用于具有大孔和低孔隙率的微孔径迹蚀刻膜的阴影染色方法

摘要

提供用于使微孔径迹蚀刻膜染色的方法。具体地，所述方法适合于具有大孔和低孔隙率的膜的阴影染色。理想地，所述方法提供染色膜，其中与染色前相比，所述膜的参数不会明显改变。类似地，所得到的染色膜对敏感的细胞培养系统应用没有负面影响。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年4月2日提交的美国临时专利申请 NO.61/619,033的优先权，该申请在此作为参考全文引入。

技术领域

本发明涉及用于使微孔径迹蚀刻膜染色的方法。具体涉及用于使 孔径大于或等于0.8μm的膜阴影染色的方法。

背景技术

通常，用于使具有直径小于0.8μm的孔(所谓的“小孔”)和高孔隙率 的微孔聚酯径迹蚀刻膜染色的方法采用在水/醇系统中的分散染料，随 后进行染料固定和通过用含亚硫酸盐溶液还原或用合适的溶剂或表面 活性剂洗涤而从膜表面脱除残余的染料。由于大量的孔具有独立染色 后的壁，应用这种技术有可能获得阴影颜色。

作为对比，具有最大孔径大于或等于0.8μm的孔(所谓的“大孔”) 和低孔隙率的膜具有相对较少的内孔和壁表面。因此，为了获得在一 个或多个波长下基本阻止光透射的阴影，相比于具有小孔和高孔隙率 的膜来说，必须使膜材料本身染色更多。虽然可以应用在高沸点醇或 其它烃的溶剂系统中分散的染料来实现这种结果，但脱除这种溶剂很 困难并且对通常应用这种膜的细胞培养可能有负面影响。另外，应用 通常超过膜材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的玻璃转化温度的相 对高温来使染料分子移动通过聚合物链以得到明显的染色效果。但这 种方法经常造成膜材料的结构改变，从而可能造成膜参数如孔径或表 面粗糙度的改变。因此，对于具有大孔和低孔隙率的微孔径迹蚀刻膜 来说，需要实现阴影染色的改进方法。

发明内容

本发明提供使微孔膜染色的方法。所述方法特别适合于具有大孔 和低孔隙率的膜的阴影染色。理想地，所述方法采用含水系统，其中 相对于染色前，所得膜的参数不发生明显改变。类似地，所得染色膜 对于敏感的细胞培养系统应用没有负面影响。

在一个方面，本发明提供使微孔膜染色的方法，所述方法包括： 在90-100℃的温度下使所述膜与含水分散染料体系接触足够时间，以 产生所需的膜透射光谱，其中所述含水分散染料体系包括染料添加剂 和选自偶氮和蒽醌染料的染料，和随后通过在110-150℃下暴露20-90 分钟而加热所述膜。

在另一个方面，本发明提供按本发明任一方法制备的染色膜。

在又一个方面，本发明提供包含按本发明任一方法制备的染色膜 的细胞培养系统。

通过研究如下详细描述将会更好地理解本发明的这些和其它特 征。

具体实施方式

正如这里所应用的，如下术语具有下文所述的定义：

正如这里所应用的，术语“大孔”指其中所存在的最大孔径的直径 大于或等于0.8μm的膜。

正如这里所应用的，术语“低孔隙率”指单位膜面积上具有相对较 少孔的膜。与之相对比，术语“高孔隙率”指单位膜面积上具有相对较 多孔的膜。

正如这里所应用的，对于膜来说，术语“基本阻止透射”指在一个 或多个波长下光的透射减少至少90％，更优选为一个或多个波长下光 的透射减少至少95％。

所提供的是使微孔膜染色的方法，包括：在约100℃的温度下使 所述膜与含水分散染料体系接触足够时间，以产生所需的膜透射光谱， 其中所述含水分散染料体系包括染料添加剂和选自偶氮和蒽醌染料的 染料，和随后通过在110-150℃下暴露20-90分钟而加热所述膜以固定 膜中吸收的染料。优选地，加热后，使膜与溶剂接触以从膜表面脱除 残余染料。

在一个实施方案中，在约100℃的温度下使所述膜与含水分散染 料体系接触20-90分钟的时间。

在一个实施方案中，加热膜以固定其中染料采用受热的膜输送圆 筒。很明显，固定造成染料扩散入聚合物基质中。

通过用含亚硫酸盐的试剂(如可由CHT Bezema(Germany)获得的 REDULIT RED或MEROPAN RED、可由Huntsman(Singapore)获得 的ERIOPON RC或可由Dr.Petry(Germany)获得的PERIGEN THD) 或为碱性的不含亚硫酸盐的溶剂(如可由Dr.Petry(Germany)获得的 PERISTAL RCV或可由CHT Bezema(Germany)获得的REDULIT  GIN)还原和随后用温度为40-70℃的水洗涤脱除膜表面的残余染料。

在一个实施方案中，所述溶剂包括含亚硫酸盐的试剂。在另一个 实施方案中，所述溶剂为碱性的。在一个实施方案中，所述溶剂具有 pH 11-13的碱性。在又一个实施方案中，所述溶剂选自酮、醛、醚、 酯、醇或它们中两种或更多种的组合。示例性的合适溶剂包括但不限 于乙醇、丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮或它们中两种或更多种的 组合。

在一个实施方案中，所述溶剂为含水体系。

用溶剂处理在10-25℃的温度下进行，从而防止溶剂扩散入聚合 物中。

在又一个实施方案中，所述方法进一步包括用水洗涤膜表面，优 选用温度为40-70℃的水洗涤，随后使所述膜与溶剂接触。另外，在 一个实施方案中，所述方法进一步包括在洗涤其表面后干燥所述膜。 在一个实施方案中，应用温度为100-160℃的空气干燥所述膜。

在一个实施方案中，所述方法进一步包括在线测量所述膜的透射 光谱。

有利地，这里描述的使微孔膜染色的方法适合于最终在线控制染 色膜的透射光谱的连续卷对卷方法。

适用于本发明方法的染料为选自偶氮和蒽醌化学类的分散染料。 具体地，摩尔质量为700-900g/mol的相对小分子染料是优选的。在本 发明方法中应用的示例性染料包括但不限于Terasil染料族(例如可由 Huntsman,Singapore获得的TERASIL BLACK BFE、TERASIL  BLUE BGE)、Bemachron染料(可由CHT Bezema,Germany获得)和 Fantagen染料(可由Farbchemie Braun,Germany获得)。优选地，在 本发明方法中应用的染料量为4-15％wt/vol。在某些实施方案中，一种 或多种染料包括含量为4-15％wt/vol的Terasil染料族(可由Huntsman, Singapore获得)。

本领域的熟练技术人员将理解，为了获得所需的透射光谱，可以 使染料混合或掺混。替代地，为了获得所需的透射光谱，可以使膜经 受多种含不同染料的含水分散染料体系。例如，为了在膜中获得 350-700nm区域光谱的全覆盖，可以采用如黑色、蓝色和红色或橙色 染料的染料组合。在一个实施方案中，所述染料为黑色、蓝色、红色、 橙色或它们两种或更多种的组合。在另一个实施方案中，所采用的染 料为蓝色和红色。在又一个实施方案中，所采用的染料为蓝色和橙色。

所述含水分散染料体系包括至少一种染料添加剂。示例性染料添 加剂包括但不限于载体、平衡剂、扩散加速剂(如可由 Huntsman(Singapore)获得的UNIVADINE DFM或UNIVADINE  DIF)、分散剂、表面活性剂、消泡剂和除尘剂。理想地，添入到含水 分散染料体系中的至少一种染料添加剂有助于染料在膜表面获得均匀 的吸附和/或强化染料分子在膜的聚合物链间的扩散。在本发明方法中 应用的染料添加剂的量优选为0.5-3％wt/vol。

在一个实施方案中，所述染料添加剂选自载体、平衡剂、扩散加 速剂或它们中两种或更多种的组合，示例性的染料添加剂包括但不限 于可由Huntsman(Singapore)获得的UNIVADINE DFM或 UNIVADINE DIF、可由CHT Bezema(Germany)获得的 COLORCONTIN、可由Dr.Petry(Germany)获得的PERIGEN CU或 PERIGEN CD。在一个实施方案中，所述染料添加剂为载体。在某些 实施方案中，所述载体为三乙酸甘油酯。在另一个实施方案中，所述 染料添加剂为扩散加速剂。在某些实施方案中，一种或多种染料添加 剂包括含量为0.5-3％wt/vol的可由Huntsman(Singapore)获得的扩散 加速剂。

另外，在某些实施方案中，一种或多种染料包括含量为4-15％ wt/vol的来自Terasil染料族(可由Huntsman,Singapore获得)的那些， 和一种或多种染料添加剂包括含量为0.5-3％wt/vol的可由 Huntsman(Singapore)获得的扩散加速剂。

适用于本发明的膜包括在其组成内的热塑性聚合物和为非纤维 的。示例性的热塑性聚合物包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(氯 乙烯)、聚(乙烯)醇和聚苯乙烯。在一个实施方案中，所述膜包括聚对 苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

适合在本发明中应用的膜具有多个孔，其中所述孔基本垂直于膜 平面设置。可以通过已知方法如径迹蚀刻产生合适尺寸的孔。在一个 优选的实施方案中，膜的孔大于或等于0.8μm(“大孔”)。这种方法特 别适合于具有大孔和低孔隙率的微孔径迹蚀刻膜的阴影染色。例如， 用于制备孔径大于或等于0.8μm的染色膜。

优选地，按前述方法任一个制备的染色膜的透射光谱相对于染色 前减少了至少75％，更优选为至少90％。这种染色膜用作荧光阻挡滤 色器是所需的。

也提供按这里描述的方法制备的染色膜。在一个实施方案中，这 种染色膜主要阻挡一个或多个波长的透射。在另一个实施方案中，这 种染色膜的孔径大于或等于0.8μm。

有利地，按这里描述的方法制备的染色膜适合于在细胞培养系统 应用中应用。

在方面(1)中，本发明提供用于使微孔膜染色的方法，所述方法包 括：在90-100℃的温度下使所述膜与含水分散染料体系接触足够时间， 以产生所需的膜透射光谱，其中所述含水分散染料体系包含染料添加 剂和选自偶氮和蒽醌染料的染料，和随后通过使其在110-150℃下暴露 20-90分钟而加热所述膜。

在方面(2)中，提供方面(1)的发明，其中所述时间为20-90分钟。

在方面(3)中，提供方面(1)的发明，其中所述染料以4-15％wt/vol 的浓度存在。

在方面(4)中，提供方面(1)的发明，其中所述染料添加剂以0.5-3％ wt/vol的浓度存在。

在方面(5)中，提供方面(1)-(4)任一项的发明，其中所述染料添加剂 选自载体、平衡剂、扩散加速剂或它们中两种或更多种的组合。

在方面(6)中，提供方面(1)-(5)任一项的发明，其中所述染料添加剂 为载体。

在方面(7)中，提供方面(1)-(5)任一项的发明，其中所述染料添加剂 为扩散加速剂。

在方面(8)中，提供方面(1)-(7)任一项的发明，其中所述加热采用受 热的膜输送圆筒。

在方面(9)中，提供方面(1)-(8)任一项的发明，进一步包括在加热后 使所述膜与溶剂接触以从膜表面脱除残余染料。

在方面(10)中，提供方面(9)的发明，其中所述溶剂包括含亚硫酸盐 的试剂。

在方面(11)中，提供方面(9)的发明，其中所述溶剂为碱性的。

在方面(12)中，提供方面(9)的发明，其中所述溶剂选自酮、醛、醚、 酯、醇或它们中两种或更多种的组合。

在方面(13)中，提供方面(9)的发明，进一步包括在使膜与溶剂接触 后用水洗涤膜表面。

在方面(14)中，提供方面(13)的发明，进一步包括在洗涤膜表面后 使所述膜干燥。

在方面(15)中，提供方面(1)的发明，进一步包括在线测量膜的透射 光谱。

在方面(16)中，提供方面(1)的发明，其中所述染料为黑色、蓝色、 红色、橙色或它们中两种或更多种的组合。

在方面(17)中，提供按方面(1)描述的方法制备的染色膜。

在方面(18)中，提供方面(17)的发明，其中所述染色膜基本阻止一 个或多个波长的透射。

在方面(19)中，提供方面(17)的发明，其中所述染色膜具有直径大 于或等于0.8μm的孔。

在方面(20)中，提供细胞培养系统，所述系统包括按方面(1)描述的 方法制备的染色膜。

在方面(21)中，提供方面(1)-(4)任一项的发明，其中所述染料添加 剂为载体。

在方面(22)中，提供方面(1)-(4)任一项的发明，其中所述染料添加 剂为扩散加速剂。

在方面(23)中，提供方面(1)的发明，进一步包括在加热后使所述膜 与溶剂接触以从膜表面脱除残余染料。

实施例

通过使4-15％wt/vol的TERASIL BLACK BFE、0.5-5％wt/vol 的TERASIL BLUE BGE、0.5-5％wt/vol的Univadine DIF和5-10％ wt/vol的pH为4.5的乙酸缓冲液混合而制备染料水溶液。将染料水溶 液加热至90-100℃的温度。在约100℃的温度下将膜加入染料水溶 液中并在连续搅拌下培养20-60min。随后，在110-150℃的温度下将 膜烘烤20-90分钟以吸收和固定其中的染料。在这一刻，可以采用两种 替代的处理方法来从膜表面脱除残余染料。

在一种方法中，在60-80℃的温度下使膜与在碱性水溶液(pH为 11-13)中的1-5％wt/vol REDULIT GIN接触15-30min以减少其中存 在的残余染料。随后，在40-60℃的温度下用水洗涤膜直到澄清，然 后在室温(约22℃)至60℃的温度下用空气干燥所述膜。在一个实施 方案中，在40-60℃的温度下用空气干燥所述膜。

替代地，在10-25℃的温度下使膜与有机溶剂如乙酸乙酯或丙酮 接触约15min，然后在90-100℃的温度下用水洗涤直到澄清。随后， 在室温(约22℃)至60℃的温度下用空气干燥所述膜。在一个实施方 案中，在40-60℃的温度下用空气干燥所述膜。

染色过程后膜参数和性能的对比

使PET径迹蚀刻膜染色，比较这种膜染色前后的膜参数及其性能。 具体地，检查两种不同尺寸的膜。一种膜的孔径为8μm，孔密度为约 5E+04孔/cm²和厚度为约17μm。另一种膜的孔径为3μm，孔密度为 约6E+05孔/cm²和厚度为约20μm。这两种膜均具有相同的基膜材料。 简言之，应用含25-40g/L Terasil Black BFE、6-10g/L Terasil Blue  BGE-01、6-15g/L Univadine DIF和50-100ml/L pH为4.5的醋酸酯缓 冲液的染料溶液使PET径迹蚀刻膜染色。在90-100℃下使小片膜投入 染料溶液中30min至1小时，在这期间连续搅拌所述溶液。随后在室 温下使染色后的膜空气干燥。在130-150℃下烘烤所述染色膜30min 至1小时。在室温下通过用溶剂如乙酸乙酯、丙酮或乙醇洗涤而从染 色膜表面脱除多余的染料，直到所述表面看起来很干净，随后用沸水 洗涤。随后在室温下使所述染色膜空气干燥。

为了测量膜厚度，将扁平膜片放置于小的平坦的陶瓷盘上和通过 用诱导指示卡尺(由Mahr,Germany获得的Extramess)在扁平膜上用 卡尺的两个尖端的测量点测量膜的厚度。在膜的5个点处测量厚度。 在测量误差范围内计算和记录厚度的中值。对于两种膜，染色前和染 色后，厚度均在相同范围内。

另外，与染色前相比，按上述方法染色的径迹蚀刻聚对苯二甲酸 乙二醇酯膜在孔尺寸及形状方面均没有变化。具体地，染色前孔径为 7.7±0.4μm的透明膜在染色后表现出相同的孔径范围(即7.7±0.4 μm)。类似地，染色前孔径为3.2±0.2μm的膜在染色后表现出相同的 孔径。

对于空气流量的测量，应用具有膜支架、测压计、质量流量计和 阀的实验室设备。具体地，所应用的测量仪器为量程为0-500ml/min 和0-2000ml/min的质量流量计(两者均为Omega FMAxx系列)和0-70 mbar的测压计(由Thommen获得的MH28)。将膜盘放置在支架上， 所述支架为具有6mm直径的自由膜面积。在将支架关闭后，打开入口 阀。调节合适的空气流量，以使测量值位于仪器量程的前四分之一处。 记录空气流量和压力，并计算和记录以L/min cm²bar为单位的标准化 空气流量数据。对于每一种测量膜，得到三组数值。在误差范围内计 算和记录空气流量的中值。对于两种膜，染色前和染色后，空气流量 在相同范围内。

另外，对于应用按上述方法制备的染色膜的敏感的细胞培养系统 来说，没有观察到负面效果。具体地，应用人类脐带血管内皮细胞和 上述的孔径为8μm的染色膜实施56小时的分析。理想地，染色膜表 现出非常好的性能，且没有观察到染色方法的负面影响。

对本领域的熟练技术人员来说应理解，在不偏离其广义发明概念 的情况下可以对上述实施方案做一些改变。因此，应理解本发明不限 于这里所公开的具体实施方案，而是打算涵盖按所附权利要求定义的 在本发明实质和范围内的任何改变。