最佳网投垂直流过滤膜包的制作方法

1.本技术涉及过滤装置技术领域，具体涉及最佳网投垂直流过滤膜包。


背景技术：

2.在生物制品的生产、加工过程中，过滤装置具有重要的意义。对生物制品进行过滤可以采用径向流过滤和切向流过滤两种形式，传统径向流过滤中，液体流动方向和过滤方向一致，因此容易在过滤层表面形成滤饼，影响过滤效果，在大规模生产中有存在一定的限制。
3.相较于径向流过滤，切向流过滤的液体流动方向和过滤方向相互垂直，液体在流动过程中，通过剪切力在垂直于液体流动的方向上透过过滤层，进而实现过滤、浓缩或分离。由于在过滤过程中，附着于滤网上的滤渣会随滤网进液一侧的液体流动被冲刷至下游，不易在滤网表面堆积形成滤饼，因此其具有更好的过滤效果。
4.垂直流过滤膜包是最佳网投常用于切向流过滤的过滤元件，其常规结构包括依次堆叠的滤液单元和进液单元，以及用于固定上述结构的外部封胶。其中滤液单元包括过滤层-流道-过滤层的结构，进液单元为具有流道的筛网。当需要过滤的液体在筛网中流动时，剪切力会促使液体通过过滤层，进而将大分子物质保留在筛网中，实现分离和浓缩的效果。
5.过滤除病毒是生物材料制备，尤其是重组蛋白、抗体、核酸疫苗等产品的制备过程中必不可少的环节，通过除病毒过滤层对生产液体进行过滤，利用滤孔的排阻效应和吸附效应除去体系中的病毒。利用除病毒密保可以快速地对上述产品进行分离和纯化。
6.现有的过滤层包一般包括堆叠设置的滤液单元和进液单元，其中滤液单元包括滤液筛网和位于滤液筛网两侧的进液筛网，其中，滤液筛网和过滤层之间、进液筛网和滤液筛网之间的连接方式通常通过热压等方式进行连接。 例如，在专利cn217473177u专利中，指出滤液筛网和过滤层通孔之间采用第一封胶部粘合密封；所述进液单元和过滤单元通孔之间采用第一封胶部挤压密封；所述进液单元和过滤单元外围采用第二封胶部粘合密封。
7.上述方案在一般膜包中是可行的，但是用于除病毒的垂直流过滤膜包的膜层具有较小的过滤孔。而对于小孔径膜材料，硅胶等材料很难粘结，通过挤压或热压方法很难实现牢固的粘结，同时也存在较大的损伤过滤层的可能性，因此需要开发新的膜包结构。


技术实现要素：

8.本技术设计最佳网投垂直流过滤膜包，其内部结构稳定，层结构之间具有较好的粘结效果，且加工过程中对膜的损伤较少，有助于提高膜包的良品率和过滤效果。
9.本技术涉及的最佳网投垂直流过滤膜包包括如下结构：最佳网投垂直流过滤膜包，包括如下结构：
10.进液筛网，所述进液筛网上开设有第一进液孔和第一出液孔；
11.滤液筛网，所述滤液筛网上开设有第二进液孔和第二出液孔；
12.过滤层，所述过滤层具有进液面和出液面；
13.所述进液筛网和滤液筛网以交替堆叠设置，在任意两张相邻的进液筛网和滤液筛网之间均设置有过滤层，所述过滤层的进液面朝向与之相邻的进液筛网，出液面朝向与之相邻的滤液筛网；
14.进液面一侧的孔径大于所述出液面一侧的孔径，且所述过滤层进液面具有不小于200nm的sem平均孔径，具体的，可以具有200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、800nm、10000nm、1200nm、1500nm、2000nm的平均孔径；所述过滤层的进液面和与之相邻的进液筛网之间通过粘结层粘结，所述粘结层将第一出液孔和进液流道之间密封；
15.所述过滤层和滤液筛网之间具有压紧层，所述压紧层与过滤层之间通过弹性挤压的方式连接，所述第二进液孔和滤液流道之间通过压紧层密封处于方便粘结和安装的需求，在本技术中选用的过滤层会在进液面具有更大的孔径，在出液面具有更小的孔径，同时，在进液面一侧设置粘结层，其中粘结层为热固性胶结构，其在室温下具有较高的粘度，可以附着于进液筛网的表面且不易延进液筛网所在的平面快速铺设开来。而在升温后期粘度降低，可以通过过滤层的进液面渗入到过滤层的表面，进而将过滤层和进液筛网粘结在一起。通过进液筛网可以对过滤层进行支撑，其在与滤液筛网进行连接时，可以直接通过热压进行处理，而不易对滤液筛网产生损伤，进而提高了膜包加工的良品率。
16.在出液面一侧，在出液面和滤液筛网之间设具有弹性的压紧层，压紧层一般情况下具有小于粘结层的硬度，同时具有一定的弹性，弹性抵紧的结构可以有效地对流道进行密封，同时也可以通过压紧或其他方式实现过滤层和滤液筛网之间的连接，在已经通过粘结层固定过滤层和进液筛网之间的相对位置的基础上，弹性挤压和粘结层形成的共同密封固定结果较好，形成的膜包具有更好的完整性。
17.另外，在上述方案的基础上，可以理解的是，进液筛网-过滤层-滤液筛网的重复结构可以设置一组，也可以多组设置，在堆叠结构的边缘可以通过外封外部封胶对流道进行密封，形成密闭的体系用于过滤，两侧也可以通过设置不透液的中止层以减少液体通过膜包的两端溢出。
18.优选的，所述过滤层的自进液面向出液面方向，其截面在至少10μm的深度范围内具有不小于500nm的截面sem平均孔径，优选为至少在20μm的深度范围内具有不小于500nmn的截面sem平均孔径。
19.优选的，所述过滤层在垂直于过滤层所在平面的方向上，至少在10μm的深度范围内每μm厚度变化引起的截面sem平均孔径变化不超过30%，优选为在20μm的深度范围内每μm厚度变化引起的截面sem平均孔径变化不超过20%。
20.当需要粘结层渗透到过滤层中时，过滤层必须要具有较大的孔径，同时为了实现较好的粘结效果，孔隙必须有一定的深度，且其不能够极具变小，否则胶容易在截面上形成堆积，或延过滤层所在的平面铺展开，影响胶的渗入，进而影响粘结效果。
21.优选的，所述过滤层的进液面具有不小于35%的孔洞面积率。
22.孔洞面积率指在过滤层的表面，孔隙区域的面积占总面积的百分比，该项数值既影响液体的渗透效果，也影响粘结层对过滤层的粘结效果，对于具有更大孔洞面积率的过滤层，粘结层中的胶液可以更大面积且更均匀地渗入过滤层表面，其对过滤层的粘结牢固且均匀，提高了粘结性能的同时也减少了对过滤层强度的要求。
23.优选的，所述过滤层和进液筛网之间设置有第一支撑层。
24.第一支撑层可以起到支撑流道的作用，同时对于过滤层也具有一定的保护作用。在实际膜包的制备过程中，由于膜质地较软较脆，因此在加工过程中可能会出现折叠、破损、扭曲等现象，同时由于筛网质地相较于过滤层较硬，在加工过程中筛网若与过滤层贴合太近，也容易对过滤层表面产生一定的影响。因此申请人通过添加第一支撑层，对进液筛网和过滤层进行适度的隔离。第一支撑层可以选用无纺布等具有较大孔隙的材料，其对于液体流动的影响较小，粘结层可以在垂直于第一支撑层的方向上渗透穿过第一支撑层并与滤网进行粘结，也可以在第一支撑层上开设供粘结层透过的孔隙。上述结构可以实现对过滤层的保护，提高成品率，同时调节合适的流道，进而使膜包具有更佳的过滤效果。
25.优选的，所述第一支撑层上具有渗透区，所述粘结层渗穿透渗透区。
26.在该方案中，粘结层对过滤层进行固定的同时也对第一支撑层进行了定位，进一步提高安装和定位的准确性。在该方案下，第一支撑层一般需要具有大于进液筛网的孔隙，进而供粘结层流动并穿过支撑层。
27.在另最佳网投方案中，所述第一支撑层上在环绕第一出液孔的位置上具有镂空的第一让位区，所述粘结层透过第一让位区与过滤层粘结。
28.在该方案下，第一让位区一般以环绕第一进液孔的位置设置，其可以与第一出液孔设置成同心圆的形状，进而使粘结层可以更均匀地环绕在第一出液孔的周围，进而起到较好的密封效果。当选取的粘结层较难透过第一支撑层时，可以采用该方案，以实现较好的密封和固定。
29.在实际生产过程中，上述两种方案均可以选择，也可以采取并行的方式，即设置略大于第一出液孔的第一让位区，使得粘结层在靠近第一出液孔的位置通过第一让位区与过滤层粘结，并在第一让位区外侧形成透过第一支撑层的渗透区。
30.优选的，所述第一支撑层中具有镂空区，所述镂空区在进液筛网所在平面上的投影面积占进液筛网有效面积的40～90%。
31.在实际加工过程中发现，添加支撑层后，受到支撑层结构的影响，液体的流速会下降，进而影响到过滤的效率。通过设置镂空区可以再保留第一支撑层的支撑效果的同时，减少第一支撑层对液体流动的影响，可以有效提高过滤效果。
32.在上述技术方案中，进液筛网的有效面积指的是进液筛网中参与流道形成的面积，一般情况下，指进液筛网的总面积减去进液筛网周围因需要密封而封胶的面积和第一出液孔附近被粘结层密封的面积。镂空区在进液筛网所在平面上的投影面积占进液筛网有效面积越大，液体在膜包中的流动效果就越好。
33.优选的，所述第一支撑层的厚度为0.05～1.5mm。
34.优选的，所述滤液筛网和过滤层之间设置有第二支撑层，所述第二支撑层在环绕第二进液孔的区域具有镂空的供压紧层穿过的第二让位区，和/或所述第二支撑层上具有供压紧层透过的第二渗透区。
35.压紧层可以采用硅胶等质地较软、具有一定弹性形变的材料，在上下压紧的情况下，压紧层既可以支撑流道，也可以通过抵紧的方式提高密封性。一般情况下，过滤层的出液面具有较小的孔径，因此压紧层一般采用直接抵紧在滤液筛网和过滤层之间的方式对过滤层进行连接。在部分情况下，出液面也可以具有较大的孔径，或选用的压紧层和过滤层之间具有较好的粘结性，在该情况下，压紧层也可以粘结在过滤层的出液面上，但是上述两种
情况均需要压紧层具有一定的弹性。
36.在上述方案中，压紧层既可以直接透过第二支撑层，也可以穿过第二让位区与过滤层进行连接。与第一支撑层和粘结层之间的连接关系类似的，上述两种方案可以单独选取其中最佳网投，也可以两种并存。例如，第二让位区可以在环绕第二进液孔周围的位置形成与第二进液孔的同心圆形状，压紧层在第二让位区中穿过第二让位区，并在第二让位区边缘的位置穿过第二支撑层，进而实现较好的密封效果和较为平整的抵紧平面。
37.优选的，所述压紧层穿过第二支撑层后形成突出于第二支撑层所在平面的抵紧部。
38.在上述技术方案中，突出于第二支撑层的抵紧部可以提高密封效果，抵紧部可以环绕第二让位区设置，也可以在第二让位区内，当第二支撑层上不具有第二让位区时，也可以使抵紧部直接环绕在第二进液孔的周围，进而实现抵紧的效果。
39.抵紧部一般在突出于第二支撑层表面的方向上具有20～500μm的厚度，由于抵紧部具有一定的弹性，因此突出于第二支撑层的表面可以进一步提高压紧层的密封效果和对过滤层的保护效果，尤其是对于第二进液孔附近的位置，抵紧部可以减少其表面被第二支撑层破坏的现象，采用较大的压力进行压制，也不容易破坏过滤层和进液流道、滤液流道之间的结构，使膜包具有更好的良品率。
40.可选的，所述过滤层为单张独立的滤膜，所述滤膜具有15～25nm范围的pmi孔径。
41.可选的，所述过滤层包括若干堆叠设置的滤膜。
42.综上所述，本技术中制备得到的垂直流过滤膜包，充分考虑了垂直流过滤膜包中过滤层本身的结构特性，利用过滤层进液面上的大孔结构，采用粘结层对过滤层和进液筛网进行粘结，相较于传统膜包中先对过滤层和滤液筛网进行粘结的方式，具有更号的粘结效果和密封效果，提高了膜包的过滤效果和良品率。
附图说明
43.图1为实施例1中的垂直流过滤膜包外观结构示意图
44.图2为实施例1中膜包内进液筛网-过滤层-滤液筛网单元结构示意图；
45.图3为实施例1中进液筛网和过滤层之间的连接结构剖面示意图；
46.图4为实施例1中滤液筛网和过滤层之间的连接结构剖面示意图；
47.图5为实施例1中过滤层截面的sem电镜图（放大3000倍）；
48.图6为实施例6中膜包的结构示意图。
49.图中，1、外部封胶；2、进液筛网；21、第一进液孔；22、第一出液孔；3、滤液筛网；31、第二进液孔；32、第二出液孔；4、过滤层；41、进液面；42、出液面；43、第三进液孔；44、第三出液孔；5、第一支撑层；51、第一让位区；52、镂空区；53、第一通孔；6、粘结层；7、第二支撑层；71、第二让位区；72、第二镂空区；73、第二通孔；8、压紧层；81、抵紧部；9、渗透区。
具体实施方式
50.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用
新型保护的范围。
51.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
53.在以下实施例中，过滤层进液面或出液面的sem平均孔径，或截面的sem平均孔径，均可以通过使用扫描电子显微镜对膜结构进行形貌表征后，再利用计算机软件（如matlab、nis-elements等）或手工进行测量，并进行相应计算。在实际进行测量时，可以先用电子显微镜对膜表面进行表征，获得相应的sem图，而由于膜表面孔洞大致是均匀的，因此可以选取一定的面积，例如1μm2（1μm乘以1μm）或者25μm2（5μm乘以5μm），具体面积大小视实际情况而定，再用相应计算机软件或者手工测出该面积上所有孔洞的孔径，然后进行计算，获得该表面上孔洞的平均孔径；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考。
54.实施例1，最佳网投垂直流过滤膜包，参照图1～4，其具有如下结构：
55.呈大致矩形设置的进液筛网2，进液筛网2上开设有呈圆形的第一进液孔21和第一出液孔22，第一进液孔21和第一出液孔分布于进液筛网2的两边，其连线平行于进液筛网2的边缘，第一进液孔21和第一出液孔22交替设置，在本技术中，第一进液孔21为大孔，第一出液孔22为小孔；
56.大致呈矩形设置的滤液筛网3，滤液筛网3上开设有呈圆形的第二进液孔31和第二出液孔32，在本实施例中，滤液筛网3与进液筛网2形状和尺寸均一致，且当滤液筛网3针对堆叠于进液筛网2上时，第一进液孔21和第二进液孔31连通形成该膜包的进液端，第一出液孔22和第二出液孔32连通形成该膜包的出液端；
57.过滤层4，过滤层4为再生纤维素过滤层4，过滤层4具有进液面41和出液面42，在过滤层4上开设有对应第一进液孔21和第二进液孔31的第三进液孔43，以及对应第一出液孔和第二出液孔的第三出液孔。
58.在本实施例中，膜包内进液筛网2和滤液筛网3以交替堆叠的方式设置，任意相邻两张进液筛网2和滤液筛网3之间均具有一张过滤层4，过滤层4上有第三进液孔43和第三出液孔44，其中第三进液孔43与第一进液孔21、第二进液孔31对齐，第三出液孔44与第一出液孔22、第二出液孔32对齐。
59.在本实施例中，过滤层4为单张滤膜结构，过滤层4的截面sem电镜图如图5所示。在图5中，上侧为过滤层的进液面，下侧为过滤层的出液面，其中过滤层为自产过滤层，通过图5可以明显地看到，过滤层进液面的孔径大于出液面的孔径。过滤层满足如下参数要求：
60.过滤层pmi孔径为20.1μm。
61.过滤层的平均厚度为43.1μm；
62.过滤层进液面的孔洞面积率为75.3%；
63.过滤层在自进液面开始，其厚度方向的截面上，在10μm深处位置的sem平均孔径为0.37μm。
64.过滤层自进液面开始，在其厚度方向上不同深度的平均截面sem平均孔径如表1所示。
65.表1
66.深度（μm）246810平均孔径（μm）0.480.450.430.400.37
67.参照图2～4，在任意过滤层4和与之相邻的进液筛网2之间具有粘结层6和第一支撑层5，粘结层6的材料为热固性胶，具体为环氧树脂。第一支撑层5为无纺布材质，第一支撑层5整体呈矩形，其中间具有镂空区52，在本实施例中，镂空区52在筛网所在平面上的投影占进液筛网2有效面积的68%。
68.在第一支撑层5上，开设有与第一进液孔21和第二进液孔31对其的第一通孔53；在同一膜包中，第一进液孔21、第二进液孔31和第一通孔53延轴向对齐，且在本实施例中，在同一膜包中，第一进液孔21、第二进液孔31和第一通孔53在轴向上连通。
69.在第一支撑层5上，还开设有贯穿第一支撑层5的第一让位区51，第一让位区51在进液筛网2所在平面上的投影为与第一出液孔同心的圆形，且直径大于第一出液孔的直径。粘结层6中，部分通过第一支撑层5自身的孔隙渗透第一支撑层5，进而在第一支撑层5的第一让位区51周围形成渗透区9，在本实施例中，由于施工工艺原因，第一渗透区9上会环绕第一让位区51，形成与第一让位区51的同心圆形状。同时，粘结层6也直接透过第一让位区51粘结于过滤层4的进液面41。粘结层6朝向进液筛网2的一侧渗入到进液筛网2中，朝向过滤层4的一侧则通过过滤层4进液面41渗入到过滤层4中实现粘结。
70.参照图2～4，在任意过滤层4和与之相邻的滤液筛网3之间通过环绕于第二进液孔31周围的压紧层8连接，压紧层8为硅胶材质，具有小于粘结层6的硬度，经过挤压后形成弹性连接。在过滤层4与与之相邻的滤液筛网3之间还具有第二支撑层7。在本实施例中，第二支撑层7也选用无纺布作为材料，其结构与第一支撑层5类似，在中心区域开设第二镂空区72。同时，在第二支撑层7上，开设有连通第一出液孔和第二出液孔的第二通孔73；在同一膜包中，第一出液孔、第二出液孔和第二通孔73在进液筛网2上的投影对齐。
71.在第二支撑层7上，还设有第二让位区71，第二让位区71在进液筛网2上的投影为覆盖第一进液孔21且大于第一进液孔21的同心圆结构，压紧层8部分渗透第二支撑层7并在第二支撑层7上形成渗透区9，部分通过第二让位区71穿过第二支撑层7，压紧层8在渗透穿过渗透区9的部分和穿过第二让位区71的部分形成抵紧部81，抵紧部81突出于第二支撑层7，且抵紧部81远离过滤层4的一侧与滤液筛网3之间通过压紧连接的方式进行连接。
72.参照图2～4，上述结构重复堆叠设置形成过滤部，过滤部通过统一的外部封胶1进行包覆。
73.在本实施例中，将膜包安装在特定的夹具上之后，原液通过进液端进入到一个第一进液孔，并通过第一进液孔进入到进液流道中。液体在进液流道流动的过程中，会将膜包内的保存液或气体通过其他进液端排出，产生如图1中所示的回流液，随后对未进液的进液
端进行密封处理，液体就会通过滤膜进入到滤液流道中，并通过出液端排出，得到滤液，在该过程中，病毒会被滤膜截留，从而实现膜包的除病毒效果。
74.实施例2，对过滤层进行工艺调整，得到的过滤层参数如下：
75.所述过滤层的平均厚度为43.1μm。
76.所述过滤层进液面的孔洞面积率为55%
77.所述过滤层在自进液面开始，其厚度方向的截面上，在10μm深处位置的sem平均孔径为0.42μm。
78.实施例3，相较于实施例1，采用了相同工艺制备的过滤层，但是结构中不含第一支撑层和第二支撑层。
79.实施例4，相较于实施例1，采用了相同工艺制备的过滤层，但是第一支撑层不具有镂空区。在该实施例中，可以观察到在具有相同的膜包层数的情况下，实施例4中的方案制备得到的膜包中液体流速降低。
80.实施例5，相较于实施例1，采用了相同工艺制备的过滤层，但是第一支撑层中镂空区面积占进液筛网有效区域面积的50%，对于实施例5，其中液体流速大于实施例4，但是小于实施例1。
81.实施例6，在实施例1的基础上进行小型化，其与实施例1的区别在于，其第一进液孔21、第二进液孔31、第一出液22孔、第二出液孔32均各设置有两个，其过滤部仅包括滤液筛网3-过滤层4-进液筛网2-过滤层4-滤液筛网3的结构，其整体结构如图6所示。
82.实施例7，在实施例1的基础上，将过滤层替换为多层滤膜组合形成的过滤层。采用多层滤膜形成的过滤层在该方案中具有与实施例1类似的粘结性能。
83.相对应的，设置对比例，具体结构如下：
84.对比例1，在实施例1的基础上，将粘结层替换为如下结构：
85.在过滤层和进液筛网之间设置第二压紧层，通过弹性压紧的方式将过滤层和进液筛网进行连接。
86.第二压紧层为硅胶结构，其部分透过第一让位区，另一部分渗透穿过第一支撑层形成渗透区。第二压紧层透过第一让位区的部分和穿过渗透区的部分突出于第一支撑层的表面，形成第二抵紧部。第二抵紧部形成与第一出液孔同心的圆形结构，环绕在第一进液孔的周围并密封第一出液孔和进液流道。
87.针对上述实施例和对比例，首先检查粘结层对于过滤层和进液筛网之间的粘结强度，由于过滤层本身结构强度不强，因此采用手动对过滤层进行分离的方式，当粘性充分时，过滤层本身会在粘结区外发生断裂。经测定，在对比例中，无法实现保持过滤层完整性和提高粘结性能的兼顾，当使用较大压力进行压制时，可以实现一定程度上的粘结，但是成品率有明显的降低，在加工过程中，发现过滤效果或流量有明显的下降，其流量或完整性在不同程度上均有所降低。反观实施例1～7，整体膜包的过滤效果较好，完整度较高。
88.上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。