200704. lajstromszámú szabadalom • Összefüggő pórusokkal rendelkező membrán-szerkezetek
Hü 200704 B A találmány olyan szerkezetekre vonatkozik, amelyek legalább egy, összefüggő pórusokkal rendelkező membránból állnak, ahol a pórusok átmérője a 2-200 nm tartományba esik. A találmány tárgya továbbá az ilyen szerkezetek előállítása. Összefüggő, 2-200 nm átmérőjű pórusokkal rendelkező membránszerkezeteket, pl. ultraszűrő membránokat különböző, molekulatömegű nagymolekulájú szerves anyagok elegyeinek frakdonálására vagy koncentrálására használnak. Aszimmetrikus ultraszűrő membránokat számos helyen, ipari és kísérleti üzemi célra használnak; ezek nagyon vékony, általában 100-200 nm vastagságú elválasztó filmből—amely meghatározza a membránon keresztül történő tömegáramlást és az elválasztás szelektivitását — és durván porózus támasztó rétegből állnak. Az elválasztó filmek különféle polimerekből állhatnak, így előnyösen celluiózszármazékokból vagy poliszulfonokból. Az ilyen ultraszűrő membránok vagy fázisváltással készült membránok, vagy összetett membránok lehetnek. A fázisváltással készült membránokat úgy állítják elő, hogy homogén polimer-oldatot kicsapószerrel hoznak érintkezésbe, ekkor a polimer-oldat és a kicsapőszer érintkezési felületén membrán képződik, ez egyesíti magában a durván porózus támasztó filmet és a finoman porózus filmet. Az összetett membránok esetén az elválasztó filmet és a támasztó filmet külön-külön állítják elő, és utólag illesztik össze. Az ismert ultraszűrő membránok esetén a pórusátmérő mérete nem állandó, hanem egy átlagérték körül véletlenszerűen oszlik meg. Az ultraszűrd membránok viselkedését a visszatartási görbével lehet jellemezni. A visszatartási görbét úgy állapítják meg, hogy különböző ideális tesztmolekulákra (ezek töltéssel nem rendelkező gömbalakú molekulák), különböző molekulatömegeknél (MW) meghatározzák az ultraszűrő membrán visszatartási arányát (R) százalékban. A visszatartási görbe az ezen tesztértékek közötti interpolációt képviseli, és a visszatartási arány (R) és a molekulatömeg logaritmusa [log(MW)] közötti összefüggést mutatja. Az 1. ábra három, kereskedelemben kapható ultraszűrő membrán visszatartási görbéjének diagramját mutatja, éspedig:- A görbe: PSED (Millipore) membrán, Millipore, Bedford, Ma, USA gyártmány,- B görbe: PSVP 1000 (Millipore) membrán, ugyanannak a cégnek a gyártmánya;- C görbe: PM 30 (Amicon) membrán, Amicon, Danvers, Ma, USA gyártmány. Amint a visszatartási görbékből látható, ezekkel az ultraszűrő membránokkal az egymástól kissé eltérő molekulatömegű molekulákat nem lehet élesen elválasztani. Az ultraszűrő membránoknak egy másik jellemzője az úgynevezett átfolyási arány. Ez azt a vízmennyiséget jelenti, amely a membránon msenként és óránként egy előre meghatározott, a membrán két oldalán fennálló nyomáskülönbségnél átfolyik. Az ismert, fázisváltással készült membránok esetén, amelyek 100-200 nm vastagságú elválasztó filmet tartalmaznak, a membrán jelentős ellenállást fejt ki az átfolyó vízre. Az átfolyási arány annál 1 magasabb, minél nagyobb a membrán egységnyi felületén elhelyezkedő pórusok száma, vagy minél kisebb az effektiv pórusmélység, azaz a pórusokat alkotó csatornák hossza. Emellett az ultraszűrő membránok fontos minőségi jellemzője a kémiai és/vagy termikus stabilitás. A találmány célja olyan szerkezet kialakítása, amely legalább egy, összefüggő pórusokkal rendelkező membránból áll, ahol a pórusok átmérője 1 és 8 nm közötti, és amellyel — ultraszűrőként történő alkalmazáskor—egymástól kissé eltérő molekulatömegű molekulák éles elválasztása lehetséges és jobb átfolyási arány érhető el, mint az ismert ultraszűrő membránokkal, és amely jó kémiai és termikus stabilitást mutat. A kitűzött célt a találmány értelmében egy olyan szerkezet megalkotásával értük el, amelyben a membránt vagy membránokat — amelyek sík, görbült, hengeres vagy sejtszerű felületet alkotnak — legalább egy, egymáshoz csatlakozó, kristályrácsban elhelyezkedő molekulák rétegéből alakítjuk ki, nevezetesen bacillus sejtfalából. így ezekben a rétegekben a kristályrácsnak megfelelően összefüggő pórusok maradnak szabadon a molekulák között. A membránokat megfelelő porózus hordozó anyaghoz kapcsoljuk vagy abban alakítjuk ki, vagy támasztó filmhez kapcsoljuk. A membránokban a protein molekulák vagy proteint tartalmazó molekulák egyszeres rétegét vagy több egymással összefüggő rétegét alakítjuk ki kristályrácsnak megfelelően, ahol a protein molekulák vagy proteint tartalmazó molekulák nem-kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A találmány egy előnyös megvalósítási módja szerint a találmány szerinti szerkezetet úgy alakítjuk ki, hogy mono- vagy bifunkdós molekulákat kapcsolunk a protein molekulák vagy proteint tartalmazó molekulák reaktív csoportjaihoz. Ezek a reaktív csoportok lehetnek karbonl- és/vagy aminő- és/vagy szulfhidril- és/vagy hidroxilcsoportok. A kapott szerkezet olyan membránokat tartalmaz, amelyek protein molekulákból vagy proteint tartalmazó molekulákból álló réteggel rendelkeznek, ahol ezeket a molekulákat a reaktív helyeknél idegen molekulák kötik össze. A találmány egy másik előnyös megvalósítási módja szerint a membrán protein molekuláit vagy proteint tartalmazó molekuláit bifunkdonális idegen molekulákkal intramolekuláris kovalens keresztkötésekkel kapcsoljuk össze és/vagy az ugyanazon membránhoz vagy két szomszédos membránhoz tartozó protein molekulákat vagy proteint tartalmazó molekulákat kovalens keresztkötésekkel egymáshoz kapcsoljukl — alkalmas bifunkdonális idegen molekulákon keresztül — és/vagy a protein molekulákat vagy proteint tartalmazó molekulákat — alkalmas bifunkdonális idegen molekulákon keresztül — keresztkötésekkel hordozó anyaghoz kapcsoljuk. A találmány egy további előnyös megvalósítási módja szerint az idegen molekulák bejutnak a membrán pórusainak azon zónájába, amely a protein molekulák vagy proteint tartalmazó molekulák közé nyúlik be. A találmány egy még további előnyös megvalósí2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
