專利名稱：包括細(xì)纖維和反應(yīng)、吸附或吸收顆粒的過濾網(wǎng)的制作方法
包括細(xì)纖維和反應(yīng)、吸附或吸收顆粒的過濾網(wǎng)本申請是以美國公司Donaldson Company, Inc.,和美國公民Melvin S. Schindler和Mark A. Gogins，及土耳其公民Veli Kalayci的名義作為PCT國際申請于2007年2月13日提出的，前者被指定為除美國之外所有國家的申請人，而后者僅被指定為在美國的申請人，并且本申請要求申請日為2006年2月13的美國臨時專利申請序列號60/773，067的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
聚合物網(wǎng)可以通過擠壓，熔融紡絲，干法工藝和濕法成形工藝等制成。已經(jīng)證實(shí)聚合物網(wǎng)可以用作細(xì)胞培養(yǎng)和組織培養(yǎng)用途的基片。例如，參見U. S. 20050095695和W02006/094076。生物反應(yīng)器目前提供了生產(chǎn)工業(yè)化學(xué)制品，處理和除去污染廢水，和制造高價值藥物，生物制品，和小分子的有效手段。生物反應(yīng)器一般劃分為四種不同的類型(攪拌罐式，氣升式，中空纖維式和固定床式)并且能夠以批量或連續(xù)的模式工作。分離的酶，催化分子(有機(jī)和無機(jī))，微生物，動物細(xì)胞，或植物細(xì)胞通常被用作生物反應(yīng)器內(nèi)的功能助齊U。細(xì)胞或微生物通常在懸浮液中培養(yǎng)或固定在表面或顆粒上。當(dāng)細(xì)胞或微生物被固定至 表面時，細(xì)胞增殖，細(xì)胞密度，培養(yǎng)物穩(wěn)定性，按比例增加的潛力，和產(chǎn)量是最高的，而由于剪切應(yīng)力造成的細(xì)胞損傷是最低的。當(dāng)純化的酶被系留至生物反應(yīng)器的表面時，存在類似的操作優(yōu)勢。與溶液中的酶活性相比，所需要的酶的數(shù)量減少，而酶的穩(wěn)定性和產(chǎn)物形成增力口。另外，培養(yǎng)物/酶的固定化顯著改進(jìn)了產(chǎn)物分離過程的時間和成本?？紤]到上述因素，在優(yōu)化參數(shù)下使生物反應(yīng)器的產(chǎn)量和反應(yīng)速度最大化的最重要的變量是產(chǎn)生的細(xì)胞或微生物的質(zhì)量(對于基于培養(yǎng)物的生物反應(yīng)器)或功能性酶的數(shù)量(對于基于酶的生物反應(yīng)器)。上述考慮因素導(dǎo)致了開發(fā)具有3維結(jié)構(gòu)的纖維基質(zhì)，它具有高表面對體積之比，高空穴空間，和低壓力降，以及高傳質(zhì)效率。盡管現(xiàn)有的纖維狀和中空纖維反應(yīng)器與標(biāo)準(zhǔn)的固定床反應(yīng)器相比已獲得了某種水平的效率和性能，行業(yè)中仍相當(dāng)需要纖維狀反應(yīng)器，在等同的反應(yīng)器覆蓋區(qū)內(nèi)具有改進(jìn)的催化和連接表面密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的網(wǎng)，基片，或結(jié)構(gòu)可以包括基本連續(xù)的細(xì)纖維或納米纖維，層壓以形成多薄層基質(zhì)，包含本發(fā)明的顆粒。顆粒形式的生物活性，反應(yīng)性，吸收性或吸附性纖維間隔或隔離裝置可以與纖維團(tuán)結(jié)合，或以其他方式分散在纖維團(tuán)中。本發(fā)明的網(wǎng)包括纖維網(wǎng)或?qū)樱驼辰又晾w維的纖維隔離裝置或纖維間隔裝置，它能夠以生物活性，反應(yīng)性，吸收性或吸附性結(jié)構(gòu)的形式使用。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明的網(wǎng)，基片或結(jié)構(gòu)用作生物反應(yīng)器的生長介質(zhì)。細(xì)纖維或納米纖維層包括非細(xì)胞毒性的，非生物可降解的或生物可降解的聚合物，和生物活性顆粒，它包括細(xì)胞，微生物，酶，生物活性分子，或其混合物。在各方面，本發(fā)明的生物反應(yīng)器可用于過濾或純化流體流，包括廢水流。在其他方面，本發(fā)明的生物反應(yīng)器被用于將纖維素生物轉(zhuǎn)化成乙醇，用于廢水處理中的生物薄膜形成，或用于纖維素生物質(zhì)的生物加工，或用于生產(chǎn)高價值藥物，抗體或小分子，如具有治療活性的抗體或重組多肽。在其他實(shí)施例中，本發(fā)明的網(wǎng)，基片或結(jié)構(gòu)可用作培養(yǎng)容器。在各方面，細(xì)纖維層和/或顆粒層用作基片，用于細(xì)胞的增殖和分化。在其他實(shí)施例中，本發(fā)明的網(wǎng)，基片或結(jié)構(gòu)可用作生物人造器官。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及聚合組合物，以細(xì)纖維的形式，如微纖維，納米纖維，以纖維網(wǎng)的形式，或纖維墊，與顆粒一起使用。纖維網(wǎng)或纖維墊可形成為高密度多薄層層疊或基質(zhì)。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明的網(wǎng)包括基本連續(xù)的纖維或納米纖維相和分散在纖維團(tuán)中的纖維隔離裝置。在本發(fā)明的多個方面，纖維隔離裝置可以包括網(wǎng)中的顆粒相。顆粒可以在網(wǎng)的表面上，表面產(chǎn)物中或遍及網(wǎng)內(nèi)形成的空穴空間中找到。所述網(wǎng)的纖維相可以形成大體單個連續(xù)層，可以包含在多個獨(dú)立定義的層中或可以形成無定形的纖維團(tuán)，具有顆粒包含相，遍及所述網(wǎng)，圍繞顆粒和內(nèi)部網(wǎng)表面隨機(jī)形成包含空間。
術(shù)語"細(xì)纖維"表示纖維的纖維尺寸或直徑為0.001-小于5微米或大約0. 001-小于2微米，并在某些情況，直徑為0. 001-0. 5微米?？梢圆捎枚喾N方法來制造細(xì)纖維。Chung等，美國專利號6，743，273 ；Kahlbaugh等，美國專利號5，423，892 ；McLead,美國專利號 3，878，014 ;Barris，美國專利號 4，650，506 ;Prentice，美國專利號 3，676，242 ；Lohkamp等，美國專利號3,841, 953 ;和Butin等，美國專利號3，849，241 ;美國專利公開號20050095695，和W006/094076，所有這些在此被結(jié)合入本文參考的文獻(xiàn)，披露了多種細(xì)纖維生產(chǎn)技術(shù)。本發(fā)明的細(xì)纖維通常電紡絲在基片上?；梢允强蓾B透的或不可滲透的材料。在過濾應(yīng)用中，無紡過濾介質(zhì)可用作基片。在其他應(yīng)用中，纖維可以紡絲在不滲透的層上，并且可被取出用于下游加工。在所述應(yīng)用中，纖維可以紡絲在金屬桶或箔上?；梢园ㄅ蛎浀腜TFE層或Teflon K II。所述層可用于多種用途，它可以提供過濾和來自活性顆粒的活性。在一個實(shí)施例中基片包括薄膜。薄膜可以是水溶性的或水不溶性的，生物可降解的或生物可溶解的。在一個實(shí)施例中，薄膜是非細(xì)胞毒性的。在一個實(shí)施例中，薄膜包括聚乙烯醇，聚氯三氟乙烯，聚苯乙烯，聚甲基戊烯，或聚環(huán)烯烴。對于本發(fā)明，術(shù)語"介質(zhì)"包括一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)，它包括基本連續(xù)的細(xì)纖維團(tuán)和分散在纖維中的本發(fā)明的隔離或間隔裝置。在本文中，術(shù)語"介質(zhì)"表示本發(fā)明的網(wǎng)，包括細(xì)纖維和分散的顆粒結(jié)合本文所披露的某些活性或惰性類型的基片。術(shù)語"生長介質(zhì)"或"培養(yǎng)介質(zhì)"包括一結(jié)構(gòu)，它包括多薄層層疊或基質(zhì)，包括基本連續(xù)的纖維團(tuán)，它可用作生長表面，即支持細(xì)胞或組織生長的合成表面。生物活性顆粒分散在多薄層基質(zhì)中。術(shù)語"元件"表示本發(fā)明的"介質(zhì)"或"生長介質(zhì)"與其他部件的組合，包括(例如)圓柱體或平板結(jié)構(gòu)形式的濾芯部件。在本文中，術(shù)語"網(wǎng)"包括基本連續(xù)的或不間斷的細(xì)纖維相。在一個實(shí)施例中，所述網(wǎng)包括間隔顆粒相。對于過濾和純化應(yīng)用，連續(xù)網(wǎng)對于阻礙運(yùn)動相中裝載的顆粒雜質(zhì)的通過是需要的。可以組合單個網(wǎng)，兩個網(wǎng)或多個網(wǎng)，以制成本發(fā)明的多薄層疊層或基質(zhì)。 在很多應(yīng)用中，特別是涉及較高流速的應(yīng)用，使用另一類型的過濾介質(zhì)，有時一般稱之為"深度"介質(zhì)。通常的深度介質(zhì)包括較厚纏繞的纖維材料。深度介質(zhì)一般根據(jù)它的孔隙度，密度或百分比固體含量定義。例如，2-3%的密實(shí)度介質(zhì)是這樣的纖維深度介質(zhì)墊，設(shè)置使得大約2-3%的總體積包括纖維材料(固體)，其余部分是空氣或氣體空間。所述網(wǎng)能夠以下述方式紡成，以便將活性顆?；蚧钚愿綦x裝置分散到纖維中。優(yōu)選的活性顆?；蜷g隔裝置包括生物活性，吸收或吸附顆粒。所述顆?？梢苑稚⒃诤芯酆衔锏娜芤褐?，或所述顆?？梢允前ɡw維網(wǎng)的復(fù)合物中的凝膠相。在纖維網(wǎng)或納米纖維網(wǎng)絡(luò)是生物反應(yīng)器系統(tǒng)的生長介質(zhì)的部分時，顆粒包括生物活性顆粒。生物活性顆?？梢酝ㄟ^接種，或通過分散在纖維網(wǎng)或納米纖維網(wǎng)絡(luò)中，被添加到多薄層基質(zhì)。顆?？梢栽谛纬善陂g被添加到所述網(wǎng)或者在形成之后添加。當(dāng)電紡絲時，所述網(wǎng)通過大量相互連接的納米纖維或細(xì)纖維與分散在纖維網(wǎng)內(nèi)纖維網(wǎng)表面上的活性隔離或間隔裝置或顆粒來表征。在纖維網(wǎng)內(nèi)，間隔顆粒在相互連接的纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)形成空穴空間，降低密實(shí)度并增大運(yùn)動流體流動。
本發(fā)明還包括通過形成細(xì)纖維團(tuán)，同時添加或紡絲后添加間隔顆粒到纖維層中，而形成網(wǎng)。在所述實(shí)施例中，顆粒散步在整個纖維材料團(tuán)。最后，本發(fā)明涉及在全部完成的網(wǎng)或?qū)由闲纬杉徑z層，并然后在將所述網(wǎng)整合入可用的制品之前將活性顆粒添加到所述網(wǎng)的表面。隨后的處理包括層壓，壓延，壓縮或其他工藝，可以將顆粒整合入并通過纖維網(wǎng)。在形成網(wǎng)時同時添加顆粒到網(wǎng)中或者在形成后添加到網(wǎng)中的一個優(yōu)點(diǎn)在顆粒是溶劑可溶性顆粒時可獲得。在溶液中溶解可溶性顆粒會導(dǎo)致材料整合入纖維中，而不能保持顆粒作為獨(dú)立相在網(wǎng)中。在形成之后將顆粒添加到網(wǎng)中，使溶劑可溶性材料保持它的顆粒形式。材料網(wǎng)還可以具有梯度結(jié)構(gòu)。在本文中，術(shù)語"梯度"表示所述網(wǎng)的某些構(gòu)成(密度，密實(shí)度，纖維尺寸等)從所述網(wǎng)的一個表面到所述網(wǎng)的相對表面不同。梯度可以由活性顆粒量的變化，活性和惰性顆粒的不同比例，或顆粒的其他不同來表征。梯度還可以根據(jù)纖維重量或數(shù)量的變化來表征。梯度通過在形成網(wǎng)時在網(wǎng)內(nèi)連續(xù)形成或多或少的纖維或者或多或少的顆粒而形成。另外，間隔裝置或顆粒的濃度可以具有梯度特征，其中，每單位體積顆粒材料的大小、重量或數(shù)量從所述網(wǎng)的一個表面到另一個表面顯著增加或減少。在一個實(shí)施例中，本發(fā)明的介質(zhì)能夠以過濾器結(jié)構(gòu)中單個細(xì)纖維網(wǎng)或系列細(xì)纖維網(wǎng)的形式使用。本發(fā)明的一個方面提供了網(wǎng)，包括纖維結(jié)構(gòu)，具有基本連續(xù)的細(xì)纖維網(wǎng)絡(luò)層和生物活性顆粒，或纖維網(wǎng)絡(luò)，包括生物活性基片。細(xì)纖維可以是納米纖維。納米纖維網(wǎng)絡(luò)的厚度大約為單個納米纖維的直徑或更大。在一個實(shí)施例中，一個或多個納米纖維的網(wǎng)絡(luò)形成纖維結(jié)構(gòu)。在本文中，術(shù)語"網(wǎng)絡(luò)"表示空間中隨機(jī)或定向分布的納米纖維，受控制以形成相互連接的網(wǎng)絡(luò)，纖維間的間距選擇以優(yōu)選增強(qiáng)細(xì)胞或組織的活性化。網(wǎng)絡(luò)在纖維間具有小的空間，形成網(wǎng)絡(luò)中的孔或通道。在一個實(shí)施例中，纖維間距包括大約20nm-大約2000nm,大約 IOOnm-大約 1500nm,大約 IOOnm-大約 IOOOnm,大約 IOOnm-大約 800nm,大約IOOnm-大約600nm,或大約50nm_大約600nm。優(yōu)選孔度允許細(xì)胞穿透和/或移動通過單層納米纖維網(wǎng)絡(luò)。不同的孔或通道大小可用于不同的用途。在一個實(shí)施例中，孔或通道可具有的直徑為大約20nm-大約lOOOnm，大約20nm_大約2000nm，大約0. 01-大約10微米，大約0. 01-大約25微米，或大約2-大約10微米。網(wǎng)絡(luò)可以包括單層納米纖維，通過連續(xù)的納米纖維形成的單層，多層納米纖維，通過連續(xù)的納米纖維形成的多層，或墊。網(wǎng)絡(luò)可以是非織造物或網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)的厚度為大約單個納米纖維的直徑到大約250 u m。網(wǎng)絡(luò)的物理特性包括，但不限于，質(zhì)地結(jié)構(gòu)，如表面粗糙度，峰高度，峰深度，總體粗糙度，峰之間的間距，或峰計數(shù)，伸長率，褶皺度，粘合性，孔隙度，密實(shí)度，彈性，幾何形狀，互連性，表面對體積之比，纖維直徑，纖維可溶性/不可溶性，親水性/疏水性，纖絲密度，和纖維取向，可以利用已知的方法工程改造成理想的參數(shù)。在一個實(shí)施例中，納米纖維網(wǎng)絡(luò)包括小于大約250 iim的厚度。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約150 ii m-大約250 ii m。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約50 y m_大約IOOum0在一個實(shí)施例中，厚度包括大約IOiim-大約50 iim。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約5 ii m-大約10 ii m。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約30nm-大約5000nm。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約3000nm-大約5000nm。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約IOOOnm-大約2000nm。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約IOOOnm-大約1500nm。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約30nm_大約2000nm。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約IOOnm-大約lOOOnm。在一個實(shí)施例中，厚度包括大約500nm-大約1500nm。生長基片的物理特性，如粘合性，孔隙度，密實(shí)度，彈性，幾何形狀，互連性，表面對體積之比，可溶性/不可溶性，親水性/疏水性，和密度可以工程改造成理想的參數(shù)。例如，納米纖絲表面的納米外形的物理和幾何特性可以工程改造成模擬細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)或基底膜BM的納米外形。在一個實(shí)施例中，納米纖維網(wǎng)絡(luò)包括大約100%-大約500%的伸長率。在 一個實(shí)施例中，納米纖維網(wǎng)絡(luò)的拉伸模量小于大約300Mpa。在一個實(shí)施例中，拉伸模量小于大約200MPa。在一個實(shí)施例中，拉伸模量小于大約lOOMpa。在一個實(shí)施例中，拉伸模量小于大約50Mpa。在一個實(shí)施例中，拉伸模量小于大約lOMpa。在一個實(shí)施例中，拉伸模量為大約10-200MPa，大約10-100MPa，大約10_50MPa，或大約2-10Mpa。另外，通過層疊具有選定的物理和/或化學(xué)特性的生長表面，可以構(gòu)造促進(jìn)特定細(xì)胞或組織的細(xì)胞活性的納米和微環(huán)境。在一個實(shí)施例中，納米纖維網(wǎng)絡(luò)包括纖維直徑為大約30nm-大約1200nm，平均纖維間間距為大約IOOnm-大約2000nm，密實(shí)度為大約70%或以下。纖維結(jié)構(gòu)可以包括一個或多個纖維網(wǎng)絡(luò)，層壓以形成多薄層基質(zhì)。在一個實(shí)施例中，多薄層基質(zhì)包括間隔物。間隔物可以用作支撐結(jié)構(gòu)，或基片。間隔物提供足夠的開口，以允許細(xì)胞穿透并結(jié)合到納米纖維網(wǎng)絡(luò)層。間隔物可以是水溶性或水不溶性的，多孔或無孔的，生物可降解或生物可溶解的。優(yōu)選間隔物是生物相容性的。生物活性分子可以被吸收，吸附，連接，結(jié)合，或系留到間隔物，如本文所述。細(xì)纖維可以包括微纖維或其他細(xì)纖維，或活性或惰性顆粒，如本文所述。微纖維可以是非織造物或網(wǎng)。生物活性顆粒可以分散在纖維相內(nèi)。說到分散，是指生物活性顆粒粘附到纖維，連接到纖維，結(jié)合到纖維，系留到纖維，固定在網(wǎng)內(nèi)的空穴空間中，或在部分穿透網(wǎng)的凹穴中，形成網(wǎng)表面的空間。所述網(wǎng)在生物反應(yīng)器應(yīng)用中，包括生物加工和生物轉(zhuǎn)換應(yīng)用，可以用作生長表面，培養(yǎng)表面，催化表面，或連接表面，或用作介質(zhì)，用于過濾用途，如親和層析法，或廢水處理或凈化用途。對于用在生物反應(yīng)器系統(tǒng)中的高密度多薄層層疊或基質(zhì)，每一層的厚度，層之間的距離，和纖維表面的孔隙度可以調(diào)節(jié)，以滿足特定應(yīng)用，細(xì)胞，微生物，酶，或其他生物活性分子的要求。在一個實(shí)施例中，每一層的厚度包括大約0. 25-大約I. 0微米，層之間的距離包括大約I. 0-2. 0微米，平均孔度包括大約0. 2-大約I. 0微米。生物活性顆?？梢允羌?xì)胞，微生物，酶，或其他生物活性分子。細(xì)胞可以是動物細(xì)胞，植物細(xì)胞，昆蟲細(xì)胞，細(xì)菌細(xì)胞，酵母細(xì)胞，或真菌細(xì)胞。可用于本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的動物細(xì)胞包括干細(xì)胞，體細(xì)胞，定向干細(xì)胞，分化細(xì)胞，或腫瘤細(xì)胞。細(xì)胞可以是鼠或人細(xì)胞?？捎糜诒景l(fā)明的系統(tǒng)和方法的細(xì)胞示例包括，但不限于，造骨細(xì)胞，成肌細(xì)胞，神經(jīng)細(xì)胞，纖維原細(xì)胞，膠質(zhì)細(xì)胞，生殖細(xì)胞，干細(xì)胞，肝細(xì)胞，軟骨細(xì)胞，角化細(xì)胞，平滑肌細(xì)胞，心肌細(xì)胞，結(jié)締組織細(xì)胞，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，上皮細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞，激素分泌細(xì)胞，神經(jīng)元，和淋巴細(xì)胞，如B細(xì)胞，T細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，和嗜中性粒細(xì)胞。在一個實(shí)施例中，細(xì)胞是CHO細(xì)胞。干細(xì)胞的例子包括，但不限于，胚胎干細(xì)胞，間質(zhì)干細(xì)胞，骨髓干細(xì)胞，羊膜和臍帶干細(xì)胞。干細(xì)胞可以是哺乳動物干細(xì)胞。在一個實(shí)施例中，干細(xì)胞是人類或鼠科干細(xì)胞。在一個實(shí)施例中，干細(xì)胞是胚胎干細(xì)胞。昆蟲細(xì)胞的例子包括，但不限于，細(xì)胞系諸如果蠅(Drosophila) S2,草地貪夜蛾(Spodoptera) Sf9 和 Sf21,粉紋夜蛾(Trichoplusia) Tn5,來自家香(Bombyx mori)(香)的細(xì)胞，和來自天幕毛蟲(Malacosoma disstria)(毛蟲)的細(xì)胞等。植物細(xì)胞的例子包括，但不限于，薄壁組織細(xì)胞，厚角細(xì)胞，厚壁組織細(xì)胞，木質(zhì)部細(xì)胞(即運(yùn)輸水份細(xì)胞)，韌皮部細(xì)胞，根細(xì)胞，根毛細(xì)胞，葉細(xì)胞，柵欄細(xì)胞，保衛(wèi)細(xì)胞，和愈傷組織細(xì)胞等。
細(xì)菌細(xì)胞的例子包括，但不限于，革蘭氏陽性細(xì)菌，如放線菌，厚壁菌門(梭菌，鏈球菌，葡萄球菌，芽孢桿菌，棒狀桿菌，李斯特氏菌菌屬)等，革蘭氏陰性細(xì)菌，如奈瑟氏菌，布蘭漢氏菌，弧菌，螺旋菌，腸桿菌(包括大腸埃希氏菌和變形桿菌)，假單胞菌等菌屬，來自諸如異常球菌-棲熱菌，沙門氏菌，志賀氏菌，沙雷氏菌，和彎曲菌等菌屬的細(xì)胞。真菌細(xì)胞的例子包括，但不限于，來自諸如皮膚真菌(例如，犬小孢子菌和其他小孢子菌屬；和發(fā)癬菌，如紅色毛癬菌，和須癬毛癬菌)，光滑球擬酵母，絮狀表皮癬菌，糠秕馬拉色菌(環(huán)狀糠疫癖菌(Pityropsporon orbiculare),或卵狀糠疫癖菌(P. ovale)),新型隱球菌，曲霉菌屬(包括煙曲霉，構(gòu)巢曲霉，和其他曲霉菌屬)，接合菌屬(例如，根霉屬，毛霉屬)，巴西副球孢子菌，皮炎芽生菌，莢膜組織胞漿菌，粗球孢子菌，和申克孢子絲菌等有機(jī)體的細(xì)胞。生物活性顆?？梢允墙湍讣?xì)胞。酵母細(xì)胞的例子包括白念珠菌，熱帶念珠菌，或其他念珠菌屬，酵母菌屬，如釀酒酵母菌，巴氏酵母，貝氏酵母(S. bayanum)等。細(xì)胞可以來自天然來源，遺傳工程，或通過任何其他方式生產(chǎn)?？梢允褂萌魏翁烊粊碓吹恼婧思?xì)胞或原核細(xì)胞。在一個實(shí)施例中，天然來源是哺乳動物。在一個實(shí)施例中，哺乳動物是人。細(xì)胞可以工程改造成表達(dá)一個或多個基因，抑制一個或多個基因的表達(dá)，或兩者?？捎糜诒景l(fā)明的系統(tǒng)和方法的遺傳工程細(xì)胞的例子是被工程改造的細(xì)胞，以形成或分泌一個或多個需要的生物活性分子，包括抗體和重組蛋白，具有治療活性。在一個實(shí)施例中，細(xì)胞是雜交瘤細(xì)胞，生成單克隆抗體。術(shù)語"抗體"是以最廣義的含義使用的，并且特別包括單個單克隆抗體(包括激動劑和拮抗劑抗體)，具有多表位專一性的抗體組合物，親和成熟抗體，人源化抗體，嵌合抗體，單鏈抗原結(jié)合分子，如單體，以及抗原結(jié)合片段或多肽(例如，F(xiàn)ab,F(ab/ )2，scFv，和Fv)，它表現(xiàn)需要的生物學(xué)活性。生物活性分子的例子包括生長因子，分化因子，抗體，和激素?？贵w可以是單克隆的?？贵w可以是嵌合或人源化的。激素的例子包括胰島素，人生長因子，促紅細(xì)胞生成素，促甲狀腺激素，雌激素，或孕酮。細(xì)胞可以被工程改造以生成抗原，用于疫苗。細(xì)胞可以被工程改造以生成生物活性分子，抑制或刺激炎癥，促進(jìn)愈合，抑制免疫排斥，提供激素置換，取代神經(jīng)傳遞素，抑制或破壞癌細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞生長，抑制或刺激血管的形成，擴(kuò)增組織，以及促進(jìn)或誘導(dǎo)皮膚，滑液，腱，軟骨，韌帶，骨骼，肌肉，器官，硬腦膜，血管，骨髓，和細(xì)胞外基質(zhì)的補(bǔ)充或置換。
遺傳工程可以涉及，例如，采用標(biāo)準(zhǔn)的重組方法在細(xì)胞中添加或從細(xì)胞中除去遺傳物質(zhì)，改變現(xiàn)有的遺傳物質(zhì)，或兩者。細(xì)胞被轉(zhuǎn)染或以其他方法工程改造以表達(dá)基因的實(shí)施例可以暫時或永久性地使用轉(zhuǎn)染的基因，或兩者?；蛐蛄锌梢允侨虿糠珠L度，克隆或自然產(chǎn)生的。在本文中，術(shù)語"生物活性分子"表示對細(xì)胞或組織有影響的分子。該術(shù)語包括維生素，鹽，電解液，氨基酸，肽，多肽，蛋白，碳水化合物，脂質(zhì)，多糖，核酸，核苷酸，多核苷酸，糖蛋白，脂蛋白，糖脂，粘多糖，蛋白多糖，生長因子，分化因子，激素，神經(jīng)傳遞素，信息素，抑素，前列腺素，免疫球蛋白，單核因子和其他細(xì)胞因子，保濕劑，礦物質(zhì)，電和磁反應(yīng)物質(zhì)，感光材料，熱敏材料，抗氧化劑，可被代謝為細(xì)胞能量源的分子，抗原，和可導(dǎo)致細(xì)胞或生理反應(yīng)的任何分子?？梢允褂梅肿拥娜我饨M合，以及這些分子的刺激劑或拮抗劑。粘多糖包括糖蛋白，蛋白聚糖，和透明質(zhì)酸。多糖包括纖維素，淀粉，藻酸，殼聚糖，或透明質(zhì)酸。細(xì)胞因子包括，但不限于，心營養(yǎng)素，基質(zhì)細(xì)胞衍生的因子，巨噬細(xì)胞衍生的趨化因子(MDC)，黑素瘤生長刺激活性(MGSA)，巨噬細(xì)胞炎性蛋白la (MIP-Ia )，2，3 a，3 P，4和5，白介素(IL) 1，IL-2, IL-3, IL-4, IL-5，IL-6，IL~1, IL-8，IL-9，IL-10，IL-11，IL-12，IL-13，TNF-a，和TNF-3?？捎糜诒景l(fā)明的免疫球蛋白包括，但不限于，IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, 及其混合物。氨基酸，肽，多肽，和蛋白可以包括任意大小和復(fù)雜性的任何類型的所述分子，以及所述分子的組合。例子包括，但不限于，結(jié)構(gòu)蛋白，酶，和肽激素。術(shù)語生物活性分子還包括纖維蛋白，粘著蛋白，粘附化合物，靶向化合物，生長抑制劑，和分化抑制劑。纖維蛋白包括膠原和彈性蛋白。粘附/去粘附化合物包括纖維連接蛋白，層粘連蛋白，凝血栓蛋白和固生蛋白(tenascin) C。粘著蛋白包括肌動蛋白，纖維蛋白，纖維蛋白原，纖連蛋白，玻璃粘連蛋白，層粘連蛋白，鈣粘著蛋白，選擇蛋白，細(xì)胞內(nèi)粘連分子1，2，和3，和細(xì)胞基質(zhì)粘連受體包括，但不限于整合蛋白如Ci5P1, Ci6P1, Ci7P1, CiJ2,aj3，和Ci6P415生長抑制劑包括骨髓基質(zhì)細(xì)胞衍生的生長抑制劑，p21 (WAFl/Cipl)細(xì)胞周期抑制劑，和紫杉醇。分化抑制劑包括凝血栓蛋白和Nogo-A。術(shù)語生物活性分子還包括瘦素，白血病抑制因子(LIF)，R⑶肽，腫瘤壞死因子a和@，內(nèi)皮抑素，血管抑素，凝血栓蛋白，成骨蛋白-1，骨形態(tài)形成蛋白2和7，骨粘連蛋白，生長調(diào)節(jié)素狀肽，骨鈣素，干擾素a，干擾素aA，干擾素P，干擾素Y，干擾素Ia，和白介素 2,3,4,5 6,7,8,9,10，11，12，13，15，16，17 和 18。在本文中，術(shù)語"生長因子"表示促進(jìn)細(xì)胞或組織增殖的生物活性分子。可用于本發(fā)明的生長因子包括，但不限于，轉(zhuǎn)化生長因子-a (TGF-a )，轉(zhuǎn)化生長因子
(TGF-^ )，血小板衍生的生長因子包括AA，AB和BB異構(gòu)體(PDGF)，成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)，包括FGF酸性異構(gòu)體I和2，F(xiàn)GF堿性形式2，和FGF 4,8,9和10，神經(jīng)生長因子(NGF)包括NGF 2.5s, NGF 7. Os和P NGF和神經(jīng)營養(yǎng)素，大腦衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子，軟骨衍生的因子，骨生長因子(BGF)，堿性成纖維細(xì)胞生長因子，胰島素狀生長因子(IGF)，血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，EG-VEGF, VEGF相關(guān)的蛋白，Bv8, VEGF-E，粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)，胰島素樣生長因子(IGF) I和II，肝細(xì)胞生長因子，神經(jīng)膠質(zhì)神經(jīng)營養(yǎng)生長因子(⑶NF)，干細(xì)胞因子(30 )，角化細(xì)胞生長因子(1 )，轉(zhuǎn)化生長因子(16 )，包括16 8 0，@P 1，￠2，和3 3，骨骼生長因子，骨基質(zhì)衍生的生長因子，和骨衍生的生長因子及其混合物。某些生長因子還可以促進(jìn)細(xì)胞或組織的分化。例如，TGF可以促進(jìn)細(xì)胞或組織的生長和/或分化。某些優(yōu)選的生長因子包括 VEGF，NGFs, PDGF-AA, PDGF-BB, PDGF-AB, FGFb, FGFaJP BGF。在本文中，術(shù)語"分化因子"表示促進(jìn)細(xì)胞分化的生物活性分子。該術(shù)語包括，但不限于，神經(jīng)營養(yǎng)因子，集落刺激因子(CSF)，或轉(zhuǎn)化生長因子。CSF包括粒細(xì)胞-CSF，巨噬細(xì)胞-CSF，粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞-CSF，促紅細(xì)胞生成素，和IL-3。某些分化因子還可以促進(jìn)細(xì)胞或組織的生長。例如，TGF和TL-3可以促進(jìn)細(xì)胞的分化和/或生長。在一個實(shí)施例中，生長因子和/或分化因子由細(xì)纖維層釋放。生長因子或分化因子的釋放速度由纖維層的降解或溶解速度確定。在本文中，術(shù)語"粘附化合物"表示通過形成局部粘附復(fù)合體到纖維表面構(gòu)成粘附化合物，促進(jìn)細(xì)胞連接的生物活性分子。粘附化合物的例子包括，但不限于，纖維連接蛋白，玻璃連接蛋白，層粘蛋白，或其片段。在本文中，術(shù)語"靶向化合物"表示用作信號分子，誘導(dǎo)細(xì)胞的募集和/或連接 至IJ纖維構(gòu)成靶向化合物的生物活性分子。靶向化合物以及它們的同源受體的例子包括粘接肽，包括由纖維連接蛋白和整合蛋白衍生的R⑶肽，生長因子包括EGF和EGF受體，以及激素包括胰島素和胰島素受體。本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)或基片還可以包括分散在纖維層中的活性和/或惰性顆粒。本發(fā)明的顆粒材料具有能夠改進(jìn)本發(fā)明的介質(zhì)和層的活性特性和過濾或凈化特性的尺寸。材料可以由不同可用的材料制成，這些材料是惰性的，反應(yīng)性的，吸收性的，或吸附性的。在采用細(xì)胞或微生物的生物加工和生物轉(zhuǎn)化用途中，活性或惰性顆粒優(yōu)選是非細(xì)胞毒性的。材料可以是對通過網(wǎng)的運(yùn)動相和夾帶的顆?；蛉芙獾幕瘜W(xué)雜質(zhì)載荷呈基本惰性或材料可以與流體，流體的溶解部分或流體中的顆粒載荷相互作用。顆粒的某些或全部可以是惰性的。優(yōu)選的顆粒是活性，生物活性，反應(yīng)性，吸收或吸附材料。對于本發(fā)明來說，術(shù)語"惰性"表示網(wǎng)中的材料不與流體或顆粒載荷發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，或不以任何明顯的數(shù)量明顯物理吸收或吸附將流體或顆粒載荷的部分到顆粒上。在這種"惰性"模式下，顆粒只是改變纖維層和包括一個或多個纖維層的介質(zhì)的物理參數(shù)。所述顆?？捎米鞲綦x裝置或占據(jù)空間。惰性顆粒可以利用傳統(tǒng)方法用酶或其他生物活性分子包衣。在一個實(shí)施例中，惰性顆粒是聚合球。在本說明書中，術(shù)語"活性顆粒"是指吸附，吸收或反應(yīng)顆粒。對于本專利申請，術(shù)語"吸附"表示主動吸附并積聚流體流中的材料到顆粒表面上的顆粒。術(shù)語"吸收"表示顆粒具有將來自流體流的材料積聚在顆粒的內(nèi)部或空穴空間或空間中的能力。"化學(xué)反應(yīng)"表示顆粒具有與流體流中的材料起反應(yīng)并且化學(xué)改變顆粒的特征和流體流中材料的化學(xué)特征的能力。利用多種添加技術(shù)，將本發(fā)明的活性顆粒添加到本發(fā)明的元件的任意層上。本發(fā)明的顆?？梢园ǘ栊灶w粒，包涂有或以其他方式連接到細(xì)胞，微生物，酶或生物活性分子，或者與活性或生物活性顆粒結(jié)合。本發(fā)明的顆?？梢栽诶w維紡絲期間整合入細(xì)纖維層，如本申請其他地方所討論的。另外，本發(fā)明的活性顆?？梢匀芙饣蚍稚⒌胶蚍撬蚧旌系暮后w中，并且應(yīng)用于本發(fā)明的可用元件的任意層。當(dāng)使用與流體或顆粒載荷相互作用的活性顆粒時，顆粒除了改變介質(zhì)或?qū)拥奈锢硖匦灾?，還可以與運(yùn)動流體或顆粒載荷的部分起反應(yīng)或吸收或吸附運(yùn)動流體或顆粒載荷，以改變穿過網(wǎng)的材料。本文所披露技術(shù)的主要目的是改進(jìn)層的處理特性，以提高介質(zhì)或?qū)拥奈锢斫Y(jié)構(gòu)的生物活性/反應(yīng)性/吸收/吸附能力或壽命，并根據(jù)需要改進(jìn)凈化方法的過濾性能。在很多所述用途中，可以使用惰性顆粒，活性顆粒，和生物活性顆粒的組合。顆?？梢圆捎貌煌囊?guī)則幾何形狀或無定形結(jié)構(gòu)。所述形狀可以包括無定形或隨機(jī)形狀，成團(tuán)，球體，圓盤，橢圓形，長橢圓形，十字形形狀，桿狀，空心桿狀或圓柱體，條狀，三維十字形狀具有多個顆粒形式伸入空間，空心球體，非規(guī)則形狀，立方體，具有多個面、角和內(nèi)部空間的實(shí)體棱柱。本發(fā)明的非球形顆粒的縱橫比(顆粒的最小尺寸與主要或最大尺寸的比率)可以在大約I : 2-大約I : 10的范圍內(nèi)，優(yōu)選大約I : 2-大約I : 8。本發(fā)明的顆粒是非相互作用惰性顆粒，或生物活性顆粒，構(gòu)成本發(fā)明的多薄層納米纖維基質(zhì)的部分。不與運(yùn)動流體或夾帶的顆粒相相互作用的顆粒包括有機(jī)和無機(jī)材料。有機(jī)顆?？梢杂孟率霾牧现瞥删郾揭蚁┗虮揭蚁┕簿畚锱蛎浀幕蚱渌问降模猃埢蚰猃埞簿畚?，聚烯烴聚合物包括聚乙烯，聚丙烯，乙烯，烯烴共聚物，丙烯烯烴共聚物，丙烯酸聚合物和共聚物包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈。另外，顆?？梢园ɡw維素材料和纖維素衍生物球。所述球可以由纖維素或纖維素衍生物諸如甲基纖維素，乙基纖維素，羥甲基 纖維素，羥乙基纖維素和其他材料制成。另外，顆?？梢园ü柙逋?，沸石，滑石，粘土，硅酸鹽，熔融二氧化硅，玻璃珠，陶瓷珠，金屬顆粒，金屬氧化物等。用于本發(fā)明的顆粒通過平均大小在大約0.01-510微米的范圍表征。盡管使用了亞微米活性顆粒，本發(fā)明適用于平均大小高達(dá)100微米的細(xì)微粒。在任何情況，活性顆粒的平均大小會是顆粒平均大小的大約
0.01-0. 0001的范圍。因此，活性顆粒的較大平均大小需要顆粒的較大平均大小。顆粒包括碳顆粒，如活性炭，離子交換樹脂/球，沸石顆粒，硅藻土，氧化鋁顆粒如活性氧化鋁，聚合顆粒包括，例如，苯乙烯單體，和吸收顆粒，如商用的超強(qiáng)吸收顆粒。特別合適的吸收/吸附顆粒是低密度、多孔顆粒，并且具有孔和凹穴，包括表面凹穴，直徑的范圍在1-100微米，并由較小孔相互連接。所述孔和凹穴有利提供內(nèi)表面，用于沉積，特別是平均大小在大約0.01-10微米范圍內(nèi)的細(xì)微粒的單層沉積，隨后用于可接觸固定化的細(xì)微粒。Icrn3的所述顆粒提供總共大約75-1，500m2的可用表面。碳顆粒能夠以銼削分割的活性碳的形式使用。所述活性碳可以與其他反應(yīng)性吸收性或吸附性物質(zhì)結(jié)合，所述物質(zhì)可以與碳表面混合或吸附在碳表面上。可以使用的其他形式的活性碳包括碳納米管，納米顆粒，納米線，納米碳繩或較大的晶格或結(jié)構(gòu)，其中，單獨(dú)元件包括碳納米管。所述納米顆粒，如巴克球(buckyballs),較小的納米管(或其納米管的部分),納米繩等可以整合在納米管的內(nèi)部空間中或整合在納米結(jié)構(gòu)的碳原子晶格中。其他原子，分子或成分可將結(jié)構(gòu)或功能添加到納米顆粒材料。本發(fā)明的顆粒可以是光活性，磁性或傳導(dǎo)性的。光活性顆粒包括金屬氧化物顆粒，如催化TiO2顆粒。本發(fā)明元件中的纖維或?qū)右部梢允枪饣钚裕判曰騻鲗?dǎo)性的。所述催化層，當(dāng)受到UV光照射時，可以引起催化劑和包埋在運(yùn)動相中的材料之間的化學(xué)反應(yīng)，并且可以除去材料或?qū)⒉牧蠌挠卸净蛴泻Φ牟牧献兂闪夹圆牧?。環(huán)境光可以通常是足夠發(fā)光能量的來源，以便為元件中的TiO2獲得催化效果。如果環(huán)境條件不足以獲得活性，元件可以與單獨(dú)的UV光源一起使用。熒光UV光源是已知的，并且可以或者用作單獨(dú)的照射源，或者可以整合入元件，以提供相當(dāng)量的UV輻射到TiO2上。用作本發(fā)明的顆?；蚣{米纖維層的磁性材料包括鐵蛋白。本發(fā)明的顆?？梢允谴判缘?，例如，鐵蛋白。小分子，低聚物和聚合材料可用于本發(fā)明。小分子通常的分子量為小于大約500，并通常由單個可識別的分子單元構(gòu)成，并且通常所述單元在分子結(jié)構(gòu)中不重復(fù)。低聚物結(jié)構(gòu)通常具有略大一些的分子量，但通常在結(jié)構(gòu)中具有2-10個重復(fù)分子單元。聚合物單元通常具有明顯更大的分子量，并且通常在聚合物結(jié)構(gòu)上具有明顯大于10個重復(fù)單元。低聚物和聚合物結(jié)構(gòu)之間的差別并非總是明確的；不過，隨著結(jié)構(gòu)中重復(fù)單元數(shù)量的增加，材料趨向于在性質(zhì)上更聚合。顆?？梢允菃畏稚⒒蚨喾稚⒌?。在單分散顆粒中，大部分顆粒的直徑或主要尺寸是類似的。例如，單分散顆粒的一個例子具有80%_90%的顆粒在大約0. 8±0. 5微米或大約1±0. 25微米的范圍內(nèi)。在多分散材料中，顆粒有相當(dāng)部分的顆粒具有不同的直徑。多分散材料可以是兩種單分散材料的混合或具有相當(dāng)量的顆粒材料在(例如)0. 1-10或0. 01-100微米的大范圍內(nèi)存在的材料。球體或其他形狀可以是多種不同的物理形式，包括實(shí)心和空心形式。顆粒可以具有大體球形或略微橢圓形的球形結(jié)構(gòu)。球體可以是實(shí)心的或者具有大量內(nèi)部空穴空間。球體的殼厚度可以在大約0. 05-大約500微米的范圍內(nèi)，而球體可以在大約0. 5-大約5000 微米的范圍內(nèi)?？梢允褂玫钠渌麍A形結(jié)構(gòu)包括簡單的螺旋管形結(jié)構(gòu)，螺旋形或螺旋狀結(jié)構(gòu)， 或互鎖連接型的鏈結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的顆粒還可以包括生物活性或反應(yīng)性吸收或吸附纖維狀結(jié)構(gòu)，具有預(yù)定的長度和直徑。所述纖維的縱橫比通常為大約I-大約10 1，纖維直徑通常在直徑上大于結(jié)構(gòu)的細(xì)纖維。顆粒纖維與細(xì)纖維的直徑比通常為大約0.5-大約5000 I?？梢允褂枚喾N其他規(guī)則的形狀包括圓柱形，空心圓柱形，十字形結(jié)構(gòu)，三維十字形結(jié)構(gòu)，和I型梁結(jié)構(gòu)等。顆粒還可以是不規(guī)則的形狀，使得顆粒具有相對明確的主要和次要尺寸，但具有明顯不規(guī)則性質(zhì)的外表面。很多無定形的有機(jī)和無機(jī)顆粒可以具有不規(guī)則形狀，但可以具有提供顆粒材料的間隔特性的尺寸。根據(jù)球體的物理形式和化學(xué)性質(zhì)，球體的尺寸可以通過二次加工處理，如超強(qiáng)吸收性，溶劑膨脹，熱膨脹，孔隙度變化等。從Expancel 獲得的微球體可以進(jìn)行熱處理，以便極大膨脹微球體的體積。細(xì)纖維和微球體復(fù)合介質(zhì)可以按照本發(fā)明生產(chǎn)，隨后進(jìn)行二次處理，-不局限于加熱_，復(fù)合介質(zhì)的結(jié)構(gòu)能夠以受控方式進(jìn)行調(diào)整，例如對于Expancel的情況，根據(jù)所施加的熱和溫度的水平，可以控制微球體的膨脹程度。例如，通過膨脹微球體，結(jié)構(gòu)的厚度和松解度可以提高，并因此可以需要的方式改變過濾特性。應(yīng)當(dāng)理解，微球體的物理特性的所述改變應(yīng)當(dāng)由細(xì)纖維的彈性適應(yīng)，因?yàn)槔w維在微球體膨脹時會拉伸。根據(jù)微球體變化的可逆性，還可以形成膨松有彈性的結(jié)構(gòu)，并隨后使結(jié)構(gòu)皺縮/收縮，以形成致密/緊湊的過濾結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的顆粒材料和細(xì)纖維層還可用作基片，用于培養(yǎng)有機(jī)物和酶。所述材料是無毒的和生物相容性的材料，被設(shè)計用作支架和三維空間組織者?；梢允侨魏伪砻?，提供對納米纖維的沉積網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)支撐?；梢园úＡЩ蛩芰?。優(yōu)選塑料是非細(xì)胞毒性的。基片可以是薄膜或培養(yǎng)容器?；梢允撬苄曰蛩蝗苄缘摹Ｋ苄缘幕瑑?yōu)選是聚乙烯醇薄膜?；梢允嵌嗫椎幕驘o孔的?；目紫抖扔杉?xì)胞滲透性確定。細(xì)胞能夠穿透多孔的基片，但是不能穿透無孔的基片。基片可以是生物可降解的和/或生物可溶解的。優(yōu)選基片是生物相容性的?；梢园ㄒ环N或多種生物活性分子，或顆粒。優(yōu)選的一種生物活性分子是肽，多肽，脂類，碳水化合物，多糖，氨基酸，或它們的雜交分子。基片可以包括一種或多種醇，醛，氨基，羧基，巰基或光敏化官能團(tuán)。優(yōu)選光敏化基團(tuán)是碳烯或氮烯?；梢园ㄒ环N或多種生長因子和/或分化因子?；梢葬尫乓环N或多種生長因子和/或分化因子。釋放速度由基片的溶解或降解速度確定?；梢园ㄒ环N或多種生物活性分子的顆粒，構(gòu)成培養(yǎng)容器。在本文中，術(shù)語"培養(yǎng)容器"表示用于容納培養(yǎng)細(xì)胞或組織的介質(zhì)的容器。培養(yǎng)容器可以是玻璃或塑料的。優(yōu)選塑料是非細(xì)胞毒性的。術(shù)語培養(yǎng)容器包括，但不限于，單管和多管培養(yǎng)板，有腔室和多腔室的培養(yǎng)玻片，杯，燒瓶，管，瓶子，滾瓶，轉(zhuǎn)瓶，灌流室，和發(fā)酵罐。本發(fā)明的網(wǎng)可以用于生物反應(yīng)器用途和過濾或流體凈化用途，作為表面介質(zhì)或深度介質(zhì)，具有細(xì)纖維的連續(xù)網(wǎng)，通過以顆粒形式存在的反應(yīng)性，吸收性，吸附性，或生物活性間隔或隔離裝置進(jìn)行改性，與介質(zhì)中的纖維結(jié)合，提供過濾效率，過濾滲透性，深度載荷，通過最小壓力降增加表征的延長的使用壽命，或其組合。生物活性，反應(yīng)性，吸收性或吸附性間隔或隔離裝置導(dǎo)致纖維網(wǎng)獲得一種結(jié)構(gòu)，其中，纖維團(tuán)或網(wǎng)部分具有降低的密實(shí)度，結(jié)構(gòu)內(nèi)分離的纖維或分離的網(wǎng)部分，以及增大的纖維層深度，而沒有增加網(wǎng)中的聚合物量或纖維數(shù)量。纖維網(wǎng)的反應(yīng)性，吸附性，吸收性，或生物活性部分可以與通過纖維層的運(yùn)動流體中的反應(yīng)性化學(xué)物質(zhì)起反應(yīng)或者運(yùn)動流體的所述化學(xué)成分可以被纖維層的吸收或吸附部 分吸收或吸附?；钚曰蛏锘钚灶w粒可以與惰性顆粒一起使用，只要顆粒的活性得以保持。在過濾應(yīng)用中，所得到的結(jié)構(gòu)獲得改進(jìn)的過濾特性，結(jié)合對增大壓力降的抗性，改進(jìn)的滲透性，改進(jìn)的效率，以及從通過纖維層的運(yùn)動流體流中除去顆粒狀非反應(yīng)性載荷和反應(yīng)性氣體或顆粒載荷的能力。對于本發(fā)明的過濾應(yīng)用，"流體流"表示可能含有顆粒的液體流。顆?？梢詮牧黧w流中濾出，或者顆?？梢员槐景l(fā)明的顆粒材料吸附，吸收或與本發(fā)明的顆粒材料起反應(yīng)。本發(fā)明的細(xì)纖維/納米纖維層可以由多種聚合物種類制成?？捎米鞅景l(fā)明纖維聚合物組合物的聚合材料包括加聚物和縮聚物材料，如聚烯烴，聚縮醛，聚酰胺，聚酯，纖維素醚和酯，聚硫化亞烴，聚芳撐氧，聚砜，改性的聚砜聚合物及其混合物。屬于上述屬類的優(yōu)選材料包括聚乙烯，聚丙烯，聚(氯乙烯)，聚甲基丙烯酸甲酯(和其他丙烯酸樹脂)，聚苯乙烯，及其共聚物(包括ABA型嵌段共聚物)，聚(偏二氟乙烯)，聚(偏二氯乙烯)，聚乙烯醇，以交聯(lián)和非交聯(lián)形式以不同水解度(80%-99. 5%)。優(yōu)選的加聚物傾向于玻璃狀的(玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)大于室溫)。對于聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯聚合物組合物或合金或低結(jié)晶度的聚偏二氟乙烯和聚乙烯醇材料是這樣的。一類的聚酰胺縮聚物是尼龍材料。術(shù)語"尼龍"是所有長鏈合成聚酰胺的屬名。通常，尼龍命名包括一系列數(shù)字，如，尼龍_6，6，表示原材料是C6 二胺和C6 二酸(第一個數(shù)字表示C6 二胺，而第二數(shù)字表示C6 二羧酸化合物)。尼龍可以通過在存在少量水的情況下e己內(nèi)酰胺的縮聚作用制備。該反應(yīng)形成尼龍-6 (由環(huán)內(nèi)酰胺制成-又被稱作e-氨基己酸)，它是線性聚酰胺。另外，還涉及尼龍共聚物。共聚物可以通過在反應(yīng)混合物中結(jié)合不同的二胺化合物，不同的二酸化合物和不同的環(huán)內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)，然后形成在聚酰胺結(jié)構(gòu)中具有隨機(jī)定位的單體材料的尼龍。例如，尼龍6，6-6，10材料是由環(huán)己二胺和二酸的Cf^PCltl混合制成。尼龍6，6-6，6，10是通過e氨基己酸，環(huán)己二胺以及C6和Cltl 二酸材料的混合的共聚作用制成的。嵌段共聚物也可用于本發(fā)明的方法中。對于所述共聚物，溶劑溶脹劑的選擇是重要的。所選擇的溶劑是這樣的，使得兩種嵌段都能溶解在溶劑中。一個例子是ABA (苯乙烯-EP-苯乙烯)或AB (苯乙烯-EP)聚合物在二氯甲烷溶劑中。如果一種成分不可溶于溶劑中，它會形成凝膠。所述嵌段共聚物的例子是Kraton 類型的苯乙烯_b-丁二烯和苯乙烯_b-氫化丁二烯(乙烯丙烯)，Pebax*類型的e -己內(nèi)酰胺-b-環(huán)氧乙烷，SympatexgT^酯_b-環(huán)氧乙烷和環(huán)氧乙烷和異氰酸酯的聚氨酯?？捎糜诒景l(fā)明方法的生物相容性聚合物包括，例如，聚酯，聚(e -己內(nèi)酯)，聚甘醇酸，聚乳酸，聚酰胺，尼龍，及其混合物或組合。加聚物如聚偏二氟乙烯，間規(guī)聚苯乙烯，偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，聚乙烯醇，聚乙酸乙烯酯，非晶形加聚物，如聚(丙烯腈)及其與丙烯酸和異丁烯酸酯的共聚物，聚苯乙烯，聚(氯乙烯)及其各種共聚物，聚(甲基丙烯酸甲酯)及其各種共聚物，能夠相對容易地進(jìn)行溶液紡絲，因?yàn)樗鼈冊诘蛪汉偷蜏叵驴扇芙?。不過，高度結(jié)晶的聚合物，如聚乙烯和聚丙烯需要高溫、高壓溶劑，如果要對它們進(jìn)行溶液紡絲的話。因此，聚乙烯和聚丙烯的溶液紡絲是非常困難的。靜電溶液紡絲是制成納米纖維和微纖維的一種方法。本發(fā)明該層所用的聚氨酯(PU)聚醚可以是脂族或芳族聚氨酯，取決于所用的異氰酸酯，并且可以是聚醚聚氨酯或聚酯聚氨酯。具有良好物理特性的聚醚氨基甲酸乙酯可 以通過熔融聚合羥基封端的聚醚或聚酯中間體和具有脂族或芳族(MDI) 二異氰酸酯的擴(kuò)鏈劑來制備。羥基封端的聚醚的烯化氧重復(fù)單元包括2-10個碳原子，并且重量平均分子量為至少1000。擴(kuò)鏈劑是基本不分支的乙二醇，具有2-20個碳原子。擴(kuò)鏈劑的量為0.5-小于2摩爾/每摩爾羥基封端的聚醚。優(yōu)選的，聚醚聚氨酯是熱塑性的，并且熔點(diǎn)為大約140。。_250°C或以上(例如，150°C _250°C)，優(yōu)選 180°C或以上。在第一模式下，本發(fā)明的聚氨酯聚合物可以只是通過結(jié)合二 _，三-或更高官能度的芳族或脂族異氰酸酯化合物和可以包括聚酯多元醇或聚醚多元醇的多元醇化合物來制備。多元醇中活性氫原子與異氰酸酯基團(tuán)之間的反應(yīng)以直接的方式形成了加成聚氨酯聚合物材料。OH NCO的比率通常為大約I : 1，在完成的聚合物中留下很少或沒有未反應(yīng)的異氰酸酯。在任何未反應(yīng)的異氰酸酯化合物中，利用異氰酸酯反應(yīng)化合物可以清除反應(yīng)性。在第二模式下，聚氨酯聚合物能夠以逐步的方式由異氰酸酯封端的預(yù)聚物材料合成。聚氨酯可以由異氰酸酯封端的聚醚或聚酯制成。異氰酸酯封端的多元醇預(yù)聚物可以用芳族或脂族二羥基化合物進(jìn)行擴(kuò)鏈。術(shù)語"異氰酸酯封端的聚醚或聚氨酯"總體是指預(yù)聚物，它包括多元醇，已經(jīng)與二異氰酸酯化合物(即，包括至少兩個異氰酸酯(-NC0)基團(tuán)的化合物)反應(yīng)。在優(yōu)選的形式中，預(yù)聚物的官能度為2. 0或以上，平均分子量為大約250-10，000或600-5000，并且被制備成基本不含未反應(yīng)的單體異氰酸酯化合物。術(shù)語"未反應(yīng)的異氰酸酯化合物"是指含有游離單體的脂族或芳族異氰酸酯的化合物，即，結(jié)合預(yù)聚物的制備用作原材料，并且在預(yù)聚物組合物中保持不反應(yīng)的二異氰酸酯化合物。在本文中，術(shù)語"多元醇"一般是指具有一個以上羥基(-0H)基團(tuán)的聚合化合物，優(yōu)選脂族聚合(聚醚或聚酯)化合物，它用羥基基團(tuán)在每一端封端。擴(kuò)鏈劑是雙官能和/或三官能化合物，具有的分子量為62-500，優(yōu)選脂族二醇具有2-14個碳原子，例如，乙二醇，1,6-己二醇，二乙二醇，二丙二醇，和尤其是1,4-丁二醇。不過，同樣合適的是對苯二酸的二酯，二醇具有2-4個碳原子，例如，對苯二酸二-乙二醇或1，4_ 丁二醇，氫醌的羥基亞烷基醚，例如，1，4- 二(B-羥乙基)-氫醌，(環(huán))脂族二胺，例如，異佛樂酮-二胺，乙二胺，
I,2-, I, 3-丙二胺，N-甲基-1，3-丙二胺，N, N' - 二甲基-乙烯-二胺，和芳族二胺，例如，2，4-和2，6- 二苯乙烯-二胺，和第一鄰-二-，二-和/或四-燒基_取代的4，4' - 二氨基二苯甲烷。還可以使用上述擴(kuò)鏈劑的混合物。優(yōu)選的多元醇是聚酯，聚醚，聚碳酸酯或其混合物。多種多元醇化合物可用于制備預(yù)聚物。在優(yōu)選的實(shí)施例中，多元醇可以包括聚合二醇包括，例如，聚醚二醇和聚酯二醇及其混合物或共聚物。優(yōu)選的聚合二醇是聚醚二醇，更優(yōu)選是聚烷撐醚二醇。示例的聚烷撐聚醚二醇包括，例如，聚乙烯醚二醇，聚丙烯醚二醇，聚四甲基醚二醇(PTMEG)和聚六亞甲基醚二醇及其混合物或共聚物。聚烷撐醚二醇中優(yōu)選的是PTMEG。聚酯二醇中優(yōu)選的是，例如，聚己二酸丁二醇酯二醇和聚己二酸乙二醇酯二醇及其混合物或共聚物。其他聚醚多元醇可以通過使在烷撐基中具有2-4個碳原子的一種或多種烯化氧與其內(nèi)包含兩個結(jié)合的活性氫原子的起始分子反應(yīng)來制備。下面提到的是烯化氧的例子環(huán)氧乙烷，1，2-環(huán)氧丙烷，表氯醇和1，2-和2，3-環(huán)氧丁烷。優(yōu)選使用環(huán)氧乙烷，環(huán)氧丙烷和1，2-環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷的混合物。烯化氧可以單獨(dú)使用，交替連續(xù)或以混合物的形式使用。起始分子包括，例如水，氨基醇，如N-烷基二乙醇胺，例如N-甲基-二乙醇胺，和二醇，如乙二醇，1，3-丙二醇，I, 4- 丁二醇和1，6-己二醇。還可以使用起始分子的混合物。合適的聚醚多元醇還是四氫呋喃的含有羥基的聚合產(chǎn)物。合適的聚酯多元醇可以，例如通過具有2-12個碳原子，優(yōu)選4-6個碳原子的二羧酸，和多元醇制備。合適的二羧酸包括，例如脂族二羧酸，如琥珀酸，戊二酸，己二酸，辛二酸，壬二酸和癸二酸，以及芳族二羧酸，如鄰苯二甲酸，間苯二甲酸和對苯二甲酸。二羧酸可以單獨(dú)使用或以混合物形式使 用，例如，以琥珀酸，戊二酸和己二酸的混合物的形式。對于聚酯多元醇的制備來說，使用相應(yīng)的二羧酸衍生物，如在醇基中具有1-4個碳原子的羧酸二酯，羧酸酐或羧酸氯化物，來代替二羧酸可能是有利的。多元醇的例子包括具有2-10，優(yōu)選2-6個碳原子的二醇，如乙二醇，二乙二醇，I, 4- 丁二醇，I, 5-戊二醇，I, 6-己二醇，I, 10-癸二醇，2，2- 二甲基-1，3-丙二醇，1，3-丙二醇和二丙二醇。根據(jù)需要的特性，多元醇可以單獨(dú)使用，或者可選地彼此混合使用。同樣合適的是碳酸與上述二醇的酯，特別是具有4-6個碳原子的二醇，如1，4_ 丁二醇和/或1，6-己二醇，Co -羥基羧酸的縮聚產(chǎn)物，例如Co -羥基己酸，并優(yōu)選內(nèi)酯的聚合產(chǎn)物，例如可選替代的e-己內(nèi)酯。上述優(yōu)選用作聚酯多元醇乙二醇聚己二酸，1，4-丁二醇聚己二酸，乙二醇-1，4- 丁二醇聚己二酸，I, 6-己二醇新戊基二醇聚己二酸，1，6-己二醇-1，4- 丁二醇聚己二酸和聚己內(nèi)酯。聚酯多元醇的分子量為600-5000。用于獲得聚合物或預(yù)聚物的多元醇的平均分子量數(shù)量在大約800-大約3500的范圍內(nèi)，以及其內(nèi)的所有組合和亞組合。更優(yōu)選的，多元醇的平均分子量數(shù)量在大約1500-大約2500的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的是數(shù)量平均分子量為大約2000。預(yù)聚物中的多元醇可以用異氰酸酯化合物封端或可以與熱塑性聚氨酯(TPU)完全起反應(yīng)。有多種二異氰酸酯化合物可用于制備本發(fā)明的預(yù)聚物。一般來說，二異氰酸酯化合物可以是芳族或脂族，優(yōu)選芳族二異氰酸酯化合物。合適的有機(jī)二異氰酸酯包括，例如，脂族，環(huán)脂族，芳脂族，雜環(huán)和芳族二異氰酸酯，例如，參見Justus Liebigs Annalen derChemie.，562，75 - 136頁。合適的芳族二異氰酸酯化合物的例子包括二苯基甲烷二異氰酸酯，二甲苯二異氰酸酯，甲苯二異氰酸酯，亞苯基二異氰酸酯，和萘二異氰酸酯及其混合物。合適的脂族二異氰酸酯化合物的例子包括雙環(huán)己基甲烷二異氰酸酯和環(huán)己烷二異氰酸酯及其混合物。二異氰酸酯化合物中優(yōu)選的是MDI，至少部分是由于它的一般商用性，和高度的安全性，以及它一般與擴(kuò)鏈劑的理想反應(yīng)性(下文將更全面地討論)。除了上述示例之外，其他二異氰酸酯化合物對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說在掌握了本說明書之后是顯而易見的。下面披露的是具體例子脂族二異氰酸酯，如環(huán)己烷二異氰酸酯，環(huán)脂族二異氰酸酯，如異佛樂酮二異氰酸酯，1，4-環(huán)己烷二異氰酸酯，I-甲基-2，4-和-2，6-環(huán)己烷二異氰酸酯以及相應(yīng)的同質(zhì)異構(gòu)混合物，4，4' _，2，4'-和2，2'-雙環(huán)己基甲烷二異氰酸酯以及相應(yīng)的同質(zhì)異構(gòu)混合物，和優(yōu)選芳族二異氰酸酯，如2，4- 二苯乙烯二異氰酸酯，2，4-和2，6-二苯乙烯二異氰酸酯的混合物，4，4' -,2,4/ -和2，2' -二苯甲烷二異氰酸酯，2，4'-和4，4' -二苯甲烷二異氰酸酯的混合物，氨基甲酸乙酯改性的液體4，4'-和/或2,4' -二苯甲烷二異氰酸酯，4,4' -二異氰酸二苯乙烷-(1，2)和1,5-亞萘基二異氰酸酯。優(yōu)選使用1，6-環(huán)己烷二異氰酸酯，異佛樂酮二異氰酸酯，雙環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，二苯基甲烷二異氰酸酯同質(zhì)異構(gòu)混合物，具有4，4' -二苯基甲烷二異氰酸酯的含量大于96被.％，尤其是4，4' -二苯基甲烷二異氰酸酯和1，5-亞萘基二異氰酸酯。為了制備TPUs，鏈延長成分可選地在存在催化劑，輔助物質(zhì)和/或添加劑的條件下起反應(yīng)，用量是NCO基團(tuán)對所有NCO-反應(yīng)基團(tuán)總和的當(dāng)量比，特別是低分子量二醇/三醇和多元醇的OH基團(tuán)，為0. 9 I. 0-1. 2 1.0，優(yōu)選0.95 I. 0-1. 10 I. O0合適的 催化劑，尤其是加速二異氰酸酯的NCO基團(tuán)和二醇成分的羥基基團(tuán)之間的反應(yīng)的催化劑，是現(xiàn)有技術(shù)已知的傳統(tǒng)叔胺，例如，三乙胺，二甲基環(huán)己胺，N-甲基嗎啡啉，N,N/ -二甲基-哌嗪，2- (二甲氨基乙氧基)-乙醇，和二氮雜二環(huán)-(2，2，2)-辛烷等，以及特別是有機(jī)金屬化合物，如鈦酸酯，鐵化合物，錫化合物，例如，二乙酸錫，二異辛酸錫，二月桂酸錫或脂族羧酸的錫二烷基鹽，如二乙酸二丁基錫，或二丁基二月桂酸錫等。催化劑通常的用量為0. 0005-0. I份/100份多羥基化合物。除了催化劑之外，還可以將輔助物質(zhì)和/或添加劑整合入鏈延長成分?？商岬降睦佑袧櫥瑒澜Y(jié)塊劑，抑制劑，抗水解、光、熱、和脫色的穩(wěn)定齊IJ，耐火劑，著色劑，色素，無機(jī)和/或有機(jī)填料和增強(qiáng)劑。增強(qiáng)劑特別是纖維增強(qiáng)材料，例如，無機(jī)纖維，是按照現(xiàn)有技術(shù)制備的，并且還能夠以一定大小提供?？梢哉先隤U的其他材料是熱塑性材料，例如，聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯苯乙烯三元共聚物，特別是ABS。同樣可以使用其他彈性體，例如，橡膠，乙烯-乙酸乙烯酯聚合物，苯乙烯-丁二烯共聚物和其他PU。同樣適合整合的有商用增塑劑，例如，磷酸鹽，鄰苯二甲酸酯，己二酸，癸二酸酯。本發(fā)明的PU可以連續(xù)生產(chǎn)?？梢允褂靡阎膸焦に嚮驍D壓工藝。成分可以同時，即一次注射或連續(xù)，即通過預(yù)聚物工藝進(jìn)行計量。在這種情況下，預(yù)聚物可以分批或連續(xù)地導(dǎo)入擠壓機(jī)的第一部分，或它可以在設(shè)置在上游的單獨(dú)預(yù)聚物裝置中制備。優(yōu)選使用擠壓工藝，可選地結(jié)合預(yù)聚物反應(yīng)器。纖維可以由傳統(tǒng)方法制成，并且可以通過對聚氨酯或混合的聚醚氨基甲酸乙酯和添加劑進(jìn)行熔融紡絲制成。熔融紡絲是公知的工藝，其中，聚合物通過擠壓熔融，通過紡絲頭進(jìn)入空氣，通過冷卻固化，并且通過將纖維卷繞在收集裝置上進(jìn)行收集。通常，纖維在大約150°C -大約300°C的聚合物溫度下進(jìn)行熔融紡絲。聚合材料已被制作成無紡織物和紡織物，纖維和微纖維。聚合材料提供產(chǎn)品穩(wěn)定性所需要的物理特性。所述材料在光照、潮濕、高溫或其他不利環(huán)境影響下不會發(fā)生尺寸的顯著變化，發(fā)生分子量下降，變得少柔性或發(fā)生應(yīng)力斷裂，或物理損傷。本發(fā)明涉及改進(jìn)的聚合材料，它可以在面對諸如環(huán)境光照的入射電磁輻射，熱，潮濕和其他物理挑戰(zhàn)時保持物理特性。我們業(yè)已發(fā)現(xiàn)，以聚合物混合物，合金形式或交聯(lián)化合物結(jié)合的結(jié)構(gòu)形成包括兩種或兩種以上聚合材料的聚合物組合物是十分有利的。我們相信，所述聚合物組合物通過改變聚合物屬性，如改進(jìn)聚合物鏈的柔性或鏈流動性，增加總體分子量以及通過形成聚合材料的網(wǎng)絡(luò)提供強(qiáng)化，來改進(jìn)物理特性。在這種構(gòu)思的一個實(shí)施例中，兩種相關(guān)或不相關(guān)的聚合材料可以混合，以便獲得有利的特性。例如，高分子量聚氯乙烯可以與低分子量聚氯乙烯混合。類似地，高分子量尼龍材料可以與低分子量尼龍材料混合。另外，總聚合屬類的不同物類可以混合。例如，高分子量苯乙烯材料可以與低分子量、高沖擊強(qiáng)度聚苯乙烯混合。尼龍-6材料可以與尼龍共聚物，如尼龍_6，6-6，6，10共聚物混合。另外，具有低水解度的聚乙烯醇，如80%-87%水解的聚乙烯醇可以與水解度為98-99. 9%和以上的完全或超強(qiáng)水解的聚乙烯醇混合。上述所有混合的材料可以利用合適的交聯(lián)機(jī)理進(jìn)行交聯(lián)。尼龍可以利用能與酰胺鍵中的氮原子起反應(yīng)的交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)。聚乙烯醇材料可以利用羥基反應(yīng)性材料，如單醛，如甲醛，尿素，三聚氰胺-甲醛樹脂及其類似物，硼酸和其他無機(jī)化合物，二醛，二酸，氨基甲酸乙酯，環(huán)氧樹脂和其他已知的交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)。交聯(lián)技術(shù)是公知和理解的現(xiàn)象，其中，交聯(lián)試劑反應(yīng)并形成聚合物鏈之間的共價鍵，以顯著改進(jìn)分子量，耐化學(xué)性，總體強(qiáng)度或?qū)C(jī)械降解的抗性。
我們業(yè)已發(fā)現(xiàn)，添加材料可以顯著改進(jìn)細(xì)纖維形式的聚合材料的特性。通過使用添加材料，可以明顯改進(jìn)對熱，潮濕，沖擊，機(jī)械應(yīng)力和其他負(fù)面環(huán)境影響的耐受性。我們業(yè)已發(fā)現(xiàn),在處理本發(fā)明的微纖維材料時,添加材料可以改進(jìn)疏油特性,疏水特性,并且表現(xiàn)出有助于改進(jìn)材料的化學(xué)穩(wěn)定性。我們相信，微纖維形式的本發(fā)明的細(xì)纖維通過使用這些疏油和疏水添加劑得以改進(jìn)，因?yàn)檫@些添加劑形成保護(hù)性涂層，燒蝕表面或滲透表面至某種深度，以改進(jìn)聚合材料的性質(zhì)。我們相信，所述材料的重要特征是存在強(qiáng)疏水性基團(tuán)，它優(yōu)選還具有疏油特征。強(qiáng)疏水性基團(tuán)包括碳氟化合物基團(tuán)，疏水的碳?xì)浠衔锉砻婊钚詣┗驂K和實(shí)質(zhì)碳?xì)浠衔锏途劢M合物。所述材料以組合物制造，該組合物的部分分子傾向于與聚合材料相容，通常提供與聚合物的物理鍵或結(jié)合，而強(qiáng)疏水或疏油基團(tuán)，由于添加劑與聚合物的結(jié)合，形成位于表面上的保護(hù)性表面層或與聚合物表面層形成合金或混合。對于具有10%添加劑含量的0. 2-微米纖維，計算的表面厚度為大約50 A,如果添加劑已向表面遷移的話。相信會發(fā)生遷移，這是由于塊體材料中疏油或疏水基團(tuán)的不相容性質(zhì)。50A的厚度似乎是保護(hù)性涂層的合理厚度。對于0. 05-微米直徑的纖維，50 A的厚度對應(yīng)20%的質(zhì)量。對于2微米厚的纖維，50 A的厚度對應(yīng)2%的質(zhì)量。優(yōu)選的，添加材料的用量為大約2-25wt.%。可用于結(jié)合本發(fā)明的聚合材料的低聚物添加劑包括分子量為大約500-大約5000，優(yōu)選大約500-大約3000的低聚物，包括氟化物，非離子表面活性劑和低分子量樹脂或低聚物?？捎玫谋椒犹砑硬牧系睦影‥nzo-BPA，Enzo-BPA/苯酚，Enzo-TBP,Enzo-COP和其他相關(guān)的酌 醒塑料,這些材料從Enzymol International Inc. , Columbus,Ohio獲得。現(xiàn)有很多種纖維狀過濾介質(zhì)用于不同的用途。本發(fā)明所述的耐用納米纖維和微纖維可以添加到任何介質(zhì)中。本文所披露的纖維還可用于取代上述現(xiàn)有介質(zhì)的纖維成分，獲得改進(jìn)性能的顯著優(yōu)點(diǎn)(改進(jìn)的效率和/或降低的壓力降)，這是由于它們具有小的直徑，同時表現(xiàn)出更大的耐用性。聚合物納米纖維和微纖維是已知的，不過，它們的使用非常有限，這是因?yàn)樗鼈儗C(jī)械應(yīng)力的脆弱性，以及由于它們非常高的表面積與體積比，對化學(xué)降解的敏感性。本發(fā)明所披露的纖維解決了上述局限性，并因此可應(yīng)用于很多種生物加工，生物轉(zhuǎn)化，生物合成，過濾/凈化，紡織品，膜和其他多種用途。對于生物活性顆粒是細(xì)胞或微生物的應(yīng)用，本發(fā)明的納米纖維，或本發(fā)明的網(wǎng)或元件，優(yōu)選包括非細(xì)胞毒性聚合物。用于測定聚合物細(xì)胞毒性的方法是已知的。可以利用傳統(tǒng)方法識別非細(xì)胞毒性聚合物。非細(xì)胞毒性聚合物的例子包括，但不限于，聚酯，聚(e-己內(nèi)酯)，聚甘醇酸，聚乳酸酯，聚酰胺(包括各種尼龍6，6和尼龍6，6-6，6，10)。聚合物可以是水溶性或水不溶性的。聚合物可以是生物可降解和/或生物可溶解的。聚合物可以包括第一聚合物，和第二不同的聚合物(在聚合物類型，分子量或物理特性上不同)，在升高溫度下調(diào)節(jié)或處理。因?yàn)榫酆衔镱惏ㄒ幌盗芯酆衔锊牧?，聚合物可以是單個聚合物類或聚合物類的混合或兩種或兩種以上的聚合物類的聚合物合金。纖維可以利用任何已知的細(xì)纖維制造技術(shù)制成，涉及將聚合物，必要時與其他聚合物或添加劑結(jié)合，然后利用成形技術(shù)使聚合物形成為需要的細(xì)纖維聚合物?？梢岳渺o電紡絲工藝形成本發(fā)明的細(xì)纖維。Barris美國專利號4，650，506中披露了用于形成纖維 的合適裝置。該裝置包括容器，其中容納有形成細(xì)纖維的聚合物溶液，泵和旋轉(zhuǎn)型噴射裝置或噴射器，將聚合溶液泵送到噴射器。噴射器一般由旋轉(zhuǎn)接頭，包括多個偏置孔的旋轉(zhuǎn)部分和連接向前部分和旋轉(zhuǎn)接頭的軸組成。旋轉(zhuǎn)接頭提供將聚合物溶液通過空心軸導(dǎo)向向前部分。另外，旋轉(zhuǎn)部分可以浸沒在聚合物的容器中，由容器和泵輸送。旋轉(zhuǎn)部分隨后從容器中獲得聚合物溶液，并且隨著它在靜電場旋轉(zhuǎn)，對準(zhǔn)收集介質(zhì)的靜電場加速溶液的液滴，如下文所討論。朝向噴射器，并且與其間隔的是大體平面的柵格，在它上面設(shè)置有收集介質(zhì)(即基片或組合基片)。空氣可以抽吸通過柵格。收集介質(zhì)繞輥通過，所述輥靠近柵格的相對端設(shè)置。通過合適的靜電電壓源和連接并分別連接到柵格和噴射器在噴射器和柵格之間保持高電壓靜電勢。在使用時，聚合物溶液從容器被泵送到旋轉(zhuǎn)接頭或容器。向前部分旋轉(zhuǎn)，而液體從孔排出，或者從容器中獲得，并且從噴射器的外緣向位于柵格上的收集介質(zhì)移動。具體地講，柵格和噴射器之間的靜電勢對材料施加電荷，導(dǎo)致要從那里噴射的液體作為細(xì)纖維，被吸向柵格，在這里，它們到達(dá)并被收集在基片或效率層上。對于溶液中的聚合物，在纖維飛向柵格期間溶劑從纖維蒸發(fā)；因此纖維到達(dá)基片或效率層，而沒有大量溶劑。細(xì)纖維結(jié)合在柵格首先遇到的基片纖維。選擇靜電場強(qiáng)度，以確保隨著聚合材料述噴射器向收集介質(zhì)加速，加速度足以使材料形成非常細(xì)的微纖維或納米纖維結(jié)構(gòu)。增大或減慢收集介質(zhì)的推進(jìn)速度可以將或多或少的噴射纖維沉積在成形介質(zhì)上，從而允許控制沉積在其上的每一層的厚度。旋轉(zhuǎn)部分可以具有多個有利的位置。旋轉(zhuǎn)部分可以設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平面上，使得該平面垂直于收集介質(zhì)的平面或以任意角度設(shè)置。旋轉(zhuǎn)介質(zhì)可以設(shè)置平行于或略微偏離平行方向。片材狀基片在工位展開。片材狀基片隨后被導(dǎo)向拼接工位，其中，多個長度的基片可被拼接，用于連續(xù)的作業(yè)。連續(xù)長度的片材狀基片被導(dǎo)向細(xì)纖維技術(shù)工位，它包括上述的紡絲技術(shù)，其中，紡絲裝置形成細(xì)纖維，并且將細(xì)纖維層壓在片材狀基片上的過濾層。細(xì)纖維層在片材狀基片上在形成區(qū)域形成之后，所述細(xì)纖維層和基片被導(dǎo)向熱處理工位，以便進(jìn)行合適的處理。片材狀基片和細(xì)纖維層隨后在效率監(jiān)測儀中進(jìn)行測試，并且必要時在嚙合工位嚙合。片材狀基片和纖維層隨后轉(zhuǎn)向合適的卷繞工位，以便卷繞在合適的心軸上供進(jìn)一步處理?！┲苽淞撕斜景l(fā)明的活性或活性惰性顆粒的細(xì)纖維層，所述層必須機(jī)械組合入可用的活性或吸附或吸收結(jié)構(gòu)。納米纖維層通常被紡絲在基片材料上，所述材料可以是纖維織物，纖維素基片，混合的合成纖維素基片，如包括纖維素纖維和非纖維素穩(wěn)定纖維的基片，或純的纖維素基片。含有活性或惰性顆粒的納米纖維層被電紡絲到所述基片上，然后所述基片可以卷成吸收結(jié)構(gòu)。另外，所述層可被切割成相似的部分，并且層疊以形成吸收層。重要的是，納米纖維層的任何組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有足夠的流體流動，以確保流體可以方便地通過組件。在這里，組件不用作過濾器，而純粹作為吸收組件結(jié)構(gòu)。在另一種結(jié)構(gòu)中，細(xì)纖維和生物活性或活性顆粒層可以組裝成一結(jié)構(gòu)，它能過濾或凈化，和反應(yīng)，吸附，或吸收。所述變化的結(jié)構(gòu)可用在多種最終用途。前一種結(jié)構(gòu)少有或沒有過濾特性，并且可以只是利用流通機(jī)構(gòu)從流體流,如廢水流(即凈化廢水流)除去反應(yīng)性雜質(zhì)物質(zhì)。后一種結(jié)構(gòu)可以物
理除去顆粒污染物，或通過氧化或還原污染物使其化學(xué)失活除去顆粒污染物。結(jié)構(gòu)還可以從諸如廢水的流體中除去化學(xué)物質(zhì)(例如，離子或溶解的有機(jī)物)，同時具有過濾或凈化作業(yè)。在本發(fā)明的卷繞或?qū)盈B層的某些優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)可被設(shè)置通過直通流動，或者沒有過濾特性的流動，或者包括通過過濾層的流動，進(jìn)行凈化。在所述流體流動中，流體沿一個方向進(jìn)入通過第一流動面，并且沿相同的方向從第二流動面移動排出。在過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)，流體可以不會與用作過濾器的表面相互作用或它可能與流體相互作用，可能接觸表面，獲得過濾特性。一般，優(yōu)選的過濾器結(jié)構(gòu)是包括一層介質(zhì)的卷繞結(jié)構(gòu)，它圍繞中心點(diǎn)重復(fù)轉(zhuǎn)動形成卷，使得過濾介質(zhì)被卷曲，卷繞或纏繞。一種優(yōu)選的可用結(jié)構(gòu)是波紋結(jié)構(gòu)，其中，材料具有槽紋結(jié)構(gòu)。所述槽紋可以與表面片材構(gòu)成和組合。一旦波紋介質(zhì)與以表面片材形式的非波紋介質(zhì)組合，所得到的結(jié)構(gòu)可以卷繞并形成可用的組件。在使用這種類型的介質(zhì)結(jié)構(gòu)時，槽紋在波紋結(jié)構(gòu)中形成交替的波峰和波谷。在某些結(jié)構(gòu)中，上部槽紋形成槽紋腔，它可以在下游閉合，而槽紋腔具有上游端，閉合以形成其他行的槽紋。在所述結(jié)構(gòu)中，開口和閉合的區(qū)域?qū)е铝黧w穿過至少一個波紋壁，以獲得來自波紋層的過濾特性。在使用時，所述卷繞組件形式的波紋介質(zhì)提供入口區(qū)域，用于流體流如廢水。流體流在開口的上游端進(jìn)入槽紋腔，未經(jīng)過濾的流體流不允許穿過閉合的下游端，但被強(qiáng)制通過波紋層或槽紋片材，以接觸波紋層的纖維或活性顆粒，以便從流體流過濾顆粒，或確保分散或溶解在流體流中的材料與活性顆粒起反應(yīng)，被吸收或吸附在活性顆粒上，從而通過除去流體流中存在的化學(xué)物質(zhì)來凈化流體流。本發(fā)明還涉及薄膜或薄膜狀層，具有由細(xì)纖維形式的聚合材料得到的結(jié)構(gòu)。薄膜通過熱處理細(xì)纖維和顆粒以形成多孔薄膜而形成。薄膜是基本連續(xù)的膜或薄膜狀層，具有顆粒附著在薄膜表面，嵌入膜中，或由薄膜聚合物體完全環(huán)繞。在本發(fā)明的薄膜中，顆粒的主要尺寸為小于200微米，并通常它的尺寸為大約0. 05-100微米或大約0. 1-70微米。薄膜的厚度通常在大約25nm-2微米，或0. 5-大約5微米的范圍內(nèi)，孔度在大約0. 1-5微米的范圍內(nèi)，通常為大約1-2微米。優(yōu)選薄膜的厚度小于大約2微米，孔度為大約0. 1-2微米，或0. 5-3微米。顆粒在薄膜結(jié)構(gòu)中的存在量為大約0. l-50vol%。最后，在薄膜中，顆粒在薄膜層中的可用量達(dá)到大約10kg-m_2,通常為大約0. 1-1, 000gm-m_2,大約0. 5-200gm-m_2或大約1-lOOgm-nT2的薄膜。
本發(fā)明的細(xì)纖維可以是結(jié)構(gòu)纖維的形式。細(xì)纖維可以用反應(yīng)性(即化學(xué)反應(yīng)性，光活性，或熱敏/反應(yīng)性)纖維紡成。所述反應(yīng)性纖維可以由具有反應(yīng)性側(cè)鏈，如胺，磺酸，羧酸，或側(cè)鏈的其他官能團(tuán)的聚合物制成。所述側(cè)鏈可以由聚合物本身衍生。例如，聚胺可以由高度官能聚胺在取代基的聚合物側(cè)鏈上留下酸和胺以及平均官能度而形成。類似地，形成的聚砜或聚丙烯酸材料可以具有活性或反應(yīng)性酸基團(tuán)。類似地，可以制備離子交換樹脂材料，在樹脂顆粒內(nèi)具有酸性，強(qiáng)酸性，堿性，或強(qiáng)堿性官能團(tuán)，可以對本發(fā)明添加吸收或反應(yīng)特性。所述材料可以溶解或懸浮，并且可以與本發(fā)明的傳統(tǒng)纖維紡絲，或者可以單獨(dú)紡絲入本發(fā)明的含有顆粒網(wǎng)。在一個實(shí)施例中，顆粒的主要尺寸小于大約200微米，并通常包括大約0. 05-100微米或包括大約0. 1-70微米。在基本連續(xù)的細(xì)纖維層中，所述層的層厚度為大約25nm-2微米，0. 5-500微米，大約1-250微米，或大約2-200微米。在所述層中，分散在纖維中的是包括顆粒的裝置，所述顆粒的粒度為大約0. 25-200微米，大約0. 5-200微米，大約1-200微米，大約10-200，或大約25-200微米。顆粒分散遍及層中的纖維。顆粒的含量為大約0. l-50vol%，大約 0. 5-50vol%，大約 l_50vol%，大約 5_50vol% 或大約 10_50vol%。纖維的直徑為大約IOnm-L 0微米，或0. 001-大約2微米，0. 001-大約I微米，0. 001-大約0. 5微米， 并且所述層具有的細(xì)纖維密實(shí)度為大約0. 1-65%，大約0. 5-50% ;大約1-30%和大約1_20%。顆粒在層中的用量占所述層的大約l-1000gm-m_2,大約5-200gm-m_2或大約10-100gm-m_2。本發(fā)明的一個實(shí)施例包括將細(xì)胞，微生物，酶或其他生物活性分子連接到本發(fā)明的納米纖維或細(xì)纖維結(jié)構(gòu)或基片上的方法。官能團(tuán)可以結(jié)合在納米纖維的外表面。所述官能化表面可以反應(yīng)，以將肽，多肽，脂類，碳水化合物，多糖，氨基酸，核苷酸，核酸，多核苷酸，或其他生物活性分子結(jié)合到納米纖維的表面。在一個實(shí)施例中，納米纖維的官能化表面反應(yīng)，以結(jié)合一個或多個生物活性分子。優(yōu)選一個或多個生物活性分子是生長因子，碳水化合物，分化因子，粘附蛋白，或從粘附蛋白衍生的生物活性肽。生長因子可以是VEGF，骨形態(tài)發(fā)生因子P，EGF, PDGF, NGF, FGF, IGF，或TGF。分化因子可以是神經(jīng)營養(yǎng)因子，CSF，或TGF。 本發(fā)明纖維結(jié)構(gòu)或基片的高表面和容積之比的結(jié)果是，結(jié)合到納米纖維表面的生物活性分子量明顯大于被吸收至平面細(xì)胞培養(yǎng)表面的生物活性分子量。在一個實(shí)施例中，連接至納米纖維生長基質(zhì)的生物活性分子的密度比連接至平面細(xì)胞培養(yǎng)表面的生物活性分子的密度大I倍，大2倍，大3倍，大4倍，或大5倍。納米纖維表面上生物活性分子的更高密度增強(qiáng)了細(xì)胞和納米纖維網(wǎng)絡(luò)之間相互作用的親和力，以便促進(jìn)生物反應(yīng)。在一個實(shí)施例中，生物活性分子是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)分子或其片段。ECM分子可以是自然形成或由自然形成的ECM分子衍生的合成肽。ECM分子的例子包括，但不限于，纖維連接蛋白，纖維蛋白原，層粘連蛋白，和固生蛋白-C。合成ECM衍生的肽的例子包括，但不限于，合成肽，包括由纖維連接蛋白衍生的RGD (SEQ ID NO 43) (Meiners等，2003，Mol.Neurobiol.，27:177-96 ;Shin 等，2003，Biomaterials，24:4353-4364)，由固生蛋白-C 衍生的 VFDNFVLKIRDTKKQ(SEQ ID N0:44)(Meiners等，2003，Mol. Neurobiol.，27:177-96)，由層粘連蛋白-I 衍生的 HGSR(SEQ ID N0:45)(Meiners 等，2003，Mol. Neurobiol.，27:177-96 ；Shin 等，2003，Biomaterials，24:4353-4364)，和由層粘連蛋白-I 衍生的 IKAVAV (SEQ IDNO 46) (Meiners 等，2003，Mol. Neurobiol.，27:177-96 ;Shin 等，2003，Biomaterials,24:4353-4364)o
生物活性分子可以吸附或共價連接到納米纖維表面。可以在肽的N-末端引入半胱氨酸，以提供官能團(tuán)，用于連接到納米纖維表面上的胺，并且可以添加甘氨酸作為隔離物?？梢怨矁r連接到納米纖維表面的合成ECM肽的例子包括，但不限于，CGGRGDSPG(SEQ ID NO 47), CGGIKAVAV (SEQ ID NO :48)，CG⑶PGYIGSR (SEQ ID NO 49),和CADEGVFDNFVLKIRDTKKQ (SEQ IDNO 50) (Meiners 等，2003, Mol. Neurobiol. ,27 :177-96 ；Shin 等，2003, Biomaterials，24:4353-4364)。在一個實(shí)施例中，官能團(tuán)通過等離子沉積沉積在納米纖維的外表面上。等離子沉積在納米纖維的表面形成局部等離子區(qū)。處理過的表面然后與氣體分子，如丙烯胺和/或烯丙醇在反應(yīng)室中反應(yīng)。在另一個實(shí)施例中，在電紡絲過程中官能團(tuán)被引到納米纖維的表面上?？梢詫⑹榘?，十二醛，十二烷硫醇，或十二烷醇添加到聚合物溶液中。聚合物溶液隨后電紡絲成納米纖維，其中，部分添加的胺，醛，巰基，或醇成分分別暴露在納米纖維的外表面。
在一個實(shí)施例中，細(xì)胞，微生物，酶，或其他生物活性分子通過遺傳工程改造以表達(dá)纖維素結(jié)合域(CBD)。CBD可以由纖維素酶或纖維小體衍生。按照氨基酸序列比對,200種CBD序列已被識別并被劃分成至少13個族。例如，參見Tomme等，1995, Adv.Microb. Physiol. ,37 1-81 ；Tomme 等，1998, J. Chromatogr. B,715:283-296 ；和 Boraston等，2004, Biochem. J. ,382:769-781。CBD可以來自細(xì)菌或真菌。CBD氨基酸序列和核酸序列可以在，例如，公開的數(shù)據(jù)庫中找到，如GenBank(www-ncbi-nlm-nih-gov)或ProteinData Bank(PDB; www-rscb. org. /pdb)。優(yōu)選的CBD包括,但不限于,來自熱纖梭菌,卩遼纖維梭菌(Clostridum cellulovorans),纖維素分解梭菌,耐熱梭狀芽孢桿菌,糞堿纖維單胞菌，Cellvibrio japonicus,海棲纖維弧菌(Cellvibrio maritima)，環(huán)狀芽胞桿菌，橄欖綠鏈霉菌(Streptomyces olivaceovirdism)，變鉛青鏈霉菌，蓖麻(Rinicus communis)，相思子，中國當(dāng)，尾穗覓(Amaranathus caudatus)，異株蕁麻，黑曲霉，錯狀芽孢桿菌，嗜減芽抱桿菌(Bacillus sp. 1139)，Pyromyces equi，Micromonospora viridfaciens，樹狀葡枝霉，普通高溫放線菌，嗜熱脂肪地芽孢桿菌，拮抗菌(Paenibacillus potymyxa),Trichoderma reesie，角質(zhì)酶產(chǎn)生菌(Thermobifida fusca)，海棲熱袍菌，海洋紅嗜熱鹽菌(Rhodothermus marinus)，菊歐文氏菌(Erwina chrysanthemi)，粘質(zhì)沙雷氏菌，解纖維素醋弧菌，Bacteroides cellulosovens，棒曲霉，Neosartoya fischeri，鳥分枝桿菌，或約氏瘧原蟲的CBD。每一族代表性的CBD氨基酸序列在表I示出。
表I
權(quán)利要求
1.一種用于生物反應(yīng)器的生長介質(zhì)，包括基片和兩個或多個基本連續(xù)的細(xì)纖維網(wǎng)絡(luò)，層壓以形成多薄層基質(zhì)，其中，每個纖維層包括厚度為大約25nm-大約2000nm，密實(shí)度為70%或以下分散在所述纖維層中的生物活性顆粒，并且所述纖維包括直徑為大約IOnm-大約 IOOOnm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生長介質(zhì)， 其中，所述納米纖維包括非細(xì)胞毒性聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生長介質(zhì)，其中，所述聚合物是生物可降解的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生長介質(zhì)，其中，所述聚合物是水不溶性的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生長介質(zhì)，其中，所述聚合物是聚酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生長介質(zhì)，其中，所述聚酯是聚e己內(nèi)酯，聚甘醇酸酯，或聚乳酸酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生長介質(zhì)，其中，所述聚合物是聚酰胺。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生長介質(zhì)，其中，所述聚酰胺是尼龍。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生長介質(zhì)，其中，所述生物活性顆粒包括細(xì)胞，微生物，酶，生物活性分子，或其混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生長介質(zhì)，其中，所述細(xì)胞是原核細(xì)胞或真核細(xì)胞。
全文摘要
本發(fā)明的組件可以包括細(xì)纖維層，形成多薄層網(wǎng)或基質(zhì)，具有分散在細(xì)纖維層中的生物活性顆粒材料，包括細(xì)胞，酶或微生物。流動通過本發(fā)明組件的流體可以具有分散或溶解在流體中的任何材料，與納米纖維層內(nèi)的生物活性顆粒起反應(yīng)，被納米纖維層內(nèi)的生物活性顆粒吸收或吸附。本發(fā)明的組件可用于處理或凈化流體流。本發(fā)明的組件可以與生物反應(yīng)器系統(tǒng)，生物人造器官，或培養(yǎng)容器結(jié)合使用。
文檔編號B01D39/00GK102814080SQ20121015268
公開日2012年12月12日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月13日
發(fā)明者M·S·辛德勒, V·E·卡雷西, M·A·戈金斯 申請人:唐納森公司