| 【発明の名称】 |
ポリスルホン系選択分離膜 |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 雅一
【氏名】吉田 一
|
| 【要約】 |
【課題】膜中の不純物含量および溶出を少なくして、生体に対する刺激性を軽減したポリスルホン系選択透過膜を提供する。
【解決手段】ポリスルホン系高分子と親水性高分子とからなる膜で、膜中に含まれる生理活性糖脂質含有率が少なく、かつ、該成分の膜透過の指標としてのアルブミン透過率が低い選択分離層を有し、さらに、該分離層が被処理液との接触面側に存在すると生体に対する刺激性が軽減される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ポリスルホン系高分子とポリビニルピロリドン、またはポリエチレングリコールのいずれかから選ばれる親水性高分子とからなる膜において、該膜中の生理活性糖脂質含有率が１．３ｐｐｂ以下で、かつ、アルブミンの透過率が０．５〜０．００１％であり、さらに、被処理液との接触面側に選択分離層が存在することを特徴とするポリスルホン系選択分離膜。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体の溶質除去や精製を目的とした選択分離膜に関するもので、さらに詳しくは、血液浄化や水中のエンドトキシン除去等に利用されるポリスルホン系選択分離膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、膜分離技術が数多く実用化されており、液体や気体の混合物から目的物を分離したり、不純物を除去するために様々な選択分離膜が利用されている。選択分離膜の素材としては、一般に有機系高分子が汎用されており、例えば、天然高分子としてセルロース、合成高分子としてはポリシロキサン、ポリアミド、ポリスルホン、ポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリレート等が挙げられる。中でもポリスルホン系高分子は、工業用分離膜として幅広く利用されているが、その理由は、加熱、放射線、および酸・アルカリ等の化学薬品いずれに対しても優れた耐性を示すためである。また、生体適合性にも優れることから、最近では医療用分離膜の素材としても注目され、需要が増加している。
【０００３】ところが、ポリスルホン系高分子は撥水性が高く水に濡れにくい素材であるため、所望の膜性能、とりわけ透水性能を得る目的で親水性高分子を添加して製膜されることが多い。そのため、膜を使用する際に被処理液中に親水性高分子が溶出したり、あるいはポリスルホン系高分子から微粒子やオリゴマー成分が溶出する問題があった。
【０００４】これらの欠点を改良する試みは数多く開示されており、例えば、特開平４−３００６３６では、含水状態で膜に放射線を照射することで親水性高分子を架橋不溶化させ、膜に強固に固定して溶出を改善している。特開平９−１０３６６４では、膜を乾燥状態で熱処理することで、同様に親水性高分子を不溶化し膜に固定している。また、親水性高分子と水不溶性複合体を形成する成分で膜を処理する方法も試みられており、特公平８−３２２９７では、ポリカルボン酸やポリフェノール等の多価酸を用いた不溶化処理がなされている。一方、ポリスルホン系高分子からの微粒子やオリゴマー成分の溶出については、原料の樹脂を再沈殿で精製したり、膜をアルコール系溶剤で洗浄する方法が特開平５−３２９３４５に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術は、いずれも親水性高分子や微粒子、オリゴマー成分の溶出のみを問題にしており、それ以外の不純物の溶出は考慮されていなかった。ポリスルホン系の膜は、一般に湿式紡糸法によって製膜されるが、凝固や洗浄浴に使用する水の汚染状態によっては、製膜過程でいくつかの不純物が混入してくる可能性があった。また、モジュール化した膜に水を充填する場合も同様であった。その中には生体を刺激する生理活性物質も含まれており、とりわけ、糖脂質成分は例えば菌体内毒素に代表されるように、微量でも生体に対して多彩、かつ、強力な生理活性を有するものがある。これらは脂質部分がポリスルホン系高分子表面に高い親和性を示すため膜に吸着されやすく、洗浄によっては除去されにくい。その一方で、血液のように溶出力の強い媒体には親和性が高く、溶出して生理活性を発現するおそれがあった。したがって、本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、不純物として膜に含まれる生理活性糖脂質の溶出を減らし、生体に対する刺激性が軽減されたポリスルホン系選択分離膜を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、不純物として膜に含まれる生理活性糖脂質含量が一定濃度以下で、かつ、被処理液との接触面側に一定の物質透過性を有する選択分離層を設けた膜においては、該不純物の溶出が抑えられ、生体に対する刺激性が軽減できることを見いだした。すなわち、本発明は、ポリスルホン系高分子とポリビニルピロリドン、またはポリエチレングリコールのいずれかから選ばれる親水性高分子とからなる膜において、該膜中の生理活性糖脂質含有率が１．３ｐｐｂ以下で、かつ、アルブミンの透過率が０．５％〜０．００１％であり、さらに、被処理液との接触面側に選択分離層が存在することを特徴とするスルホン系選択分離膜である。
【０００７】本発明で用いるポリスルホン系高分子とは、下記に示す化学構造式（１）もしくは（２）のユニットの繰り返し構造を有する芳香族ポリスルホン系高分子であり、芳香環に官能基やアルキル基が付加された、いわゆる変性ポリスルホンであってもよい。分子量は特に限定はしない。
−Ｏ−Ａｒ−Ｃ（ＣＨ３）３−Ａｒ−ＳＯ３−Ａｒ− （１）
−Ｏ−Ａｒ−ＳＯ３−Ａｒ− （２）
Ａｒは芳香環でフェニル基を表す。
【０００８】親水性高分子はポリビニルピロリドン、またはポリエチレングリコールのいずれかから選ばれる。ここでいうポリビニルピロリドンには、酢酸ビニル等のビニル系モノマーとの共重合物を含んでもよく、ポリスルホン系高分子との親和性や膜表面の親水性をコントロールする目的で使用できる。これらの分子量は特に限定しないが、残存して膜に適当な親水性を付与させるには、重量平均分子量が少なくとも１０万以上のものを用いることが好ましい。
【０００９】生理活性を有する糖脂質には様々な化学種が存在するが、湿式紡糸工程における混入という観点から、本発明でいう生理活性糖脂質とは、主に工程水に存在する微生物由来の菌体内毒素を示すものである。菌体内毒素は文献的に数十ｎｇオーダーの投与量で、ヒトや動物に生理活性を示すことが知られているが、選択分離膜が所定の膜面積を有するモジュールとして使用されることを考えると、モジュールからの最大溶出量、言い換えれば、モジュール中の最大含有量は数十ｎｇ以下でなければならない。血液浄化用のモジュールを例にとると、一般的なモジュール中の膜含有量は多くても３０ｇであり、一方、生理活性を示す量が１ｎｇ／ｋｇとして平均的な体重を４０ｋｇとすると、４０ｎｇ／膜３０ｇ（１．３ｐｐｂ）となる。したがって、本発明の選択分離膜は、生理活性糖脂質の含有率が１．３ｐｐｂ以下であることが必要である。好ましくは１．０ｐｐｂ以下である。
【００１０】不純物として含まれる生理活性糖脂質は、膜の内外および膜厚内のあらゆる表面から溶出してくると考えられる。また、血液透析のような分離方法においては、膜を介して接している透析液に含まれる生理活性糖脂質が血液側に逆流入してくる可能性もありうる。これらの溶出および混入を所定のレベル以下にするためには、膜として充分な透過性能を有する一方、生理活性糖脂質に対する透過率が低い選択分離層であって、しかも、該分離層が被処理液との接触面側に存在することが必要である。なお、本発明でいう被処理液とは、膜分離により清浄化された液のことを示す。
【００１１】生理活性糖脂質としての菌体内毒素は、一般に数万〜数百万の分子量分布を有しているが、その低分子量領域までカットするには、同等の分子量を有する牛血漿アルブミン（分子量：６７０００）を指標として、その透過率が０．５〜０．００１％であることが必要である。さらに、溶出をカットし、しかも、膜の濾過性能を確保するには、透過率を０．１〜０．０１%とすることが好ましい。
【００１２】本発明の選択分離膜は，分離して使用する液との接触面側に上記の選択分離層を有し、それ以外の部分は分離に関与しない支持層からなる。支持層は通常、スポンジ状の形態をとっている。生理活性糖脂質は膜中のあらゆる表面から溶出してくるが、膜全体に占める支持層の表面積の割合が圧倒的に大きいため、被処理液との接触面側に選択分離層が存在すれば，被処理液への溶出物の透過が事実上阻止できる。膜の形状としては平膜、中空糸のいずれであってもかまわない。
【００１３】次に、前記特徴を有するポリスルホン系選択分離膜の実施様態の一例として，親水性高分子にポリビニルピロリドン（以下、ＰＶＰと称する）を用い、中空糸状に製膜した場合について詳細に説明する。製膜原液はポリスルホン系高分子、ＰＶＰ、およびこれらの共通溶剤からなる。溶剤はＮ，Ｎ―ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ―ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシドが挙げられるが、これらを単独あるいは任意の割合で混合して使用することができる。さらに、凝固速度を制御する目的で、添加剤として少量の水や塩類を加えてもかまわない。中空状に製膜するためには、適切な粘度が必要であるが、そのために好ましい組成は、ポリスルホン系高分子が１５〜２０重量％、ＰＶＰが２〜８重量％であり、残りが溶剤である。
【００１４】中空剤は中空状に製膜するためのみでなく、膜の透過性能を制御するうえで組成が重要である。本発明のアルブミン透過率を達成するには、水と溶剤の混合液を用いる必要があり、溶剤としてＮ，Ｎ―ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ―ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシドから選択される。中空剤の好ましい組成は、溶剤が５〜４０重量％であり、残りが水である。溶剤の割合がこれ以上高まると、生理活性糖脂質の透過性が高くなりすぎ、逆に低くなると透過性は抑えられるものの、膜として十分な透水性能が達成できない。より好ましい範囲は溶剤が１０〜２５重量％である。
【００１５】上述の製膜原液と中空剤とを３０〜６０℃に保温した二重紡糸口金から同時に吐出させ、空中走行の後、水を入れた凝固浴中に導入させると、中空糸の内側に選択分離層、外側に支持層を有する構造が形成される。このように凝固した中空糸膜をカセに巻き取って、一定束長にカットした後、切断面上方から熱水を流して、残存している溶剤を洗浄する。乾燥処理前に孔径保持剤として、例えば、グリセリン水溶液を付着させ、７０〜８０℃で１０時間以上乾燥処理を行って乾燥膜を得る。
【００１６】該膜を使用する際には、両端をポッティングして所定の膜面積を有するモジュールに成型し、必要に応じて滅菌処理を行う。モジュール化は公知の方法に従えばよく、特に限定はしない。滅菌方法も用途に応じて公知の方法から選択すればよく、例えば、乾燥状態でエチレンオキサイトガス、高圧蒸気、放射線照射、あるいはモジュールに水を充填して高圧蒸気、放射線照射等の処理をすればよい。
【００１７】本発明に規定された生理活性糖脂質含有率を有するポリスルホン系選択透過膜を得る方法は特に限定せず、公知の方法から選択すればよい。例えば、製膜、洗浄およびモジュール充填工程で精製水を使用する方法が挙げられ、ポリアミン系合成吸着剤や陽イオン交換樹脂を充填したカラムを通過した水を、カットオフ分子量が５０００以下で、かつ、疎水性の限外濾過フィルターに導入後、この濾過水を循環せずにワンパスで使用する。また、別の例としては、精製水を用いずに得られた膜を界面活性剤やアルカリ含有アルコール等の洗浄剤で処理した後、洗浄剤を精製水で洗い流す方法が挙げられる。これらの方法を単独あるいは任意に組み合わせて使用すればよい。以上のように作成された選択分離膜は中空糸の内側に選択分離層が存在するため、常に被処理液が中空糸の内側を流れるように使用する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらにより何ら限定されるものではない。なお、実施例で用いた諸数値は、以下の手順によって測定した。
（膜中の生理活性糖脂質の定量）乾燥した膜２０ｍｇを０．２％ＰＶＰ含有クロロホルム１ｃｃで溶解し、蒸留水およびジエチルエーテル各４ｃｃを加えて転倒混和した。静置後、二層に分離した液を７０℃で加熱して、有機溶媒層を蒸発除去した。得られた水層に含まれる生理活性糖脂質濃度をエンドスペシー（生化学工業社製：ＥＳ−５０セット）により定量し、膜重量で除して膜中のエンドトキシン含量として算出した。
【００１９】（アルブミン透過率の測定）膜面積１．５ｍ2 のモジュールを３７℃に加温した牛血漿（ヘパリン添加、蛋白濃度６．５ｇ／デシリットル）２．５リットルを含む循環回路に接続し、モジュールの入側、出側の両方にポンプをセットする。両方のポンプを流速２００ｃｃ／分で循環を開始し、続いてモジュール出側のポンプを１８５ｃｃ／分に絞って、１５ｃｃ／分の濾過流速が得られるように調整する。濾液を循環液に戻しながら６０分間循環し、６０分目に循環液と濾液を採取する。サンプル中のアルブミン濃度を、標準牛アルブミンを対照にレーザーネフェロメーターを用いて定量し、下記の式（３）から透過率を算出した。
透過率(%)＝（濾液のアルブミン濃度／循環液のアルブミン濃度）×１００ （３）
【００２０】（ＣＤ１１ｂ発現試験）膜面積０．０３ｍ2 の中空糸モジュールの中空部に、抗凝固剤を含むヒト新鮮血を充填し、３７℃のインキュベーター内で２０分間静置接触させた。回収した充填血液５容に、蛍光標識したＣＤ１１ｂ抗体溶液（コールター社製：ＩＭ０５３０）１容を加えて室温で２時間反応後、前処理試薬（コールター社製：Ｍｕｌｔｉ−Ｑ−Ｐｒｅｐ）を用いて細胞膜を固定した。この検体について、顆粒球画分におけるＣＤ１１ｂ発現細胞数をフローサイトメーターによって定量した。一定細胞数に対するＣＤ１１ｂ発現細胞数の割合をＣＤ１１ｂ発現率とし、生体に対する刺激性の指標とした。
【００２１】
【実施例１】ポリスルホン（Ａｍｏｃｏ社製：Ｐ−１７００）１８部とＰＶＰ（ＢＡＳＦ社製：Ｋ９０、重量平均分子量３６万）５部をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡＣと称する）８０部に添加して５０℃で８時間撹拌溶解し、製膜原液を得た。中空剤はＤＭＡＣ１５部と精製水８５部とを混合して調製した。次に、製膜原液と中空剤とを４５℃に保温した二重紡糸口金から吐出させ、精製水からなる凝固浴を通過させた後にカセに巻き取った。切断した束を９０℃の精製水で洗浄した後、１５％グリセリン水溶液を付着させて７０℃で１２時間乾燥処理した。得られた膜を膜面積１．５ｍ2 のモジュールに成型し、精製水を充填して２５ＫＧｙのγ線を照射した。得られた膜中の生理活性糖脂質含有量は０．９５ｐｐｂで、かつ、アルブミン透過率は０．０５％であった。この膜のＣＤ１１ｂ発現率は８．５％であり、生体に対する刺激性が弱かった。
【００２２】
【実施例２】ポリスルホン（Ａｍｏｃｏ社製：Ｐ−１７００）１８部とＰＶＰ（ＢＡＳＦ社製：Ｋ９０、重量平均分子量３６万）5部をＤＭＡＣ８０部に添加して５０℃で８時間撹拌溶解し、製膜原液を得た。中空剤はＤＭＡＣ２５部と精製水７５部とを混合して調製した。次に、製膜原液と中空剤とを４５℃に保温した二重紡糸口金から吐出させ、精製水からなる凝固浴を通過させた後にカセに巻き取った。切断した束を９０℃の精製水で２時間洗浄した後、１５％グリセリン水溶液を付着させて７０℃で１２時間乾燥処理した。得られた膜を膜面積１．５ｍ2 のモジュールに成型し、精製水を充填して２５ＫＧｙのγ線を照射した。得られた膜中の生理活性糖脂質含有量は０．６５ｐｐｂで、かつ、アルブミン透過率は０．３％であった。この膜のＣＤ１１ｂ発現率は１２．５％であり、生体に対する刺激性が弱かった。
【００２３】
【実施例３】ポリスルホン（Ａｍｏｃｏ社製：Ｐ−１７００）１８部とＰＶＰ（ＢＡＳＦ社製：Ｋ９０、重量平均分子量３６万）5部をＤＭＡＣ８０部に添加して５０℃で８時間撹拌溶解し、製膜原液を得た。中空剤はＤＭＡＣ１５部と非精製水８５部とを混合して調製した。次に、製膜原液と中空剤とを４５℃に保温した二重紡糸口金から吐出させ、非精製水からなる凝固浴を通過させた後にカセに巻き取った。切断した束を９０℃の非精製水で２時間洗浄した後、１５％グリセリン水溶液を付着させて７０℃で１２時間乾燥処理した。この膜を０．２Ｎ水酸化ナトリウム含有９５％エタノールに７０℃で一昼夜浸漬後、精製水で１２時間洗浄した。得られた膜中の生理活性糖脂質含有量は０．３５ｐｐｂで、かつ、アルブミン透過率は０．４％であった。この膜のＣＤ１１ｂ発現率は１０．５％であり、生体に対する刺激性が弱かった。
【００２４】
【比較例１】ポリスルホン（Ａｍｏｃｏ社製：Ｐ−１７００）１８部とＰＶＰ（ＢＡＳＦ社製：Ｋ９０、重量平均分子量３６万）5部をＤＭＡＣ８０部に添加して５０℃で８時間撹拌溶解し、製膜原液を得た。中空剤はＤＭＡＣ１５部と非精製水８５部とを混合して調製した。次に、製膜原液と中空剤とを４５℃に保温した二重紡糸口金から吐出させ、未精製水からなる凝固浴を通過させた後にカセに巻き取った。切断した束を９０℃の未精製水で２時間洗浄した後、１５％グリセリン水溶液を付着させて７０℃で１２時間乾燥処理した。得られた膜を膜面積１．５ｍ2 のモジュールに成型し、非精製水を充填して２５ＫＧｙのγ線を照射した。得られた膜中の生理活性糖脂質含有量は１５ｐｐｂで、かつ、アルブミン透過率は０．０５％であった。この膜のＣＤ１１ｂ発現率は２７．５％であり、生体に対する刺激が高かった。
【００２５】
【比較例２】ポリスルホン（Ａｍｏｃｏ社製：Ｐ−１７００）１８部とＰＶＰ（ＢＡＳＦ社製：Ｋ９０、重量平均分子量３６万）5部をＤＭＡＣ８０部に添加して５０℃で８時間撹拌溶解し、製膜原液を得た。中空剤はＤＭＡＣ６５部と精製水３５部とを混合して調製した。次に、製膜原液と中空剤とを３５℃に保温した二重紡糸口金から吐出させ、精製水からなる凝固浴を通過させた後にカセに巻き取った。切断した束を９０℃の精製水で２時間洗浄した後、１５％グリセリン水溶液を付着させて７０℃で１２時間乾燥処理した。得られた膜を膜面積１．５ｍ2 のモジュールに成型し、精製水を充填して２５ＫＧｙのγ線を照射した。得られた膜中の生理活性糖脂質含有量は１．２ｐｐｂで、かつ、アルブミン透過率は２．１％であった。この膜のＣＤ１１ｂ発現試験の際、小型モジュールの中空糸外側に未精製水から作成した透析液を充填した状態で試験を実施したところ、ＣＤ１１ｂ発現率は２２．０％であり、生体に対する刺激性が高かった。
【００２６】
【発明の効果】本発明のポリスルホン系選択分離膜は、不純物として膜に含まれる生理活性糖脂質含量が少なく、該成分の膜からの溶出も少ないため生体に対する刺激が軽減され、血液浄化等の分野に好適に利用できる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１６８０６
【氏名又は名称】旭メディカル株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）４月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 猛 （外３名）
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−３０９３５６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１３２６１３ |
|