纳米纤维混合毛毡制造技术

本发明专利技术一般地涉及一种用于生物和化学分离以及其它应用方面的组合物。更具体地，本发明专利技术涉及一种由静电纳米纤维制成的具有高渗透性和高容量的混合毛毡。这种混合毛毡利用衍生纤维素和至少一个非纤维素基聚合物，通过将所述非纤维素基聚合物提升至一个适合的温度和/或通过所述非纤维素基聚合物的溶解能力将其从所述毛毡上移除，从而留下相比于单组分纳米纤维毛毡具有孔径更加统一及其他性能方面有所提高的多孔纳米纤维毛毡。

Nano fiber mixed felt

The present invention generally relates to a composition for biological and chemical separations and other applications. More specifically, the present invention relates to a mixed felt made of electrostatic nanofibers with high permeability and high capacity. This mixed use felt derivatized cellulose and at least one non cellulose based polymer, the non cellulose based polymer to a suitable temperature and / or by the non cellulose based polymer dissolving ability to remove it from the blankets, thereby leaving the porous nano fiber felt compared to single component nanoparticles fibre aperture is more uniform and other performance improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及一种用于生物和化学分离以及其它应用方面的组合物。更具体地，本专利技术涉及一种由纳米纤维制成的具有高渗透性和高容量的混合毛毡。专利技术背景超细纤维与纳米纤维膜，或“毛毡”，有在生物和工业应用领域有各种不同的用途。例如，毛毡在纺织加固，防护服，催化媒介，农业应用，环保、医疗、军事监测传感器，生物医学应用(例如生物分离、组织工程和伤口敷料)，电子应用(如电容器、晶体管和二极管)，和空间应用(例如太阳帆和空间反射镜后盾结构)等方面是很有用的。超细纤维与纳米纤维毛毡特别适合用于纯化生物物质，如蛋白质、核酸、碳水化合物、细菌、病毒、细胞及类似物。在包括液体和气体的所有流体应用中，它们是有用的。随着越来越多的生物制药被批准销售，生物制药医疗领域正在不断扩大。另外，基于生物学的诊断工具被广泛用于执行多种疾病状态的高通量、敏感诊断测试中。对于这两种治疗和诊断，生物物质(例如重组蛋白、单克隆抗体、病毒疫苗和核酸)必须高效率地生产和纯化以供使用。常规的纯化方法包括从使用的副产品和其它污染物中分离期望的生物物质，例如，包装微珠的吸附/层析、超滤和沉淀/结晶。这些常规的分离方法为很多生物学应用提供了足够的结果，但在产量、处理时间和纯度程度方面是有限的。这些限制主要是由于相对大的生物分子的缓慢的扩散速率，其限制了该物质(例如“目标物质”)被纯化时访问分离基质内的可用结合位点的能力。此外，这些系统被用于循环使用的次数是有限的，有的只能使用一次。离子交换(IE)和疏水性相互作用(HI)的吸附/层析是被广泛地用于生物物质分离中的更强大常规的两个分离技术的例子。它们总体一般是不太有效的相比于基于特定亲和的分离技术而言，例如基于抗体的分离，但如果分离条件是经过精心挑选的，对于从不需要的副产物和杂质中纯化许多靶物质，他们仍然是有用的。尽管基于亲和的吸附/层析比IE和HI可能更为有效，但制造它们通常是更加困难和昂贵的，由于生产和纯化生物配体的复杂度，例如单克隆抗体和核酸。这样的配体也往往对环境条件(如温度，pH，离子强度等)很敏感，并且可以很容易地变得恶化，使得吸附所需的亲和相互作用被破坏。此外，该结合相互作用有时难以破坏，在不存在可能减弱生物活性的苛刻条件和后来的使用目标物质和/或可重用的纯化介质的情况下。对生物物质的纯化是有用的膜已被描述(参见，例如，从可再生资源中获得产品附加值的生物处理，尚田洋、埃德，第7章)。近日，使用纳米直径纤维构造成的控制厚度的垫(即“纳米纤维毛毡”)的膜吸附/层析已经显示出其在生物分离使用中的巨大潜力(ToddJ.Menkhaus,etah,\Chapter3:ApplicationsofElectrospunNanofiberMembranesforBioseparations\,inHandbookofMembraneResearch.StephanV.Gorley,Ed.)。这种纳米纤维毛毡优于超细纤维毛毡，因为其孔尺寸、亲和特性以及其它性能标准可以更精确地控制。虽然先前描述的单组分纳米纤维毛毡提供了有希望的结果，但是它们往往比期望的效率较低，在毛毡的稳定性以及材料和时间要求方面。当目标物质以低浓度存在于起始材料中进行纯化，并且污染物和/或合成的副产物很丰富时，这种情况是尤其真实存在的。因此，这就存在一种改进毛毡稳定性和生物制品纯化效率的需求。下面公开的实施例满足这一需求。
技术实现思路
下面的简要概述提供了所要求保护的主题的一些方面的基本理解。此概述并非为广泛综述，且并不旨在标识关键/重要元素或划定所要求保护的主题的范围。其目的是为了以简化的形式呈现一些概念，作为序言在下面给出更详细的描述。在一个实施方案中，本专利技术是一种静电混合纳米纤维毛毡，其是由复合纳米纤维和单组分纳米纤维制成的。所述复合纳米纤维可以由衍生纤维素和第一非纤维素基聚合物的混合物静电纺丝，而所述单组分纳米纤维可以由第二非纤维素基聚合物静电纺丝，其中，所述第二非纤维素基聚合物与所述第一非纤维素基聚合物可以是相同或不同的。一般地，第一和第二非纤维素基聚合物是可以从纳米纤维毛毡中可区别地拆卸的，这意味着导致非纤维素基聚合物中的一种被除去以得到比其它(例如，可除去的10％的差异，或更多，如20％或50％)更大的程度的条件存在(或者使用溶剂或加热，或溶剂和加热的组合)。在复合纳米纤维中的衍生纤维素可以是纤维素有机酯、纤维素无机酯或烷基纤维素。纤维素有机酯可以是纤维素乙酸酯、纤维素三乙酸酯或纤维素丙酸酯。当衍生纤维素是纤维素无机酯时，它可以是硝酸纤维素和硫酸纤维素，和当它是烷基纤维素时，它可以是羟乙基纤维素或羧甲基纤维素。第一非纤维素基聚合物可以是合成的或天然的聚合物，如乙烯基聚合物、聚醚、丙烯酸类聚合物、聚酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸乙酯、多糖(例如淀粉或几丁质)、聚酰胺(例如蛋白或明胶)、聚丙交酯、聚乙交酯或其共聚物。在一个实施方案中，所述第二非纤维素基聚合物，其形成的单组分纳米纤维是一种合成聚合物，如乙烯基聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺，聚酯或其共聚物。在另一个实施方案中，本专利技术是一种制备上述纳米纤维毛毡的静电纺丝的方法，具体步骤如下：a)分别准备复合聚合物纺丝原液和单组分聚合物纺丝原液；b)将所述纺丝原液置于两个不同的喷丝头；c)用电极施加电压到每个纺丝原液；d)从喷丝头分别静电纺丝复合纳米纤维和单组分纳米纤维；以及e)收集固化纳米纤维作为随机覆盖或部分对齐的纳米纤维毛毡。形成的纳米纤维毛毡可以通过重新生成复合纳米纤维中的衍生纤维素(即将其转换回纤维素)被进一步处理。制备纳米纤维毛毡的方法还可以包括另外的步骤，即从所述复合纳米纤维中除去部分或全部的第一非纤维素基聚合物的。可替代地或者除了这些步骤，制备纳米纤维毛毡的方法还可以包括在纳米纤维毛毡中的一个或多个复合纳米纤维表面官能化的步骤。这种表面官能化可能需要附接亲和配体，其具有对特定靶分子的特异性亲和力以从流体中纯化。在另一个实施方案中，本专利技术是从流体中纯化生物分子的方法，说明步骤如下：a)根据所述方法制备一种纳米纤维毛毡；b)将流体通过所述纳米纤维毛毡，并从所述纳米纤维毛毡中获得生物分子。本专利技术的其它方面在本说明书其它地方找到。附图的简要说明图1是静电纺丝过程的示意性表示。专利技术详述本专利技术一般涉及混合毛毡，由静电纺丝纳米纤维组成，用于化学和生物分离。所述混合纳米纤维毛毡具有很高的分离能力，并提供在兼具高流动性和高压条件下的多个周期的可重复性能。这样的纳米纤维毛毡呈现复杂的相互关联的三维多孔结构和相对大的表面积。具体地，混合纳米纤维毛毡是由多于一种的聚合物类型组成的(即它们是“混合型”毛毡)。本专利技术的毛毡是由多于一种的聚合物类型组成的(即它们是“混合型”毛毡)。这包括由单组分纳米纤维和“复合”纳米纤维(例如，纳米纤维由两种或更多种材料的混合物制成)的组合制成的混合毛毡。对于“复合”纳米纤维，“主链聚合物”是一种衍生纤维素，并且所述第一非纤维素基聚合物能够从纤维/毛毡中通过将其暴露到，或高温和化学溶剂两者中被除去。在一些实施方案中，去除第一非纤维素基聚合物的同时将衍生纤维素转换回纤维素，即该纤维素是“再生”的。本专利技术的毛毡中的纳米纤维是通过电纺丝技术生产的。这指的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离方法，包括：a)通过一静电纺丝混合纳米纤维毡流动一流体，包含一种复合纳米纤维和一种单组分纳米纤维；其中，所述复合纳米纤维包括衍生纤维素与一种第一非纤维素类聚合物的混合物；其中，所述单组分纳米纤维包括一种第二非纤维素类聚合物；其中，所述第一和第二非纤维素类聚合物是可区别地从所述纳米纤维毡上移除的；以及b)从流体分离微粒。

【技术特征摘要】
1.一种分离方法，包括：a)通过一静电纺丝混合纳米纤维毡流动一流体，包含一种复合纳米纤维和一种单组分纳米纤维；其中，所述复合纳米纤维包括衍生纤维素与一种第一非纤维素类聚合物的混合物；其中，所述单组分纳米纤维包括一种第二非纤维素类聚合物；其中，所述第一和第二非纤维素类聚合物是可区别地从所述纳米纤维毡上移除的；以及b)从流体分离微粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离步骤是一个基于大小的分离。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分离步骤是一个基于吸附的分离。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于吸附的分离是一个离子分离，疏水性分离，或亲和分离。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微粒包括一个金属离子，一个蛋白质，一个核酸，或一个病毒中的一个或多个。6.根据权利要求5所述的方法，还包括一个步骤：c)从纳米纤维毡恢复所述微粒。7.根据权利要求1所述的方法，还包括一个步骤：c)通过一个第二纳米纤维毡流动所述流体；其中步骤a)的分离方法和步骤c)的分离方法是不同的。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：托德·门克豪斯，冯浩，
申请(专利权)人：纳米帕雷尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US