專利名稱：微過濾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微過濾裝置。微過濾器是表示該過濾器的小孔是亞微米級(jí)的。用有機(jī)聚合物和無機(jī)材料制成的微過濾器都可經(jīng)市售得到。無機(jī)材料微過濾器優(yōu)于有機(jī)聚合物微過濾器之處在于它具有較好的抗各種化學(xué)制品的能力，具有較好的熱穩(wěn)定性，這種性能對(duì)于消毒處理場(chǎng)合尤其為重要，在給定的微孔孔徑情況下，通常便于控制微孔孔徑和具有較高的流動(dòng)強(qiáng)度。本發(fā)明是涉及無機(jī)材料微過濾器而不涉及有機(jī)材料微過濾器。
過濾器設(shè)計(jì)通常綜合考慮兩個(gè)重要特征微孔孔徑，它決定著可被過濾器保留的懸浮細(xì)粒材料的最小粒子;和流動(dòng)強(qiáng)度，即在規(guī)定條件下過濾器單位面積的流量。當(dāng)然，流動(dòng)強(qiáng)度隨微孔孔徑成反比變化。但流動(dòng)強(qiáng)度也隨微孔長(zhǎng)度成反比變化，因此，通常要求制成盡可能短的細(xì)孔，即使過濾器的細(xì)孔部分盡可能薄些。
由于非常薄的膜片是易損壞的，許多人曾試圖設(shè)計(jì)一種用一層較堅(jiān)固的厚些多孔膜片支撐一層薄的微孔膜的復(fù)合膜片。假如多孔膜片的小孔不是太大，所使用的微孔膜可以橋接這些小孔，在正常使用中不會(huì)開裂。其結(jié)果形成一種非對(duì)稱膜片。文獻(xiàn)中介紹了許多有關(guān)非對(duì)稱無機(jī)材料膜片的實(shí)例，所述文獻(xiàn)包括歐洲專利申請(qǐng)040282號(hào);歐洲專利申請(qǐng)136937號(hào);歐洲專利申請(qǐng)144097號(hào)·歐洲專利申請(qǐng)178831號(hào);歐洲專利申請(qǐng)188950號(hào);歐洲專利申請(qǐng)242208號(hào);美國(guó)專利4562021號(hào);美國(guó)專利4689150號(hào)。這些非對(duì)稱膜片具有一個(gè)帶較大孔的層系從一個(gè)表面上伸展，而與它相連接的一個(gè)帶較小孔的層系從另一表面上伸展。根據(jù)這一設(shè)想，較小孔部位是由較大孔部位支撐著，當(dāng)采用這種非對(duì)稱膜片作為過濾器時(shí)，總是將較小孔部位置于上游端一側(cè)。
美國(guó)專利4629563號(hào)介紹了一種帶表層側(cè)和支撐側(cè)的有機(jī)聚合物非對(duì)稱微孔膜片，并指導(dǎo)使用者當(dāng)采用這種膜片作為過濾器時(shí)要將支撐側(cè)面向上游端。
在市場(chǎng)上銷售的商標(biāo)為ANOTOP的Anotec分離器系列一次性使用的注射器過濾器包括非對(duì)稱無機(jī)材料過濾膜片。盡管總的來說這種過濾器是成功的，但在流動(dòng)強(qiáng)度和過濾效率以及在過濾器堵塞之前它能夠過濾的液體量方面都還有改進(jìn)的余地。
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種帶有殼體的微過濾裝置，該殼體具有進(jìn)入口和排出口，并構(gòu)成液體通道，兩個(gè)串聯(lián)的過濾器橫過上述通道設(shè)置，其中第一過濾器是預(yù)過濾器，第二過濾器是一個(gè)帶有多孔連接兩個(gè)表面的無機(jī)材料膜片，靠近第一表面的小孔直徑大于靠近第二表面的小孔直徑，第一表面位于膜片的上游端一側(cè)。
本發(fā)明的另一方面是提供一種處理含有懸浮材料的液體的方法，該方法包括使液體通過本文所描述的微過濾裝置。
本發(fā)明源于以下新發(fā)現(xiàn)，即兩種特征的結(jié)合導(dǎo)致在各個(gè)方面出現(xiàn)意想不到的改進(jìn)的過濾器性能。第一特征是采用預(yù)過濾器，它的功能是去除較粗的顆粒材料，不然會(huì)堵塞主過濾器。因此，預(yù)過濾器的小孔尺寸要比主過濾器大一些。預(yù)過濾器的性能不是重要因素，并已發(fā)現(xiàn)以采用厚度為0.2至5毫米，最好是0.4至2毫米，而孔徑為0.2至5微米，最好是0.4至1微米的過濾器為宜。預(yù)預(yù)過濾器可以由有機(jī)的或無機(jī)的或金屬材料制成。如采用玻璃纖維制成的迂回通道過濾器都是適用的。
第二個(gè)特征是采用一種帶有較小孔部位面向下游端一側(cè)而不是上游端一側(cè)的無機(jī)材料非對(duì)稱膜片。該非對(duì)稱膜片最好是陽極氧化鋁膜片，例如可以采用上述歐洲專利申請(qǐng)178831號(hào)中所介紹的方法制成的膜片。根據(jù)該說明書所介紹的陽極氧化鋁膜片具有從一個(gè)表面上伸展的較大孔的層系和與它互相連接的從另一表面伸展的較小孔的層系。將鋁金屬基板陽極化制成該膜片，然后以一定速率降低所施加的電壓，可以采用連續(xù)地，也可以采用一點(diǎn)一點(diǎn)地逐漸降低到最好低于15V的電壓值，使氧化膜片得以部分或完全還原，并從基板上分離氧化膜片。這種類型的非對(duì)稱膜片可以市售得到，商標(biāo)為“ANODISC”。通常較小孔層系上的小孔尺寸其最小直徑至少是2nm，但要小于較大孔層系孔徑的一半，例如5至150nm。就用于本發(fā)明的膜片而言，其最小孔徑最好為30至120nm。
換言之，第二過濾器可以是陽極氧化鋁膜片，由于貫穿該膜的小孔是錐形孔，其靠近第一表面的直徑要比靠近第二表面的直徑大些，因此該膜片是非對(duì)稱的。
或者說，第二過濾器可以是一種復(fù)合膜片，它包括多孔無機(jī)材料膜片〔如陽極或帶式鑄件(fape-cast)〕和復(fù)在其一表面上用溶膠-凝膠技術(shù)制成的微孔無機(jī)材料薄膜。這種復(fù)合膜片在上述各專利中都介紹過，其中，尤其是歐洲專利申請(qǐng)242208號(hào)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
第一和第二過濾器最好都采用無機(jī)材料和非金屬材料制成。過濾器中任一個(gè)或兩個(gè)均可以常規(guī)方式圍繞其圓周邊或者通過其整個(gè)面積進(jìn)行支撐。例如，在最新式ANOTOP型過濾裝置中，可以采用一種塑料制成的波紋形多孔支撐器，將過濾器粘接在波紋的頂部。兩個(gè)過濾器可以在殼體內(nèi)保持分離狀態(tài)，以它們之間的空隙容納液體;或者該第一過濾器可以采用或不采用墊片裝置簡(jiǎn)單地靠在第二過濾器的上游端一側(cè)的表面上。該殼體最好是構(gòu)成一個(gè)一次性使用的手握注射器過濾裝置。為此，可以采用例如借助于路厄鎖定器(luerlock)的進(jìn)入口以接受來自手動(dòng)注射器的流體;并可采用一排出口以容納一個(gè)皮下注射器針頭。殼體可以由塑料如聚丙烯制成。在一個(gè)替換型裝置中，具有多個(gè)并聯(lián)過濾單元，每個(gè)單元帶有第一和第二過濾器，如同常規(guī)的疊盤筒形過濾器。
該過濾裝置用于處理含懸浮材料的液體，特別是處理含有以稀釋或濃縮形式存在的各種生物流體，如血清、血漿、尿、奶等。本發(fā)明提出的一個(gè)特殊問題是從血清中去除支原體。支原體的去除是非常困難的，因?yàn)橹гw缺失堅(jiān)固的細(xì)胞壁，因此在壓力和擠壓作用下會(huì)變形而通過常規(guī)的0.2微米聚合物的細(xì)菌過濾膜片。組織培養(yǎng)液的支原體感染是非常嚴(yán)重和昂貴的。此外，組織培養(yǎng)液由于其粘性并含有粒子易于導(dǎo)致膜片堵塞，因而難以過濾。采用本發(fā)明，這些問題均可克服。
參看附圖
，圖中表示本發(fā)明過濾裝置的軸向剖視圖。該裝置包括一個(gè)帶有進(jìn)入口11和排出口12的殼體10，整個(gè)構(gòu)成液體通路。兩個(gè)串聯(lián)的過濾器橫過此通路設(shè)置，其中，一個(gè)預(yù)過濾器13和一個(gè)無機(jī)材料膜片14、15，其具有較大孔的層系14從第一表面上伸展，與之相互連接的具有較小孔的層系從第二表面上伸展。第一表面位于此膜片的上游端一側(cè)。殼體可以是圓形截面或者也可以是相似的截面形狀，如六角形或八角形。兩個(gè)過濾器都是用本專業(yè)領(lǐng)域眾所周知的方法沿其圓周邊密封在殼體內(nèi)。進(jìn)入口11示出具有一個(gè)安裝到注射器上用的路厄鎖定器16。
下述實(shí)例用以說明本發(fā)明，在這些實(shí)例中，第二過濾器是按照歐洲專利申請(qǐng)178831號(hào)所介紹的方法制造的一種非對(duì)稱陽極氧化鋁膜片。在該層系上的孔或較大孔的直徑為0.2微米，而較小孔層系的孔徑為0.1微米。
實(shí)例1將經(jīng)凈γ射線輻照的母胎牛血清(來自商業(yè)貨源)通過過濾裝置，該裝置除了未設(shè)置預(yù)過濾器13外，如附圖所示。在輸出3至4滴(在10毫升注射器上施以最大手動(dòng)壓力)后，該膜片過濾器就被堵塞。采用上述過濾裝置并帶有一個(gè)無粘結(jié)劑的玻璃纖維預(yù)過濾器〔WhatmanGF/F〕，在相同條件下，該過濾裝置可以通過8.5毫升血清。
采用通常用于組織培養(yǎng)介質(zhì)的10%血清，則帶預(yù)過濾器的過濾裝置可以通過120毫升這種介質(zhì)，而不用預(yù)過濾器時(shí)只能通過10毫升。
實(shí)例2含有非對(duì)稱陽極膜片而不帶預(yù)過濾器的一次性使用注射器過濾裝置，利用含有濃度為6.4×104/毫升的支原體細(xì)菌的組織培養(yǎng)肉湯進(jìn)行膜片定向的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。測(cè)量在0.6Mpa壓力下使5毫升這種培養(yǎng)液通過過濾裝置的時(shí)間。還測(cè)定過濾過程中所濾除的支原體的數(shù)目。
倒置的非倒置的(小孔部位置于下游端一側(cè))(小孔部位置于上游端一側(cè))時(shí)間(5毫升)5秒165秒去除效率(%)100100對(duì)于含細(xì)顆粒的液體，采用倒置的膜片并使用預(yù)過濾器，在較高要求(例如107/毫升)下可改善流率并提高效率。
實(shí)例3對(duì)含有以較大孔表面面向上游端一側(cè)的非對(duì)稱陽極膜片的一次性使用注射器過濾裝置，利用含有口服濃度為1.3×105/毫升支原體的組織培養(yǎng)肉湯進(jìn)行帶預(yù)過濾器和不帶預(yù)過濾器的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在每次實(shí)驗(yàn)中，以10毫升液體通過過濾裝置。采用不帶預(yù)過濾器的裝置時(shí)，支原體的濾除效率為99.96%。采用帶預(yù)過濾器的裝置時(shí)，其濾除效率為99.99%。采用預(yù)過濾器可使通過該過濾裝置的微生物的數(shù)目降低到四分之一。
權(quán)利要求
1.一種包括殼體的微過濾裝置，該殼體帶有進(jìn)入口和排出口并形成液體通路，兩個(gè)串聯(lián)的過濾橫過該通路設(shè)備，其特征在于-第一過濾器是預(yù)過濾器，-第二過濾器是帶有由若干小孔連接兩個(gè)表面的無機(jī)材料膜片，靠近第一表面的小孔直徑大于靠近第二表面的小孔直徑，該第一表面位于該膜片的上游端一側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的微過濾器，其特征在于該第二過濾器是一個(gè)具有由較大孔層系從第一表面伸展和與它相互連接的較小孔層系從第二表面伸展的無機(jī)材料膜片，該第一表面位于該膜片的上游端一側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的微過濾裝置，其特征在于無機(jī)材料膜片是一種非對(duì)稱陽極氧化鋁膜片。
4.如權(quán)利要求1所述的微過濾裝置，其特征在于在陽極氧化鋁膜片的較小孔層系內(nèi)，小孔的最小直徑為5至150nm。
5.如權(quán)利要求4所述的微過濾裝置，其特征在于最小直徑為30至120nm。
6.如權(quán)利要求1所述的微過濾裝置，其特征在于進(jìn)入口是用以接受來自手動(dòng)注射器的液體。
7.如權(quán)利要求1所述的微過濾裝置，其特征在于預(yù)過濾器是由玻璃纖維制成的。
8.一種處理含有懸浮材料的液體的方法，該方法包括將液體通過一個(gè)帶有殼體的微過濾裝置，該殼體具有進(jìn)入口和排出口并形成液體通路，兩個(gè)串聯(lián)的過濾器橫過該通路設(shè)置，其特征在于-第一過濾器是預(yù)過濾器，-第二過濾器是一個(gè)具有由許多小孔連接兩個(gè)表面的無機(jī)材料膜片，靠近第一表面的小孔直徑大于靠近第二表面的小孔直徑，該第一表面位于該膜片的上游端一側(cè)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該液體是生物液體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該生物液體是血清。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該懸浮材料是支原體。
全文摘要
一種適用于從生物液體中去除微生物如支原體的微過濾裝置是由兩個(gè)串聯(lián)的過濾器組成。第一過濾器是預(yù)過濾器。第二過濾器是一個(gè)多孔非對(duì)稱無機(jī)材料膜片，其中靠近一個(gè)表面的小孔直徑大于靠近另一表面的小孔直徑，較大孔的表面位于面向上游端一側(cè)。
文檔編號(hào)B01D61/18GK1041706SQ8910789
公開日1990年5月2日 申請(qǐng)日期1989年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月10日
發(fā)明者理查德·威廉·菲爾波特 申請(qǐng)人:艾爾坎國(guó)際有限公司