其進(jìn)行沖洗。將部分水取樣并進(jìn)行總有機(jī)碳(TOC)分析 分析，以測(cè)定將可提取水平降低至低于0.5ppm所需的沖洗量(level of flushing)。在第 一輪測(cè)試中，在以IlmL/分鐘的流速?zèng)_洗約10分鐘后，TOC < 0. 5ppm。在第二輪測(cè)試中，在 以相同的流速?zèng)_洗15分鐘后，TOC < 0. 5ppm。在沖洗后，用1. 02mg/mL 的 BSA 溶液(Sigma Aldrich A3294-50G 溶解于 IOm M 的 3-[N-嗎啡啉]丙磺酸(MOPS)緩沖劑中，pH = 8. 0)對(duì)各盤進(jìn)行測(cè)試。溶液的供入流速為13. ImL/分鐘，該流速大約為2個(gè)床體積/分鐘。利用配備有流動(dòng)池和吸液系統(tǒng)(sipper system)的Agilent 8453UV/vis光譜光度計(jì)對(duì)流出物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)280nm處的峰。一個(gè) 示例性盤狀物可使144mL溶液流過達(dá)到10%的穿透容量，這對(duì)于15. 7mg BSA/cm3的動(dòng)態(tài)結(jié) 合能力是足夠的。例12將6克按50 50的MAPTAC MBA (N，N，-亞甲基雙丙烯酰胺)配制的沉淀聚合 物與11. 75克PMXl和2. 25克PMX2骨架聚合物混合。按照例11的描述制備過濾盤。用10升蒸餾水沖洗10”的過濾柱進(jìn)行等量的沖洗后，該沖洗可提取物的實(shí)驗(yàn)的結(jié) 果表明，該過濾盤具有低于1. Oppm的T0C。用溶于IOmM MOPS 的 0. 5mg/ml BSA 溶液(pH = 8. 0)以 10_12mL/min 的流速攻擊 該過濾盤，得到了 8-15mg BSA/cm3的BSA結(jié)合容量。在整個(gè)本說明書中，提及“一個(gè)實(shí)施方案”、“某些實(shí)施方案”、“ 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方 案”或“實(shí)施方案”是指結(jié)合該實(shí)施方案描述的具體的特征、結(jié)構(gòu)、材料或性質(zhì)包括在本發(fā)明 的至少一個(gè)實(shí)施方案中。因此，在貫穿本說明書的多個(gè)地方出現(xiàn)的短語如“在一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施方案中”、“在某些實(shí)施方案中”、“在一個(gè)實(shí)施方案中”或“在實(shí)施方案中”不一定是指本發(fā) 明的同一實(shí)施方案。另外，具體的特征、結(jié)構(gòu)、材料或特點(diǎn)可以任何適合的方式結(jié)合到一個(gè) 或多個(gè)實(shí)施方案中。盡管本文中已結(jié)合具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解這些實(shí)施方 案僅僅用于說明本發(fā)明的原理和應(yīng)用。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是，在不脫 離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可對(duì)本發(fā)明的方法和裝置作出多種修改和變型。因此，本 發(fā)明旨在包括在所附的權(quán)利要求和其等同物的范圍內(nèi)的修改和變型。
權(quán)利要求
一種用于除去污染物的過濾基質(zhì)，含有官能聚合物顆粒和聚合物粘結(jié)劑。
2.權(quán)利要求1所述的過濾基質(zhì)，其中所述官能聚合物顆粒具有陽離子電荷。
3.權(quán)利要求1所述的過濾基質(zhì)，其中所述官能聚合物顆粒具有陰離子電荷。
4.權(quán)利要求2所述的過濾基質(zhì)，其中所述官能聚合物顆粒包含聚合的[3-(甲基丙烯酰 基氨基)丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)和占所述顆粒至少15重量％的量的交聯(lián)劑。
5.權(quán)利要求4所述的過濾基質(zhì)，其中所述官能聚合物顆粒包含與三羥甲基丙烷三甲基 丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)。
6.權(quán)利要求5所述的過濾基質(zhì)，其中三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)和 [3-(甲基丙烯?；被?丙基]-三甲基氯化銨(MAPTAC)的比例在95 5到15 85的 范圍內(nèi)。
7.權(quán)利要求1所述的過濾基質(zhì)，其中與不含任何官能聚合物顆粒的對(duì)比過濾基質(zhì)相 比，該過濾基質(zhì)能有效提供增大的電荷容量。
8.權(quán)利要求1所述的過濾基質(zhì)，其基本上不含天然的過濾材料。
9.權(quán)利要求8所述的過濾基質(zhì)，其中所述官能聚合物顆粒的含量為所述基質(zhì)的至少10重量％。
10.權(quán)利要求1所述的過濾基質(zhì)，進(jìn)一步含有至多40重量％的天然過濾材料。
11.權(quán)利要求10所述的過濾基質(zhì)，其中該過濾基質(zhì)包含至多約5重量％的官能聚合物， 并且能有效提供比對(duì)比過濾基質(zhì)的電荷容量至少大3倍的電荷容量。
12.權(quán)利要求1所述的過濾基質(zhì)，其中所述聚合物粘結(jié)劑包含聚乙烯。
13.權(quán)利要求12所述的過濾基質(zhì)，其中所述聚乙烯包含超高分子量聚乙烯。
14.權(quán)利要求1所述的過濾基質(zhì)，其中所述聚合物粘結(jié)劑包含具有不規(guī)則的、褶皺表面 的顆粒。
15.一種過濾基質(zhì)，包含與三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙 烯?；被?丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)的沉淀聚合物以及聚合物粘結(jié)劑，該聚合物 粘結(jié)劑包含具有不規(guī)則的、褶皺表面的顆粒。
16.權(quán)利要求15所述的過濾基質(zhì)，其中所述具有不規(guī)則的、褶皺表面的顆粒由超高分 子量聚乙烯形成。
17.權(quán)利要求15所述的過濾基質(zhì)，其中三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)和 [3-(甲基丙烯?；被?丙基]-三甲基氯化銨(MAPTAC)的比例在95 5到15 85的 范圍內(nèi)。
18.權(quán)利要求15所述的過濾基質(zhì)，其中所述聚合物粘結(jié)劑還包含基本上為球形的顆粒。
19.權(quán)利要求18所述的過濾基質(zhì)，其中所述具有不規(guī)則的、褶皺表面的顆粒與所述基 本上為球形的顆粒之間的比例在1 1到10 1的范圍內(nèi)。
20.權(quán)利要求15所述的過濾基質(zhì)，含有10重量％到60重量％的所述沉淀聚合物，并且 所述聚合物粘結(jié)劑的含量在40重量％到90重量％的范圍內(nèi)。
21.一種過濾系統(tǒng)，包含由官能聚合物顆粒和聚合物粘結(jié)劑形成的過濾基質(zhì)、包圍所述 過濾基質(zhì)的殼體、流體入口、和流體出口。
22.權(quán)利要求21所述的過濾系統(tǒng)，其中所述官能聚合物顆粒包含與三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)。
23.權(quán)利要求22所述的過濾系統(tǒng)，其中所述聚合物粘結(jié)劑包含超高分子量聚乙烯顆 粒，該顆粒具有不規(guī)則的、褶皺表面。
24.權(quán)利要求22所述的過濾系統(tǒng)，其中所述聚合物粘結(jié)劑包括由聚乙二醇和聚醚砜形 成的濾膜。
25.一種過濾方法，包括將流體與過濾基質(zhì)接觸，所述過濾基質(zhì)包含官能聚合物顆粒和 聚合物粘結(jié)劑。
26.權(quán)利要求25所述的方法，其中所述過濾基質(zhì)的厚度在3至IOOmm的范圍內(nèi)。
27.權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述的過濾基質(zhì)放置在深層過濾系統(tǒng)中。
28.權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述過濾基質(zhì)放置在色譜系統(tǒng)中。
29.權(quán)利要求25所述的方法，其中所述過濾基質(zhì)與不含任何官能聚合物顆粒的對(duì)比過 濾基質(zhì)相比，具有增大的電荷容量。
30.權(quán)利要求25所述的方法，其中當(dāng)生物分子以10%穿透時(shí)，所述過濾基質(zhì)具有為至 少35mg/ml的穿透容量。
31.一種制備過濾系統(tǒng)的方法，包括提供官能聚合物顆粒；將聚合物粘結(jié)劑與所述官能聚合物顆粒接觸，以形成介質(zhì)混合物；將該介質(zhì)混合物加熱以形成過濾基質(zhì)；和并將該過濾基質(zhì)插入殼體中以形成所述的過濾系統(tǒng)。
32.權(quán)利要求31所述的方法，還包括向所述介質(zhì)混合物中加入一種或多種天然材料。
33.權(quán)利要求31所述的方法，其中通過制備含有占所述顆粒至少15重量％的交聯(lián)劑的 [3-(甲基丙烯?；被?丙基]_三甲基氯化銨(MAPTAC)的沉淀聚合物，來提供所述的官 能聚合物顆粒。
34.權(quán)利要求33所述的方法，其中由[3-(甲基丙烯?；被?丙基]_三甲基氯化銨 (MAPTAC)與三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合來制備所述的官能聚合物顆粒， 所述TMPTMA與MAPTAC的比在95 5至Ij 15 85的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用官能聚合物顆粒的過濾介質(zhì)、過濾基質(zhì)和用于液體純化的過濾系統(tǒng)。所述官能聚合物顆?？删哂嘘栯x子電荷。所述官能聚合物顆粒的例子包括與三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化銨(MAPTAC)。
文檔編號(hào)C02F3/10GK101903296SQ200880122538
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月12日
發(fā)明者凱瑟琳·A·博托夫, 卡納安·塞莎德里, 史蒂文·M·海爾曼, 安德魯·W·雷賓斯, 托德·E·阿諾德, 格克汗·庫魯奇, 瑪喬麗·布霍爾茨, 羅伯特·T·小菲茨西蒙斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司