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一种含ULDPE的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材及其制备方法与流程

一种含uldpe的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材及其制备方法
1.本技术主张中国在先申请,申请号:202110644601.6，申请日2021年6月9日的优先权；其所有的内容作为本发明的一部分。
技术领域
2.本发明属于生物反应器用膜材领域，具体而言，涉及一种用于生物反应器的含uldpe 的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材及其制备方法。

背景技术：

3.一次性生物工艺袋可以制成储液袋、搅拌袋、生物反应器袋、称量袋以及投料袋等，在多种类型的细胞悬浮培养、重组蛋白及其它生物工程制品的研发和生产中具有广泛的应用，其无需清洗、即用即弃、高阻隔性以及生物相容性不仅极大地提高了工作效率，同时也避免了一些工艺流程之间的交叉污染。
4.一次性生物工艺袋用膜材为多层复合膜结构，基本组成结构为“液体接触层/粘合层/气体阻隔层/粘合层/热封层”。其中，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吸出物，影响细胞的正常生长和代谢。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。当前，国内外的一次性生物工艺袋中的阻隔层大多选用单层或两层结构的乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)，水蒸气的阻隔性能相对较差，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。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。
5.一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。
6.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。国外的一些工艺袋膜材的组成结构都采用evoh为阻隔层，如表1所示。国内也有专利涉及这类多层复合膜材，如表2所示。其中，pall、ge和cn201821441762.5 的膜材使用尼龙(pa)为其耐磨层(外层)，然而pa并不适合搭接热合焊接工艺，从而使得生物工艺袋的加工成本有所提高，生产效率下降，pa不适合用来作为最外层的热封层。此外，还有一些专利涉及细胞培养复合膜材料，但这些膜材中都没有高气体阻隔性材料层。因此，现有的生物工艺袋还难以获得良好的气体阻隔性能，而且耐水性、抗弯折性能、抗穿刺性能都难以满足需要，同时还影响了细胞培养效果和培养液储存效果。
7.表1国外的一些工艺袋膜材的组成结构
[0008][0009]
表2国内的一些复合膜材的组成结构
[0010][0011]
因此急需到一种同时具备良好的气体阻隔性能、耐水性、抗弯折性能、抗穿刺性能，并且具备良好的生物相容性，有利于细胞培养的一次性生物工艺袋用膜材。

技术实现要素：

[0012]
为解决上述问题，本发明提供了一种含uldpe的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材，采用尼龙/乙烯-乙烯醇共聚物/尼龙、或乙烯-乙烯醇共聚物/尼龙/乙烯-乙烯醇共聚物的三层复合结构制备气体阻隔层，以uldpe为液体接触层，并选用了最佳的热封层、粘合层，以及合适的厚度，制得的一次性生物工艺袋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，细胞培养密度和细胞活率高，具有更好的细胞培养效果，尤其是针对293人胚胎肾细胞，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。
[0013]
一方面，本发明提供了一种一次性生物工艺袋用膜材，所述膜材由外到内依次为热封层/粘合层/气体阻隔层/粘合层/液体接触层，所述气体阻隔层为尼龙层/乙烯-乙烯醇共聚物层/尼龙层的三层复合结构，所述液体接触层为超低密度聚乙烯。
[0014]
本发明提供的一次性生物工艺袋专用于细胞培养。细胞培养过程对膜材要求非常严格，对氧气、水蒸气、二氧化碳等气体的渗透都极为敏感，且膜材必须有很好的生物相容性，无小分子物质的吸附与析出，才能获得好的培养效果。
[0015]
乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)是气体阻隔性能最好的聚合物材料，但evoh的耐水性和耐弯折性能较差。
[0016]
尼龙(pa)也是气体阻隔性较好的聚合物材料，其对氧气、二氧化碳的阻隔性能比 evoh低一个数量级，但pa具有抗穿刺、柔韧性好、强度高等特性。
[0017]
本发明采用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，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。
[0018]
pa/evoh/pa三层复合阻隔膜能够在拉伸强度、气体阻隔性、抗穿刺、柔韧性、抗弯折等特性方面获得优异的综合性能，并且在与液体接触层超低密度聚乙烯组合后，对于293 人胚胎肾细胞等细胞具有非常好的提高细胞培养密度的效果，其原因是由于采用超低密度聚乙烯与pa/evoh/pa三层复合阻隔膜制备的膜材，在细胞培养过程中能更好地维持或增强细胞活力，并能具有更高的生物相容性。
[0019]
液体接触层是与细胞培养液直接接触的一层，需具有良好的生物相容性，同时在使用过程中不能有小分子析出，影响细胞的正常生长和代谢，超低密度聚乙烯(uldpe)是本发明发现的最适宜293人胚胎肾细胞的液体接触层材料，尤其当采用超低密度聚乙烯 (uldpe)作为液体接触层，pa/evoh/pa作为气体阻隔层时，对293人胚胎肾细胞的培养有更好的生物相容性。
[0020]
进一步地，所述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。
[0021]
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。
[0022]
在一些方式中，evoh优选为日本可乐丽、合成化学和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、中国上海盈固和中国山东祥龙的相关牌号树脂。
[0023]
进一步地，所述液体接触层厚度为30～200μm，所述液体接触层接触的液体中包括用于培养的细胞。
[0024]
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。
[0025]
在一些方式中，所述液体接触层的超低密度聚乙烯(uldpe)优选为陶氏engage 8480khealth+、dow health+系列和沙特基础sabic pcg系列。
[0026]
进一步地，所述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。
[0027]
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。
[0028]
在一些方式中，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。
[0029]
在一些方式中，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％。
[0030]
在一些方式中，优选的ldpe及lldpe有美国陶氏dow、沙特基础sabic、北欧化工 bormed、中国上海石化、中国茂名石化、中国兰州石化等公司的相关牌号。
[0031]
在一些方式中，优选的eva有celanese公司、杨子石化的相关牌号树脂。
[0032]
在一些方式中，优选的tpu有lubrizol、bayer、huntsman、basf等公司的相关牌号树脂。
[0033]
进一步地，所述粘合层为乙烯-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。
[0034]
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。
[0035]
在一些方式中，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。
[0036]
在一些方式中，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。
[0037]
进一步地，所述热封层的厚度为30～150μm，所述粘合层的厚度为5～20μm。
[0038]
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。
[0039]
另一方面，本发明提供了一种如上所述的膜材的制备方法，主要采用共挤出方法制备，包括以下步骤：1)将各层原料分别加入挤出机中；2)在机头温度120～220℃条件下，经熔融、共挤出吹塑或流延制得。
[0040]
进一步地，所述的膜材的制备方法为共挤出方法。具体步骤包括：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，经熔融、共挤出吹塑或流延等过程，通过调整相应工艺参数得到特定厚度的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材。
[0041]
在聚合物功能膜材料的工业化生产中，吹塑、流延等薄膜挤出工艺是最常用的工艺技术。多层共挤出吹塑是多层聚合物复合膜材料的一种成型方法，它可以将两种以上的聚合物，使用两台以上的挤出机，分别熔融后经过各自独立的流道，进入多层口模共同挤出具有多层结构的“膜管”，并成型为多层结构的聚合物复合膜材料。通过流延方法制备的聚合物薄膜，是先经过挤出机把原料塑化熔融，通过t型结构成型模具挤出，聚合物熔体呈片状流延至平稳旋转的冷却辊筒表面上，膜片在冷却辊筒上经冷却降温定型，再经牵引、切边后收卷。
[0042]
进一步地，当膜材厚度小于300μm时，采用共挤出吹塑或流延制得；当膜材厚度大于300μm时，采用共挤出流延制得。
[0043]
多层共挤出吹塑工艺简便，适合整体厚度小于300μm的膜材。当厚度超过300μm时，吹塑方式变得有些困难，同时膜材的透明度会有所下降，此时，流延法更适合获得厚度均匀、透明度好的膜材。
[0044]
共挤出流延薄膜与共挤出吹塑薄膜相比，薄膜透明度好，厚度均匀性好，更适合生产厚度较大的一次性生物工艺袋用膜材。
[0045]
一次性生物反应器工艺袋用膜材的厚度远大于普通包装膜，一般超过300μm，采用共挤出吹塑方式很困难，需要采用共挤出流延方式生产。
[0046]
本发明提供的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
延机组应具有合适数量的螺杆和分配器插块，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。
[0047]
再一方面，本发明提供了尼龙用于制备一次性生物工艺袋用膜材的气体阻隔层的用途，所述气体阻隔层为尼龙/乙烯-乙烯醇共聚物/尼龙、或乙烯-乙烯醇共聚物/尼龙/乙烯-乙烯醇共聚物的三层复合结构；所述膜材用于制备生物反应器中培养细胞的一次性生物工艺袋。
[0048]
本发明提供的一次性生物工艺袋用膜材的拉伸强度可达到20mpa，氧气渗透率小于 0.1ml/m2·d·
atm，水蒸气透过率小于0.5ml/m2·d·
atm，膜材整体透明度高，柔韧性好，结实耐用，适用于直热式或高频焊接实现膜材的搭接或对接焊接。
[0049]
基于自身的技术条件和优势，这种高分子多层复合膜制造者可以提供不同组成结构设计的膜材。由于生物医用膜材特殊功能性要求和膜材制造环境要求等级高等因素，对膜材的各组成功能层有较严格的限制。特别的，该种膜材用于细胞培养，特别是超大容量的细胞培养，对其膜材的要求特别严格，不仅要有非常好的生物相容性，好的细胞培养效果，提高细胞活力，还要求对于某些细胞的培养，当膜材经过长时间培养和运输过程中，需要严格控制膜材内与外界的气体交换，如果存在不符规定的气体交换，则会严重影响膜材内的细胞培养的质量和产量。另外，当细胞培养中，也要严格控制这些多层膜材中的有机物质被培养细胞的培养基所溶解，这些有机物大多数对细胞具有毒性的物质。再者，工艺袋在使用前需要经历υ射线辐照、电子束辐照或环氧乙烷等方式进行灭菌处理，在这一过程中，膜材不能出现物理和化学的性能变化，如果发生化学变化，或者有化学物质的渗出，则会对培养中的培养基造成污染，从而影响细胞培养的质量；在细胞培养一个周期内(比如5天、7天、10天，或者30天内等等)，膜材不能有任何影响细胞培养效果的低分子物析出或溶出。此外，对膜材的细胞培养功能性、生物相容性、拉伸强度、气体阻隔性能、热封性能需要进行整体考虑，使膜材更具有实用性。
[0050]
本发明提供的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材具有以下有益效果：
[0051]
(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/m2·d·
atm，水蒸气透过率小于 0.5ml/m2·d·
atm；
[0052]
(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；
[0053]
(3)透明度高，达到96％以上；
[0054]
(4)在细胞培养过程中能更好地维持或增强细胞活力，并能具有更高的生物相容性，细胞培养密度更高，适用于多种细胞的培养，尤其是对于293人胚胎肾细胞，具有更好的细胞培养效果和细胞活率；
[0055]
(5)灭菌处理及细胞培养过程中，无低分子物析出或溶出；
[0056]
(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。
附图说明
[0057]
图1、一次性生物工艺袋用膜材各层结构示意图
具体实施方式
[0058]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0059]
实施例1采用共挤出吹塑法制备的含uldpe的一次性生物工艺袋用膜材
[0060]
本实施例采用共挤出吹塑法制备厚度为250μm的一次性生物工艺袋用膜材，该膜材的组成结构包括如图1所示，包括热封层1、粘合层2、气体阻隔层3/4/5、粘合层6和液体接触层7。
[0061]
其中热封层ldpe采用陶氏的dow系列，该层的厚度为50μm。
[0062]
其中粘合层2和6采用陶氏化学的primacor树脂，厚度为5μm。
[0063]
气体阻隔层3和5为pa，采用美国杜邦相关牌号，该层的厚度为15μm。
[0064]
气体阻隔层4为evoh采用可乐丽eval树脂，该层的厚度为10μm。
[0065]
液体接触层7的uldpe采用美国陶氏公司的engage 8480k，该层的厚度为150μm。
[0066]
含uldpe的多层共挤出一次性生物工艺袋用膜材的制备方法如下：
[0067]
1)将所述各层原料分别加入至对应的挤出机中，热封层对应的螺杆温度设置在 180～210℃；粘合层对应的螺杆温度设置在160～200℃；气体阻隔层pa对应的螺杆温度设置在200～240℃；气体阻隔层evoh对应的螺杆温度设置在190～220℃；uldpe对应的螺杆温度设置在160～200℃；模头温度设置为220℃。
[0068]
2)待各层原料熔融后，在氮气氛围下进行吹膜成型，冷却后收卷。
[0069]
考察制得的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度和细胞培养效果(生物相容性)。
[0070]
其中，一种多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的氧气和水蒸气渗透率采用压差法进行测试，将样品裁至直径不小于100mm的圆片，依据gb/t-1038标准于室温下进行测试，测试膜材的氧气和水蒸气渗透率。每组试样为3个，求取平均值。
[0071]
一种多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的拉伸强度采用instron万能试验机进行测试，将样品裁成哑铃状样条，以200mm/min的速率进行测试，每个样品至少测试5个样条，并求取平均值。
[0072]
一种多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的透明度采用雾度计法，依据gb/t-2410-2008 进行测试，每组测试3个样品，并求取平均值。
[0073]
一种多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的生物相容性通过统计细胞密度和细胞活率进行表征，将制备好的膜材通过直热式搭接形式进行焊接后，制备成5l规格的一次性生物培养袋，并经过γ射线辐照灭菌。培养细胞使用293人胚胎肾细胞(购自中国医学科学院基础医学研究所细胞资源中心)，人体淋巴细胞pbmc(购自中国医学科学院基础医学研究所细胞资源中心)，初始浓度为10万细胞/ml。一次性生物培养袋装在生物反应器内， 293人胚胎肾细胞在一次性生物工艺袋中培养5天，培养条件为温度37℃，搅拌速度为 200rpm，培养结束后检测通过counstar细胞计数仪检测细胞密度和细胞活率。制得的多层共挤出一次性生物工艺袋用膜材的物理性能及细胞培养结果如表3所示。
[0074]
表3、共挤出吹塑法制备的膜材的物理性能及细胞培养结果
[0075][0076]
实施例2采用共挤出流延法制备的含uldpe的一次性生物工艺袋用膜材
[0077]
本实施例提供的含uldpe的一次性生物工艺袋用膜材的组成结构如图1所示，包括热封层1、粘合层2、气体阻隔层3/4/5、粘合层6和液体接触层7。
[0078]
本实施例采用共挤出流延法制备厚度为400μm的一次性生物工艺袋用膜材；
[0079]
热封层1采用celanese公司的eva，该层的厚度为100μm；
[0080]
粘合层2和6选用扬子石化的eva，厚度为10μm；
[0081]
两侧气体阻隔层3和5为可乐丽eval系列的evoh，厚度为30μm；
[0082]
中间气体阻隔层4采用美国杜邦相关牌号的pa，该层的厚度为20μm；
[0083]
液体接触层7为陶氏化学的engage 8480k系列的uldpe，厚度为200μm。
[0084]
其中制备方法如下：
[0085]
1)将所述各层原料分别加入至对应的挤出机中，气体阻隔层pa对应的螺杆温度设置在200～240℃；气体阻隔层evoh对应的螺杆温度设置在190～220℃；eva和uldpe对应的螺杆温度设置在160～200℃；机头温度设置为220℃。
[0086]
2)熔融后的各层原料，通过t型结构成型模具挤出，熔体呈片状流延至平稳旋转的冷却辊筒表面上，膜片在冷却辊筒上经冷却降温定型，再经牵引、切边后收卷，一次性生物工艺袋用膜材。
[0087]
膜材的厚度由在线测厚装置精确控制，各层厚度由螺杆转速调节控制。
[0088]
考察制得的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度和细胞培养效果(生物相容性)。其中，氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、细胞培养效果和细胞活率检测方法如实施例1所示，培养细胞使用293人胚胎肾细胞和人体淋巴细胞pbmc，检测结果如表4所示。
[0089]
表4、共挤出流延法制备得到的膜材的物理性能及细胞培养数据
[0090][0091]
实施例3采用不同气体阻隔层对一次性生物工艺袋性能的影响
[0092]
本实施例采用实施例2提供的方法制备总厚度为400μm的一次性生物工艺袋用膜材，并分别采用如表5所示的不同的气体阻隔层，其中的厚度为气体阻隔层的厚度，考察制得的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、细胞培养效果和细胞活率(生物相容性)。
[0093]
evoh采用可乐丽eval系列，pa采用美国杜邦相关牌号的pa，pe采用美国陶氏公司相关牌号的产品。
[0094]
其中，氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、焊接强度、透明度、细胞培养效果和细胞活率检测方法如实施例1所示，考察结果如表5所示。
[0095]
表5、不同气体阻隔层对一次性生物工艺袋性能的影响
[0096][0097][0098]
由表5可见，当热封层、粘合层、液体接触层及厚度都一样时，采用不同的气体阻隔层对一次性生物工艺袋膜材的拉伸强度、氧气渗透率、水蒸气透过量、透明度和细胞培养密度都存在较大的区别。相比单独采用evoh或单独采用pa作为气体阻隔层时，pa和 evoh组合可以明显提升强度、气体阻隔性能、细胞培养功能和细胞活率；而采用 pa/evoh/pa或evoh/pa/evoh的三层复合膜气体阻隔层形式，则可进一步提升一次性生物工艺袋膜材的性能；而pa/evoh/pa与evoh/pa/evoh相比，采用evoh/pa/evoh 时，由于evoh的耐水性比较差，因此将其作为外层阻隔层时，如遇水，阻隔性能会发生下降，导致一次性生物工艺袋膜材的拉伸强度、氧气渗透率、水蒸气透过量、透明度和细胞培养密度都出现下降；同样为三层复合膜气体阻隔层形式的pe/evoh/pe，其强度、气体阻隔性能、细胞培养功能和细胞活率都远不如pa/evoh/pa或evoh/pa/evoh的组合；最优选为pa/evoh/pa的三层复合膜气体阻隔层，可使293人胚胎肾细胞的细胞培养功能、细胞活率、拉伸强度和气体阻隔性能都达到最佳。
[0099]
实施例4气体阻隔层的不同厚度对一次性生物工艺袋性能的影响
[0100]
本实施例采用实施例3的序号为6的气体阻隔层制备的一次性生物工艺袋膜材，即以 pa/evoh/pa作为气体阻隔层，按照实施例2提供的方法制备一次性生物工艺袋用膜材，并分别采用如表6所示的不同厚度的气体阻隔层，其中的厚度为气体阻隔层的厚度，考察制得的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、细胞培养效果和细胞活率(生物相容性)。
[0101]
evoh采用可乐丽eval系列，pa采用美国杜邦相关牌号的pa。
[0102]
其中，氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、细胞培养效果和细胞活率的检测方法如实施例1所示，培养细胞使用293人胚胎肾细胞，考察结果如表6所示。
[0103]
表6、不同气体阻隔层厚度对一次性生物工艺袋性能的影响
[0104][0105]
[0106]
由表6可见，气体阻隔层的不同厚度，对制备的一次性生物工艺袋膜材的性能存在较大影响，选用合适的厚度，可进一步提升一次性生物工艺袋膜材的强度、气体阻隔性能和细胞培养功能，研究证明，采用气体阻隔层的厚度为30～80μm，其中中间的气体阻隔层厚度为10～20μm，两侧的气体阻隔层厚度为10～30μm时，制备的一次性生物工艺袋膜材的强度、气体阻隔性能、细胞培养功能和细胞活率都明显提高；综合考虑，气体阻隔层 pa/evoh/pa的最佳厚度选择为30/20/30μm。
[0107]
实施例5采用不同热封层对一次性生物工艺袋性能的影响
[0108]
本实施例采用实施例3的序号为6的气体阻隔层制备的一次性生物工艺袋膜材，即以 pa/evoh/pa作为气体阻隔层，按照实施例1提供的方法制备一次性生物工艺袋用膜材，并分别采用如表7所示的不同热封层，其中的厚度为热封层的厚度，考察制得的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、热封焊接性能、细胞培养效果和细胞活率(生物相容性)。
[0109]
ldpe和lldpe采用美国陶氏dow；eva采用celanese公司的eva；tpu采用 lubrizol的tpu；pa采用美国杜邦相关牌号的pa。
[0110]
其中，氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、细胞培养效果和细胞活率的检测方法如实施例1所示，热封焊接强度通过将其制备成标准样条，进行剥离强度测试得到，培养细胞使用293人胚胎肾细胞，考察结果如表7所示。
[0111]
表7、不同热封层对一次性生物工艺袋性能的影响
[0112][0113]
[0114]
由表7可见，采用不同的热封层及不同厚度的热封层，对一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、热封焊接性能和细胞培养效果都存在一定的影响，尤其是对透明度和热封焊接性能，并且由于焊接性能不佳也影响了细胞培养效果。
[0115]
对比表7中的序号1-5可以看出，采用ldpe、lldpe、eva、tpu作为热封层时，制备的一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、热封焊接性能和细胞培养效果都较合适，但采用pa作为热封层时，因其熔点较高，焊接困难，而且使加工成本明显提高，生产效率下降，同时还影响了细胞培养效果。
[0116]
对比表7中的序号1、2、6可以看出，采用ldpe、lldpe、或是ldpe和lldpe的混合物作为热封层时，ldpe和lldpe的混合物可明显提高一次性生物工艺袋膜材的透明度，同时热封焊接性能也非常好，强度、氧气、水蒸气渗透率和细胞培养效果都能符合一次性生物工艺袋膜材的制备需求。
[0117]
对比表7中的序号6-9可见，ldpe和lldpe的混合物的不同比例关系会明显影响制备的一次性生物工艺袋膜材的透明度，优选ldpe和lldpe的混合物的比例关系为2～3:7～8。
[0118]
对比表7中的序号6、10、11、12、13可见，热封层的不同厚度，会明显影响制备的一次性生物工艺袋膜材的热封焊接性能，从而也会对细胞培养效果产生影响，热封层的优选厚度为30～150μm；采用ldpe：lldpe为2:8的混合物制备热封层时，热封层的优选厚度为 100μm。
[0119]
实施例6采用不同液体接触层对一次性生物工艺袋性能的影响
[0120]
本实施例采用实施例5的序号为6制备的一次性生物工艺袋膜材，即以pa/evoh/pa 作为气体阻隔层，ldpe：lldpe为2:8的混合物制备热封层，按照实施例1提供的方法制备一次性生物工艺袋用膜材，并分别采用如表8所示的不同体接触层，其中的厚度为液体接触层的厚度，考察制得的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的小分子物质溶出、氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度和细胞培养效果(生物相容性)。
[0121]
ldpe采用美国陶氏dow的ldpe；eva采用celanese公司的eva；uldpe采用陶氏化学的engage 8480k系列的uldpe。
[0122]
其中，氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、细胞培养密度和细胞活率的检测方法如实施例1所示；通过气相谱/液相谱-质谱联用的方法检测；培养细胞分别使用293 人胚胎肾细胞、人体淋巴细胞pbmc和sf9昆虫细胞，初始浓度均为1
×
105/ml，考察结果如表8所示。
[0123]
表8、不同液体接触层对一次性生物工艺袋性能的影响
[0124][0125]
由表8可见，采用不同的液体接触层及不同厚度的液体接触层，对一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、热封焊接性能和细胞培养效果都存在一定的影响，尤其是对细胞培养效果影响明显。
[0126]
对比表8中的序号1-3可以看出，以pa/evoh/pa作为气体阻隔层，ldpe：lldpe为2:8 的混合物制备热封层时，采用ldpe、uldpe、eva作为液体接触层，制备的一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度都较合适，但对于人胚肾细胞293，采用uldpe作为液体接触层时，细胞培养密度和细胞活率都出现大幅提升，eva的培养效果较差；而对于人体淋巴细胞pbmc和sf9细胞，uldpe的培养效果比较差，eva作为液体接触层时培养效果更好。其原因是uldpe作为液体接触层，pa/evoh/pa作为气体阻隔层，ldpe：lldpe为2:8的混合物制备热封层时，制备的膜材对人胚肾细胞293具有更好的生物相容性，因此对于人胚肾细胞293，优选采用uldpe作为液体接触层。
[0127]
对比表8中的序号1、4、5、6、7可见，液体接触层的不同厚度，会明显影响制备的一次性生物工艺袋膜材的细胞培养效果，液体接触层的优选厚度为30～200μm；采用uldpe 制备液体接触层时，液体接触层的优选厚度为200μm。
[0128]
实施例7采用不同粘合层对一次性生物工艺袋性能的影响
[0129]
本实施例采用实施例6的序号1制备的一次性生物工艺袋膜材，即以pa/evoh/pa作为气体阻隔层，ldpe：lldpe为2:8的混合物制备热封层，uldpe制备液体接触层，按照实施例1提供的方法制备一次性生物工艺袋用膜材，并分别采用如表9所示的不同粘合层，其中的厚度为粘合层的厚度，考察制得的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度和细胞培养效果(生物相容性)。
[0130]
eva采用celanese公司的eva；eaa和ema分别采用美国杜邦公司和陶氏化学的相关牌号产品。
[0131]
其中，氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度和细胞培养效果检测方法如实施例2 所示；培养细胞使用293人胚胎肾细胞，考察结果如表9所示，因粘合层包含2和6两层，因此采用粘合层2/阻隔层/粘合层6来表示，厚度为两层分别的厚度。
[0132]
表9、不同粘合层对一次性生物工艺袋性能的影响
[0133][0134][0135]
由表9可见，采用不同的粘合层及不同厚度的粘合层，对一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、热封焊接性能、细胞培养效果和细胞活率都存在一定的影响，尤其是对拉伸强度和细胞培养效果影响明显。
[0136]
对比表9中的序号1-5可以看出，采用eva、ema、eaa作为粘合层时，制备的一次性生物工艺袋用膜材的氧气、水蒸气渗透率、拉伸强度、透明度、细胞培养效果和细胞活率都较合适，但采用eva作为液体接触层时，细胞培养密度和细胞活率更高，其原因是eva 和液体接触层uldpe之间具有更好的相容性，因此优选采用eva作为粘合层。
[0137]
对比表9中的序号1、6、7、8、9可见，粘合层的不同厚度，会明显影响制备的一次性生物工艺袋膜材的细胞培养效果，过厚或过薄都会使细胞培养密度降低，粘合层的优选厚度为5～20μm；采用eva制备粘合层时，液体接触层的优选厚度为10μm。
[0138]
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：

1.一种一次性生物工艺袋用膜材，其特征在于，由外到内依次为热封层/粘合层/气体阻隔层/粘合层/液体接触层，所述气体阻隔层为尼龙层/乙烯-乙烯醇共聚物层/尼龙层，所述液体接触层为超低密度聚乙烯，所述液体接触层接触的液体中包括用于培养的细胞。2.如权利要求1所述的膜材，其特征在于，所述气体阻隔层的厚度为30～80μm，其中中间的乙烯-乙烯醇共聚物层厚度为10～20μm，两侧的尼龙层厚度为10～30μm。3.如权利要求2所述的膜材，其特征在于，所述液体接触层的厚度为30～200μm。4.如权利要求3所述的膜材，其特征在于，所述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。5.如权利要求4所述的膜材，其特征在于，所述热封层为低密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯的混合物，混合比为2:8，厚度为30～150μm。6.如权利要求4所述的膜材，其特征在于，所述粘合层为乙烯-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；所述粘合层的厚度为5～20μm；所述细胞为293人胚胎肾细胞。7.一种如权利要求1～6任一项所述的膜材的制备方法，其特征在于，采用共挤出方法制备，包括以下步骤：1)将各层原料分别加入挤出机中；2)在机头温度120～220℃条件下，经熔融、共挤出吹塑或流延制得。8.如权利要求7所述的膜材的制备方法，其特征在于，当膜材厚度小于300μm时，采用共挤出吹塑或流延制得；当膜材厚度大于300μm时，采用共挤出流延制得。9.一种膜材用于制备培养293人胚胎肾细胞的一次性生物工艺袋的用途，其特征在于，所述材料由外到内依次为热封层/粘合层/气体阻隔层/粘合层/液体接触层，所述气体阻隔层为尼龙层/乙烯-乙烯醇共聚物层/尼龙层，液体接触层为超低密度聚乙烯。10.如权利要求9所述的用途，其特征在于，所述气体阻隔层的厚度为30～80μm，其中中间的乙烯-乙烯醇共聚物层厚度为10～20μm，两侧的尼龙层厚度为10～30μm；所述液体接触层的厚度为30～200μm；所述热封层为低密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯的混合物，混合比为2:8，厚度为30～150μm；所述粘合层为乙烯-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；所述粘合层的厚度为5～20μm。

技术总结

本发明提供了一种含ULDPE的多层共挤一次性生物工艺袋用膜材及其制备方法，采用尼龙/乙烯-乙烯醇共聚物/尼龙三层复合结构制备气体阻隔层，以ULDPE为液体接触层，并选用了最佳的热封层、粘合层，以及合适的厚度，制得的一次性生物工艺袋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和透明度，并且具备良好的生物相容性，细胞培养密度和细胞活率更高，具有更好的细胞培养效果，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。称量袋以及投料袋等。称量袋以及投料袋等。