一种聚合物膜的改性方法、改性的聚合物膜及过滤装置与流程

本发明属于生物制药领域，具体涉及一种聚合物膜的改性方法、改性的聚合物膜及过滤装置。

背景技术：

1、基于膜的过滤技术由于其低温工艺特性、高分离效率和成本效益，已成为生命科学中分离和纯化蛋白质的有效解决方案之一。但是，蛋白质与滤膜吸附是一个长期存在的问题，不仅会导致膜的通量降低，还会导致操作成本的上升和产品产量损失等。此外，滤膜的性能除了蛋白质吸附，还需根据过滤应用的要求，具有苛性碱稳定性、高压灭菌稳定性与伽马灭菌稳定性，而且滤膜的机械性能还应满足用于制造过滤器的折叠要求。

2、现有的技术主要通过交联剂与单体的交联反应来改善滤膜的性能以降低滤膜与蛋白质的吸附。其中，交联剂是指具有两个或两个以上可反应的官能团的化合物，所述官能团包括但不限于乙烯基(双键)、羟基、酰胺基、胺基等；单体为在结构中具有单一官能团的化合物，包括但不限于乙烯基(双键)、羟基、酰胺基、胺基等。

3、为了降低蛋白质吸附，hou等人在美国专利no.4921654中公开了一种制备具有羟基、巯基羧基或氨基官能团的改性微孔膜的方法。该专利公开了采用甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)接枝到聚合物上，然后与丙烯酸3-羟丙基酯(hpa)反应完成改性的表面接枝工艺，该专利不使用交联剂,该专利没有提及膜的苛性碱稳定性，也没有评估伽马灭菌或高压灭菌对蛋白质吸附的影响。

4、gsell在美国专利no.4906374中公开了一种通过辐射诱导对聚酰胺多孔基材进行表面改性方法。该专利公开了至少含有一个羟基的单体的方案，但没有提及交联剂。该专利没有提及膜的苛性碱稳定性，也没有评估伽马灭菌或高压灭菌对蛋白质吸附的影响。

5、在另一个美国专利no.4964989中，gsell提出一种亲液性的多孔聚合物基材，该基材具有聚合物涂层以给予对含酰胺基团的材料的低亲和力。在美国专利no.5019260中提出了对pvdf膜进行改性的相似的工艺。在这两种情况下，采用了具有多个羟基的单体和一种交联剂对膜改性，但没有提及膜的苛性碱稳定性，也没有评估伽马灭菌或高压灭菌对蛋白质吸附的影响。

6、steuck在美国专利no.4944879中公开了一种通过电子束辐照，采用一种单体和一种交联剂或一种单体与预涂覆的中间聚合物对复合多孔膜进行表面改性的方法。该专利要求保护的单体包括丙烯酸羟烷基酯或甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺、极性或功能取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。该专利没有提及膜的苛性碱稳定性，也没有评估伽马灭菌或高压灭菌对蛋白质吸附的影响。

7、charkoudian等人(us20030077435a1、ep1779922a1、美国专利no.7284668b2、美国专利申请us2012/028630a1)首先要求保护一种采用包括两种单体和一种交联剂的三元共聚物系统制备在生物分子抗性表面具有热稳定性的清洁的耐腐蚀的多孔膜的方法。此外，其中一种要求保护的单体为双丙酮丙烯酰胺，它不具有强腐蚀性稳定性，安全数据表(sds)将其列为“与强碱和强氧化剂不相容”。

8、thom等人在美国专利2011/0244215a1和no.9045602b2中公开了一种通过电子束交联，采用不含交联剂的低聚物制备微孔膜的方法。该改性膜具有低蛋白质吸附，但该专利中使用的电子束的剂量非常高(50～200kgy，要求保护范围为1～300kgy)，并且没有提及苛性碱稳定性和可折叠性评估，也没有提及高压灭菌或伽马灭菌对蛋白质吸附性能的影响。

9、综上所述，在现有的改性技术中，只采用了一种交联剂和一种或多种单体反应的技术路线，由于丙烯酸类化合物苛性碱性稳定性差，大部分改性的膜的苛性碱稳定性差从而导致膜的性能急剧降低。charkoudian在us7648034里提到当把膜浸泡在ph＝13的氢氧化钠溶液中仅两个小时后，膜的水通量降低了75％。

10、有鉴于此，有必要提供一种采用两种交联剂进行改性以使改性的膜具有低蛋白质吸附，同时具有苛性碱稳定性、高压灭菌稳定性与伽玛灭菌稳定性的聚合物膜的改性方法，以获得高性能的改性的聚合物膜。

技术实现思路

1、为了克服现有技术缺陷，本发明的一个目的是提供一种聚合物膜的改性方法，本发明的另一个目的是提供一种改性的聚合物膜，本发明的再一个目的是提供一种过滤装置。为达到上述目的，本发明采用的技术方案以下：

2、本发明的一个方面提供一种聚合物膜的改性方法，包括以下步骤：

3、用交联剂溶液预润湿聚合物膜，所述交联剂溶液包括第一交联剂与第二交联剂；

4、对预润湿后的聚合物膜进行辐照，引发所述第一交联剂、第二交联剂在所述聚合物膜上发生交联反应；或引发所述第一交联剂、第二交联剂、所述聚合物膜之间发生交联反应；

5、冲洗交联反应后的聚合物膜并干燥，得到改性的聚合物膜。

6、优选地，所述聚合物膜、第一交联剂、第二交联剂经过辐照分别产生自由基，所述自由基之间发生交联反应，从而在所述聚合物膜的表面和本体形成3d交联网络。

7、优选地，所述第一交联剂、第二交联剂经过辐照分别产生自由基，所述自由基之间发生交联反应，从而在所述聚合物膜的表面和本体形成3d交联网络。

8、优选地，所述第一交联剂为含两个或两个以上的第一活性反应基团的亲水性有机化合物。

9、优选地，所述第一活性反应基团为双丙烯酰胺类基团。

10、优选地，所述第一活性反应基团为甲叉双丙烯酰胺、乙叉双丙烯酰胺中的至少一种。

11、优选地，所述第二交联剂为含有两个或两个以上的第二活性反应基团的亲水性有机化合物。

12、优选地，所述第二活性反应基团为丙烯酸酯类基团。

13、优选地，所述第二活性反应基团包括至少两个丙烯酸酯键。

14、优选地，所述第一交联剂浓度为0.3-0.8wt％，所述第二交联剂浓度为1.0-3.0wt％。

15、优选地，所述对预润湿后的聚合物膜进行辐照为，采用电子束、x射线、紫外线、伽马射线、等离子体、热能中的至少一种对所述预润湿后的聚合物膜进行辐照。

16、优选地，所述电子束的剂量为10-50kgy。

17、优选地，所述冲洗采用醇类溶液。

18、优选地，完成所述冲洗后，用蒸馏水交换所述醇类溶液。

19、优选地，当所述聚合物膜为疏水膜时，所述交联剂溶液还包括低分子醇水溶液。

20、优选地，所述聚合物膜为微孔膜。

21、优选地，所述聚合物膜为聚砜、聚醚砜、聚芳基砜、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、乙酸纤维素、硝酸纤维素、聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物之一或多个的共聚物或混合物制备而成。

22、优选地，所述改性的聚合物膜的蛋白质吸附量小于等于55μg/cm2。

23、优选地，所述改性的聚合物膜的润湿时间小于等于5秒。

24、优选地，所述改性的聚合物膜比所述聚合物膜的水通量与泡点值的变化均小于等于20％。

25、优选地，所述改性的聚合物膜具有苛性碱稳定性。

26、优选地，所述改性的聚合物膜经过苛性碱消毒后，润湿时间小于等于5秒，水通量与泡点值的变化均小于等于20％，蛋白质吸附量小于等于55μg/cm2。

27、优选地，所述改性的聚合物膜具有高压灭菌稳定性。

28、优选地，所述改性的聚合物膜经过高压灭菌后，润湿时间小于等于5秒，水通量与泡点值的变化均小于等于20％，蛋白质吸附量小于等于55μg/cm2。

29、优选地，所述改性的聚合物膜经过伽马灭菌后，润湿时间小于等于5秒，水通量与泡点值的变化均小于等于20％，蛋白质吸附量小于等于55μg/cm2。

30、本发明的另一个方面提供一种改性的聚合物膜，采用如前述的聚合物膜的改性方法对聚合物膜改性获得所述改性的聚合物膜。

31、优选地，所述聚合物膜为微孔膜。

32、优选地，所述聚合物膜为聚砜、聚醚砜、聚芳基砜、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、乙酸纤维素、硝酸纤维素、聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物之一或多个共聚物或混合物制备而成。

33、优选地，所述改性的聚合物膜的蛋白质吸附量小于等于55μg/cm2。

34、优选地，所述改性的聚合物膜的润湿时间小于等于5秒。

35、优选地，所述改性的聚合物膜比所述聚合物膜的水通量与泡点值的变化均小于等于20％。

36、优选地，所述改性的聚合物膜具有苛性碱稳定性。

37、优选地，所述改性的聚合物膜经过苛性碱消毒后，润湿时间小于等于5秒，水通量与泡点值的变化均小于等于20％，蛋白质吸附量小于等于55μg/cm2。

38、优选地，所述改性的聚合物膜具有高压灭菌稳定性。

39、优选地，所述改性的聚合物膜经过高压灭菌后，润湿时间小于等于5秒，水通量与泡点值的变化均小于等于20％，蛋白质吸附量小于等于55μg/cm2。

40、优选地，所述改性的聚合物膜具有伽马灭菌稳定性。

41、优选地，所述改性的聚合物膜经过伽马灭菌后，润湿时间小于等于5秒，水通量与泡点值的变化均小于等于20％，蛋白质吸附量小于等于55μg/cm2。

42、优选地，所述改性的聚合物膜应用于过滤装置。

43、本发明的再一个方面提供一种过滤装置，包括外壳，所述外壳具有流体入口与流体出口，所述外壳内设有如前述的改性的聚合物膜。

44、本发明的聚合物膜的改性方法，采用两种交联剂对聚合物膜进行改性，在聚合物膜的表面和本体形成3d网络，得到改性的聚合物膜。本发明的改性的聚合物膜具有低蛋白质吸附、苛性碱稳定性、高压灭菌稳定性与伽马灭菌稳定性，同时保留了整体机械性能，能满足用于过滤器制备的可折叠性。本发明的聚合物膜的改性方法、改性的聚合物膜，具有较高的实用价值和有益效果。