Una membrana sintética ultraporosa de carga modificada que comprende una capa porosa de polímero de celulosa reticulada soportado sobre un substrato polimérico poroso,

en donde: (a) el polímero de celulosa reticulada se forma a partir de un polímero celulósico y de un agente de reticulación, teniendo el polímero celulósico restos hidroxilo reticulables, y siendo el agente de reticulación capaz unirse a dichos restos hidroxilo y con la fórmula X(CH2)nY, en donde n es un número entero de 1 a 5, X es H2COCH o H2COCHCH2O, y Y es un halógeno, H2COCH, o H2COCHCH2O; y (b) un resto cargado que está unido covalentemente sobre una superficie de dicha capa de polímero de celulosa reticulada

Campo

Esta invención se refiere a una membrana de ultrafiltración mejorada útil para separaciones de fluidos bioquímicos y a un método para la fabricación de la misma. Más particularmente, esta invención se refiere a una membrana de ultrafiltración en base a celulosa cargada y epóxido-reticulada.

Antecedentes

Las estructuras de polímero poroso generalmente se clasifican según su tamaño de poro efectivo y/o según su retentividad, es decir, los tamaños de las partículas que son incapaces de pasar a través de las estructuras de polímero poroso. Así, por ejemplo, las estructuras usadas como filtros se clasifican como ultrafiltros si retienen la materia disuelta tales como iones, proteínas, virus, o macro-moléculas, y se clasifican como estructuras microporosas si pasa la materia disuelta y retienen solamente las partículas no disueltas. La línea divisoria entre las estructuras microporosas y los ultrafiltros en términos de tamaño de poro no es una delimitación absoluta, definida científicamente. Así, entre los usuarios habituados con la técnica (por ejemplo, membranologistas), los ultrafiltros son generalmente membranas con un tamaño medio de poro entre aproximadamente 0,005 micrómetros y aproximadamente 0,05 micrómetros. En cambio, una estructura microporosa típicamente connota un tamaño medio de poro entre aproximadamente 0,05 micrómetros y aproximadamente 10 micrómetros.

Las membranas de ultrafiltración se pueden conformar en una variedad de formas que incluyen hojas y tubos.

Las membranas porosas a menudo se clasifican según su tamaño de poro en sus dos superficies, es decir, “isotrópicas” o “simétricas” cuando las dos superficies tienen tamaños de poro similares y “anisotrópicas” o “asimétricas” cuando las dos superficies tienen diferentes tamaños de poro.

Las membranas poliméricas porosas a menudo también se clasifican como hidrófilas o hidrófobas. Cuando las membranas hidrófilas se ponen en contacto con agua, éstas de forma espontánea se “mojan”, es decir, el agua desplaza al aire de los poros de la membrana sin la aplicación de fuerza externa. En cambio, se requiere una presión positiva para introducir el agua en los poros de las estructuras hidrófobas y para desplazar el aire en el interior de las mismas.

Las membranas de ultrafiltración se pueden conformar como membranas de materiales compuestos, es decir, en donde una capa de ultrafiltración está asegurada, depositada, o dispuesta de una manera sobre un substrato microporoso, tal como un polietileno de ultra-alto peso molecular (UPE, del inglés ultrahigh molecular weight polyethylene).

Debido a su pequeño tamaño de poro, las membranas de ultrafiltración a menudo se usan para separar moléculas en base a su tamaño molecular. Por ejemplo, las membranas de ultrafiltración se usan para separar una proteína específica de una mezcla de otras proteínas por exclusión de tamaños. Una membrana de ultrafiltración tiene generalmente una permeabilidad suficiente para permitir la permeación a través de dicha membrana de objetos menores de aproximadamente 0,05 micrómetros y restringir la permeación de objetos más grandes en tamaño. Al utilizar una membrana de ultrafiltración para separar las proteínas en solución acuosa, es deseable usar una membrana hidrófila que no fije a la proteína de modo que se pueda procesar la disolución y se pueda recuperar la proteína.

La celulosa es una materia prima polimérica de uso general en la fabricación de membranas de ultrafiltración. Las membranas de ultrafiltración en base a celulosa a menudo están bien reconocidas por sus características de baja unión de proteínas -una característica importante en numerosas aplicaciones bioquímicas. Desafortunadamente, las membranas de ultrafiltración en base a celulosa -si no están modificadas-también son percibidas como físicamente débiles e inestables. Se han dirigido muchos esfuerzos hacia mejorar la robustez física y la durabilidad de las membranas en base a celulosa. Una estrategia a lo largo de esta línea implica reticular el polímero celulósico de la membrana. Mientras que con esta estrategia se alcanzan buenos resultados, a menudo la mejora en la durabilidad tiene como consecuencia el sacrificio de otras propiedades superficiales y/o químicas.

También se ha dirigido mucho esfuerzo hacia modificar la superficie del poro de las membranas preformadas. Y, en general se ha observado que cuando se usan substancias macromoleculares en la modificación, se puede tener como resultado un cambio significativo en las propiedades del poro. Por ejemplo, puede ocurrir una pérdida de flujo, particularmente para las membranas con un pequeño tamaño medio de poro. Aunque se pueden emplear procesos de modificación química heterogéneos alternativos, a menudo se requiere un esquema de reacción complicado, lo que puede tener como resultado cambios en la estructura y las propiedades de la membrana, tales como su resistencia mecánica y solubilidad.

El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 4.839.203 describe membranas semi-permeables preparadas por una reacción de los grupos catiónicos con grupos nucleófilos. Estas membranas son membranas de

40

45

materiales compuestos en donde la capa discriminante de la membrana se prepara por reacción de un grupo de un compuesto catiónico reactivo con un compuesto que tiene un resto nucleófilo. El producto de reacción contiene enlaces covalentes formados vía reacciones de eliminación de cargas.

El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 4.888.115 describe un proceso para la filtración por flujo cruzado de un líquido que comprende hacer circular al líquido de forma tangencial a una membrana de filtro microporosa polimérica orgánica de carga modificada.

Resumen

La presente invención proporciona una membrana ultraporosa sintética de carga modificada que comprende una capa porosa cargada de polímero de celulosa reticulado soportado sobre un substrato poroso, estando el polímero reticulado formado a partir de un polímero celulósico y un agente de reticulación. El polímero celulósico tiene un contenido substancial de restos hidroxilo reticulables. El agente de reticulación es un epoxi bi-o multifuncional capaz de reaccionar con y de unirse a los restos hidroxilo del polímero y tiene la fórmula X(CH2)nY, en donde: n es un número entero de 1 a 5; X es H2COCH o H2COCHCH2O; e Y es un halógeno, H2COCH, o H2COCHCH2O. La carga superficial se proporciona por unión covalente de un resto cargado sobre una superficie de dicha capa de polímero reticulado. La membrana sintética porosa tiene buena durabilidad y buenas características de unión de proteínas.

La modificación de la carga superficial se puede realizar, particularmente, según un procedimiento de etapa única o por un procedimiento de dos etapas.

En el procedimiento de etapa única, una membrana de celulosa en bruto se hace reaccionar con un reactivo con los grupos hidroxilos que, bajo tal reacción con dicho grupo hidroxilo, forma un grupo iónico cargado positivamente o negativamente. El reactivo y la membrana de celulosa se hacen reaccionar bajo condiciones para modificar la carga de la membrana substrato de modo que la membrana modificada tenga un cambio mínimo en su estructura de poros en relación a la membrana substrato modificar. El procedimiento de etapa única tiene las ventajas de mínimos tiempos de reacción, mínimo desecho, y mínimos cambios en la estructura de poros de la membrana de celulosa.

En el procedimiento de dos etapas, la membrana de celulosa en bruto se hace reaccionar primero con un agente ligante diepóxido que puede efectuar alguna reticulación de la membrana substrato y que, bajo reacción con la membrana substrato, produce un resto que es reactivo con un segundo reactivo que, bajo reacción con el resto ligante, forma un grupo iónico cargado positivamente o cargado negativamente. Los reactivos y la membrana substrato se hacen reaccionar bajo condiciones para modificar la carga de la membrana substrato de modo que la membrana modificada tenga propiedades de ultrafiltración similares a la membrana substrato sin modificar. El procedimiento de dos etapas tiene las ventajas de mejorar la resistencia física y química de la membrana debido a la reticulación y al aumento del número de agentes químicos modificantes útiles.

Las membranas de ultrafiltración de carga modificada de esta invención son hidrófilas... [Seguir leyendo]

1. Una membrana sintética ultraporosa de carga modificada que comprende una capa porosa de polímero de celulosa reticulada soportado sobre un substrato polimérico poroso, en donde: (a) el polímero de celulosa reticulada se forma a partir de un polímero celulósico y de un agente de reticulación, teniendo el polímero celulósico restos hidroxilo reticulables, y siendo el agente de reticulación capaz unirse a dichos restos hidroxilo y con la fórmula X(CH2)nY, en donde n es un número entero de 1 a 5, X es H2COCH o H2COCHCH2O, y Y es un halógeno, H2COCH,

o H2COCHCH2O; y (b) un resto cargado que está unido covalentemente sobre una superficie de dicha capa de polímero de celulosa reticulada.

2. La membrana sintética ultraporosa de carga modificada de la reivindicación 1, en donde dicho agente de reticulación tiene la fórmula:

3. La membrana sintética ultraporosa de carga modificada de la reivindicación 1, en donde dicho agente de reticulación tiene la fórmula:

4. La membrana sintética ultraporosa de carga modificada según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde substancialmente menos de la totalidad de los restos hidroxilo reticulables están unidos con dicho agente de reticulación.

5. La membrana sintética ultraporosa de carga modificada según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la capa de polímero reticulado tiene una porosidad suficiente para permitir la permeación a través de dicha capa de objetos más pequeños de aproximadamente 1 micrómetro y de restringir la permeación de objetos más grandes en tamaño.

6. La membrana sintética ultraporosa de carga modificada según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la porosidad de dicho substrato polimérico poroso es menor que la porosidad de dicha capa de polímero reticulado.

7. La membrana sintética ultraporosa de carga modificada según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde dicho resto cargado es un resto cargado negativamente.

8. La membrana sintética ultraporosa de carga modificada según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde dicho resto cargado es un resto cargado positivamente.