[发明专利]微孔滤膜、制造微孔滤膜的方法和使用微孔滤膜的分离器

说明书

本申请为国际申请日2000年12月5日、国际申请号PCT/US00/32932于2001年8月1日进入中国国家阶段、申请号00803368.4、发明名称“微孔滤膜、制造微孔滤膜的方法和使用微孔滤膜的分离器”的分案申请。 

技术领域

概括来讲，本发明涉及微孔膜、制造微孔膜的方法和使用微孔膜的过滤或分离仪器。更具体地说，本发明涉及具有微米级的精确尺寸的微孔滤膜以及制造这种膜的方法和使用这种膜的仪器。

背景技术

按尺寸和/或形状区分过滤器是众所周知的。例如，一种过滤器提供了弯曲的通路，借助它粒子必须经导向以通过过滤器。这些过滤器有时候是指深度过滤器，一般使用由厚层纤维或其它材料制成的过滤器件。由于其厚度和弯曲通路过滤技术，这些过滤器有时候需要相对高的可透性膜压，也就是透过过滤器，以顺利流过过滤器。

与深度过滤器不同，另一种众所周知的过滤器使用相对薄的滤膜，这种膜典型是有极小的孔径。这种膜广泛应用于医学和工业领域。例如，这种具有极小低至0.22微米孔径的膜用于从液体，如静脉内溶液中过滤细菌和其它物质。这种微孔过滤器也用于从液体血浆中分离人体血细胞组分(红细胞、白细胞和血小板)，在液体血浆中各组分是悬浮的。一种用于这种血液组分分离的著名装置是伊利诺斯州(Illinois)Deerfirld市巴克斯特卫生保健公司出售的Autopheresis-C 分离器。

尽管极小孔径滤膜一般令人满意，但其趋向于有有限的孔隙率， 仅主要依据尺寸进行区分，并且有时由于膜表面的阻塞而受到流速下降的不利影响。此处使用的“孔隙率”是指由孔构成的膜表面的部分或百分数。它也称作膜的“透明度”。高孔隙率或透明度的滤膜，也就是其表面的大部分由孔构成的滤膜倾向于在给定的可透性膜压下，允许以比较低孔隙率或透明度的滤膜，也就是其表面小部分由孔构成的滤膜，更高的流动速率流过滤膜。

新近人们进行了一些努力，目的是开发具有精确孔径和形状的滤膜以增强其区分能力，例如，尤其是在微米或亚微米级用于分离细胞和细胞组分。这样的过滤器在血细胞或其它类型的细胞的相互分离或从血细胞悬浮其中的液体(含血细胞的血浆)中分离血细胞或其它类型的细胞有特殊的用途，但不限于这些用途。

但是具有微米或更小等级孔径的过滤器经常有明显的局限性。一种这样的微孔膜称为“微蚀刻”膜。微蚀刻膜具有统一的微米级直径的洞或孔，用于根据粒子大小来进行区分。但是微蚀刻膜典型具有低孔隙率，这限制了处理量或过滤速率。

例如，微蚀刻的过滤器，其孔隙率约为2％和6％或7％。试图增加微蚀刻滤膜孔隙率经常导致二连洞或三连洞，这些洞部分重叠并因此降低了滤膜的区分能力。要想避免二连洞或三连洞，一般微蚀刻膜的孔隙率限制在约7％或更低。

除了低孔隙率，微蚀刻膜还有其它缺点。微蚀刻膜只有圆孔，因此它不适合用于区分非圆形颗粒。

最近，有人建议使用光刻微细加工或类似的显微机械加工技术以得到具有精确孔径和形状的孔的滤膜。例如，USP 5,651,900公开了一种由无机材料，如硅制造的粒子过滤器，适用于高温和苛刻的溶剂。该过滤器具有通过互连元件精密控制的孔径，并有可选择的加强肋条。

有人还建议使用精确孔径的过滤膜，如用于将一种血细胞同其它种类分离。美国专利申请序列号为719,472，于1996年9月25日提出申请，并在此处引作参考的标题为“用于过滤医学和生物流体悬浮液等的方法和仪器”描述了具有精确微米级和精确形状的孔的滤膜，例如可用于将人血中白细胞与红细胞分离。

然而，经验证明通过微刻、显微机械加工或类似的方法制造微结构，如单层滤膜，会受到一些限制。例如，作为“经验法则”，孔的直径或最大横向尺寸不能小于膜厚度的约1/2或1/3。因此，极小的孔径，如1微米或更小，就需要厚度为2-3微米或更小的极薄的膜。它的倒数通常叫做“纵横比”，一般是指厚度不能比孔径大2-3倍。但是如此薄的膜一般来说是很脆的，并且对于微孔滤膜的众所周知的用途它的强度也不够高。

一个公知的应用是在Illinois Deerfield的巴克斯特卫生保健公司出售的Autopheresis-C 血浆取出装置中。Schoendorfer的USP5,194,145中有对此装置的详细描述，在此引作参考。Autopheresis-C 分离器把微孔滤膜安装在一个有固定外壳的旋转转子上。正如上述专利中描述的那样，这样的装置在从血细胞悬浮的血浆中分离血细胞特别有效。但是，在这种装置中使用的微孔滤膜必须是有弹性的并且能够经受在这种分离体系中遇到的高旋转速度、剪切力和可透性膜压。