CN102164657B - 多孔中空纤维膜在用于制造澄清化的生物药物培养液中的用途 - Google Patents

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Abstract

多孔中空纤维膜在用于制造澄清化的生物药物培养液中的用途，其中，所述生物药物培养液通过包括使生物药物培养液流经多孔中空纤维膜的过滤工序的方法而被澄清化，该多孔中空纤维膜的管壁由疏水性高分子和聚乙烯基吡咯烷酮的混合物构成，以多孔中空纤维膜的总质量为基准，聚乙烯基吡咯烷酮的含量为0.2质量％以上且3质量％以下，在将管壁沿着膜厚方向三等分地分割成三个区域时，包含外侧面的外周区域中聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例大于包含内侧面的内周区域中聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例，内侧面的平均孔径大于外侧面的平均孔径。

Description

多孔中空纤维膜在用于制造澄清化的生物药物培养液中的用途
技术领域
本发明涉及多孔中空纤维膜在用于制造澄清化的生物药物培养液中的用途。
背景技术
以往，作为自溶液中除去微生物颗粒的方法，可利用凝胶过滤法、离心分离法、吸附分离法、沉淀法、膜过滤法等。但是，凝胶过滤法中，由于凝胶过滤所采用的溶剂会稀释目标物质、不适合大量处理等理由而难以工业应用。离心分离法仅能应用于微生物颗粒为几微米以上的大小、且溶液的粘度较小的情况。吸附过滤法能够用于除去少量的特定微生物颗粒，但该方法无法应用于大量分散有多种多样的微生物的溶液中。沉淀法能够用于处理比较大量的溶液，但在单独采用该方法的情况下无法完全除去微生物颗粒。
另一方面，利用了精密过滤膜、超滤膜的膜过滤法能够除去所有微生物，而且，能够大量连续地进行处理，因此适合工业应用。
但是，在以往的精密过滤膜、超滤膜中，在膜面上形成有被除去的微生物类或者其破碎物的浓缩层而堵塞膜面，因此，存在容易发生过滤压力上升及过滤速度随时间经过而减小这样的问题。
为了除去膜面上的这类浓缩层，有时从与过滤相反的方向导入液体来进行反洗，但为了清洗强烈吸附在膜面上的物质，需要通入大量的反洗液，会导致过滤效率降低。
在专利文献1中记载了这样一种中空纤维膜：该中空纤维膜由聚砜和聚乙烯基吡咯烷酮构成，具有孔径自膜内表面朝向膜外表面变小的渐变构造(graded structure)。为了获得该中空纤维膜而使用了分子量比较低的聚乙烯基吡咯烷酮。还记载了自制膜之后的中空纤维膜中有意地除去膜中的聚乙烯基吡咯烷酮的内容。
在专利文献2中记载了这样一种中空纤维膜：膜整体呈海绵构造，在其内表面侧及外表面侧中的至少一侧中具有0.05～0.3μm厚度的致密层。
另外，作为利用了交叉流过滤、逆流清洗(反洗)的过滤方法，例如在专利文献3中记载有一边进行短时间反冲(backflushing)一边除去引起浑浊的成分的方法。另外，在专利文献4中记载有组合短时间的死端过滤和反洗而进行的除浊方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2002/58828号小册子
专利文献2：国际公开第1996/35504号小册子
专利文献3：日本特开平7-155559号公报
专利文献4：日本特开平4-260419号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在采用以往的中空纤维膜的交叉流过滤中，为了防止膜面堵塞，需要增大处理溶液的流速，由于增大流速，导致微生物颗粒易于发生破碎、变形等。在微生物颗粒破碎时，存在破碎物通过中空纤维膜混入到已澄清化的生物药物培养液中这样的问题。另外，在采用以往的中空纤维膜的情况下，利用逆流清洗除去积蓄在膜面上的除去物时，为了除去强烈吸附在膜面上的除去物，需要通入大量的反洗液，存在处理效率低这样的问题。
以往，为了在工业上由生物药物培养液获得澄清化或除浊后的滤液，不得不采用通过离心分离机分离细胞之后再对细胞破碎物等杂质进行膜过滤这两个阶段而使培养液澄清化的方法。
在专利文献1中记载有将中空纤维膜应用于生物药物品的内容，但与将生物药物培养液澄清化相关的记载并不明确。另外，在专利文献2中，并没有与形成中空纤维膜的聚乙烯基吡咯烷酮的分子量及膜中的聚乙烯基吡咯烷酮含量相关的记载。并且，在专利文献2中也没有与将中空纤维膜用于生物药物培养液用途相关的记载。
在专利文献3所述的方法中，并不能说清洗效果充分，在连续进行处理的情况下，会引起过滤压力上升。另外，在专利文献4所述的方法中，若只关注过滤时的透过流速的话，确实是能提高透过流速，但由于频繁地对过滤和反洗进行切换，会导致除浊操作总体效率降低，不适合工业利用。
本发明的目的在于高效地制造细胞等的破碎物的混入较少且充分澄清化的生物药物培养液。
用于解决问题的手段
即，本发明涉及多孔中空纤维膜在用于制造澄清化的生物药物培养液中的下述用途。
(1)多孔中空纤维膜在用于制造澄清化的生物药物培养液中的用途，其中，所述生物药物培养液通过包括使生物药物培养液流经多孔中空纤维膜的过滤工序(内压过滤工序)的方法而被澄清化，该多孔中空纤维膜的管壁由疏水性高分子和聚乙烯基吡咯烷酮的混合物构成。以多孔中空纤维膜的总质量为基准，多孔中空纤维膜中聚乙烯基吡咯烷酮的含量为0.2质量％以上且3质量％以下。在将多孔中空纤维膜的管壁沿着膜厚方向三等分地分割成三个区域时，包含外侧面的外周区域中聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例大于包含内侧面的内周区域中聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例。多孔中空纤维膜的内侧面的平均孔径大于外侧面的平均孔径。
(2)根据(1)所述的用途，其中，聚乙烯基吡咯烷酮的重均分子量为400000以上且800000以下。
(3)根据(1)或(2)所述的用途，其中，多孔中空纤维膜为如下的多孔中空纤维膜：其内侧面的平均孔径为1μm以上且50μm以下，外周区域具有0.1μm以上且小于1μm的阻止孔径，管壁的膜厚为300μm以上且1000μm以下。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的用途，其中，多孔中空纤维膜满足下式(I)，
Cout/Cin≥2    (I)
在式(I)中，Cout表示亲水性高分子在外周区域中的含有比例，Cin表示亲水性高分子在内周区域中的含有比例。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的用途，其中，多孔中空纤维膜是内径为1000μm以上且2000μm以下的多孔中空纤维膜。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的用途，其中，疏水性高分子是聚砜。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的用途，其中，内压过滤通过这样的交叉流过滤来进行，即，从多孔中空纤维膜的一端输送生物药物培养液，并且使经过滤而澄清化的生物药物培养液流出，使未滤出而残留的、悬浮物质被浓缩的生物药物培养液从多孔中空纤维膜的另一端排出；生物药物培养液的送液速度按线速度计为0.2m/秒以上且1.0m/秒以下。
(8)根据(1)～(7)中任一项所述的用途，其中，还包括使用在进行内压过滤的工序中得到的滤液来逆流清洗多孔中空纤维膜的工序。
(9)根据(1)～(8)中任一项所述的用途，其中，多孔中空纤维膜是经蒸气灭菌处理的多孔中空纤维膜。
(10)根据(1)～(6)中任一项所述的用途，其中，所述包括使生物药物培养液流经所述多孔中空纤维膜的过滤工序的方法是利用中空纤维膜组件将生物药物培养液澄清化的方法，中空纤维膜组件包括：外壳，其在两端具有开口部；中空纤维膜束，其由多根多孔中空纤维膜构成，收容在外壳中，其一端固定在一个开口部侧，另一端固定在另一个开口部侧，使得作为过滤对象液体的所述生物药物培养液能够从外壳的开口部流入和流出；第1喷嘴，其设置在外壳的一端附近的侧面，使得过滤对象液体经多孔中空纤维膜过滤而得的滤液能够流入和流出；第2喷嘴，其设置在外壳的另一端附近的侧面，使得滤液能够流入和流出；
所述方法是，在将中空纤维膜组件配置成第1喷嘴和第2喷嘴中的一个处于高于另一个的位置的状态下，交替地实施过滤工序和反洗工序；在所述过滤工序中，通过使过滤对象液体流经多孔中空纤维膜的管内部来进行过滤；在所述反洗工序中，在多孔中空纤维膜与外壳之间的间隙中充满反洗液，从处于较高位置的喷嘴向外壳内部导入气体，从而使所述反洗液的液面逐渐下降的同时，用反洗液清洗多孔中空纤维膜，将反洗废液从上部侧的开口部排出。
(11)根据(10)所述的用途，其中，所述过滤工序是这样的交叉流过滤工序，即，从多孔中空纤维膜的一端输送过滤对象液体，并使经过滤而澄清化的过滤对象液体流出，使未滤出而残留的、悬浮物质被浓缩的过滤对象液体从多孔中空纤维膜的另一端排出。
发明效果
采用本发明，能够高效地制造细胞等的破碎物的混入较少且充分澄清化的生物药物培养液。采用本发明，不必以利用离心分离进行的细胞分离及其后续的过滤这两个阶段来纯化(澄清化)生物药物培养液，能够仅利用膜过滤来充分地澄清化。
与以往的采用多孔中空纤维膜的过滤方法相比，本发明能够提供一种这样的澄清化的生物药物培养液的制造方法，即，能够长时间地维持较高的过滤效率，细胞的破坏和变形较少，而且包括膜容易清洗且处理效率较高的内压过滤工序，制造效率优良，能够制造细胞等的破碎物的混入较少且充分澄清化的生物药物培养液。
附图说明
图1是示意地表示中空纤维膜组件的剖视图。
图2是示意地表示使用图1的中空纤维膜组件进行的过滤的剖视图。
图3是示意地表示使用图1的中空纤维膜组件进行的澄清化方法的剖视图。
附图标记说明
1、开口部；2、外壳；4、中空纤维膜；6、中空纤维膜束；8、固定构件；12、第1喷嘴；14、第2喷嘴；20、过滤对象液体；22、悬浮物质；24、滤液；30、反洗液；31、液面；32、反洗废液；40、气体；100、中空纤维膜组件。
具体实施方式
下面，详细说明本发明的较佳实施方式。
本实施方式的使用多孔中空纤维膜的、澄清化或除浊的生物药物培养液的制造方法(以下有时仅称作“澄清化方法”)包括内压过滤工序，该内压过滤工序为：使生物药物培养液流经多孔中空纤维膜，该多孔中空纤维膜的管壁由疏水性高分子和亲水性高分子的混合物构成。
上述生物药物培养液例如为如下的培养液，即，使用包括中国仓鼠(Chinese hamster)的卵巢(CHO)细胞在内的宿主细胞，通过细胞培养而产生有重组蛋白的培养液。生物药物培养液只要含有目标蛋白质即可，没有特别的限定，例如也可以是血浆、血清、腹水或者对它们实施了各种纯化处理而得的产品。
培养液含有作为浑浊物质的杂质。另外，培养液除了含有目标蛋白质之外还含有大量杂质蛋白质。即，培养液是含有杂质蛋白质的溶解物和作为杂质的浑浊物质的液体。并且，在该培养液中有时也含有细菌等。作为浑浊物质存在的杂质及杂质蛋白质可列举出细胞壁、细胞破碎物等细胞碎片、宿主细胞蛋白质(HCP)、核酸、内毒素等，但并不限定于这些。
多孔中空纤维膜是下述的多孔中空纤维膜：在将管壁沿着膜厚方向三等分地分割成三个区域时，包含外侧面的外周区域中亲水性高分子的含有比例大于包含内侧面的内周区域中亲水性高分子的含有比例，内侧面的平均孔径大于外侧面的平均孔径。
在将管壁沿着膜厚方向三等分地分割成三个区域时，例如切出多孔中空纤维膜的管壁(是指构成中空环状的多孔中空纤维膜的侧壁)的一部分，得到膜状的管壁，沿膜厚方向将该管壁三等分地切割即可。在这种情况下，将包含外侧面的厚度1/3的区域称作“外周区域”，将包含内侧面的厚度1/3的区域称作“内周区域”。另外，可以将中心部分称作“中心区域”。
亲水性高分子的含有比例优选按照外周区域、中心区域和内周区域的顺序增大。该多孔中空纤维膜的情况下，在培养液最先通过的内周区域中，亲水性高分子的含有比例比较小，因此，易于吸附除去物，过滤性能优良。另一方面，在培养液最后通过的外周区域中，亲水性高分子的含量比较大，因此，能够防止除去物沉淀及随之产生的膜孔堵塞。而且，在内周区域和外周区域之间的中心区域中，具有内周区域和外周区域的特征，且二者取得较好的平衡。因此，具有上述构造的多孔中空纤维膜的过滤性能更加优良，并且，更加不易发生膜孔堵塞，能够更长时间地维持较高的过滤速度。
多孔中空纤维膜优选满足下式(A)。
Pa＜Pb＜Pc    (A)
式(A)中，Pa表示外周区域的截面的平均孔径，Pb表示中心区域的截面的平均孔径，Pc表示内周区域的截面的平均孔径。
该多孔中空纤维膜能够在内周区域阻止在内侧面无法阻止的除去物，在中心区域除去在内周区域也无法阻止的除去物，在外周区域阻止在中心区域还不能阻止的除去物。即，该多孔膜通过分多个阶段地阻止除去物，其截留性能更加优良。
疏水性高分子是指20℃下的临界表面张力(γc)为50nN/m以上的高分子，亲水性高分子是指20℃下的临界表面张力(γc)小于50nN/m的高分子。另外，平均孔径能够通过如下的方式算出：使用电子显微镜，以在一个视场中能够观测到10个以上孔的倍率观测内侧面或者外侧面，对得到的显微镜照片中的细孔进行圆形近似处理，根据其面积平均值求出直径。疏水性高分子和亲水性高分子的混合物是指含有疏水性高分子和亲水性高分子这两者的混合物的意思，与其相构造无关(例如不论是相容体系还是相分离体系，但优选不为完全相容体系)。
多孔中空纤维膜是具有中空环状形态的膜，通过做成该形状，与平面状的膜相比，能够使组件的以单位体积计的膜面积更大。
多孔中空纤维膜中，包含外侧面的外周区域中亲水性高分子的含有比例大于包含内侧面的内周区域中亲水性高分子的含有比例，内侧面的平均孔径大于外侧面的平均孔径。与以往的多孔中空纤维膜相比，多孔中空纤维膜通过具有上述构造而具有能够耐受温度变化、压力变化的更高的强度，能够兼顾过滤速度和截留性，除去物不易积蓄在膜面及膜内部，不易引起膜孔堵塞，能够长时间地维持较高的过滤速度，而且，能够利用公知的中空纤维膜清洗方法容易地清洗。作为清洗方法，例如能够列举出从外侧面通入清洗液的逆流清洗、通过向组件内导入气泡使膜振动而除去堆积物的空气洗涤等。
多孔中空纤维膜通过具有上述构造，能够充分发挥在内周区域中将小于膜孔的颗粒保持在膜内部并除去的深度过滤的效果。另一方面，在外周区域中，亲水性高分子的含有比例较多，颗粒与膜的吸附力较低，因此，能够防止颗粒吸附导致的膜孔堵塞。通过在孔径较小的外周区域中防止颗粒吸附导致的膜孔堵塞，能够长时间地维持较高的过滤速度。另外，由于能够在孔径较大的内周区域中充分地发挥深度过滤的效果，因此，截留性等过滤性能优良。
作为亲水性高分子，例如能够列举出聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、纤维素、及来自它们的派生物质等。其中，作为亲水性高分子，优选为聚乙烯基吡咯烷酮。这些亲水性高分子能够将一种或两种以上混合使用。只要是这些亲水性高分子，其与疏水性高分子的相容性就很优良，多孔中空纤维膜成为均匀且机械强度优良的膜。另外，能够进一步防止在膜面及膜内部吸附除去物，并且清洗容易。
作为疏水性高分子，例如能够列举出聚砜、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚氯乙烯等。其中，作为疏水性高分子，优选为聚砜、聚偏氟乙烯。这些疏水性高分子能够将一种或两种以上混合使用。只要是这些疏水性高分子，多孔中空纤维膜对于温度变化、压力变化的强度就更加优良，能够体现较高的过滤性能。
内侧面的平均孔径优选为1μm以上且50μm以下，更优选为5μm以上且40μm以下，进一步优选为10μm以上且30μm以下。在内侧面的平均孔径小于1μm的情况下，无法充分地获得将除去物保持在膜内部的深度过滤的效果，存在易于发生由除去物堆积在膜面导致的膜孔堵塞的情况。另外，在内侧面的平均孔径大于50μm的情况下，孔在膜面中所占的比例变大，因此，存在多孔中空纤维膜的强度降低的倾向。另外，为了使内侧面的平均孔径为上述范围，在以下说明的制造方法中，例如使内部凝固液的良溶剂浓度为85重量％以上。
外侧面的平均孔径优选为0.1μm以上且20μm以下，更优选为0.2μm以上且15μm以下，进一步优选为0.3μm以上且10μm以下。另外，为了使外侧面的平均孔径为上述范围，在以下说明的制造方法中，例如使外部凝固液的温度为50℃～90℃即可。
外周区域优选具有0.05μm以上且小于1μm的阻止孔径，更优选具有0.1μm以上且小于1μm的阻止孔径，进一步优选具有0.2μm以上且0.8μm以下的阻止孔径。在阻止孔径小于0.05μm时，透过阻力变大，过滤所需要的压力变高，存在微生物颗粒的破坏、变形导致的膜面堵塞、过滤效率降低等情况。另外，在阻止孔径为1μm以上时，存在无法得到充分的截留性的倾向。另外，为了使外周区域的阻止孔径为上述范围，在以下说明的制造方法中，例如使外部凝固液的温度为50℃～90℃即可。
在此，阻止孔径的意思是指，使用多孔中空纤维膜过滤分散有一定孔径的颗粒的颗粒分散液时，该颗粒的透过阻止率为90％时的颗粒孔径。具体地讲，例如对颗粒分散液进行过滤，测定过滤前后的颗粒浓度变化。一边从0.1μm起以约0.1μm的刻度改变粒径，一边进行该测定，制成颗粒的阻止曲线。可从该阻止曲线读取能够阻止90％时的粒径，将该直径作为阻止孔径。
多孔中空纤维膜优选在其外周区域中包含最小孔径层。通过在亲水性高分子的含有比例较多的外周区域中存在最小孔径层，能够更可靠地防止由颗粒吸附导致的膜孔堵塞。另外，在此，最小孔径层表示在用电子显微镜观察膜的截面时包含最小的孔径的层。最小孔径层的孔径与阻止孔径大致相等，能够通过测定阻止孔径而得到最小孔径层的孔径。作为最小孔径层的孔径，优选0.05μm以上且小于1μm，更优选0.1μm以上且小于1μm，进一步优选0.2μm以上且0.8μm以下。另外，为了在外周区域中包含最小孔径层，在以下说明的制造方法中，例如使内部凝固液的良溶剂浓度为85重量％以上，而且使外部凝固液的良溶剂浓度为50重量％以下即可。
多孔中空纤维膜优选具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造。通过具有该构造，能够进一步获得将除去物保持在膜内部的深度过滤的效果，并且，能够更长时间地维持较高的过滤速度。另外，为了使孔径从内侧面到最小孔径层连续变小，在以下说明的制造方法中，例如使内部凝固液的良溶剂浓度为85重量％以上，而且使外部凝固液的良溶剂浓度为50重量％以下即可。
多孔中空纤维膜的膜厚优选为300μm以上且1000μm以下，更优选为350μm以上且800μm以下。在膜厚小于300μm的多孔中空纤维膜中，膜内部能够保持的除去物的范围受到限制，因此，存在无法充分地获得深度过滤的效果的情况，而且，存在易于引起过滤速度降低的倾向。在膜厚大于1000μm的多孔中空纤维膜中，难以清洗堆积在膜内部的除去物，存在清洗之后过滤性能无法充分恢复的情况。另外，为了使膜厚为上述范围，在以下说明的制造方法中，例如使双重管状喷嘴的外侧流路为200μm～1200μm(优选为300μm～1000μm)即可。
以多孔中空纤维膜的总质量为基准，多孔中空纤维膜的亲水性高分子的含量优选为0.2质量％以上且3质量％以下，更优选为0.5质量％以上且2质量％以下。在亲水性高分子的含量小于0.2质量％的多孔中空纤维膜中，除去物易于吸附在膜面和膜内部，易于引起膜孔堵塞，并且，存在难以清洗的倾向。在亲水性高分子的含量大于3质量％的多孔中空纤维膜中，存在由亲水性高分子的溶胀导致膜孔堵塞而使透过阻力变大的情况。另外，通过亲水性高分子的含量为上述范围，清洗性优良，在反复过滤和清洗的情况下，也能够维持较高的过滤性能。另外，为了使亲水性高分子的含量为上述范围，在以下说明的制造方法中，例如使疏水性高分子和亲水性高分子的混合物中疏水性高分子与亲水性高分子之比为前者∶后者＝(1)∶(0.1～1.5)(优选为前者∶后者＝(1)∶(0.5～1.3))即可。
多孔中空纤维膜优选满足下式(I)。
Cout/Cin≥2    (I)
在上式(I)中，Cout表示亲水性高分子在外周区域中的含有比例，Cin表示亲水性高分子在内周区域中的含有比例。亲水性高分子显示出该分布的多孔中空纤维膜，其内周区域的深度过滤效果和外周区域的防止除去物吸附导致膜孔堵塞的效果更加优良。另外，清洗性优良，即使在反复过滤并清洗的情况下，也能够维持较高的过滤性能。另外，为了满足下式(I)，在以下说明的制造方法中，例如使疏水性高分子和亲水性高分子的混合物中疏水性高分子与亲水性高分子之比为前者∶后者＝(1)∶(0.1～1.5)(优选为前者∶后者＝(1)∶(0.3～1.2))即可。
多孔中空纤维膜的内径优选为1000μm以上且2000μm以下。若内径小于1000μm，则在过滤微生物颗粒等易于聚集的悬浮物质时，存在中空纤维的入口被聚集的悬浮物质堵塞而无法继续过滤的情况。另外，在内径大于2000μm的情况下，单根多孔中空纤维膜变粗，每个组件的有效膜面积减小，存在过滤性能降低的倾向。另外，为了使膜厚为上述范围，在以下说明的制造方法中，例如使双重管状喷嘴的内侧流路的直径为500μm～2500μm(优选为600μm～2200μm)即可。
多孔中空纤维膜也可以利用高压灭菌器处理来灭菌。通过利用高压灭菌器处理灭菌，多孔中空纤维膜能够适合用于生物医药培养液等的过滤。在进行高压灭菌器处理的情况下，作为疏水性高分子，优选高压灭菌器处理前后的透水性能变化较少者。具体地讲，优选由高压灭菌器处理前的纯水透水量(FO)和处理后的纯水透水量(FAC)求出的高压灭菌器处理前后的透水量变化率(FAC/FO)为0.9以上且小于1.1。作为该疏水性高分子，例如能够列举出聚砜。
下面，详细说明多孔中空纤维膜的制造方法。
多孔中空纤维膜的制造方法包括同时进行以下(1)、(2)的流出(挤出)而使其在外部凝固液中凝固的凝固工序。
(1)使内部凝固液从双重管状喷嘴的内侧流路流出
(2)使制造原液从双重管状喷嘴的外侧流路流出，所述制造原液含有疏水性高分子、亲水性高分子、这两种高分子的良溶剂及该疏水性高分子的不溶性溶剂
采用该制造方法，能够简便地得到多孔中空纤维膜。还优选在(1)、(2)的流出(挤出)之后、在外部凝固液中凝固之前通过空转部分。在此，“通过空转部分”是指为了使从双重管状喷嘴流出的制造原液不立即接触外部凝固液而暂时在空气中(或者惰性气体等气体中)通过。
在此，双重管状喷嘴是指在喷嘴的中心部分形成有内侧流路、以包围该内侧流路的方式形成有外侧流路、在两流路之间形成有分隔壁的喷嘴。双重管状喷嘴的内侧流路优选与喷嘴长度方向垂直的截面为圆形，双重管状喷嘴的外侧流路优选与喷嘴长度方向垂直的截面为环形，两流路优选为同心(共用一个中心)。
作为内部凝固液，优选为以内部凝固液的总质量为基准含有80重量％以上且小于100重量％疏水性高分子的良溶剂的水溶液。另外，从获得内侧面的孔径为5μm以上的多孔中空纤维膜的方面考虑，优选为含有85重量％以上且小于98重量％疏水性高分子的良溶剂的水溶液。作为内部凝固液的温度，以制造原液从双重管状喷嘴流出的温度为基准在-30～+30℃的范围内时，在降低由液体温度不均导致的性能变化的方面较为理想。
作为外部凝固液，优选对制造原液的凝固力比内部凝固液更高的、将水作为主要成分的凝固液。采用该外部凝固液，能够得到内侧面孔径大于外侧面孔径、孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的多孔中空纤维膜。凝固力能够根据将透明的制膜原液薄薄地流延在玻璃上并在其中滴加各个凝固液时产生浑浊的速度来测定，产生浑浊的速度较快则表示凝固液的凝固力较强。外部凝固液的温度优选为30℃以上且90℃以下，更优选为50℃以上且85℃以下。
疏水性高分子和亲水性高分子两者的良溶剂是指将30g疏水性高分子或亲水性高分子溶解在100g的溶剂中时未观察到不溶成分的溶剂。作为溶解两种高分子的良溶剂，从制造原液的稳定性的方面考虑，优选为含有80％以上的从N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、及二甲基乙酰胺(DMAC)中选出的一种或两种以上混合溶剂的溶剂，更优选为含有90％以上的上述一种或两种以上混合溶剂的溶剂。另外，从操作的简便性和获得较高的透水性的方面考虑，良溶剂优选含有N-甲基吡咯烷酮。
作为制造原液中的、疏水性高分子和亲水性高分子这两者的良溶剂的含量，以制造原液的总质量为基准，优选为40质量％以上且75质量％以下，更优选为50质量％以上且70质量％以下。
疏水性高分子的不溶性溶剂是指将5g疏水性高分子溶解在100g的溶剂中时观察到不溶成分的溶剂。作为疏水性高分子的不溶性溶剂，能够列举出水、醇化合物等。其中，从易于调制制膜原液、保存过程中不易发生组成变化、操作容易等方面考虑，优选为甘油。
作为制造原液中的不溶性溶剂的含量，以制造原液的总质量为基准，优选0.5质量％以上且15质量％以下，更优选为1质量％以上且10质量％以下。
制造原液在从双重管状喷嘴流出的温度下的溶液粘度优选为30Pa·sec以上且200Pa·sec以下，更优选为40Pa·sec以上且150Pa·sec以下。在溶液粘度小于30Pa·sec时，从双重管状喷嘴的外侧流路流出的制膜原液因自重而滴落，因此，难以使空转时间很长，难以制造膜厚为300μm以上且孔径为0.1μm以上的多孔中空纤维膜。另外，溶液粘度大于200Pa·sec时，难以自双重管状喷嘴稳定地挤出，存在膜性能产生不均匀的情况。
在上述制造方法中，作为亲水性高分子，优选为重均分子量400000以上且800000以下的聚乙烯基吡咯烷酮。通过使用这样的亲水性高分子，能够容易地调制溶液粘度在上述较佳范围内的制造原液。
作为制造原液中的、亲水性高分子的含量，以制造原液的总质量为基准，优选为8质量％以上且30质量％以下，更优选为10质量％以上且25质量％以下。另外，作为制造原液中的、疏水性高分子的含量，以制造原液的总质量为基准，优选为15质量％以上且30质量％以下，更优选为18质量％以上且25质量％以下。在亲水性高分子和疏水性高分子的含量为上述范围时，能够容易地调制溶液粘度在上述较佳范围内的制造原液，并且，能够得到亲水性高分子的含量在上述较佳范围内的多孔中空纤维膜。
作为上述制造方法，优选在凝固工序的同时或者之后(优选在凝固工序之后)使用含氧化剂的水溶液除去亲水性高分子的一部分。作为含氧化剂的水溶液，例如能够列举出次氯酸钠水溶液、过氧化氢水溶液等。采用该制造方法，亲水性高分子的含量在上述较佳范围内，能够得到过滤性能和清洗性更加优良的多孔中空纤维膜。在使用次氯酸钠水溶液作为含氧化剂的水溶液的情况下，使用浓度100ppm以上且50000ppm以下的水溶液即可，分解时间、温度能够根据使用的亲水性高分子的种类、含量等来调整。还优选此后用水等清洗所使用的氧化剂。
本实施方式的澄清化的生物药物培养液的制造方法(以下有时称作“澄清化方法”)包括向上述多孔中空纤维膜中流通生物药物培养液的内压过滤工序。通过具有上述构造，本实施方式的制造方法的制造效率优良，并且，能够制造细胞等的破碎物的混入较少、且充分地澄清化或除浊的生物药物培养液。
与以往的采用中空纤维膜的方法相比，上述内压过滤工序能够长时间地维持较高的过滤速度，细胞的破坏、变形较少，而且，膜的清洗容易且处理效率优良。
内压过滤优选为交叉流过滤。交叉流过滤是指这样的过滤方法，即，从多孔中空纤维膜的一端向其管内部导入生物药物培养液而将其沿着管壁输送的同时，用管壁进行过滤，从孔流出澄清化或除浊化的生物药物培养液，将因过滤而浓缩的生物药物培养液从多孔中空纤维膜的另一端排出。在交叉流过滤中，送液速度优选按线速度计为0.2m/sec以上且1.0m/sec以下。在送液速度小于0.2m/sec时，存在过滤速度降低的情况，在送液速度大于1.0m/sec时，存在生物药物培养液中所含有的细胞破碎而破碎物混入到滤液中的情况。这里所说的线速度是通过膜内径部分时的线速度，也能够由送液的流速(mL/sec)和膜内径计算出。
澄清化方法(除浊方法)优选还包括使用进行内压过滤的工序中得到的滤液来逆流清洗多孔中空纤维膜的工序。通过利用逆流清洗定期地除去多孔中空纤维膜的膜面、膜内部的堆积物，能够长时间地维持多孔中空纤维膜的过滤性能。由于能够以低压及低送液速度长时间地维持充分的过滤速度，因此，能够进一步防止生物药物培养液中所含有的细胞的破碎。
多孔中空纤维膜优选为经蒸气灭菌处理的多孔中空纤维膜。通过利用蒸气灭菌处理将多孔中空纤维膜灭菌，能够防止在滤液中混入菌类等。
蒸气灭菌处理例如能够通过以120～135℃对多孔中空纤维膜进行水蒸气加热来进行。
下面，参照附图说明中空纤维膜组件及采用该中空纤维膜组件进行的澄清化方法的较佳实施方式。另外，在附图说明中，对相同的要件标注相同的附图标记，省略重复的说明。另外，为了使附图容易理解，将其一部分夸张地描绘，尺寸比例并不一定与说明的内容一致。
图1是示意地表示实施方式的澄清化方法所使用的中空纤维膜组件的剖视图。图1所示的中空纤维膜组件100包括：外壳2，其在两端具有开口部1；中空纤维膜束6，其由多根中空纤维膜4构成，收容在外壳2中；第1喷嘴12，其设置在外壳2的一端附近的侧面；及第2喷嘴14，其设置在外壳2的另一端附近的侧面。作为中空纤维膜4，优选使用上述实施方式的多孔中空纤维膜。
在中空纤维膜组件100中，中空纤维膜束6的一端利用固定构件8液密地固定在一个开口部侧，其另一端利用固定构件8液密地固定在另一个开口部侧，使得过滤对象液体能够从外壳2的开口部1流入和流出。
实施方式的澄清化方法交替地实施过滤工序和反洗工序；在上述过滤工序中，通过使过滤对象液体流经上述中空纤维膜的管内部来进行过滤；在上述反洗工序中，在中空纤维膜和外壳之间的间隙中充满反洗液，从处于较高位置的喷嘴向外壳内部导入气体，从而使反洗液的液面逐渐下降，并用反洗液清洗中空纤维膜，将反洗废液从上部侧的开口部排出。
参照图2说明过滤工序。图2是示意地表示使用图1的中空纤维膜组件100进行的过滤的剖视图。在从下部侧的开口部1导入含有悬浮物质22的过滤对象液体(例如生物药物培养液)20时，过滤对象液体20在中空纤维膜4的流路中朝向上部(箭头方向)移动，利用形成在中空纤维膜4的管壁上的孔滤出悬浮物质22，清洁的滤液24流出到中空纤维膜4的外部，流出的滤液24能够利用第1喷嘴12、第2喷嘴14取出到外部。即，过滤对象液体20经中空纤维膜4过滤而得的滤液24能够通过第1喷嘴12、第2喷嘴14流入和流出。另外，随着在上部通过中空纤维膜4，未滤出而残留的过滤对象液体20中的悬浮物质22的浓度增加，在上部侧的开口部1附近，过滤对象液体成为浓缩的液体(浓缩液)，该浓缩液从上部侧的开口部1被排出。
另外，也可以关闭上部侧的开口部1而不从上部侧的开口部1取出浓缩的过滤对象液体(浓缩液)的方式进行过滤工序。
接着，参照图3说明反洗工序。图3是示意地表示使用图1中的中空纤维膜组件100进行的澄清化方法的剖视图。为了实施澄清化方法，首先，以使第1喷嘴12和第2喷嘴14中的一个处于比另一个更高的位置的方式配置中空纤维膜组件(图3中第1喷嘴12处于较高的位置)。然后，通过第1喷嘴12或第2喷嘴14向中空纤维膜4和外壳2之间的间隙(图2中滤液24所处的区域)中充满反洗液30。
成为该状态之后，从第1喷嘴12向外壳2内部导入气体40，使反洗液30的液面31逐渐下降，并用反洗液30清洗中空纤维膜4，自管壁除去存在于中空纤维膜4的管壁中的悬浮物质22，将含有悬浮物质22的反洗废液32从上部侧的开口部1排出。
在实施上述反洗工序时，既可以在使外壳2内充满反洗液30之后，关闭第2喷嘴14和下部侧的开口部1而从第1喷嘴12导入气体40(第1方法)，也可以在将下部侧的开口部1封闭的状态下，从第1喷嘴12导入气体40，从第2喷嘴14导入反洗液30(第2方法)。并且，也可以不封闭下部侧的开口部1，将含有悬浮物质22的过滤对象液体20导入到中空纤维膜4中同时实施上述第1方法或第2方法。
过滤工序优选为这样的交叉流过滤工序，即，从中空纤维膜4的一端向其管内部导入过滤对象液体20而将其沿着管壁输送，并用管壁进行过滤，从孔流出澄清化的滤液24，将因过滤而浓缩的过滤对象液体从中空纤维膜4的另一端排出。
在澄清化方法中交替实施过滤工序和反洗工序。例如，在反洗工序中，对由于过滤工序而被部分堵塞的中空纤维膜进行清洁，然后再次实施过滤工序，根据需要重复该过程。
上述澄清化方法换言之是包括这样的两个工序的澄清化方法：将中空纤维膜组件以立起的状态使用，从组件下部导入悬浮液(过滤对象液体)，在规定时间或规定量的内压下进行过滤；从组件的第2侧(the second side of module，滤液侧)被液体(反洗液)充满的状态起，一边导入气体来调整液面(气液界面)，一边在外压下反洗并将该反洗排液从组件上部排出。
在此，立起的状态是指中空纤维膜组件的一个端部高于其另一个端部的状态，既包括与地表面垂直的情况，也包括倾斜的情况。另外，在内压下进行过滤是指从中空纤维膜的内表面侧导入加压状态的液体来进行过滤，在外压下进行反洗是指从中空纤维膜的外表面侧导入加压后的液体，通过使其向中空纤维膜内表面侧透过，物理地除去堆积在内表面的物质。
作为本实施方式所采用的气体，只要不影响膜、液体就可以是任何气体，但从成本、安全性的方面考虑，优选采用空气、氮气。
在进行内压过滤的工序中，将中空纤维膜组件立起的状态并不是必须的，但由于在反洗时必须是将中空纤维膜组件立起的状态，因此，为了使过滤操作简便，也优选在全部过程中以立起的状态使用中空纤维膜组件。
进行内压过滤的时间、量可根据作为对象的悬浮液的性状适当确定。在进行反洗的工序中，必须使中空纤维膜组件为立起的状态，由此能够在导入气体调节液面的同时进行反洗。
在不调节液面地进行反洗的情况下，反洗液会优先在中空纤维膜的液体最易于流动的部位流动，难以均匀地清洗整个中空纤维膜。相对于此，在一边调节液面而使其逐渐下降、一边从组件的上部排出反洗排液的情况(本发明的方法的情况)下，在中空纤维膜组件内被液体充满时，中空纤维膜组件最上部的反洗液最易于流动，该部分优先被反洗。在向此处导入气体来降低液面时，反洗液不会流到与气体接触的中空纤维膜的部位，液面下部附近的中空纤维膜被优先反洗。通过这样地一边降低液面一边进行反洗，能够在中空纤维膜组件内从中空纤维膜上部向下部地改变清洗部位的同时、按顺序进行反洗。由此，能够高效率地进行反洗，因此，能够提高澄清化或除浊的效率，例如能缩短处理时间或者提高回收率等。
如上所述，优选一边从中空纤维膜组件上部排出悬浮物质的浓缩液(是进行过滤时未从中空纤维膜的内表面侧滤出而残留的液体，与原来液体相比，含有浓度更高的悬浮物)一边进行过滤。通过这样地一边排出浓缩液一边进行过滤，减少压在膜内部、表面的悬浮物质量，从而减少膜的阻塞，能够通过反洗提高清洁性。
本实施方式的采用中空纤维膜组件进行的澄清化方法适合用于悬浮液的浑浊物质成分是来自生物物质的情况下的澄清化。作为来自生物的浑浊物质成分，可以是来自动物、来自植物中的任一种，例如能够列举出细胞培养液、酵母发酵液等。在利用膜过滤将该来自生物的浑浊物质成分澄清化的情况下，在通常使用的过滤方法中，随着持续进行过滤，过滤压力升高，悬浮物质发生变形、破坏等，它们透过膜而混入到滤液中、或者附着于膜。在本实施方式的采用中空纤维膜组件进行的澄清化方法中，反洗效果较高，能够长时间地将过滤压力保持得较低，因此，悬浮物质不会发生变形、破坏，能够得到高品质的滤液，并且，能够提高过滤效率。
实施例
下面，根据实施例及比较例更具体地说明本发明，但本发明并不限定于以下实施例。
利用以下方法对下述实施例及比较例的多孔中空纤维膜进行内侧面平均孔径及最小孔径层的位置的测定、最小孔径层的孔径测定、内径、外径及膜厚测定、聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例测定、聚乙烯基吡咯烷酮的分布测定、制膜原液的溶液粘度测定、聚乙烯基吡咯烷酮的重均分子量的测定。
(1)内侧面孔径及最小孔径层的位置的测定
使用电子显微镜，以在一个视场中能够观测10个以上孔的倍率观察冻结干燥的多孔中空纤维膜的内侧面。对得到的显微镜照片中的细孔进行圆形近似处理，将由其面积平均值求出的直径作为内侧面平均孔径(内侧面孔径)。从内侧面侧向外侧面侧连续观察冻结干燥的多孔膜的截面，确认截面孔径最小的层的位置。
(2)最小孔径层的孔径确定法
将聚苯乙烯胶乳颗粒以颗粒浓度为0.01wt％的方式分散在0.5wt％的十二烷基硫酸钠水溶液中，调制胶乳颗粒分散液。使用多孔中空纤维膜对胶乳颗粒分散液进行过滤，测定过滤前后的胶乳颗粒的浓度变化。一边以0.1μm～约0.1μm的刻度改变胶乳粒径、一边进行该测定，制成胶乳颗粒的阻止曲线。从该阻止曲线读取能够阻止90％颗粒透过的粒径，将该直径作为最小孔径层的孔径(阻止孔径)。
通过上述“(1)最小孔径层的位置的测定”，能够确认在外周区域中存在最小孔径层时，利用上述“(2)最小孔径层的孔径确定法”确定的最小孔径层的孔径(阻止孔径)是外周区域的阻止孔径。
(3)多孔中空纤维膜的内径、外径及膜厚的测定
将多孔中空纤维膜切成薄薄的圆管状，利用测定显微镜对其进行观察，测定多孔中空纤维膜的内径(μm)、外径(μm)。由得到的内径、外径，使用下式(Ⅱ)计算出膜厚。
膜厚(μm)＝(外径-内径)/2     (Ⅱ)
(4)聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例的测定(聚砜膜的情况)
在下述条件下实施多孔中空纤维膜的1H-NMR测定，在得到的谱图中，由在1.85～2.5ppm附近出现的来自聚乙烯基吡咯烷酮(4个H)的信号的积分值(IPVP)和在7.3ppm附近出现的来自聚砜(4个H)的信号的积分值(IPSf)，利用下式(Ⅲ)来计算。
测定条件
装置：JNM-LA400(日本电子株式会社)
共振频率：400.05MHz
溶剂：氘代DMF
试样浓度：5重量％
累积次数：256次
式(Ⅲ)
聚乙烯基吡咯烷酮含有比例(质量％)＝111(IPVP/4)/{442(IPSf/4)+111(IPVP/4)}×100
如上所述地计算出的“聚乙烯基吡咯烷酮含有比例”是以多孔中空纤维膜的总质量为基准的聚乙烯基吡咯烷酮的含量。另外，在疏水性高分子是聚砜外的聚合物的情况下，也能够与聚砜的情况同样地由分别来自该疏水性高分子和聚乙烯基吡咯烷酮的信号的积分值和构成疏水性高分子的单体单元的分子量求出聚乙烯基吡咯烷酮的含量。
(5)聚乙烯基吡咯烷酮分布的测定
在将多孔中空纤维膜的管壁沿着膜厚方向三等分地分割成三个区域时，对包含外侧面的外周区域的部分和包含内侧面的内周区域的部分采样，与上述测定同样地利用NMR测定求得多孔中空纤维膜中所含有的聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例。由得到的外周区域中的聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例(Cout)和内周区域中的含有比例(Cin)，利用下式(Ⅳ)求出聚乙烯基吡咯烷酮的分布。
聚乙烯基吡咯烷酮的分布＝Cout/Cin    (Ⅳ)
(6)制膜原液的溶液粘度测定
将装入到广口瓶中的制膜原液放入到恒温槽中，将液温设定为从双重管喷嘴挤出的温度。使用B型粘度计测定粘度。
(7)聚乙烯基吡咯烷酮的重均分子量的测定
制作将聚乙烯基吡咯烷酮以1.0mg/ml的浓度溶解于DMF中而成的试样液，在以下的条件下进行GPC测定，求出其重均分子量(以PMMA换算)。
装置：HLC-8220GPC(TOSOH株式会社)
柱：Shodex KF-606M、KF-601
柱温箱：40℃
流动相：0.6ml/min DMF
检测器：示差折光检测器
使用具有以下重均分子量的作为GPC标准物质的PMMA制作校正曲线(3次方程)，根据该校正曲线，由聚乙烯基吡咯烷酮的流出时间求得以PMMA换算的重均分子量。
1944000、790000、281700、144000、79250、28900、13300、5720、1960
实施例1
多孔中空纤维膜的制造
将18重量％聚砜(SOLVAY ADVANCED POLYMERS公司制，Udel P3500)、15重量％聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80，重均分子量4.4×105)在70℃下搅拌溶解于62重量％N-甲基-2-吡咯烷酮中，添加甘油5重量％并进一步搅拌，调制制膜原液。将该制膜原液与作为内部凝固液的90重量％NMP水溶液一同从双重管纺丝喷嘴(最外径2.4mm，中间径1.2mm，最内径0.6mm，以下实施例也使用相同的物质)挤出，通过50mm的空走距离，在80℃的水中使其凝固。在水中进行了脱溶剂之后，在2000ppm的次氯酸钠水溶液中进行脱PVP处理，然后进行水洗，得到多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表1所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
将得到的多孔中空纤维膜以膜面积为50cm2的方式放入到有效长度20cm的组件壳体中，制成小型组件。以线速度0.5m/sec向该组件中输送生物药物培养液，测定一定时间内的透过流量。另外，在测定过程中，以5分钟1次的比例进行逆流清洗。逆流清洗通过这样的方式进行，即，停止循环泵，利用注射器从小型组件滤液侧推入约12～15mL的空气，使滞留在组件滤液侧的滤液通入到中空纤维膜侧。作为生物药物培养液，使用以无血清培养基(Irvine Scientific公司IS CHO-CD培养基)培养的中国仓鼠卵巢(CHO)细胞的培养液(细胞密度约1.7×107/mL，活细胞率约56％)。测定结果如表1所示。
与后述的比较例3及参考例1的结果进行比较，可明确，能够仅以一个阶段的膜过滤进行细胞培养液的纯化工序(澄清化)。另外，滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等。还可明确，由于60分钟的累积过滤量为1000g以上，因此制造效率优良。
实施例2
多孔中空纤维膜的制造
与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表1所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
除了使用得到的多孔中空纤维膜制作小型组件、及以线速度1m/sec输送生物药物培养液之外，与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表1所示。
与后述的比较例3及参考例1的结果进行比较，可明确，能够仅以一个阶段的膜过滤进行细胞培养液的纯化工序(澄清化)。另外，滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等。还可明确，由于60分钟的累积过滤量为1000g以上，因此制造效率优良。
实施例3
多孔中空纤维膜的制造
与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表1所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
除了使用得到的多孔中空纤维膜制作小型组件、及不进行逆流清洗之外，与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表1所示。
与后述的比较例3及参考例1的结果进行比较，可明确，能够仅以一个阶段的膜过滤进行细胞培养液的纯化工序(澄清化)。另外，滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等。还可明确，由于60分钟的累积过滤量为1000g以上，因此制造效率优良。
实施例4
多孔中空纤维膜的制造
除了使用聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K85，重均分子量6.4×105)来替代聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80)之外，与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表1所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表1所示。
与后述的比较例3及参考例1的结果进行比较，可明确，能够仅以一个阶段的膜过滤进行细胞培养液的纯化工序(澄清化)。另外，滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等。还可明确，由于60分钟的累积过滤量为1000g以上，因此制造效率优良。
实施例5
多孔中空纤维膜的制造
除了使用聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K90，重均分子量7.8×105)来替代聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80)之外，与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表1所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表1所示。
与后述的比较例3及参考例1的结果进行比较，可明确，能够仅以一个阶段的膜过滤进行细胞培养液的纯化工序(澄清化)。另外，滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等。还可明确，由于60分钟的累积过滤量为1000g以上，因此制造效率优良。
实施例6
多孔中空纤维膜的制造
除了使用聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K60，重均分子量2.9×105)来替代聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80)之外，与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表1所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表1所示。滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等，60分钟的累积过滤量为700g以上，显示出充分的过滤性能。
实施例7
多孔中空纤维膜的制造
除了使用聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K115，重均分子量9.9×105)来替代聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80)之外，与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表1所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表1所示。滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等，60分钟的累积过滤量为700g以上，显示出充分的过滤性能。
实施例8
多孔中空纤维膜的制造
将18重量％聚砜(SOLVAY ADVANCED POLYMERS公司制，Udel P3500)、5重量％聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80)在70℃下搅拌溶解于72重量％N-甲基-2-吡咯烷酮中，添加5重量％甘油并进一步搅拌，调制制膜原液。除此之外，与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表2所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表2所示。
与后述的比较例3及参考例1的结果进行比较，可明确，能够仅以一个阶段的膜过滤进行细胞培养液的纯化工序(澄清化)。另外，滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等。还可明确，由于60分钟的累积过滤量为1000g以上，因此制造效率优良。
实施例9
多孔中空纤维膜的制造
将18重量％聚砜(SOLVAY ADVANCED POLYMERS公司制，Udel P3500)、20重量％聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80)在70℃下搅拌溶解于57重量％N-甲基-2-吡咯烷酮中，添加5重量％甘油并进一步搅拌，调制制膜原液。除此之外，与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表2所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表2所示。
与后述的比较例3及参考例1的结果进行比较，可明确，能够仅以一个阶段的膜过滤进行细胞培养液的纯化工序(澄清化)。另外，滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等。还可明确，由于60分钟的累积过滤量为1000g以上，因此制造效率优良。
比较例1
多孔中空纤维膜的制造
将18重量％聚砜(SOLVAY ADVANCED POLYMERS公司制，Udel P3500)、2重量％聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80)在70℃下搅拌溶解于75重量％N-甲基-2-吡咯烷酮中，添加5重量％甘油并进一步搅拌，调制制膜原液。除此之外，与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表2所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表2所示。虽然滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等，60分钟的累积过滤量总计也超过700g，但是在到达60分钟之前存在膜阻塞的倾向，发现过滤速度随时间而降低。一般认为是由于PVP量较少导致发生阻塞的倾向增强。
比较例2
多孔中空纤维膜的制造
将18重量％聚砜(SOLVAY ADVANCED POLYMERS公司制，Udel P3500)、24重量％聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80)在70℃下搅拌溶解于53重量％N-甲基-2-吡咯烷酮中，添加5重量％甘油并进一步搅拌，调制制膜原液。除此之外，与实施例1同样地制作多孔中空纤维膜。得到的多孔中空纤维膜的评价结果如表2所示。多孔中空纤维膜具有孔径从内侧面到最小孔径层连续变小的渐变构造，最小孔径层位于多孔中空纤维膜的外周区域。
生物药物培养液的澄清化试验
除了将线速度变为1.5m/sec之外，与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表2所示。虽然滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等，60分钟的累积过滤量总计也超过700g，但是滤液中细胞破碎物等杂质的混入增加。由于聚乙烯基吡咯烷酮的含量较多，因此，聚乙烯基吡咯烷酮溶胀，在提高线速度而不提高对膜施加的压力时，无法确保累积过滤量。由于提高了线速度，因此对细胞的历程、作用增强，认为促进了细胞破碎。
比较例3
多孔中空纤维膜的制造
利用亨舍尔混合机将粉体完全浸湿时甲醇的体积值(MW值)为50％、平均一次粒径16μm、比表面积110m2/g的疏水性二氧化硅15.0体积％、邻苯二甲酸二丁酯42.0体积％、及邻苯二甲酸二辛酯18.2体积％混合，向其中添加Mw＝270000、Mn＝43000的聚乙烯树脂(Suntec SH-800)24.8体积％，利用亨舍尔混合机再次混合。
利用
Figure BPA00001332304300321
的双螺杆挤出机挤出得到的混合物，将其做成颗粒。利用在
Figure BPA00001332304300322
的双螺杆挤出机中安装中空纺丝口而成的中空纤维制造装置将该颗粒成形为中空纤维状。将成形的中空纤维膜在60℃的1，1，1-三氯乙烷中浸渍1个小时，提取邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯之后将其干燥。
将干燥后的中空纤维膜在50％的乙醇水溶液中浸渍30分钟，再转移到水中浸渍30分钟而使其亲水化。并且，将中空纤维膜在70℃、20％氢氧化钠水溶液中浸渍1个小时并提取疏水性二氧化硅之后清洗干燥，得到聚乙烯的多孔中空纤维膜。
得到的多孔中空纤维膜的外径为2300μm，内径为1400μm，平均孔径为0.39μm，25℃的透水量为1200L/(m2·hr·atm)，断裂强度为65kgf/cm2，断裂伸长率为600％。从膜外表面到膜内表面的孔径均匀。
将该多孔中空纤维膜浸渍在聚乙烯基吡咯烷酮(BASF公司制，Luvitec K80)的水溶液(浓度0.5重量％)中，对整个膜厚度涂覆聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。进而，以25KGy对该多孔中空纤维膜照射伽马射线，使PVP不溶化。
对于疏水性二氧化硅，粉体完全浸湿时的甲醇的体积％(MW值)按照以下过程求出。
1)将0.2g作为试样的疏水性二氧化硅放到烧杯中，加入50ml纯水。
2)一边电磁搅拌，一边向液面之下的部分慢慢加入甲醇，将无法在液面上看到疏水性二氧化硅的点作为终点，将直到终点所需的甲醇量X(mL)代入到下式中，计算出MW值。
数学式1
Figure BPA00001332304300331
X：甲醇使用量(ml)。
即，MW值是“所需的甲醇量(mL)”相对于“纯水量50mL和所需的甲醇量(mL)之和”的比例。
生物药物培养液的澄清化试验
与实施例1同样地进行生物药物培养液的澄清化试验。测定结果如表2所示。虽然滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等，但由于发生了严重的阻塞，因此，60分钟的累积过滤量小于实施例1的1/10。
参考例1
生物药物培养液的澄清化试验
使用离心机(Alfa·Laval公司制ulturefuge 100)，以转速7500rpm、通液量600L/hr对生物药物培养液进行澄清化处理。使用在比较例3中制成的多孔中空纤维膜，与实施例1同样地对澄清化处理后的生物药物培养液进行澄清化试验。所得的结果如表2所示。由于在通过离心分离进行澄清化处理之后过滤生物药物培养液，因此，与比较例3相比大幅度提高了60分钟的累积过滤量。
实施例10
生物药物培养液的澄清化试验
除了将生物药物培养液以线速度0.1m/sec输送到小型组件中之外，与实施例1同样地进行澄清化试验。所得的结果如表3所示。滤液中没有混入细胞及细胞破碎物等。60分钟的累积过滤量大于比较例1。
实施例11
生物药物培养液的澄清化试验
除了将生物药物培养液以线速度1.2m/sec输送到小型组件中之外，与实施例1同样地进行澄清化试验。所得的结果如表3所示。由于60分钟的累积过滤量为1000g以上，因此可明确制造效率优良。但是，确认到滤液中混入有若干细胞破碎物等。
[表1]
[表2]
Figure BPA00001332304300351
[表3]
Figure BPA00001332304300352
利用以下方法进行悬浮模拟液的澄清化试验及最小孔径层的位置确认。
(1)悬浮模拟液的澄清化试验
将在外表面(外侧面)附近具有0.4μm的最小孔径层、渐变构造(孔径从内表面(内侧面)到最小孔径层地连续变小)的聚砜中空纤维膜以膜面积为50cm2的方式放入到有效长度20cm的组件壳体中，制成小型组件。将该组件以垂直立起的状态使用，进行悬浮模拟液的澄清化试验。作为悬浮模拟液，使用细胞密度约1×107cells/mL的CHO细胞培养液。
另外，由下式求得过滤液的回收率R(％)。
R＝(Vf-Vc-Vr)/Vf
在此，Vf：供给液量(ml)
Vc：浓缩液量(ml)
Vr：反洗液量(ml)
(2)最小孔径层的位置确认
使用电子显微镜，从内表面侧向外表面侧连续观察冻结干燥的多孔膜的截面，确认截面孔径最小的层的位置。
参考例2(全过滤)
以230ml/min供给悬浮模拟液，进行不从组件上部排出浓缩液的过滤。反洗以5分钟间隔实施，一边在约50kPa以下的压力下使用注射器导入空气来调节液面一边进行。表4归纳了包括之后的例子在内的澄清化试验的结果。
参考例3(交叉流)
除了一边从组件上部排出供给的悬浮模拟液的5％的浓缩液、一边进行过滤之外，与参考例2同样地进行澄清化试验。
参考例4(均质膜)
除了使用孔径0.2μm的聚偏氟乙烯均质膜作为中空纤维膜之外，与参考例3同样地进行澄清化试验。
参考例5(常规反洗)
除了以在反洗时不导入气体的方式进行反洗之外，与参考例3同样地进行澄清化试验。
参考例6(均质膜、常规反洗)
除了以在反洗时不导入气体的方式进行反洗之外，与参考例4同样地进行澄清化试验。
表4
Figure BPA00001332304300371

Claims (19)

1.多孔中空纤维膜在用于制造澄清化的生物药物培养液中的用途，其中，
所述生物药物培养液通过包括使生物药物培养液流经所述多孔中空纤维膜的过滤工序的方法而被澄清化，
该多孔中空纤维膜的管壁由疏水性高分子和聚乙烯基吡咯烷酮的混合物构成，
以所述多孔中空纤维膜的总质量为基准，所述聚乙烯基吡咯烷酮的含量为0.2质量%以上且3质量%以下，
在将所述管壁沿着膜厚方向三等分地分割成三个区域时，包含外侧面的外周区域中所述聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例大于包含内侧面的内周区域中所述聚乙烯基吡咯烷酮的含有比例，内侧面的平均孔径大于外侧面的平均孔径。
2.根据权利要求1所述的用途，其中，所述聚乙烯基吡咯烷酮的重均分子量为400000以上且800000以下。
3.根据权利要求1或2所述的用途，其中，所述多孔中空纤维膜为如下的多孔中空纤维膜：其所述内侧面的平均孔径为1μm以上且50μm以下，所述外周区域具有0.1μm以上且小于1μm的阻止孔径，所述管壁的膜厚为300μm以上且1000μm以下。
4.根据权利要求1或2所述的用途，其中，所述多孔中空纤维膜满足下式（I），
Cout/Cin≥2       （I）
在式（I）中，Cout表示所述聚乙烯基吡咯烷酮在所述外周区域中的含有比例，Cin表示所述聚乙烯基吡咯烷酮在所述内周区域中的含有比例。
5.根据权利要求3所述的用途，其中，所述多孔中空纤维膜满足下式（I），
Cout/Cin≥2       （I）
在式（I）中，Cout表示所述聚乙烯基吡咯烷酮在所述外周区域中的含有比例，Cin表示所述聚乙烯基吡咯烷酮在所述内周区域中的含有比例。
6.根据权利要求1或2所述的用途，其中，所述多孔中空纤维膜是内径为1000μm以上且2000μm以下的多孔中空纤维膜。
7.根据权利要求3所述的用途，其中，所述多孔中空纤维膜是内径为1000μm以上且2000μm以下的多孔中空纤维膜。
8.根据权利要求1或2所述的用途，其中，所述疏水性高分子是聚砜。
9.根据权利要求3所述的用途，其中，所述疏水性高分子是聚砜。
10.根据权利要求1或2所述的用途，其中，
所述过滤通过这样的交叉流过滤来进行，即，从所述多孔中空纤维膜的一端输送所述生物药物培养液，并且使经过滤而澄清化的生物药物培养液流出，使未滤出而残留的、悬浮物质被浓缩的生物药物培养液从所述多孔中空纤维膜的另一端排出；
所述生物药物培养液的送液速度按线速度计为0.2m/秒以上且1.0m/秒以下。
11.根据权利要求3所述的用途，其中，
所述过滤通过这样的交叉流过滤来进行，即，从所述多孔中空纤维膜的一端输送所述生物药物培养液，并且使经过滤而澄清化的生物药物培养液流出，使未滤出而残留的、悬浮物质被浓缩的生物药物培养液从所述多孔中空纤维膜的另一端排出；
所述生物药物培养液的送液速度按线速度计为0.2m/秒以上且1.0m/秒以下。
12.根据权利要求1或2所述的用途，其中，所述包括使生物药物培养液流经所述多孔中空纤维膜的过滤工序的方法还包括：使用在所述过滤工序中得到的滤液来逆流清洗所述多孔中空纤维膜的工序。
13.根据权利要求3所述的用途，其中，所述包括使生物药物培养液流经所述多孔中空纤维膜的过滤工序的方法还包括：使用在所述过滤工序中得到的滤液来逆流清洗所述多孔中空纤维膜的工序。
14.根据权利要求1或2所述的用途，其中，所述多孔中空纤维膜是经蒸气灭菌处理的多孔中空纤维膜。
15.根据权利要求3所述的用途，其中，所述多孔中空纤维膜是经蒸气灭菌处理的多孔中空纤维膜。
16.根据权利要求1或2所述的用途，其中，所述包括使生物药物培养液流经所述多孔中空纤维膜的过滤工序的方法是利用中空纤维膜组件将所述生物药物培养液澄清化的方法，
所述中空纤维膜组件包括：
外壳，其在两端具有开口部；
中空纤维膜束，其由多根多孔中空纤维膜构成，收容在所述外壳中，其一端固定在一个所述开口部侧，另一端固定在另一个所述开口部侧，使得作为过滤对象液体的所述生物药物培养液能够从所述外壳的开口部流入和流出；
第1喷嘴，其设置在所述外壳的一端附近的侧面，使得所述过滤对象液体经所述多孔中空纤维膜过滤而得的滤液能够流入和流出；
第2喷嘴，其设置在所述外壳的另一端附近的侧面，使得所述滤液能够流入和流出；
所述方法是，在将所述中空纤维膜组件配置成所述第1喷嘴和所述第2喷嘴中的一个处于高于另一个的位置的状态下，交替地实施过滤工序和反洗工序；
在所述过滤工序中，通过使所述过滤对象液体流经所述中空纤维膜的管内部来进行过滤；
在所述反洗工序中，在所述多孔中空纤维膜与所述外壳之间的间隙中充满反洗液，从处于较高位置的喷嘴向外壳内部导入气体，从而使所述反洗液的液面逐渐下降的同时，用所述反洗液清洗所述多孔中空纤维膜，将反洗废液从上部侧的所述开口部排出。
17.根据权利要求3所述的用途，其中，所述包括使生物药物培养液流经所述多孔中空纤维膜的过滤工序的方法是利用中空纤维膜组件将所述生物药物培养液澄清化的方法，
所述中空纤维膜组件包括：
外壳，其在两端具有开口部；
中空纤维膜束，其由多根多孔中空纤维膜构成，收容在所述外壳中，其一端固定在一个所述开口部侧，另一端固定在另一个所述开口部侧，使得作为过滤对象液体的所述生物药物培养液能够从所述外壳的开口部流入和流出；
第1喷嘴，其设置在所述外壳的一端附近的侧面，使得所述过滤对象液体经所述多孔中空纤维膜过滤而得的滤液能够流入和流出；
第2喷嘴，其设置在所述外壳的另一端附近的侧面，使得所述滤液能够流入和流出；
所述方法是，在将所述中空纤维膜组件配置成所述第1喷嘴和所述第2喷嘴中的一个处于高于另一个的位置的状态下，交替地实施过滤工序和反洗工序；
在所述过滤工序中，通过使所述过滤对象液体流经所述中空纤维膜的管内部来进行过滤；
在所述反洗工序中，在所述多孔中空纤维膜与所述外壳之间的间隙中充满反洗液，从处于较高位置的喷嘴向外壳内部导入气体，从而使所述反洗液的液面逐渐下降的同时，用所述反洗液清洗所述多孔中空纤维膜，将反洗废液从上部侧的所述开口部排出。
18.根据权利要求16所述的用途，其中，所述过滤工序是这样的交叉流过滤工序，即，从所述多孔中空纤维膜的一端输送所述过滤对象液体，并使经过滤而澄清化的过滤对象液体流出，使未滤出而残留的、悬浮物质被浓缩的过滤对象液体从所述多孔中空纤维膜的另一端排出。
19.根据权利要求17所述的用途，其中，所述过滤工序是这样的交叉流过滤工序，即，从所述多孔中空纤维膜的一端输送所述过滤对象液体，并使经过滤而澄清化的过滤对象液体流出，使未滤出而残留的、悬浮物质被浓缩的过滤对象液体从所述多孔中空纤维膜的另一端排出。
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