JPH08164202A - 液体処理カラムおよび該カラムを使用した液の処理方法 - Google Patents

液体処理カラムおよび該カラムを使用した液の処理方法

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JPH08164202A
JPH08164202A JP6307772A JP30777294A JPH08164202A JP H08164202 A JPH08164202 A JP H08164202A JP 6307772 A JP6307772 A JP 6307772A JP 30777294 A JP30777294 A JP 30777294A JP H08164202 A JPH08164202 A JP H08164202A
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JP
Japan
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column
liquid
hollow fiber
reactive material
component
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JP6307772A
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Takashi Miwa
敬史 三和
Mayumi Fukuyama
真弓 福山
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】中空繊維束と、繊維状またはシート状から選ば
れる形態を有する基材を用いた反応性材料とが同一カラ
ム内に配置されていることを特徴とする液体処理カラ
ム。 【効果】本発明により、中空繊維膜による成分分画と反
応性材料による成分吸着や成分変換を単一のカラムで圧
力損失が少ない状態で処理することが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中空繊維束と、反応性
材料を用いた液体処理カラムと、そのカラムを使用した
液の処理方法に関する。さらに詳しくは、反応性材料と
して、活性炭、シリカゲルやイオン交換体等の吸着材
料、あるいは抗生物質・ホルモン・ペプチド・酵素・抗
体・抗原・細胞・微生物・核酸・糖・脂質・医薬品等の
生理的に活性な物質が繊維、織物、シート等の材料上
に、結合されている生理活性物質固定化材料が、中空繊
維束と同一のカラム内に、反応性材料が中空繊維束を包
み込むあるいは巻き込む形であるいは平行に組み合わさ
れて格納されている液体処理カラムとそのカラムを用い
た液体の処理方法に関する。
【0002】
【従来技術】これまで、液体を中空繊維膜により処理し
分子量等の大きさによる分画をした後に、吸着材等によ
り成分除去を行う際や、細胞や酵素と接触させ成分変換
を行う際には、別々の中空繊維膜カラムと吸着材カラム
をチューブにより連結するか、中空繊維膜上に反応性の
物質を化学的に結合させたカラムが用いられてきた。し
かし、カラムを二つに分けることは連結部等により無駄
に体積が増加し少量の液の処理には不適であった。ま
た、カラムの本数が増加すると、その接続等が煩雑にな
る。中空繊維膜自体に反応性基を結合する場合には、中
空繊維膜自体に結合用の官能基を導入可能な材料には制
限が加わってくる。また、反応性基を固定化することに
より中空繊維膜自体の分画性能が変化してしまい、分画
能と反応性基の量を自在に制御するのが困難であった。
【0003】さらに、中空繊維膜の回りにビーズを充填
した体外循環用カラムが報告されている(アメリカ人工
臓器学会予稿集(1989)p43 )。しかし、ビーズを中空糸
繊維束と同一のカラムに充填する場合、中空繊維をカラ
ム内に固定した後に周囲あるいは繊維間にビーズを充填
する必要がある。これにより、カラム作製の効率が低下
し、また、カラム内への均一な充填が難しくなる。さら
に、ビーズは固定化量を向上させるためには粒径を小さ
くする必要が生じるが、粒径を細かくすると圧力損失が
大きくなり、処理液の流速が上げられず、処理効率が低
下する。
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】本発明は、種々の中
空繊維膜と反応性材料の組み合わせ方を検討した結果、
1本のカラムにより、中空繊維膜による分画と反応性基
による吸着あるいは分解・変換等の反応を行わせ、且
つ、中空繊維膜と反応性材料の素材や固定化法を別々に
選択することを可能とするカラムおよびそれを用いた液
体処理方法を提供することを目的とする。
【0005】また、ビーズ充填カラムと比較して作製の
効率向上・充填密度の均一化・流速の向上が行えるカラ
ムおよびそれを用いた液体処理方法を提供することを目
的とする。
【0006】また、血液を処理する場合、材料の選択に
おいて、血小板活性化作用、リンパ球活性化作用等が問
題になってくるが、中空繊維により細胞成分を分画後に
反応性材料と接触させれば、中空繊維にのみ血小板やリ
ンパ球を活性化させない材料を用いればよく、反応性材
料の選択範囲を広くすることが可能となった。また、数
種類の反応性材料を多層構造にすることにより、多段階
の反応を順序をもって行えるようになった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために下記の構成を有する。
【0008】「(1) 中空繊維束と、繊維状またはシート
状から選ばれる形態を有する基材を用いた反応性材料と
が同一カラム内に配置されていることを特徴とする液体
処理カラム。
【0009】(2) 上記1項に記載の液体処理カラムの該
中空繊維内に液体を通過させ、該中空繊維を透過し繊維
外に分画されてきた液体に、該反応性材料を接触させた
後、カラム外に取り出すことを特徴とする液の処理方
法。」 本発明に用いる中空繊維束の素材は特に限定されるもの
ではなく、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、ポリ
スルホン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリビニルア
ルコール、ポリテトラフルオロエチレンなどの合成高分
子材料や、セルロース、コラーゲン、キトサン及びその
誘導体を含む天然高分子材料あるいは金属、セラミック
ス、ガラスなどの無機材料が挙げられる。これらの材料
は単独あるいは共重合やブレンド材料としても用いるこ
とが出来る。
【0010】反応性材料としてはジエチルアミノエチル
基、トリメチルアンモニウム基、ジエチル−(2−ヒド
ロキシプロピル)アミノエチル基、カルボキシメチル
基、スルホプロピル基等のイオン交換基や、種々の生理
活性物質、例えば、イムノグロブリン、コンカナバリン
A、レンチルレクチン等の結合性蛋白質やリパーゼ、プ
ロテアーゼ、ヌクレアーゼ、ウレアーゼ、デヒドロゲナ
ーゼ、セルラーゼ、ガラクトシダーゼ、アミラーゼ等の
分解酵素あるいはトランスフェラーゼ等の転移酵素、リ
ガーゼ等の結合酵素、シンターゼ等の合成酵素あるいは
バンコマイシン、ポリミキシンB、ペニシリン等の抗生
物質、インターフェロン、インターロイキン、プロスタ
グランジン等の免疫関連物質が、繊維状あるいは織物状
の基材に固定化されている材料あるいは活性炭やシリカ
ゲルを織物等に塗布したシート状材料を指す。
【0011】固定化用の繊維状またはシート状基材の素
材はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタク
リレート、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリ
アミド等の合成高分子及びその複合体あるいはセルロー
ス、キトサン、ポリアミノ酸あるいはそれらの複合体等
の天然高分子あるいはその誘導体、金属、ガラス、セラ
ミクス等の無機材料のいずれもが使用可能である。繊維
状またはシート状基材の一形態として、例えば、織物
状、編物状、棒状のものなどがある。
【0012】これらの反応性材料を、上述した構成の中
空繊維を包み込む形であるいは平行な形で配置する。反
応性材料と中空繊維膜束の配置は、図1に示す様に中空
繊維束全体を反応性材料で巻いてもよいし、図2に示す
ように数本づつを反応性材料で巻いた細い束を数束組み
合わせたものや、この数束組み合わせた太い束をさらに
反応性材料で巻いてもよく、このとき、細い束を巻く反
応性材料と太い束を巻く反応性材料は同一でも異なる材
料でも良い。あるいは、図4に示すように中空繊維と反
応性材料を平行に束ねても良い。反応性材料と液との接
触効率を高くするためには図2あるいは図4に示した方
法により数本の細い束を反応性材料で巻いた形が好まし
く、中空繊維による分画効率あるいは流速を高くすると
きは中空繊維の本数を多く取れる図1に示す収納法が好
ましい。
【0013】中空繊維束と反応性材料を組み合わせた束
をカラム内に収納する方法は、従来の人工腎臓等の中空
繊維モジュールに中空繊維束を収納する方法と同様の操
作で行える。中空繊維と反応性材料の束を紙等で巻きそ
の束をカラム中に挿入後、包紙のみを抜き取り、カラム
両端をキャップ等で閉鎖後ポッティングを行えばよい。
【0014】図1に示したカラムを用いて液体を処理す
る方法としては、図3に示すようにカラム入口8より液
を導入し中空繊維束7の内空中を繊維と平行に液を通過
させる。このとき、中空繊維膜壁の孔径により液体成分
は分画され、壁孔を通過した成分は中空繊維の外側の反
応性材料3と接触し分解、吸着、修飾等の作用を受け
る。壁孔を通過できない成分はカラム出口10より排出
される。また、反応性材料と接触後の成分はカラム出口
11より排出される。カラム出口10および11より排
出された液を、その後合流させることも可能である。
【0015】以下に実施例を用いて詳細に説明を加える
が、これら実施例に限定されるものではない。
【0016】
【実施例】
実施例1 平均孔径0.007μmのポリメチルメタクリレート中
空繊維約3000本とポリスチレン/ポリプロピレンよ
り構成されている繊維表面にジエチルアミノ基を結合し
た織物を図1に示したようにカラムに収納した。これ
を、図3に示す回路内に組立て、ヘパリン10unit
/ml、ビリルビン20mg/mlを含有する溶液を循
環させた。
【0017】溶液量は100ml、流速は30ml/m
inで図中の→方向に循環させた。また、図3に示すよ
うに、カラム出口11より流出する液はポンプ12で流
速を7.5ml/minに調整し、反応性材料9で処理した液
は再び回路内に戻した。液槽14より経時的に液を回収
しヘパリン濃度とビリルビン濃度を測定した。
【0018】下表1に示すように、中空繊維膜を透過で
きず、反応性材料と接触しないヘパリンは濃度が低下す
ることなく、中空繊維膜を透過し、反応性材料と接触し
吸着され得るビリルビンの濃度は経時的に減少した。
【0019】
【表1】 この結果から、分子量分画と吸着材料を組み合わせるこ
とにより、ヘパリン濃度を低下させず、ビリルビン濃度
を選択的に低下させることが可能であることが示され
た。
【0020】実施例2 平均孔径0.1μmのポリメチルメタクリレート中空繊
維約3000本とポリスチレン/ポリプロピレンより構
成されている繊維表面に抗ヒトイムノグロブリン抗体を
結合した繊維を図2に示したようにカラムに収納した。
これを、図3に示す回路に組立て、溶液として、ヒトイ
ムノグロブリンを1mg/mlおよびホルマリン固定ウ
サギ血小板108 個/mlを含むリン酸緩衝液を循環さ
せた。溶液量は100ml、流速は30ml/minで
図中の→方向に循環させた。また、図3に示すように、
反応性材料9で処理した液は再び回路内に戻した。液槽
14より経時的に液を回収しヒトイムノグロブリン濃度
と血小板数を測定した。また、反応性材料と接触した液
もカラム出口11で回収し血小板数を測定した。
【0021】下表2に示すように、中空繊維膜を透過で
きず、反応性材料と接触しないウサギ血小板は濃度が低
下することなく、中空繊維膜を透過し、反応性材料と接
触し吸着され得るヒトイムノグロブリンの濃度は経時的
に減少した。
【0022】
【表2】 この結果から、分子量分画と生理活性物質固定化材料を
組み合わせることにより、血小板を生理活性物質に接触
させることなく、ヒトイムノグロブリン濃度を低下させ
ることが出来た。
【0023】実施例3 平均孔径0.01μmのポリメチルメタクリレート中空
繊維約2000本とポリスチレン/ポリプロピレンより
構成されている繊維表面にジエチルアミノ基を結合させ
た繊維を図4に示したようにカラムに収納した。これ
を、図3に示す回路内に組立て、溶液として、ヘパリン
10unit/ml、ビリルビン50mg/mlを含有
する溶液を循環させた。溶液量は100ml、流速は2
0ml/minで図中の→方向に循環させた。また、図
3に示すように、反応性材料9で処理した液は再び回路
内に戻した。液槽14より経時的に液を回収しヘパリン
濃度とビリルビン濃度を測定した。
【0024】下表3に示すように、中空繊維膜を透過で
きず、反応性材料と接触しないヘパリンは濃度が低下す
ることなく、中空繊維膜を透過し、反応性材料と接触し
吸着され得るビリルビンの濃度は経時的に減少した。
【0025】
【表3】 この結果から、分子量分画と吸着材料を組み合わせるこ
とにより、ヘパリン濃度を低下させず、ビリルビン濃度
を選択的に低下させることが可能であることが示され
た。
【0026】実施例4、比較例1 反応性材料の基材として繊維を用いた場合、ビーズを用
いた場合、反応性材料を充填しなかった場合について、
ウサギ血液を流した場合のカラム内(入口8と出口11
の間)における圧力損失を測定した。
【0027】ただし、カラム及び中空繊維(内径200
μm、長さ20cm、10000本)は全て共通であ
る。また、カラム出口11における流速は120ml/
minとした。
【0028】繊維充填では圧力損失の変化は少なかった
が、ビーズは流速120ml/minでは圧力損失が大
きく、血漿が流れなかった。
【0029】
【表4】 このように、繊維充填はビーズ充填に比較してカラム内
の圧力損失の少ないカラムの設計が可能であることが示
された。
【0030】
【発明の効果】本発明により、中空繊維膜による成分分
画と反応性材料による成分吸着や成分変換を単一のカラ
ムで圧力損失が少ない状態で処理することが可能となっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に用いた液体処理カラムの断面模式図
である。
【図2】実施例2に用いた液体処理カラムの断面模式図
である。
【図3】実施例1に用いた液体処理カラム及び処理回路
の概略図である。
【図4】実施例3に用いた反応性材料と中空繊維膜を収
納した液体処理カラムの断面模式図である。
【符号の説明】
1・・・ 中空繊維膜 2・・・ 反応性繊維(織物) 3・・・ カラム円筒 4・・・ カラム出口 5・・・ 反応性材料1 6・・・ 反応性材料2 7・・・ 中空繊維束 8・・・ カラム入口 9・・・ 反応性材料 10・ カラム出口1 11・・・ カラム出口2 12… 送液ポンプ1 13… 送液ポンプ2 14… 液槽

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中空繊維束と、繊維状またはシート状の形
    態を有する基材を用いた反応性材料とが同一カラム内に
    配置されていることを特徴とする液体処理カラム。
  2. 【請求項2】該反応性材料が該中空繊維束を包み込む形
    で配置されていることを特徴とする請求項1記載の液体
    処理カラム。
  3. 【請求項3】該反応性材料が、該中空繊維束と平行な形
    で配置されていることを特徴とする請求項1記載の液体
    処理カラム。
  4. 【請求項4】該反応性材料が吸着材料であることを特徴
    とする請求項1記載の液体処理カラム。
  5. 【請求項5】該反応性材料が生理活性物質固定化材料で
    あることを特徴とする請求項1記載の液体処理カラム。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれか1項に記載の液体
    処理カラムの該中空繊維内に液体を通過させ、該中空繊
    維を透過し繊維外に分画されてきた液体に、該反応性材
    料を接触させた後、カラム外に取り出すことを特徴とす
    る液の処理方法。
JP6307772A 1994-12-12 1994-12-12 液体処理カラムおよび該カラムを使用した液の処理方法 Pending JPH08164202A (ja)

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