[發明專利]微孔濾膜、制造微孔濾膜的方法和使用微孔濾膜的分離器

無效

• 申請號: 00803368.4
• 申請日: 2000-12-05
• 公開（公告）號: CN1338970A
• 公開（公告）日: 2002-03-06
• 發明（設計）人: 詹姆斯·D·雅各布森
• 申請（專利權）人: 巴克斯特國際公司
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00;B01D67/00;B01D71/64
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王維玉,丁業平

發明領域

概括來講，本發明涉及微孔膜、制造微孔膜的方法和使用微孔膜的過濾或分離儀器。更具體地說，本發明涉及具有微米級的精確尺寸的微孔濾膜以及制造這種膜的方法和使用這種膜的儀器。

發明背景

按尺寸和/或形狀區分過濾器是眾所周知的。例如，一種過濾器提供了彎曲的通路，借助它粒子必須經導向以通過過濾器。這些過濾器有時候是指深度過濾器，一般使用由厚層纖維或其它材料制成的過濾器件。由于其厚度和彎曲通路過濾技術，這些過濾器有時候需要相對高的可透性膜壓，也就是透過過濾器，以順利流過過濾器。

與深度過濾器不同，另一種眾所周知的過濾器使用相對薄的濾膜，這種膜典型是有極小的孔徑。這種膜廣泛應用于醫學和工業領域。例如，這種具有極小低至0.22微米孔徑的膜用于從液體，如靜脈內溶液中過濾細菌和其它物質。這種微孔過濾器也用于從液體血漿中分離人體血細胞組分(紅細胞、白細胞和血小板)，在液體血漿中各組分是懸浮的。一種用于這種血液組分分離的著名裝置是伊利諾斯州(Illinois)Deerfirld市巴克斯特衛生保健公司出售的Autopheresis-C分離器。

盡管極小孔徑濾膜一般令人滿意，但其趨向于有有限的孔隙率，僅主要依據尺寸進行區分，并且有時由于膜表面的阻塞而受到流速下降的不利影響。此處使用的“孔隙率”是指由孔構成的膜表面的部分或百分數。它也稱作膜的“透明度”。高孔隙率或透明度的濾膜，也就是其表面的大部分由孔構成的濾膜傾向于在給定的可透性膜壓下，允許以比較低孔隙率或透明度的濾膜，也就是其表面小部分由孔構成的濾膜，更高的流動速率流過濾膜。

新近人們進行了一些努力，目的是開發具有精確孔徑和形狀的濾膜以增強其區分能力，例如，尤其是在微米或亞微米級用于分離細胞和細胞組分。這樣的過濾器在血細胞或其它類型的細胞的相互分離或從血細胞懸浮其中的液體(含血細胞的血漿)中分離血細胞或其它類型的細胞有特殊的用途，但不限于這些用途。

但是具有微米或更小等級孔徑的過濾器經常有明顯的局限性。一種這樣的微孔膜稱為“微蝕刻”膜。微蝕刻膜具有統一的微米級直徑的洞或孔，用于根據粒子大小來進行區分。但是微蝕刻膜典型具有低孔隙率，這限制了處理量或過濾速率。

例如，微蝕刻的過濾器，其孔隙率約為2％和6％或7％。試圖增加微蝕刻濾膜孔隙率經常導致二連洞或三連洞，這些洞部分重疊并因此降低了濾膜的區分能力。要想避免二連洞或三連洞，一般微蝕刻膜的孔隙率限制在約7％或更低。

除了低孔隙率，微蝕刻膜還有其它缺點。微蝕刻膜只有圓孔，因此它不適合用于區分非圓形顆粒。

最近，有人建議使用光刻微細加工或類似的顯微機械加工技術以得到具有精確孔徑和形狀的孔的濾膜。例如，USP?5,651,900公開了一種由無機材料，如硅制造的粒子過濾器，適用于高溫和苛刻的溶劑。該過濾器具有通過互連元件精密控制的孔徑，并有可選擇的加強肋條。

有人還建議使用精確孔徑的過濾膜，如用于將一種血細胞同其它種類分離。美國專利申請序列號為719,472，于1996年9月25日提出申請，并在此處引作參考的標題為“用于過濾醫學和生物流體懸浮液等的方法和儀器”描述了具有精確微米級和精確形狀的孔的濾膜，例如可用于將人血中白細胞與紅細胞分離。

然而，經驗證明通過微刻、顯微機械加工或類似的方法制造微結構，如單層濾膜，會受到一些限制。例如，作為“經驗法則”，孔的直徑或最大橫向尺寸不能小于膜厚度的約1/2或1/3。因此，極小的孔徑，如1微米或更小，就需要厚度為2-3微米或更小的極薄的膜。它的倒數通常叫做“縱橫比”，一般是指厚度不能比孔徑大2-3倍。但是如此薄的膜一般來說是很脆的，并且對于微孔濾膜的眾所周知的用途它的強度也不夠高。

一個公知的應用是在Illinois?Deerfield的巴克斯特衛生保健公司出售的Autopheresis-C血漿取出裝置中。Schoendorfer的USP5,194,145中有對此裝置的詳細描述，在此引作參考。Autopheresis-C分離器把微孔濾膜安裝在一個有固定外殼的旋轉轉子上。正如上述專利中描述的那樣，這樣的裝置在從血細胞懸浮的血漿中分離血細胞特別有效。但是，在這種裝置中使用的微孔濾膜必須是有彈性的并且能夠經受在這種分離體系中遇到的高旋轉速度、剪切力和可透性膜壓。