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公司新闻

多层共挤一次性生物工艺袋用膜材设备

一次性生物工艺袋用膜材优选采用共挤出流延方法制备, 共挤出流延机采用7台或者9台螺杆和共挤分配器, 通过将各层原料分别加入至对应的挤出机中, 在机头温度120~220℃条件下, 分别熔融挤出液体接触层ULDPE、粘合层树脂、 阻隔层 PA//EVOH/PA、 粘合层树脂、 热封层LDPE与LLDPE共混物, 通过T型结构成型模具挤出成型, 得到结构为热封层/粘合层/PA/EVOH/PA/粘合层/ULDPE的膜材。

采用多层共挤制备的一次性生物工艺膜材同时具备良好的气体阻隔性能、 耐水性、 强度、抗弯折性能、抗穿刺性能, 以及优异的热封性能, 并且具备良好的生物相容性, 细胞培养密度高, 具有更好的细胞培养效果, 适于大部分种类细胞的培养, 制备工艺简单、 操作简便、 效率高, 可用于制备一次性生物反应器袋、 储液袋、 搅拌袋、 称量袋以及投料袋等。在多种类型的细胞悬浮培养、重组蛋白及其他生物工程制品的研发和生产种具有广泛的应用。其无需清洗、即用即弃、高阻隔以及生物相容性不仅提高了工作效率,同时也避免一些工艺流程间的交叉污染。

多层共挤一次性生物工艺袋用膜材特点:

(1)具备良好的气体阻隔性能、 耐水性、 强度、抗弯折性能、抗穿刺性能, 拉伸强度可达到20MPa, 氧气渗透率小于0.1mL/m ·d·atm, 水蒸气透过率小于  0.5mL/m ·d·atm;

(2)优异的热封性能, 通过焊接强度测试发现, 热封强度可达40N/15mm以上;

(3)透明度高, 达到96%以上;

(4)具备良好的生物相容性, 细胞培养密度高, 达到233万/ml, 具有更好的细胞培养效果, 适用于各种细胞的培养;

(5)灭菌处理及细胞培养过程中, 无低分子物析出或溶出;

(6)制备工艺简单、操作简便、 效率高, 可用于制备一次性生物反应器袋、储液袋、搅拌袋、 称量袋以及投料袋等。

一次性生物工艺袋用膜材结构:

基本组成为“液体接触层/粘合层/气体阻隔层/粘合层/热封层”。

液体接触层需具有良好的生物相容性, 同时在使用过程中不能有低析出物, 影响细胞的正常生长和代谢。液体接触层是与细胞培养液直接接触的一层, 超低密度聚乙烯(ULDPE)是目前发现的最适宜的液体接触层材料, 对很多细胞的培养都有较好的相容性。

气体阻隔层提供氧气、 水蒸气、二氧化碳等气体的隔绝功能, 以减少外界环境对细胞生长的影响。阻隔层大多选用单层或两层结构的乙烯‑乙烯醇共聚物(EVOH), 气体阻隔层提供氧气、 二氧化碳等气体隔绝功能, 是工艺袋膜材的重要组成部分,氧气渗透率必须小于1.0mL/m2·d·atm。工艺袋中气体阻隔层可以是单一的一层, 如采用乙烯 ‑乙烯醇共聚物(EVOH)。EVOH具有较好的气体阻隔性能, 但EVOH的耐水性和耐弯折性能较差,尤其是当应用于储液袋时, 长时间及跨区域的运输和储存极有可能会因为阻隔性的欠缺导致抗体失活失效等。

如果要增加阻隔性能,可以在EVOH表层再共挤PA(芳香族尼龙),采用PA/EVOH/PA三层复合膜作为一次性生物工艺袋膜材的气体阻隔层, 可以大幅提高了膜材的综合性能, 其中的PA与EVOH间具有良好的相容性, PA与EVOH  层间不需要粘合层。

其中,尼龙(PA)的种类很多, 包括脂肪族PA, 脂肪‑芳香族PA和芳香族PA, 研究证明, 对于部分改性后的芳香族尼龙(PA)而言, 几乎不受水汽的影响, 因此兼具有优异的水蒸气、氧气、 二氧化碳阻隔性。 因此芳香族PA更适合用于制备一次性生物工艺袋膜材, 使制得的一次性生物工艺袋具备更高强度和阻隔性, 具备更好的耐水性、抗弯折性能、抗穿刺性能, 对特定细胞的培养功能极佳。

热封层则提供一定的强度和膜材的热合焊接功能。热封层作为提供膜材自身搭接、 对接等拼接的膜层, 需要满足高频焊接和直热式焊接, 并提供足够的热封强度。一次性生物反应器的容积决定了生产效率, 大型反应器需要配备大容积工艺袋。这种膜材需要具备足够的强度, 焊接结构需要足够的可靠性, 需要经受住较大的使用压力以及工艺袋在制作、 折叠包装、 运输、 展开安装和正常使用过程中可能产生的各种弯折和可能的损伤。

各层材料及厚度:

液体接触层厚度为30~200μm, 所述液体接触层接触的液体中包括用于培养的细胞。实验证明, 液体接触层超低密度聚乙烯(ULDPE)的厚度在50μm~250μm之间更合适。液体接触层的超低密度聚乙烯(ULDPE)优选为陶氏Engage 8480K  Health+、 Dow  Health+系列和沙特基础Sabic  PCG系列。

气体阻隔层的厚度为30~80μm, 其中中间的尼龙层/乙烯‑乙烯醇共聚物层厚度为10~20μm, 两侧的尼龙层厚度为10~30μm。由于生物工艺袋需要低氧气透过量和低水蒸气透过量, 阻隔层太薄则不能满足;太厚之后对于阻隔性能的意义并不大, 反而会影响整体的加工性能, 因此, 优选为30~80μm。 并进一步经试验确定PA和EVOH分别的厚度。EVOH优选为日本可乐丽、合成化学和中国台湾长春公司的相关牌号, PA  推荐使用美国杜邦、 德国BASF、 日本三菱、 上海盈固和山东祥龙的相关牌号树脂。

热封层的厚度为30~150μm, 所述粘合层的厚度为5~20μm。热封层为低密度聚乙烯、 线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯的混合物、 乙烯‑醋酸乙烯共聚物、 聚氨酯弹性体中的任意一种。低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、 乙烯‑醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚氨酯弹性体(TPU)等柔性材料更适合热合焊接, 可以实现美观的焊接效果及优异的焊接强度。热封层采用低密度聚乙烯(LDPE)与线性低密度聚乙烯(LLDPE)的混合物可以提高膜材的透明度, 便于用户在使用过程中观察细胞生长。

采用低密度聚乙烯(LDPE)与线性低密度聚乙烯(LLDPE)的混合物制备热封层, 其中LDPE应占混合物的20~30%。优选的LDPE及LLDPE有美国陶氏Dow、沙特基础Sabic、北欧化工 Bormed、 上海石化、 茂名石化、 兰州石化等公司的相关牌号。优选的EVA有Celanese公司、 杨子石化的相关牌号树脂。优选的TPU有Lubrizol、Bayer、Huntsman、Basf等公司的相关牌号树脂。

粘合层为乙烯‑醋酸乙烯共聚物、 乙烯‑丙烯酸共聚物、 乙烯‑甲基丙烯酸酯共聚物中的一种或多种。粘合层的首要功能是粘合作用, 可选用乙烯‑醋酸乙烯共聚物(EVA)、 乙烯‑丙烯酸共聚物(EAA)或乙烯‑甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)中的一种或几种。乙烯‑丙烯酸共聚物(EAA)或乙烯‑甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)可选用的树脂有杜邦Bynel系列、 陶氏化学Primacor系列、 三井石化ADMER系列、 三菱油化  MODIC系列。EVA与聚乙烯之间具有良好的相容性, EVA与PA间也有部分相容性,因此, EVA也可以作为粘合层应用于中小型一次性生物工艺袋; 优选的EVA有Celanese  公司、 杨子石化的相关牌号树脂。

一次性生物工艺袋膜的总厚度、每一层的厚度的考量主要是物性的稳定性、焊接的强度, 以确保袋子的完整性测试项合规。其中, 作为与细胞接触的液体接触层和最外层的防护层相对较厚, 以保证在对接或搭接的焊接层的厚度从而保证热合强度, 确保袋子的完整性; 阻隔层厚度达到相应的气体透过率要求即可, 厚度适中, 粘合层只需要提供各层之间的良好粘合, 因此该层较薄。