[发明专利]含有纳米纤维的复合材料结构

说明书

交叉引用的相关申请

本申请要求2011年4月1日提交的美国临时专利申请No.：61/470705的优先权，其整个内容在此通过引用并入。

发明内容

发明领域

本发明通常涉及液体过滤介质。在某些实施方案中，本发明提供复合材料液体过滤平台以及使用该平台和制造该平台的方法，用于将微生物从过滤的液体中截留。

发明背景

已经使用各种方法例如熔喷、静电纺丝和电吹（electroblowing）将合成聚合物形成了非常小的直径(即，直径处于几微米(μm)或更低的量级)的纤维的网。这样的网表现出能够用作液体阻挡材料和过滤器。通常将它们与更强的基底组合来形成复合材料。

复合材料多孔结构被广泛地用于过滤和分离应用中。作为此处使用的术语“复合材料”表示将两个或更多个不同孔尺寸、孔形态和/或材料的膜的组合用于产生最终的复合材料多孔结构。

在例如膜过滤中，复合材料可以包含两个或更多个明显不同孔结构的多孔层。通过在复合材料过滤膜中组合两个或更多个明显不同孔结构的多孔材料层，能够实现过滤效率、通过量和机械坚固性的明显提升。作为例子，复合材料可以如下来形成：将分别制造的多孔材料随后层合，将第二或者更多的层流延到预成型的第一层上，将两个或更多个预成型的层层合在一起，或者通过同时共同形成两个或更多个层，如EMD Millipore Corporation的美国专利No.7229665所教导的那样。

生物药制造业一直在寻求流水线生产的方式，组合和消除步骤，和降低加工每个批次的药物物质所需的时间。同时，市场和法规的压力驱使生物药制造商降低它们的成本。因为细菌、支原体和病毒的除去占了药物物质净化总成本的主要百分比，因此非常需要提高多孔膜的过滤通过量和降低净化加工时间的方案。

由于引入新的预过滤介质和细菌、支原体和病毒的截留过滤器(retentive filter)的通过量的相应提高，供料流的过滤变成通量受限制的。因此，细菌、支原体和病毒的截留过滤器的渗透性的显著改善将直接对细菌、支原体和病毒过滤步骤的成本产生有益的影响。

液体过滤中所用的过滤器通常可以分为含纤维的非织造介质过滤器或者多孔薄膜膜过滤器。

多孔薄膜膜液体过滤器或者其他类型的过滤介质可以无载体使用或者与多孔基底或载体一起使用。多孔薄膜液体过滤膜(其典型的孔尺寸小于多孔含纤维非织造介质)可以用于：

(a)微滤(MF)，其中从液体过滤的微粒典型地是大约0.1μm至大约10μm；

(b)超滤(UF)，其中从液体过滤的微粒典型地是大约2纳米(nm)至大约0.1μm；和

(c)反渗透(RO)，其中从液体过滤的微粒物质典型地是大约至大约1nm。

逆转录酶病毒截留性膜通常被认为是处于超滤膜的松散端。

高渗透性和高可靠性截留是液体过滤膜中所期望的两种参数。但是，在这两种参数之间存在着折衷，并且对于相同类型的液体过滤膜来说，更大的截留性可以通过牺牲渗透性来实现。制造液体过滤膜的常规方法的固有限制阻止了膜超过某些孔隙率阈值，和因此限制了在任何给定孔尺寸能够实现的渗透性的数量级。

含纤维非织造液体过滤介质包括但不限于由纺粘的、熔喷的或者水刺的连续纤维形成的非织造介质；由梳毛过的短切纤维等等形成的水刺的非织造介质和/或其组合。典型的，液体过滤中所用的含纤维非织造介质过滤器的孔尺寸通常大于大约1微米(μm)。

非织造材料被广泛地用于制造过滤产品。褶状膜筒通常包括非织造材料作为排出层(例如参见美国专利No.6074869，5846438和5652050，每个属于Pall Corporation；和美国专利No.6598749，属于Cuno Inc，现在的3M Purification Inc.)。

非织造微孔材料也可以用作位于其上的相邻的多孔膜层的支持筛网，例如Billerica，MA的EMD Millipore Corporation的超滤膜。

非织造微孔材料也可以作为支持骨架来提高位于非织造微孔结构上的多孔膜的强度，例如同样获自EMD Millipore Corporation的Milligard^TM过滤器。