中空繊維膜、その製造方法、及びその使用
本発明は、特に透析物質の有用性を利用するための合成中空繊維毛細管膜、及び、特に心膜透析及び腹膜透析におけるその使用、更にその製造方法に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空繊維毛細管膜及びその製造方法、更に、特に心膜透析及び腹膜透析における透析物質の有用性を利用するための中空繊維毛細管膜の使用に関する。
【０００２】
特に透析における使用の増加に起因して、様々な構成の毛細管膜が知られている。透析における膜、特に毛細管膜の使用及び製造は、例えば、「Ｓａｍｔｌｅｂｅｎ ａｎｄ Ｌｙｓａｇｈｔ ｉｎ：Ｈｏｒｌ ｅｔ ａｌ．Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｎａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｄｉａｌｙｓｉｓ 第５版」（Ｋｌｕｗｅｒ出版，２００４ Ｐ７０９〜７２４参照）に開示されている。
【０００３】
中空繊維膜の製造技術は、例えば「Ｍ．Ｍｕｌｄｅｒ，Ｂａｓｉｃ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 第２版」（Ｋｌｕｗｅｒ出版，１９９６ Ｐ７１〜９１参照）に開示されている。代表的な製造方法は、溶融紡績法や乾湿紡績法（例えば「Ｈａｏ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉｅｎｃｅ ６２」（１９９６）Ｐ１２９〜１３３参照）といった、いわゆる相転換法（下記参照）を含むものである。
【０００４】
いわゆる中空繊維紡糸口金は、特に相転換法による毛細管膜の製造でしばしば使用される。中空繊維紡糸口金による中空繊維膜の製造を行う際には、凝結するポリマーが紡糸口金に配列された環状スリットから現れる、いわゆる凝結紡績プロセスで製造され、対応する凝結剤が中央の凝結剤孔から流される。有名な形状の中空繊維紡糸口金としては、例えばＤＥ １０２１１０５１ Ａ１に開示されている。
【０００５】
異なる機能を有する複数の層から構成される合成中空繊維膜は、従来技術として既に知られている。
【０００６】
ＷＯ ００／７８４３７には、ポリマー繊維が編み込まれて構成された支持層を備える支持された中空繊維膜が開示されている。編み込まれたポリマー繊維は、寿命の増加、摩擦抵抗、及び、精密濾過法又は限外濾過法で使用されている間の張力を全ての繊維に与える。焼成されたα酸化アルミニウムの粒子が内部に分散されて形成されたポリマー被膜は、この支持構造に適用される。
【０００７】
ＵＳ ２００７／０２１３６６５では、腎臓透析の間、透析物質を再生するためのカートリッジを構成する着用可能な腎臓が開示されている。カートリッジ中には、詳細には説明されていないが酢酸セルロースでコーティングされたポリスルホン層からなる膜が用意されている。
【０００８】
ＥＰ ４１８ ４３２ Ａ１には、支持された親水性の合成膜が開示されている。かかる親水性の合成膜中には、例えば、ポリプロピレン、フッ化ビニリデン樹脂等の支持層上に銅アンモニウム再生セルロースが沈着されている。銅アンモニウム再生セルロースは、自然界で非化学的に誘導されたセルロースである。その中空繊維膜は、内表面ではなく外表面が被覆されている。
【０００９】
ＵＳ ４，２７６，１７２には、銅アンモニウムセルロースを使用する血液透析のための被覆されていないセルロース膜が開示されている。銅アンモニウムセルロースは、少なくとも１つの層がジアルキルアミノセルロースで被覆されている。ここには各層間の結合強度についての問題がある。記載されている膜の細孔は、非常に大きいので、その膜は、低分子量有機化合物又は尿素を備えるカチオンに対して非特異的である。そのような膜の内層の壁厚みは、中空繊維膜の全壁厚みの１０〜５０％である。
【００１０】
ＥＰ ２８６ ０９１ Ｂ１には、工業的なプロセスにおける流体分離で使用するためのエチルセルロース溶液で被覆されたポリスルホン中空繊維膜が開示されている。
【００１１】
ＥＰ ３５９ ８３４ Ｂ１には、ポリスルホン層及び酢酸セルロース層からなる多層の中空繊維膜が開示されている。酢酸セルロースは、溶液からの析出によって、予め準備された（予備的に形成された）工業的なプロセスで使用するためのポリスルホン中空繊維膜に積層される。
【００１２】
ＵＳ ５，１５６，７４０には、浸透気化法のプロセスで使用するためのポリスルホンの支持層のみならず、架橋されたポリビニルアルコールの通気性のない分離層から構成された合成膜が開示されている。
【００１３】
腹膜透析及び心膜透析のような医療行為では、高純度の透析物質溶液の消費量を最小限にして例えば着用可能な透析システムを提供するために、尿毒症毒素が負荷された透析物質が例えば吸着物質を使用することで再利用される。
【００１４】
日々の人間の代謝に起因する約２０〜３０ｇの尿素量の大半は、吸着物質が使用されることによって消費される。一般的に、カチオン交換体が水相で使用されるか、又は、上述した従来技術のように、選択的な尿素透過性を備える中空繊維毛細管膜が使用される。該中空繊維毛細管膜は、透析物質の有用性を利用する携帯用の透析システムとして特に有効である（ＵＳ ２００７／０２１３６６５ Ａ１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＤＥ １０２１１０５１ Ａ１号公報
【特許文献２】ＷＯ ００／７８４３７号公報
【特許文献３】ＵＳ ２００７／０２１３６６５号公報
【特許文献４】ＥＰ ４１８ ４３２ Ａ１号公報
【特許文献５】ＵＳ ４，２７６，１７２号公報
【特許文献６】ＥＰ ２８６ ０９１ Ｂ１号公報
【特許文献７】ＥＰ ３５９ ８３４ Ｂ１号公報
【特許文献８】ＵＳ ５，１５６，７４０
【特許文献９】ＵＳ ２００７／０２１３６６５ Ａ１号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】「Ｓａｍｔｌｅｂｅｎ ａｎｄ Ｌｙｓａｇｈｔ ｉｎ：Ｈｏｒｌ ｅｔ ａｌ．Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｎａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｄｉａｌｙｓｉｓ 第５版」（Ｋｌｕｗｅｒ出版，２００４）
【非特許文献２】「Ｍ．Ｍｕｌｄｅｒ，Ｂａｓｉｃ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 第２版」（Ｋｌｕｗｅｒ出版，１９９６）
【非特許文献３】「Ｈａｏ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉｅｎｃｅ ６２」（１９９６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述のシステムでは、１価又は２価のカチオンと比較して、尿素選択性が十分ではなく、以下の膜が配置された吸着材料上で競合反応を引き起こす。これは、吸着容量を減少させると共に、逆に言えば大量の吸着材料が必要となり、吸着材料の重量もより重くなるため好ましくない。
【００１８】
これまでは、不便さを伴う被覆によって製造された合成膜が知られており、それらの製造、特にそれらの構造は、複雑でコストのかかるプロセス工程によってのみ構成されていた。
【００１９】
更に、従来から知られている中空繊維膜では、選択層、特に尿素に対して選択的である層の非常に薄い層厚みを得ることができない。従って、それらの選択性、即ち、望ましい物質の分離を最大化すること及び選択的な層を通過する望まない化合物を最小化することに限界が設定されていた。特に、尿素の分離においてこれまで知られていた合成中空繊維膜では、尿素の拡散経路が長すぎ、その結果、分離が不完全であると共に分離に長時間を要していた。
【００２０】
従って、目的は、例えば、カチオンのような電荷を有する物質の代わりに、特に、溶液からの尿素の選択的な分離に有効な多層（合成）中空繊維毛細管膜を利用できるようにすることを目的とする。更に、膜は、１価又は２価金属カチオンと比較して、尿素の選択的な分離性を有すべきである。１価又は２価金属カチオンは、特に人体に対して必須のアルカリカチオン及びアルカリ土類カチオンである。この膜は、特に、分離される物質の拡散経路を最小化させ、その結果、物質、特に尿素の分離効率を向上させるために選択層の厚みが薄いものあるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の目的は、支持層及び選択層から構成された同時押出材から構成された支持された合成中空繊維膜によって達成される。選択層は、中空側又は外表面側に配置される。
【００２２】
「同時押出材」とは、同時押し出し成形プロセスによって同時に形成された支持層及び選択層であると共に、両方の層が互いに強固な結合（合成）を形成するものを意味する。
【００２３】
支持層及び選択層から構成される同時押出材は、単一のプロセス工程で支持層及び選択層が同時形成され、支持層と選択層との間に機械的に強固な結合を引き起こす。
【００２４】
「選択層」とは、この層が物質の混合物（液体状）から選択された少なくとも１つの物質に対して選択的な浸透性を有し、他の物質に対しては浸透性を有さないことを意味する。
【００２５】
その上、同時押出材の使用は、８００ｎｍ未満の極めて薄い層の形成を可能にする。分離効率は、それによって向上する。本発明による薄層は、分離される物質の拡散経路が最小化されることを意味する。選択層の壁厚みは、中空繊維膜の全壁強度の２〜５％であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】同時押出材から構成される二層合成繊維を介した極低温破断のＲＥＭ写真。
【図２】図１の極低温破断のＲＥＭ写真の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の好ましい実施形態では、選択層は、尿素選択性である。即ち、選択層を透過できないＮａ+，Ｋ+，Ｃａ2+，Ｍｇ2+等のようなアルカリ金属カチオン及びアルカリ土類金属カチオンと比較して、尿素のみに対して浸透性を有する。その結果、本発明の中空繊維膜は、透析物質の再生のために心膜透析及び腹膜透析で使用されることが特に好ましい。これらのカチオンのうち、検出限界以下又は検出限界である非常に少量が拡散することが分かっている。
【００２８】
高い尿素の膜選択性によって、より少ない量の吸着材が要求されるので、本発明の膜を精密濾過システムで使用した時に、着用可能な透析装置において実質的な重量の利点が達成される。
【００２９】
本発明では、特に尿素選択性の選択層の厚みは、１００ｎｍ〜５μｍの範囲であり、好ましくは２００〜８００ｎｍ、より好ましくは３００〜６００ｎｍ、特に好ましくは約５００ｎｍである。その結果、例えば尿素や他の電荷のない物質の拡散経路は、最小化され、それによって尿素の輸送率が最適化される。
【００３０】
選択層の壁厚みは、二つの相反する条件に基づくものである。高い選択性は、選択層の最大厚みによって引き起こされる。しかしながら、拡散経路も選択層の厚みにつれて長くなるので、分離プロセスが遅くなって、効果が低くなる。従って、本発明によれば、最適な層の厚さは、上記の範囲であり、選択性も拡散も過度に制限され過ぎることはない。
【００３１】
本発明の特に好ましい実施形態では、選択層は、エステル化セルロース、特に好ましくはアセチルセルロースから構成される。一般的に、不連続のプロセスにおいて、強酸として使用される酢酸や塩化メチレン中でセルロースと無水酢酸との反応によって工業的に製造されるセルロースエステルは、アセチルセルロースである。完全なアセチル化物（４４．８％のアセチル基及び６２．５％の結合酢酸をそれぞれ含む三酢酸塩）は、素早く特有の効果を生じさせる。例えば、プロピオニルエステルやブチリルエステルのような他のアシル基を備えるエステルも使用される。更に、好ましい実施形態では、混合エステルは、異なるアシル基と共に使用される。アシル基としては、例えばアセチル基、プロピオニル基、長鎖又は分岐アシル基等が挙げられる。一例としては、アセチル−ブチリルセルロースエステルやプロピオニルブチリルセルロースエステルである。
【００３２】
アセチル化と同時に、酸触媒によるセルロース骨格の脱重合が生じるため、一般的に使用されるセルロースのみが約１００〜３５０の重合の度合となる。
【００３３】
本発明における好ましいアセチルセルロース又は混合エステル化セルロースは、０．５〜３、好ましくは２〜３のアシル化度又はエステル化度となる。アシル化度が３であることは、例えば三酢酸セルロースに該当し、アシル化度が２であることは、例えば二酢酸セルロースに該当する。アシル化度の平均は、反復単位ごとにアシル基がセルロースの自由なＯＨ基に平均的に幾つ結合されるかを示す。理論的に最大限可能なアシル化度に至るまでの高いアシル化度又はエステル化度は、３であることが好ましく、特に尿素選択層の選択性は、アシル化又はエステル化によって向上することが見出された。例えば三酢酸セルロースまでの高い置換度合によって、アシルセルロース層の尿素に対する選択性を更に向上させることが見出された。上記の混合エステルについても同様である。
【００３４】
選択層、好ましくはアセチルセルロース層又は混合エステルセルロース層は、一般的に、一日当り１０〜８０ｇ／ｍ2、特に好ましくは１１〜６０ｇ／ｍ2の尿素透過性を有する。ナトリウム透過性、即ち一価に帯電したカチオンに対する透過性は、一日当り０〜１１２ｍｍｏｌ／ｍ2である。本発明で使用される選択層は、通常の測定精度において、例えばＣａ2+，Ｍｇ2+のような二価のカチオンに対して不浸透性である。選択層は、一般的に、緻密で細孔のない層である。細孔がないとは、選択層の体積に応じて高分子物質に対する排除境界を選択層が有することを意味する。この排除境界は、最小限の体積で既に効果的であることが好ましく、単分子物質のみがそれらのサイズによって選択層を透過することが可能である。
【００３５】
塩化ナトリウム透過性又は一価のカチオンに対する通常の透過性は、アシル化度やエステル化度によって変化する。例えば、エステル化度の増加によって、ナトリウム保持力の改善が観測される。
【００３６】
本発明による選択層の極めて薄い層は、機械的に不安定であり、その結果、支持層が必要である。同時押出材としての選択層と支持層との存在は、従来の合成膜と比較して、本発明による合成中空繊維膜の機械的強度の増加を引き起こす。
【００３７】
支持層の材料としては、ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ），ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ），ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリアミド（ＰＡ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン（ＰＳ），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ），ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ），ポリイミド（ＰＩ），ポリスルホン（ＰＳＵ）、及び／又は、ポリウレタン（ＰＵ）、及びこれらの混合物が好ましい。一例として、好ましい実施形態では、支持層内には、親水性成分としてＰＶＰが含有されていることが好ましい。
【００３８】
支持層の材料を選択する際には、十分に高い透過性と親水性があることが重要である。その結果、支持層を貫通する同等に長い搬送経路の間、例えば尿素のような通過する化合物によって、拡散抵抗が全く誘発されない、又は、僅かのみ誘発される。
【００３９】
本発明による支持層の好ましい材料としては、ポリスルホン，ポリビニールピロリドン、及びこれらの混合物が挙げられる。例えばポリスルホン膜の形成のための条件は、十分に良く検討されており、既知のプロセスパラメーターを通じて透過性の異なるレベルが選択的に設定される。従って、ポリスルホンが特に好ましい。ポリスルホンは、任意で、ＰＶＰを伴うものである。ＰＶＰには、例えば精密濾過システムで使用される繊維束（モジュール）を形成するためのポリウレタンと共に、良好な熱力学的適合性が推測される。
【００４０】
支持層の厚みとしては、一般的に２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであり、上述のように、ポリスルホンを用いることでその厚みに達する。
【００４１】
本発明の中空繊維毛細管膜の特有の内径は、２０μｍ〜１ｍｍである。中空繊維毛細管膜の全壁厚みは、２０〜１００μｍである。
【００４２】
本発明の目的は、
ａ）２つの紡績剤溶液Ａ及びＢを提供する工程、ここで、溶液Ａがエステル化セルロースの溶液であり、溶液Ｂがポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、及び／又は、ポリウレタン（ＰＵ）、及びこれらの混合物を含む群から選択されるポリマーを含む溶液であり、
ｂ）凝結槽の温度を４０〜９５℃に設定する工程、
ｃ）中空繊維紡糸口金によって、内部凝結剤と溶液Ａ及びＢとを接触させる工程、
ｄ）溶液Ａ及びＢ中で溶解した物質から構成される押出材を凝固させ、凝結させる工程、を含む中空繊維膜の製造方法によって達成される。
【００４３】
本発明による紡績プロセスを使用することにより、特に、同時押出材や同時押出材を形成する２つの層の厚みを選択的に設定することができるため、選択層に対する高い尿素透過性及び一価又は二価のカチオンの良好な保持性が得られ、同時に、濾過の間、尿素が通過することによる拡散抵抗を増加させることがないように支持層を薄く又は小さく形成することができる。
【００４４】
上述した本発明の紡績方法のプロセスによって、これが特に良好に得られる。既述のように、支持層の材料は、ポリスルホン，ポリビニールピロリドン，又はこれらの混合物から構成される。特に好ましくは、支持層の材料は、ポリスルホンから構成される。
【００４５】
好ましい実施形態では、セルロースアセテートを含む紡績剤溶液Ａの粘度は、１００００〜約１７０００ｍＰａ・ｓ（Ｈａａｋｅ社製 回転マイクロメーター（ＶＴＳＳＯ）及び計量カップシステム（ＭＶ−ＳＴ）によって決定される値）である。粘度は、例えばジメチルアセトアミド中における２５〜４０ｗｔ％のセルロースアセテートの含有量によって、一般的に維持される。
【００４６】
支持層のためのポリマーを含む紡績剤溶液Ｂの粘度は、一般的に、７０００〜１３０００ｍＰａ・ｓである。
【００４７】
２００〜４００ｍｍ／ｓの紡績速度の水が本発明の方法における内部凝結剤として使用されることが好ましい。
【００４８】
「内部凝結剤」とは、中空側の凝結剤を意味する。本発明によると、水が凝結槽中で凝結剤として使用される。水は、例えばナトリウム，カリウム，マグネシウム，又は、カルシウムなどの一価又は二価のカチオンに対して増加された不透過性を内部に備える膜をもたらす、いわゆる「ハード」凝結剤として作用する。ブロック表面と水表面との間のエアギャップを使用することだけでなく、セルロースアセテートの内側層を通過する非常にゆっくりな水の運搬によっても、いわゆる「ソフト」凝結が外側層で生じる。その結果、外側に細孔が形成される。凝結は、一般的に、外側から内側への水による通過凝結を意味し、内側（一般的に無細孔）から外側（多数の細孔）への細孔勾配が得られる。
【００４９】
エアギャップ、及び、例えば溶剤を含む凝結槽中での凝結なしで、内側と外側とから同時に凝結された中空繊維が得られるが、その結果、本発明による中空繊維膜の目的に対しては好ましくない多数の細孔が繊維の中央に形成される。
【００５０】
紡績ブロック温度は、５〜９０℃に設定されることが好ましく、凝結槽の温度は、４０〜９５℃、好ましくは約４０℃に設定される。このようにして、一価又は二価のカチオンに対して増加された保持能力を備え、且つ極めて高い尿素透過性を更に備える選択層を有する同時押出材が得られる。好ましいブロック温度は、５〜４０℃である。
【００５１】
本発明は、本発明の製造方法によって得られる中空繊維膜だけでなく、例えば、ＤＥ １０ ２００４ ０２０ ２２６ Ａ１に記載されているように、本発明の複数の中空繊維膜を含む膜フィルタに関する。
【００５２】
本発明の特に好ましい膜フィルタは、ナノ濾過及び限外濾過、特に好ましくは透析処置、例えば、透析物質を再生するための心膜透析及び腹膜透析のような透析処置における分離プロセスで使用される。
【００５３】
本発明による膜が、糖分子、例えばグルコースに対して良好な透過性を有することも見出された。本発明による膜は、例えばバイオエタノール製造における反応混合物からのグルコースの分離に好適に使用することができる。
【実施例】
【００５４】
本発明の詳細について図及び実施例を用いて説明する。
【００５５】
＜実施例１＞
本発明の中空繊維は、いわゆる位相反転プロセスによって製造される。
初めに、２つの紡績剤溶液Ａ及びＢを作製する。第１の紡績剤溶液Ａは、中空繊維膜の中空側選択層の材料を含み、第２の紡績剤溶液Ｂは、支持層の材料を含む。
【００５６】
支持層（外側層）のための紡績剤溶液は、２０ｗｔ％ポリスルホン（Ｕｄｅｌ３５００）及び、５ｗｔ％ポリビニルピロリドン（Ｋ９０）だけでなく、ジメチルアセトアミド中で溶解される１ｗｔ％水から構成される。この溶液の粘度は、約１１５００ｍＰａ・ｓであった。
【００５７】
中空側選択層のための紡績剤は、２９ｋＤの分子量を備えるジアセテート３０ｗｔ％とアセチル基含有物（シグマーアルドリッチ社製）４０％から構成される。ジメチルアセトアミド中で撹拌することでこれを溶解する。この溶液の粘度は、１５０００ｍＰａ・ｓであった。
【００５８】
両方の紡績剤溶液を従来から知られる中空繊維紡糸口金で、適当な体積割合で紡いだ。内側及び外側の紡績剤の同軸押出し成形を行う互いに同軸の金型溝を通して両方の溶液を案内した。２つの同軸金型溝は、２つの紡績剤層を凝固させるための凝結剤が案内される軸溝を囲むように形成されている。内部凝結剤としては水を使用した。
【００５９】
金型ブロック（紡績ブロック）の温度は、２０℃であったが、本発明の方法の範囲内でさらに変化させることができる。
【００６０】
低温（３０℃未満）で紡糸された繊維は、ナトリウム，カリウムなどのいわゆる一価カチオンに比較して、高い尿素選択性を有することが見出された。
【００６１】
紡績ブロックから離れた後、中空繊維は、４２℃の水で満たされた凝結槽に浸される前に、約２５０ｍｍのエアギャップを通り抜ける。そして、このようにして得られた合成中空繊維を７５℃に調節された洗浄槽で洗浄処理した。繊維の供給速度は２５０ｍｍ／ｓとした。
【００６２】
そして、このようにして得られた中空繊維を約９５℃で乾燥させた。
【００６３】
無溶媒の一定な中空繊維が得られるように、凝結槽及び洗浄槽の体積、供給速度を設定した。
【００６４】
そして、乾燥した繊維を風にさらした。中空繊維の束は、全表面積が０．４ｍ2である繊維２３００本から構成される。繊維の内径は２００μｍであった。繊維の外径は２６１μｍであった。
【００６５】
選択層の厚みは、約５００ｎｍであった。
【００６６】
繊維中空側と繊維外側の独立した流入が確保されるように、繊維を筐体中へ成形し、ポリウレタンと共にモジュールに成形した。
【００６７】
そのようなモジュールは、心膜透析の当業者に一般的に知られている。
【００６８】
図１には、２５０倍に拡大したＲＥＭ画像を示し、図２には、図１を部分的に２００００倍に拡大した画像を示す。
【００６９】
「極低温破断」は、本発明の中空繊維膜を液体窒素に浸し、手作業で横方向に破壊することを意味する。
【００７０】
ポリスルホン支持層の多孔性の構造が図２の右側から明確に見られるだけでなく、薄いセルロースジアセテート選択層の殆ど無細孔の構造が図２の左側に見られる。
【００７１】
＜実施例２＞
本発明の膜における必須の物理的なパラメーターの測定
【００７２】
実施例１で得られた中空繊維膜の限外濾過率を試験した。また、尿素及び様々な塩の透過性を試験した。
【００７３】
含水限外濾過率を決定するために、３７℃で過剰な圧力を中空繊維の中空側にかけ、中空側から外側に漏れ出た水量を測定した。
【００７４】
測定された実施例１の膜の限外濾過率は、０．１〜０．３ｍｌ／ｈ ｔｏｒｒ ｍ2である。
【００７５】
尿素及び塩の透過性を決定するために、尿素含有塩の溶液５００〜７００ｍｌを使用した。かかる溶液は、２５ｍＭの尿素，１４１ｍＭのＮａＣｌ，２．５ｍＭのＣａＣｌ2，２４９ｍＭのグルコースを含み、５０ｍｌ／分で中空繊維を通過し、中空側で再循環された。
【００７６】
中空繊維の中空側の溶液を加圧シールされた管内に入れた。その結果、試験溶液量が試験時間を超えても変化しなかった。
【００７７】
膜の外側では、５３８ｍＭのグルコース溶液を５０ｍｌ／分の流速で流した。
【００７８】
室温で２時間後、中空側を循環している溶液からサンプルを取り除き、市販の分析装置（Ｒｏｃｈｅ社製、Ｃｏｂａｓ Ｉｎｔｅｇｒａ ４００）で検査した。
【００７９】
膜の透過性及び選択性は、試験された最初の溶液の濃度から算出される。
【００８０】
上述した尿素含有溶液の分離の間、実施例１の膜について下記の結果が得られた。
【００８１】
【表１】
【００８２】
測定の変動係数は、ナトリウムに対して１％、カルシウムに対して３．５％、尿素に対して１．８％であった。
【００８３】
測定値から見ることができるように、本発明の中空繊維膜によって尿素は良好に分離されるが、ナトリウム及びカルシウムは、大部分が保持される。
【００８４】
＜実施例３＞
さらに膜を特徴付けるために、純粋なガスを用いて浸透テストを実施した。このために、約１ｂａｒのガスで中空繊維の中空側に過剰の圧力をかけ、膜上のガスの流量を測定した。結果は、下記の表に示す。
【００８５】
【表２】
【００８６】
通常の膜の通過流が一般的に数リットルであるので、これらの結果は、本発明の膜には僅かな細孔しかないことを示している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空繊維毛細管膜及びその製造方法、更に、特に心膜透析及び腹膜透析における透析物質の有用性を利用するための中空繊維毛細管膜の使用に関する。
【０００２】
特に透析における使用の増加に起因して、様々な構成の毛細管膜が知られている。透析における膜、特に毛細管膜の使用及び製造は、例えば、「Ｓａｍｔｌｅｂｅｎ ａｎｄ Ｌｙｓａｇｈｔ ｉｎ：Ｈｏｒｌ ｅｔ ａｌ．Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｎａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｄｉａｌｙｓｉｓ 第５版」（Ｋｌｕｗｅｒ出版，２００４ Ｐ７０９〜７２４参照）に開示されている。
【０００３】
中空繊維膜の製造技術は、例えば「Ｍ．Ｍｕｌｄｅｒ，Ｂａｓｉｃ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 第２版」（Ｋｌｕｗｅｒ出版，１９９６ Ｐ７１〜９１参照）に開示されている。代表的な製造方法は、溶融紡績法や乾湿紡績法（例えば「Ｈａｏ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉｅｎｃｅ ６２」（１９９６）Ｐ１２９〜１３３参照）といった、いわゆる相転換法（下記参照）を含むものである。
【０００４】
いわゆる中空繊維紡糸口金は、特に相転換法による毛細管膜の製造でしばしば使用される。中空繊維紡糸口金による中空繊維膜の製造を行う際には、凝結するポリマーが紡糸口金に配列された環状スリットから現れる、いわゆる凝結紡績プロセスで製造され、対応する凝結剤が中央の凝結剤孔から流される。有名な形状の中空繊維紡糸口金としては、例えばＤＥ １０２１１０５１ Ａ１に開示されている。
【０００５】
異なる機能を有する複数の層から構成される合成中空繊維膜は、従来技術として既に知られている。
【０００６】
ＷＯ ００／７８４３７には、ポリマー繊維が編み込まれて構成された支持層を備える支持された中空繊維膜が開示されている。編み込まれたポリマー繊維は、寿命の増加、摩擦抵抗、及び、精密濾過法又は限外濾過法で使用されている間の張力を全ての繊維に与える。焼成されたα酸化アルミニウムの粒子が内部に分散されて形成されたポリマー被膜は、この支持構造に適用される。
【０００７】
ＵＳ ２００７／０２１３６６５では、腎臓透析の間、透析物質を再生するためのカートリッジを構成する着用可能な腎臓が開示されている。カートリッジ中には、詳細には説明されていないが酢酸セルロースでコーティングされたポリスルホン層からなる膜が用意されている。
【０００８】
ＥＰ ４１８ ４３２ Ａ１には、支持された親水性の合成膜が開示されている。かかる親水性の合成膜中には、例えば、ポリプロピレン、フッ化ビニリデン樹脂等の支持層上に銅アンモニウム再生セルロースが沈着されている。銅アンモニウム再生セルロースは、自然界で非化学的に誘導されたセルロースである。その中空繊維膜は、内表面ではなく外表面が被覆されている。
【０００９】
ＵＳ ４，２７６，１７２には、銅アンモニウムセルロースを使用する血液透析のための被覆されていないセルロース膜が開示されている。銅アンモニウムセルロースは、少なくとも１つの層がジアルキルアミノセルロースで被覆されている。ここには各層間の結合強度についての問題がある。記載されている膜の細孔は、非常に大きいので、その膜は、低分子量有機化合物又は尿素を備えるカチオンに対して非特異的である。そのような膜の内層の壁厚みは、中空繊維膜の全壁厚みの１０〜５０％である。
【００１０】
ＥＰ ２８６ ０９１ Ｂ１には、工業的なプロセスにおける流体分離で使用するためのエチルセルロース溶液で被覆されたポリスルホン中空繊維膜が開示されている。
【００１１】
ＥＰ ３５９ ８３４ Ｂ１には、ポリスルホン層及び酢酸セルロース層からなる多層の中空繊維膜が開示されている。酢酸セルロースは、溶液からの析出によって、予め準備された（予備的に形成された）工業的なプロセスで使用するためのポリスルホン中空繊維膜に積層される。
【００１２】
ＵＳ ５，１５６，７４０には、浸透気化法のプロセスで使用するためのポリスルホンの支持層のみならず、架橋されたポリビニルアルコールの通気性のない分離層から構成された合成膜が開示されている。
【００１３】
腹膜透析及び心膜透析のような医療行為では、高純度の透析物質溶液の消費量を最小限にして例えば着用可能な透析システムを提供するために、尿毒症毒素が負荷された透析物質が例えば吸着物質を使用することで再利用される。
【００１４】
日々の人間の代謝に起因する約２０〜３０ｇの尿素量の大半は、吸着物質が使用されることによって消費される。一般的に、カチオン交換体が水相で使用されるか、又は、上述した従来技術のように、選択的な尿素透過性を備える中空繊維毛細管膜が使用される。該中空繊維毛細管膜は、透析物質の有用性を利用する携帯用の透析システムとして特に有効である（ＵＳ ２００７／０２１３６６５ Ａ１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＤＥ １０２１１０５１ Ａ１号公報
【特許文献２】ＷＯ ００／７８４３７号公報
【特許文献３】ＵＳ ２００７／０２１３６６５号公報
【特許文献４】ＥＰ ４１８ ４３２ Ａ１号公報
【特許文献５】ＵＳ ４，２７６，１７２号公報
【特許文献６】ＥＰ ２８６ ０９１ Ｂ１号公報
【特許文献７】ＥＰ ３５９ ８３４ Ｂ１号公報
【特許文献８】ＵＳ ５，１５６，７４０
【特許文献９】ＵＳ ２００７／０２１３６６５ Ａ１号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】「Ｓａｍｔｌｅｂｅｎ ａｎｄ Ｌｙｓａｇｈｔ ｉｎ：Ｈｏｒｌ ｅｔ ａｌ．Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｎａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｄｉａｌｙｓｉｓ 第５版」（Ｋｌｕｗｅｒ出版，２００４）
【非特許文献２】「Ｍ．Ｍｕｌｄｅｒ，Ｂａｓｉｃ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 第２版」（Ｋｌｕｗｅｒ出版，１９９６）
【非特許文献３】「Ｈａｏ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉｅｎｃｅ ６２」（１９９６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述のシステムでは、１価又は２価のカチオンと比較して、尿素選択性が十分ではなく、以下の膜が配置された吸着材料上で競合反応を引き起こす。これは、吸着容量を減少させると共に、逆に言えば大量の吸着材料が必要となり、吸着材料の重量もより重くなるため好ましくない。
【００１８】
これまでは、不便さを伴う被覆によって製造された合成膜が知られており、それらの製造、特にそれらの構造は、複雑でコストのかかるプロセス工程によってのみ構成されていた。
【００１９】
更に、従来から知られている中空繊維膜では、選択層、特に尿素に対して選択的である層の非常に薄い層厚みを得ることができない。従って、それらの選択性、即ち、望ましい物質の分離を最大化すること及び選択的な層を通過する望まない化合物を最小化することに限界が設定されていた。特に、尿素の分離においてこれまで知られていた合成中空繊維膜では、尿素の拡散経路が長すぎ、その結果、分離が不完全であると共に分離に長時間を要していた。
【００２０】
従って、目的は、例えば、カチオンのような電荷を有する物質の代わりに、特に、溶液からの尿素の選択的な分離に有効な多層（合成）中空繊維毛細管膜を利用できるようにすることを目的とする。更に、膜は、１価又は２価金属カチオンと比較して、尿素の選択的な分離性を有すべきである。１価又は２価金属カチオンは、特に人体に対して必須のアルカリカチオン及びアルカリ土類カチオンである。この膜は、特に、分離される物質の拡散経路を最小化させ、その結果、物質、特に尿素の分離効率を向上させるために選択層の厚みが薄いものあるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の目的は、支持層及び選択層から構成された同時押出材から構成された支持された合成中空繊維膜によって達成される。選択層は、中空側又は外表面側に配置される。
【００２２】
「同時押出材」とは、同時押し出し成形プロセスによって同時に形成された支持層及び選択層であると共に、両方の層が互いに強固な結合（合成）を形成するものを意味する。
【００２３】
支持層及び選択層から構成される同時押出材は、単一のプロセス工程で支持層及び選択層が同時形成され、支持層と選択層との間に機械的に強固な結合を引き起こす。
【００２４】
「選択層」とは、この層が物質の混合物（液体状）から選択された少なくとも１つの物質に対して選択的な浸透性を有し、他の物質に対しては浸透性を有さないことを意味する。
【００２５】
その上、同時押出材の使用は、８００ｎｍ未満の極めて薄い層の形成を可能にする。分離効率は、それによって向上する。本発明による薄層は、分離される物質の拡散経路が最小化されることを意味する。選択層の壁厚みは、中空繊維膜の全壁強度の２〜５％であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】同時押出材から構成される二層合成繊維を介した極低温破断のＲＥＭ写真。
【図２】図１の極低温破断のＲＥＭ写真の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の好ましい実施形態では、選択層は、尿素選択性である。即ち、選択層を透過できないＮａ+，Ｋ+，Ｃａ2+，Ｍｇ2+等のようなアルカリ金属カチオン及びアルカリ土類金属カチオンと比較して、尿素のみに対して浸透性を有する。その結果、本発明の中空繊維膜は、透析物質の再生のために心膜透析及び腹膜透析で使用されることが特に好ましい。これらのカチオンのうち、検出限界以下又は検出限界である非常に少量が拡散することが分かっている。
【００２８】
高い尿素の膜選択性によって、より少ない量の吸着材が要求されるので、本発明の膜を精密濾過システムで使用した時に、着用可能な透析装置において実質的な重量の利点が達成される。
【００２９】
本発明では、特に尿素選択性の選択層の厚みは、１００ｎｍ〜５μｍの範囲であり、好ましくは２００〜８００ｎｍ、より好ましくは３００〜６００ｎｍ、特に好ましくは約５００ｎｍである。その結果、例えば尿素や他の電荷のない物質の拡散経路は、最小化され、それによって尿素の輸送率が最適化される。
【００３０】
選択層の壁厚みは、二つの相反する条件に基づくものである。高い選択性は、選択層の最大厚みによって引き起こされる。しかしながら、拡散経路も選択層の厚みにつれて長くなるので、分離プロセスが遅くなって、効果が低くなる。従って、本発明によれば、最適な層の厚さは、上記の範囲であり、選択性も拡散も過度に制限され過ぎることはない。
【００３１】
本発明の特に好ましい実施形態では、選択層は、エステル化セルロース、特に好ましくはアセチルセルロースから構成される。一般的に、不連続のプロセスにおいて、強酸として使用される酢酸や塩化メチレン中でセルロースと無水酢酸との反応によって工業的に製造されるセルロースエステルは、アセチルセルロースである。完全なアセチル化物（４４．８％のアセチル基及び６２．５％の結合酢酸をそれぞれ含む三酢酸塩）は、素早く特有の効果を生じさせる。例えば、プロピオニルエステルやブチリルエステルのような他のアシル基を備えるエステルも使用される。更に、好ましい実施形態では、混合エステルは、異なるアシル基と共に使用される。アシル基としては、例えばアセチル基、プロピオニル基、長鎖又は分岐アシル基等が挙げられる。一例としては、アセチル−ブチリルセルロースエステルやプロピオニルブチリルセルロースエステルである。
【００３２】
アセチル化と同時に、酸触媒によるセルロース骨格の脱重合が生じるため、一般的に使用されるセルロースのみが約１００〜３５０の重合の度合となる。
【００３３】
本発明における好ましいアセチルセルロース又は混合エステル化セルロースは、０．５〜３、好ましくは２〜３のアシル化度又はエステル化度となる。アシル化度が３であることは、例えば三酢酸セルロースに該当し、アシル化度が２であることは、例えば二酢酸セルロースに該当する。アシル化度の平均は、反復単位ごとにアシル基がセルロースの自由なＯＨ基に平均的に幾つ結合されるかを示す。理論的に最大限可能なアシル化度に至るまでの高いアシル化度又はエステル化度は、３であることが好ましく、特に尿素選択層の選択性は、アシル化又はエステル化によって向上することが見出された。例えば三酢酸セルロースまでの高い置換度合によって、アシルセルロース層の尿素に対する選択性を更に向上させることが見出された。上記の混合エステルについても同様である。
【００３４】
選択層、好ましくはアセチルセルロース層又は混合エステルセルロース層は、一般的に、一日当り１０〜８０ｇ／ｍ2、特に好ましくは１１〜６０ｇ／ｍ2の尿素透過性を有する。ナトリウム透過性、即ち一価に帯電したカチオンに対する透過性は、一日当り０〜１１２ｍｍｏｌ／ｍ2である。本発明で使用される選択層は、通常の測定精度において、例えばＣａ2+，Ｍｇ2+のような二価のカチオンに対して不浸透性である。選択層は、一般的に、緻密で細孔のない層である。細孔がないとは、選択層の体積に応じて高分子物質に対する排除境界を選択層が有することを意味する。この排除境界は、最小限の体積で既に効果的であることが好ましく、単分子物質のみがそれらのサイズによって選択層を透過することが可能である。
【００３５】
塩化ナトリウム透過性又は一価のカチオンに対する通常の透過性は、アシル化度やエステル化度によって変化する。例えば、エステル化度の増加によって、ナトリウム保持力の改善が観測される。
【００３６】
本発明による選択層の極めて薄い層は、機械的に不安定であり、その結果、支持層が必要である。同時押出材としての選択層と支持層との存在は、従来の合成膜と比較して、本発明による合成中空繊維膜の機械的強度の増加を引き起こす。
【００３７】
支持層の材料としては、ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ），ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ），ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリアミド（ＰＡ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン（ＰＳ），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ），ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ），ポリイミド（ＰＩ），ポリスルホン（ＰＳＵ）、及び／又は、ポリウレタン（ＰＵ）、及びこれらの混合物が好ましい。一例として、好ましい実施形態では、支持層内には、親水性成分としてＰＶＰが含有されていることが好ましい。
【００３８】
支持層の材料を選択する際には、十分に高い透過性と親水性があることが重要である。その結果、支持層を貫通する同等に長い搬送経路の間、例えば尿素のような通過する化合物によって、拡散抵抗が全く誘発されない、又は、僅かのみ誘発される。
【００３９】
本発明による支持層の好ましい材料としては、ポリスルホン，ポリビニールピロリドン、及びこれらの混合物が挙げられる。例えばポリスルホン膜の形成のための条件は、十分に良く検討されており、既知のプロセスパラメーターを通じて透過性の異なるレベルが選択的に設定される。従って、ポリスルホンが特に好ましい。ポリスルホンは、任意で、ＰＶＰを伴うものである。ＰＶＰには、例えば精密濾過システムで使用される繊維束（モジュール）を形成するためのポリウレタンと共に、良好な熱力学的適合性が推測される。
【００４０】
支持層の厚みとしては、一般的に２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであり、上述のように、ポリスルホンを用いることでその厚みに達する。
【００４１】
本発明の中空繊維毛細管膜の特有の内径は、２０μｍ〜１ｍｍである。中空繊維毛細管膜の全壁厚みは、２０〜１００μｍである。
【００４２】
本発明の目的は、
ａ）２つの紡績剤溶液Ａ及びＢを提供する工程、ここで、溶液Ａがエステル化セルロースの溶液であり、溶液Ｂがポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、及び／又は、ポリウレタン（ＰＵ）、及びこれらの混合物を含む群から選択されるポリマーを含む溶液であり、
ｂ）凝結槽の温度を４０〜９５℃に設定する工程、
ｃ）中空繊維紡糸口金によって、内部凝結剤と溶液Ａ及びＢとを接触させる工程、
ｄ）溶液Ａ及びＢ中で溶解した物質から構成される押出材を凝固させ、凝結させる工程、を含む中空繊維膜の製造方法によって達成される。
【００４３】
本発明による紡績プロセスを使用することにより、特に、同時押出材や同時押出材を形成する２つの層の厚みを選択的に設定することができるため、選択層に対する高い尿素透過性及び一価又は二価のカチオンの良好な保持性が得られ、同時に、濾過の間、尿素が通過することによる拡散抵抗を増加させることがないように支持層を薄く又は小さく形成することができる。
【００４４】
上述した本発明の紡績方法のプロセスによって、これが特に良好に得られる。既述のように、支持層の材料は、ポリスルホン，ポリビニールピロリドン，又はこれらの混合物から構成される。特に好ましくは、支持層の材料は、ポリスルホンから構成される。
【００４５】
好ましい実施形態では、セルロースアセテートを含む紡績剤溶液Ａの粘度は、１００００〜約１７０００ｍＰａ・ｓ（Ｈａａｋｅ社製 回転マイクロメーター（ＶＴＳＳＯ）及び計量カップシステム（ＭＶ−ＳＴ）によって決定される値）である。粘度は、例えばジメチルアセトアミド中における２５〜４０ｗｔ％のセルロースアセテートの含有量によって、一般的に維持される。
【００４６】
支持層のためのポリマーを含む紡績剤溶液Ｂの粘度は、一般的に、７０００〜１３０００ｍＰａ・ｓである。
【００４７】
２００〜４００ｍｍ／ｓの紡績速度の水が本発明の方法における内部凝結剤として使用されることが好ましい。
【００４８】
「内部凝結剤」とは、中空側の凝結剤を意味する。本発明によると、水が凝結槽中で凝結剤として使用される。水は、例えばナトリウム，カリウム，マグネシウム，又は、カルシウムなどの一価又は二価のカチオンに対して増加された不透過性を内部に備える膜をもたらす、いわゆる「ハード」凝結剤として作用する。ブロック表面と水表面との間のエアギャップを使用することだけでなく、セルロースアセテートの内側層を通過する非常にゆっくりな水の運搬によっても、いわゆる「ソフト」凝結が外側層で生じる。その結果、外側に細孔が形成される。凝結は、一般的に、外側から内側への水による通過凝結を意味し、内側（一般的に無細孔）から外側（多数の細孔）への細孔勾配が得られる。
【００４９】
エアギャップ、及び、例えば溶剤を含む凝結槽中での凝結なしで、内側と外側とから同時に凝結された中空繊維が得られるが、その結果、本発明による中空繊維膜の目的に対しては好ましくない多数の細孔が繊維の中央に形成される。
【００５０】
紡績ブロック温度は、５〜９０℃に設定されることが好ましく、凝結槽の温度は、４０〜９５℃、好ましくは約４０℃に設定される。このようにして、一価又は二価のカチオンに対して増加された保持能力を備え、且つ極めて高い尿素透過性を更に備える選択層を有する同時押出材が得られる。好ましいブロック温度は、５〜４０℃である。
【００５１】
本発明は、本発明の製造方法によって得られる中空繊維膜だけでなく、例えば、ＤＥ １０ ２００４ ０２０ ２２６ Ａ１に記載されているように、本発明の複数の中空繊維膜を含む膜フィルタに関する。
【００５２】
本発明の特に好ましい膜フィルタは、ナノ濾過及び限外濾過、特に好ましくは透析処置、例えば、透析物質を再生するための心膜透析及び腹膜透析のような透析処置における分離プロセスで使用される。
【００５３】
本発明による膜が、糖分子、例えばグルコースに対して良好な透過性を有することも見出された。本発明による膜は、例えばバイオエタノール製造における反応混合物からのグルコースの分離に好適に使用することができる。
【実施例】
【００５４】
本発明の詳細について図及び実施例を用いて説明する。
【００５５】
＜実施例１＞
本発明の中空繊維は、いわゆる位相反転プロセスによって製造される。
初めに、２つの紡績剤溶液Ａ及びＢを作製する。第１の紡績剤溶液Ａは、中空繊維膜の中空側選択層の材料を含み、第２の紡績剤溶液Ｂは、支持層の材料を含む。
【００５６】
支持層（外側層）のための紡績剤溶液は、２０ｗｔ％ポリスルホン（Ｕｄｅｌ３５００）及び、５ｗｔ％ポリビニルピロリドン（Ｋ９０）だけでなく、ジメチルアセトアミド中で溶解される１ｗｔ％水から構成される。この溶液の粘度は、約１１５００ｍＰａ・ｓであった。
【００５７】
中空側選択層のための紡績剤は、２９ｋＤの分子量を備えるジアセテート３０ｗｔ％とアセチル基含有物（シグマーアルドリッチ社製）４０％から構成される。ジメチルアセトアミド中で撹拌することでこれを溶解する。この溶液の粘度は、１５０００ｍＰａ・ｓであった。
【００５８】
両方の紡績剤溶液を従来から知られる中空繊維紡糸口金で、適当な体積割合で紡いだ。内側及び外側の紡績剤の同軸押出し成形を行う互いに同軸の金型溝を通して両方の溶液を案内した。２つの同軸金型溝は、２つの紡績剤層を凝固させるための凝結剤が案内される軸溝を囲むように形成されている。内部凝結剤としては水を使用した。
【００５９】
金型ブロック（紡績ブロック）の温度は、２０℃であったが、本発明の方法の範囲内でさらに変化させることができる。
【００６０】
低温（３０℃未満）で紡糸された繊維は、ナトリウム，カリウムなどのいわゆる一価カチオンに比較して、高い尿素選択性を有することが見出された。
【００６１】
紡績ブロックから離れた後、中空繊維は、４２℃の水で満たされた凝結槽に浸される前に、約２５０ｍｍのエアギャップを通り抜ける。そして、このようにして得られた合成中空繊維を７５℃に調節された洗浄槽で洗浄処理した。繊維の供給速度は２５０ｍｍ／ｓとした。
【００６２】
そして、このようにして得られた中空繊維を約９５℃で乾燥させた。
【００６３】
無溶媒の一定な中空繊維が得られるように、凝結槽及び洗浄槽の体積、供給速度を設定した。
【００６４】
そして、乾燥した繊維を風にさらした。中空繊維の束は、全表面積が０．４ｍ2である繊維２３００本から構成される。繊維の内径は２００μｍであった。繊維の外径は２６１μｍであった。
【００６５】
選択層の厚みは、約５００ｎｍであった。
【００６６】
繊維中空側と繊維外側の独立した流入が確保されるように、繊維を筐体中へ成形し、ポリウレタンと共にモジュールに成形した。
【００６７】
そのようなモジュールは、心膜透析の当業者に一般的に知られている。
【００６８】
図１には、２５０倍に拡大したＲＥＭ画像を示し、図２には、図１を部分的に２００００倍に拡大した画像を示す。
【００６９】
「極低温破断」は、本発明の中空繊維膜を液体窒素に浸し、手作業で横方向に破壊することを意味する。
【００７０】
ポリスルホン支持層の多孔性の構造が図２の右側から明確に見られるだけでなく、薄いセルロースジアセテート選択層の殆ど無細孔の構造が図２の左側に見られる。
【００７１】
＜実施例２＞
本発明の膜における必須の物理的なパラメーターの測定
【００７２】
実施例１で得られた中空繊維膜の限外濾過率を試験した。また、尿素及び様々な塩の透過性を試験した。
【００７３】
含水限外濾過率を決定するために、３７℃で過剰な圧力を中空繊維の中空側にかけ、中空側から外側に漏れ出た水量を測定した。
【００７４】
測定された実施例１の膜の限外濾過率は、０．１〜０．３ｍｌ／ｈ ｔｏｒｒ ｍ2である。
【００７５】
尿素及び塩の透過性を決定するために、尿素含有塩の溶液５００〜７００ｍｌを使用した。かかる溶液は、２５ｍＭの尿素，１４１ｍＭのＮａＣｌ，２．５ｍＭのＣａＣｌ2，２４９ｍＭのグルコースを含み、５０ｍｌ／分で中空繊維を通過し、中空側で再循環された。
【００７６】
中空繊維の中空側の溶液を加圧シールされた管内に入れた。その結果、試験溶液量が試験時間を超えても変化しなかった。
【００７７】
膜の外側では、５３８ｍＭのグルコース溶液を５０ｍｌ／分の流速で流した。
【００７８】
室温で２時間後、中空側を循環している溶液からサンプルを取り除き、市販の分析装置（Ｒｏｃｈｅ社製、Ｃｏｂａｓ Ｉｎｔｅｇｒａ ４００）で検査した。
【００７９】
膜の透過性及び選択性は、試験された最初の溶液の濃度から算出される。
【００８０】
上述した尿素含有溶液の分離の間、実施例１の膜について下記の結果が得られた。
【００８１】
【表１】
【００８２】
測定の変動係数は、ナトリウムに対して１％、カルシウムに対して３．５％、尿素に対して１．８％であった。
【００８３】
測定値から見ることができるように、本発明の中空繊維膜によって尿素は良好に分離されるが、ナトリウム及びカルシウムは、大部分が保持される。
【００８４】
＜実施例３＞
さらに膜を特徴付けるために、純粋なガスを用いて浸透テストを実施した。このために、約１ｂａｒのガスで中空繊維の中空側に過剰の圧力をかけ、膜上のガスの流量を測定した。結果は、下記の表に示す。
【００８５】
【表２】
【００８６】
通常の膜の通過流が一般的に数リットルであるので、これらの結果は、本発明の膜には僅かな細孔しかないことを示している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層と選択層を含む同時押出材から構成されることを特徴とする支持された中空繊維膜。
【請求項２】
選択層が尿素選択性であることを特徴とする請求項１に記載の中空繊維膜。
【請求項３】
選択層の厚みが１００ｎｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項２に記載の中空繊維膜。
【請求項４】
選択層がエステル化セルロースから構成されていることを特徴とする請求項３に記載の中空繊維膜。
【請求項５】
エステル化セルロースがアセチルセルロースであることを特徴とする請求項４に記載の中空繊維膜。
【請求項６】
アセチルセルロースのアシル化度が０．５〜３であることを特徴とする請求項５に記載の中空繊維膜。
【請求項７】
選択層が一日当り１０〜８０ｇ／ｍ2の尿素透過性を有することを特徴とする請求項６に記載の中空繊維膜。
【請求項８】
選択層が無細孔であることを特徴とする請求項７に記載の中空繊維膜。
【請求項９】
支持層の材料がポリビニールピロリドン（ＰＶＰ），ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ），ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリアミド（ＰＡ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン（ＰＳ），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ），ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ），ポリイミド（ＰＩ），ポリスルホン（ＰＳＵ）、及び／又は、ポリウレタン（ＰＵ）、及びこれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の中空繊維膜。
【請求項１０】
支持層の材料がポリスルホン（ＰＳＵ），ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）及びこれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項９に記載の中空繊維膜。
【請求項１１】
支持層の厚みが２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の中空繊維膜。
【請求項１２】
中空繊維膜は、内径が２０μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１１に記載の中空繊維膜。
【請求項１３】
全壁厚みが２０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１２に記載の中空繊維膜。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の中空繊維膜を製造する方法であって、以下の工程、
ａ）２つの紡績剤溶液Ａ及びＢを提供する工程、ここで、溶液Ａがエステル化セルロースの溶液であり、溶液Ｂがポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、及び／又は、ポリウレタン（ＰＵ）、及びこれらの混合物を含む群から選択されるポリマーを含む溶液であり、
ｂ）凝結槽の温度を４０〜９５℃に設定する工程、
ｃ）中空繊維紡糸口金によって、内部凝結剤と溶液Ａ及びＢとを接触させる工程、
ｄ）溶液Ａ及びＢ中で溶解した物質から構成される押出材を凝固させ、凝結させる工程、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
紡績剤溶液Ａの粘度が１００００〜１７０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
紡績剤溶液Ａが２５〜４０ｗｔ％のセルロースジアセテートをジメチルアセトアミド中に含んでいることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
紡績剤溶液Ａの粘度が７０００〜１３０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
紡績剤溶液Ｂが１５〜３５％、好ましくは４〜８％のポリビニールピロリドンをジメチルアセトアミドの他に含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
凝結剤として水を使用することを特徴とする請求項１４乃至１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
紡績速度が２００〜４００ｍｍ／ｓであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
紡績ブロックの温度を５〜９０℃に設定することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１４乃至２１の何れか１項に記載の方法によって製造されることを特徴とする中空繊維膜。
【請求項２３】
請求項１乃至１３及び２２の何れか１項に記載された中空繊維膜を複数用いて構成されていることを特徴とする膜フィルタ。
【請求項２４】
ナノ濾過及び限外濾過における分離プロセスのために請求項２３に記載の膜フィルタを使用することを特徴とする膜フィルタの使用。
【請求項２５】
透析処置のために膜フィルタを使用することを特徴とする請求項２４に記載の膜フィルタの使用。
【請求項２６】
使用済みの透析物質を再生するために膜フィルタを使用することを特徴とする請求項２４に記載の膜フィルタの使用。
【請求項１】
支持層と選択層を含む同時押出材から構成されることを特徴とする支持された中空繊維膜。
【請求項２】
選択層が尿素選択性であることを特徴とする請求項１に記載の中空繊維膜。
【請求項３】
選択層の厚みが１００ｎｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項２に記載の中空繊維膜。
【請求項４】
選択層がエステル化セルロースから構成されていることを特徴とする請求項３に記載の中空繊維膜。
【請求項５】
エステル化セルロースがアセチルセルロースであることを特徴とする請求項４に記載の中空繊維膜。
【請求項６】
アセチルセルロースのアシル化度が０．５〜３であることを特徴とする請求項５に記載の中空繊維膜。
【請求項７】
選択層が一日当り１０〜８０ｇ／ｍ2の尿素透過性を有することを特徴とする請求項６に記載の中空繊維膜。
【請求項８】
選択層が無細孔であることを特徴とする請求項７に記載の中空繊維膜。
【請求項９】
支持層の材料がポリビニールピロリドン（ＰＶＰ），ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ），ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリアミド（ＰＡ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン（ＰＳ），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ），ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ），ポリイミド（ＰＩ），ポリスルホン（ＰＳＵ）、及び／又は、ポリウレタン（ＰＵ）、及びこれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の中空繊維膜。
【請求項１０】
支持層の材料がポリスルホン（ＰＳＵ），ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）及びこれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項９に記載の中空繊維膜。
【請求項１１】
支持層の厚みが２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の中空繊維膜。
【請求項１２】
中空繊維膜は、内径が２０μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１１に記載の中空繊維膜。
【請求項１３】
全壁厚みが２０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１２に記載の中空繊維膜。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の中空繊維膜を製造する方法であって、以下の工程、
ａ）２つの紡績剤溶液Ａ及びＢを提供する工程、ここで、溶液Ａがエステル化セルロースの溶液であり、溶液Ｂがポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、及び／又は、ポリウレタン（ＰＵ）、及びこれらの混合物を含む群から選択されるポリマーを含む溶液であり、
ｂ）凝結槽の温度を４０〜９５℃に設定する工程、
ｃ）中空繊維紡糸口金によって、内部凝結剤と溶液Ａ及びＢとを接触させる工程、
ｄ）溶液Ａ及びＢ中で溶解した物質から構成される押出材を凝固させ、凝結させる工程、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
紡績剤溶液Ａの粘度が１００００〜１７０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
紡績剤溶液Ａが２５〜４０ｗｔ％のセルロースジアセテートをジメチルアセトアミド中に含んでいることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
紡績剤溶液Ａの粘度が７０００〜１３０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
紡績剤溶液Ｂが１５〜３５％、好ましくは４〜８％のポリビニールピロリドンをジメチルアセトアミドの他に含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
凝結剤として水を使用することを特徴とする請求項１４乃至１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
紡績速度が２００〜４００ｍｍ／ｓであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
紡績ブロックの温度を５〜９０℃に設定することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１４乃至２１の何れか１項に記載の方法によって製造されることを特徴とする中空繊維膜。
【請求項２３】
請求項１乃至１３及び２２の何れか１項に記載された中空繊維膜を複数用いて構成されていることを特徴とする膜フィルタ。
【請求項２４】
ナノ濾過及び限外濾過における分離プロセスのために請求項２３に記載の膜フィルタを使用することを特徴とする膜フィルタの使用。
【請求項２５】
透析処置のために膜フィルタを使用することを特徴とする請求項２４に記載の膜フィルタの使用。
【請求項２６】
使用済みの透析物質を再生するために膜フィルタを使用することを特徴とする請求項２４に記載の膜フィルタの使用。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１１−５０９１７４（Ｐ２０１１−５０９１７４Ａ）
【公表日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４１０３３（Ｐ２０１０−５４１０３３）
【出願日】平成２０年１２月３０日（２００８．１２．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０１１１４９
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８３２６０
【国際公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（５９９１１７１５２）フレゼニウス メディカル ケアー ドイチュラント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (50)
【氏名又は名称原語表記】Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃａｒｅ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月３０日（２００８．１２．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０１１１４９
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８３２６０
【国際公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（５９９１１７１５２）フレゼニウス メディカル ケアー ドイチュラント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (50)
【氏名又は名称原語表記】Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃａｒｅ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨ
【Ｆターム（参考）】
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