JP2001505818A - 大きな孔直径を有する、高度に非対称性の、親水性精密濾過膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、液体を固体含有液体から分離するために作製される合成ポリマー精密濾過膜材料の分野に関する。本発明の一つの側面は、高度に多孔性を備えた、高度に非対称性の、親水性精密濾過膜に関する。この膜はスルホンポリマーをポリビニルピロリドンのような親水性ポリマーと共キャスティングすることにより親水性にされている。本発明の膜は、液体の特性または液体中に含まれる成分の迅速な検出のための、診断用途のような検査装置、および比較的大きな孔サイズ、厚い膜、高度の非対称性および／または高速な横方向吸上速度が要求される他の濾過用途において極めて有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 大きな孔直径を有する、高度に非対称性の、親水性精密濾過膜 発明の背景 発明の分野 本発明は、高度に非対称の、親水性の精密濾過膜(microfiltration membrane) であって、最小孔表面において最小孔サイズが約0.1μmよりも大きく、膜の下部 構造を通って漸進的に孔サイズが増加し約100μmまでの孔サイズを有する粗孔性 表面に到る孔を有する膜に関するものである。技術背景 非対称または異方性膜はこの技術においてよく知られている。例えば、米国特 許4,629,563号および4,774,039号においてWrasidlo、および来国特許5,188,734 号および5,171,445号においてZepf（これらの開示は本明細書に含まれるものと する）は、各々非対称または異方性膜およびその製造方法を開示する。Wrasidlo およびZepfの特許は各々、一体型(integral)の、高度に非対称性の、高流速およ び優れた保持特性を有する精密濾過膜を開示する。この膜は一般に準安定な溶媒 ／非溶媒系中のポリマーの２相液体分散体を用い、これをキャスト（cast）して 続いて非溶媒と接触させ、改変「相反転(phase inversion)」法によって調製さ れる。Zepfの特許はWrasidloの特許に対する改良を開示する。 相反転法は一般には以下のステップで行われる：(i)適切な高分子量のポリマ ー溶液またはその混合物、溶媒、および非溶媒を薄膜、チューブまたは中空ファ イバーにキャストし、（ii）ポリマーを以下のメカニズムの１以上に従って析出 させる： （ａ）溶媒および非溶媒の蒸発（乾式法）; （ｂ）曝露された表面上に吸収される水蒸気のような非溶媒蒸気への曝露（蒸気 相誘導析出法）; （ｃ）非溶媒液体、一般には水中におけるクエンチング(quenching)（湿式法） または （ｄ）ポリマーの溶解性が突然大きく低下する高温フィルムの熱的クエンチング (quenching)（熱式法）。 模式的には、溶液からゲルへの相反転は以下の様に進行する： 本質的なのは、SOL １は均一な溶液であり、SOL ２が分散液であり、ゲルは形 成されたポリマーマトリックスであることである。SOL ２形成の引き金となる事 象は使用する相反転法に依存する。しなしながら、一般には、引き金となる事象 はSOL中のポリマー溶解性を巡るものである。湿式法では、SOL １はキャストさ れ、ポリマーに対する非溶媒と接触させられ、これがSOL ２形成の引き金となり 、次に「析出」してゲルとなる。蒸気相-誘導析出法では、SOL １はキャストさ れ、ポリマーに対する非溶媒を含むガス状雰囲気にさらされ、これがSOL２形成 の引き金となり次に「析出」してゲルとなる。熱式法ではSOL １はキャストされ キャストフィルムの温度が下げられてSOL ２を生成し、次にそれが「析出」して ゲルとなる。乾式法ではSOL １はキャストされ１以上の溶媒が蒸発できるような （空気のような）ガス状雰囲気に接触させられ、SOL ２の形成のトリガーとなり 、次に「析出」してゲルとなる。 キャスティングドープ(casting dope)中の非溶媒はポリマーに対して必ずしも 完全に不活性である必要はなく、実際通常そうではなく、しばしば膨潤剤と言わ れる。Wrasidlo型の配合においては、後で考察するように、非溶媒のタイプと濃 度はドープが相分離条件にあるか否かを決定する主要なファクターであるという 点で重要である。 一般には、非溶媒は主要な孔形成剤であり、ドープ中のその濃度は最終的な膜 の孔サイズおよび孔サイズ分布に大きな影響を与える。ポリマー濃度も孔サイズ に影響を与えるが非溶媒が与えるほど顕著ではない。しかしながら、膜の強度お よび空孔率には影響を与える。キャスティング溶液、またはドープ中の主要成分 に加えて、例えば表面活性剤または剥離剤のような副成分があってもよい。 ポリスルホンは高度に非対称な膜の形成、特に２相Wrasidlo配合物においけ る膜形成を特に行いやすい。これらは均一の溶液ではないが、２つの分離相から なっている：ひとつは、低濃度（例えば７％）の低分子量ポリマーの溶媒リッチ な透明溶液；もう一方は高濃度（例えば17％）の高分子量ポリマーのポリマーリ ッチな濁った（コロイド状）溶液である。この２相は同じ３成分、すなわち、ポ リマー、溶媒および非溶媒を含んでいるが、根本的に異なる濃度及び分子量分布 で含んでいる。最も重要なのは、この２相は互いに不溶性であり、静置すると分 離するであろうことである。この混合物はフィルムとして成形されるときまで連 続的に撹拌して分散液として維持されなければならない。本質的には、Wrasidlo 型配合においてはキャスティングドープはSOL 2(分散液)条件で供給されること である。従って、この分散液は以下のようにゲル形成の開始点として機能し、中 間段階（上述）として機能するのではない： この工程改変は従来技術に比較してWrasidlo膜のより高度な非対称性と均一な 密度に強く関与するものであった。 相分離を起させるのは非溶媒とキャスティング混合物中のその濃度であり、全 ての非溶媒がそれを生じさせるわけではない。２相は静置すると互いに分離する であろうが、各相自体は非常に安定である。混合物の温度が変わると、相間移動 が起こる。加熱すると透明相をより多く作り出し；冷却するとその逆が起こる。 濃度変化は同様な効果を有するが、Wrasidloが考察したように、相分離した系が 存在し得る臨界濃度範囲、あるいは領域がある。Wrasidloはそのように分散した ポリマー／溶媒／非溶媒の定温状態図上でせん点曲線内またはせん点曲線と双節 曲線の間に位置するこの不安定領域を明らかにし、その領域では巨視的に分離し た層が存在することを明らかにした。 ポリマーの大きな疎水性および２相、１つは溶媒-リッチ相、他はポリマーリ ッチ相、が前−存在する（相反転を受ける場合は他の系が通らなければならない 状態）キャスティング混合物の熱力学的に不安定な状態のために、不安定なWras idlo混合物はクエンチングされるときわめて迅速に析出し界面に巨視的な薄層を 形成し、続いて高度に非対称な膜、WrasidloおよびZepfの特許の各々の膜が 共通にもつ構造に発達する。 Wrasidlo特許との関係で用いる「非対称」とは微小孔性スキン(skin)と下部構 造との間の断面にわたって孔サイズの漸進的変化を有する膜をいう。Wrasidlo型 膜の漸進的非対称性は「非微小孔スキン」と下部構造との間に鋭い不連続性を有 する逆浸透膜および大部分の限外濾過膜と対照をなしている。 微小孔性スキンは空気-溶液の境界またはクエンチ(quench)-溶液の境界を構成 する、膜の微小孔のある側である。Wrasidlo特許およびその開示において、「ス キン」はある種の膜に存在する比較的厚い、ほぼ不浸透性の層を示すものではな いとして理解される。ここでは、微小孔性スキンは比較的薄い、種々の厚さの微 小孔領域の上にある多孔性表面である。下層にある微小孔領域の孔はスキンの孔 と同じサイズかまたはいくぶん小さくてよい。非対称膜においては、微小孔性領 域の孔はスキンから膜の反対表面へ向かうに従ってサイズが次第に増加する。次 第に孔サイズが増加する領域はときどき非対称領域と呼ばれ、膜の反対側の非- スキン表面はしばしば粗孔性表面と呼ばれる。粗孔性表面の対照として、スキン は微小孔性表面とも呼ばれる。 ポリマー膜はポリマーの均一溶液からキャストすることもできる。これらの配 合物の組成はWrasidloの状態図のせん点領域／双節領域の外にある。均一溶液か らキャスとされた膜も非対称性かもしれないが、通常それらは相分離配合物から キャストされたものほど高度に非対称性ではない。 Wrasidlo膜は従来技術の膜に比べて流速および透過選択性が改善されている。 そのような改善された流速および選択透過性は膜の構造によるものである。 Zepf特許はより均一なサイズの本質的に多数の微小孔性スキン孔、大きく増大 した流速を有し、任意の孔直径についてフロー共分散(flow covariance)が低下 している改良Wrasidlo型ポリマー膜を開示している。改良Zepf膜はWrasidlo工程 の改変によって達成されており、その工程はキャスティングおよびクエンチング 温度低下、およびキャスティングとクエンチングの間の環境への曝露の低減を含 む。Zepfはキャスティングおよびクエンチング温度低下は配合および工程パラメ ータの小さな変化に対する膜形成の感受性を最小限にすることを教示している。 表面孔サイズを増加させることが記載されてきた。Fujiの英国特許2,199,786 号を参照せよ（以後「Fuji」という。）。Fujiの特許は、他の文献と同様にキャ ストポリマー溶液を湿った空気に曝すと、膜の表面下において相反転が起こるこ とを教示している。Fujiの製法で作られた膜は表面に0.05から1.2μmの比較的広 い孔を有し、表面下の相反転点へ次第に素縮し、続いて等方性構造が達成される まで、キャスト表面の１から10μmへ漸進的に孔が開いていくという特徴的構造 を有している。従って、Fujiの膜はスキン表面から反転点に到る逆非対称性と等 方性構造に漸進的に到る非対称性を有したものと考えることができる。この特許 は、膜の寿命を伸ばすために最小限の非対称性が使用させるべきであることを明 白に教示している(第４頁第７〜29行を参照せよ)。 非対称精密濾過膜は多くの応用面で有用である。例えば、そのような膜は食品 および飲料産業、水処理、医薬晶、および医学研究室における精製および検査の ための種々の濾過用途に使用することができる。この膜は、種々の形態、例えば ディスクおよびカートリッジの形で有用である。そのような膜の使用は微量金属 分析や医学的診断の様々な検査産業に益々関連してくるようになった。この膜は 大きな孔の表面と微小孔表面を有している。大きな孔の表面に固体含有液体サン プルを適用すると殆ど固体のない液体が微小孔表面から出てくる。次に固体フリ ーの液体濾過物は固体に妨害されずに検査することができる。そのような検査は 化学的、電気的または種々の分析装置の使用により行うことができる。 例示的な検査用途の一つは診断産業において提供されており、そこでは非対称 膜が血液分離用途に特に適していることが分かった(例えば、Koehenらの米国特 許5,240,862号を参照せよ)。全血が開口した有孔表面に適用され、細胞が濾過除 去されて膜の多孔性支持体に保持され、血漿が膜を通過する。微小孔性表面を分 析物検出装置と接触させて設置することにより特定の分析物が存在する又はしな いことを細胞に妨害されずに測定することができる。さらに、この構造により診 断アッセイを遠心をせずに行うことができるようになる。 上述したように、非対称膜はスルホンポリマーおよび混合セルロースエステル のような疎水性ポリマーから調製することができる。スルホンポリマーは一般に ３つのポリマークラスを含んでいる：ポリスルホン、ポリエーテルスルホンおよ びポリアリールスルホン。しかしながら、膜が疎水性ポリマーを用いて調製され る場合は得られた膜は疎水性であって、一般に水は妥当な作動条件下で膜を通過 しないであろう。従って、水性環境で膜を働かせる必要がある用途においては、 膜、または膜に構成される前のポリマーは、典型的にはそれぞれ生じる膜を親水 性にする成分(moiety)と反応させられ又は混合される。 例えば、疎水性ポリマーから親水性膜を作製するための幾つかのストラテジー があり、以下のものが含まれる：膜としてキャスティングするに先立つ疎水性ポ リマーのスルホン化；キャストされた疎水性膜をそのキャストされた膜に親水特 性を与える試薬と接触させること；および、膜のキャスティングに先立ってキャ スティングドープ中に親水性成分を含ませること。膜に親水性を与えるこれらの 方法のそれぞれは固有の問題または困難性を有している。例えば、親水性を与え るための成分で後処理される場合は、その成分が浸出してサンプルを汚染する可 能性がある。ある種の成分をキャスト膜の表面に架橋することによって浸出を最 小限にするよう試みることはできる。例えば、Roesinkらは米国特許4,798,847号 （現在は34,296号に番号が付け変わっている）においてポリスルホン膜の構造に PVPを架橋することを開示している。しかしながら、親水性成分を膜に架橋する ことは浸出を最小限にするものの、膜の製造工程に追加のステップと複雑さを加 える可能性がある。更に、架橋に必要とされる条件によっては膜強度および／ま たは剛性が損なわれる可能性がある。 疎水性ポリマーがキャスティングに先立ってスルホン化される場合は、それか ら非対称膜を調製するのは不可能ではないにしろ非常に困難である。従って、等 方性膜の製造に束縛される。 膜に親水性を与える他のアプローチには、親水性成分をキャスティング懸濁液 内に含有させることが含まれる。例えば、Krausらは米国特許4,964,990号および 4,900,449号において、ポリエチレングリコールまたはポリビニルピロリドンの ような親水性ポリマーをキャスティング溶液に含有させることによる疎水性ポリ マーからの親水性精密濾過膜の形成を開示している。しかしながら、Kraus特許 によって調製される膜は等方性であり、従って非対称性膜を必要とする用途には あまり適していない。 従って、高度に安定な親水性、充分な強度と剛性を有し、分離及び検査への適 用において効果的に働く非対称性微小孔膜を提供することが望まれているであろ う。 発明の概要 本発明は、高度に非対称の、親水性の精密濾過膜であって、最小孔表面におい て最小孔サイズが約0.1μmよりも大きく、膜の下部構造を通って漸進的に孔サイ ズが増加し約100μmまでの孔サイズを有する粗孔性表面に到る孔を有する膜に関 するものである。 本発明の側面のひとつは、スルホンポリマーを親水性ポリマーと共キャスティ ングすることによって親水性にした、一体型(integral)スルホンポリマー膜を提 供することである。本発明のこの特徴による膜は微小孔性スキンと多孔性支持体 を有している。微小孔性スキンは高密度のスキン孔を有しており、このスキン孔 は約0.1ミクロンから約10ミクロンの平均直径を有している。 多孔性支持体は次第に孔サイズが大きくなる非対称構造体である。膜の粗孔性 表面における最大孔の平均直径はスキン孔直径の約５倍から約1000倍にわたる。 本発明のこの特徴による膜はその律速孔（limiting pore)のサイズに関して特に 均一であり、約0.1μmから約10μmのフロー孔サイズ(flow pore size)を有して いるであろう。さらに、これらの膜は最小有孔表面の1000μm²あたり少なくとも 約15個のスキン孔を有している。本発明のこの特徴による膜は従来の膜よりも大 きな厚みを有するようにキャストされてもよく、本発明の多数の実施態様におい てはこの膜厚は少なくとも約150μmである。 膜の組成には例えばポリスルホン、ポリエーテルスルホン、またはポリアリー ルスルホンであってもよいスルホンポリマーが含まれる。親水性ポリマーはポリ ビニルピロリドンであってよい。本発明の膜は水について少なくとも約５mm/秒 の横方向吸上速度（lateral wickingspeed)を有している。 本発明の他の側面において、親水性一体型スルホンポリマー膜を調製する方法 が提供される。この方法によって製造された膜は微小孔性スキンと多孔性支持体 を有している。微小孔性スキンは高密度のスキン孔を有しており、スキン孔は約 0.1ミクロンから約10ミクロンの平均直径を有している。多孔性支持体は、スキ ン孔の直径の約５から約100倍の平均直径まで漸進的に孔サイズが増加する非対 称領域を有している。 この方法の第１ステップは、溶媒に溶けた、重量にして約９％から12％の間の スルホンポリマーと重量にして約３％から15％の親水性ポリマーのキャスティン グドープを提供することである。このドープは次にキャストされて薄膜を形成す る。この薄膜は、約50％から80％の間の相対湿度の水蒸気を含むガス環境に約２ 秒間から20秒間曝される。次にこのフィルムは約20℃から70℃の温度のウォータ ーバス中で凝固される。最後に、この膜はウォーターバスから回収される。 キャスティングドープは均一溶液であってよく、スルホンポリマーに対する非 溶媒を更に含んでいてもよい。このキャスティングドープは分散液であってもよ い。 本発明のこの特徴により作られた膜は約0.1μmから約10μmの平均フロー孔サ イズを有している。この膜はまた1000μm²あたり少なくとも約15孔のスキン孔密 度を有していることもあり、少なくとも約150μmの厚さを有していてよい。 ドープ混合物のスルホンポリマーは、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルス ルホンまたはポリアリールスルホンであってよく、親水性ポリマーはポリビニル ピロリドンであってよい。この方法で作られた膜は水について少なくとも約５mm /秒の横方向吸上速度を有しているだろう。 本発明の他の側面は、分離膜と接触膜を用いるタイプの改良診断装置である。 改良点は、スルホンポリマーを親水性ポリマーと共キャスティングすることによ って親水性となった、非対称の一体型スルホンポリマー膜である分離膜からなる 。この膜は微小孔性スキンと多孔性支持体を有しており、微小孔性スキンは高密 度のスキン孔を有している。スキン孔は約0.1ミクロンから約10ミクロンの平均 直径を有しており、多孔性支持体は孔サイズがスキン孔の直径の約５倍から100 倍の平均直径に至る、漸進的に孔サイズが増加する非対称領域である。本発明の 改良装置における膜は約１μmから約10μmの平均フロ一孔サイズ、1000μm²あた り少なくとも約15孔のスキン孔密度を有してよく、少なくとも厚さ約150μm であってよい。本装置の膜中のスルホンポリマーは例えばポリスルホン、ポリエ ーテルスルホン、またはポリアリールスルホンであってよく、親水性ポリマーは ポリビニルピロリドンであってよい。本装置は横方向吸上装置（lateral wickin g device)であることがあり、その膜は少なくとも水に対して約５mm/秒の横方向 吸上速度を有していてよい。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の膜の３枚の走査電子顕微鏡写真を示すものである。図１ａは 膜の上面図であり、膜の微小孔性表面を示す。図１ｂは膜の粗孔性表面を示す。 図１ｃは膜の断面を示す。 図２は、本発明の膜の３枚の走査型電子顕微鏡写真を示すものである。図２ａ は膜の上面図であり、膜の微小孔性表面を示す。図２ｂは膜の粗孔性表面を示す 。図２ｃは膜の断面を示す。 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明により、我々は最小孔表面において約0.1μmよりも大きな最小孔サイズ を有し、膜の下部構造を通して粗孔性表面まで漸進的に孔サイズが増加する、高 度に非対称性の精密濾過膜を開発した。最小孔表面は好ましくは約0.1μmから約 10μmの孔サイズを有しており、孔サイズは最小孔表面から粗孔性表面まで膜の 下部構造を通して漸進的に増加し、粗孔性表面の孔サイズは最小孔表面の孔サイ ズに依存して約５μmから約100μmであってよい。従って、この膜における非対 称性（最小孔表面の孔サイズに比較した粗孔性表面の孔サイズの比）は約５から 約1000である。本発明の膜は更に、周辺の多孔性からはサイズが著しく異なるヴ オイド(void)である、巨視的ヴオイドを実質的に含まない。本発明の好ましい膜 は約80％またはこれより大きなバルク空孔率(bulk porosity)またはヴォイド体 積を有してもいる。 本発明の膜は比較的大きな粒子を含む流体の分離に有用である。本発明の膜が 極めて有用である分野の一つは血液細胞分離におけるものである。例えば、本発 明の膜は白血球細胞、リンパ細胞、血小板、好中球、Ｂ細胞、Ｔ細胞、単球およ びマクロファージのような大きな血液細胞を赤血球細胞からその細胞の大きさに 基づいて分離するために使用することができる。 与えられた分離システムにおける補助のため、本発明の膜は更に処理するこ とができる。そのような処理には、望みの物質を除去する膜の能力を増強するた めに、膜表面を修飾してその親水性を増加させること、官能基を追加することそ の他が含まれる。例えば、利用できる高度に効果的な追加処理は膜表面の電荷ー 修飾である。そのような電荷-修飾は濾過過程における一つのステップとしてイ オンの除去または交換のできる膜を生じさせる。 本発明の膜は比較的疎水性のポリマーを用いて調製されるのが好ましい。疎水 性ポリマーは、以下に示すスルホン部分を有するポリマーの一切を含むスルホン ポリマーである： スルホンポリマーの例は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンおよびポリアリ ールスルホンである。親水性の第２のポリマーが疎水性ポリマーに加えて使用さ れる。好ましくは、第２のポリマーはポリビニルピロリドンである。またポリビ ニルピロリドン／ポリビニルアセテートコポリマーのようなポリビニルピロリド ンのコポリマー誘導体であってもよい。 本発明のキャスティング溶液は好ましくはポリマーに対する溶媒とポリマーに 対する非溶媒の両方を含む。ポリマーに対する非溶媒は、第２のポリマーが存在 する場合は好ましくは第２のポリマーに対する溶媒である。更に、ドープ溶液が 調製されるときに、親水性である第２のポリマーはそれ自体がポリマーに対する 追加の非溶媒として働くこともある。従って、非溶媒はポリマーの溶解性に寄与 しない、ドープ中のいかなる部分を含んでよい。非溶媒の集合群は参照の便宜の ため、「ポリマー非溶媒」と「非ポリマー非溶媒」または「他の非溶媒」に更に 分けることがある。典型的なポリマー非溶媒はポリビニルピロリドンであり、典 型的な非ポリマー非溶媒は水である。 キャスティング溶液は均一且つ安定なことが好ましい。しかしながら、ある実 施態様では僅かに不安定から高度に不安定の範囲にあるかもしれない不安定分散 体を使用するのが望ましいことがある。 好ましい実施態様では、キャスティング配合物は以下の割合を用いて調製され る： スルホンポリマー 約９％から約12％ ポリエチレングリコール 約15％から約25％ ポリビニルピロリドン 約３％から約15％ 他の非溶媒（水） 約0.5％から約５％ 溶媒 残余（約43％から約72.5％） この配合において、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンおよび水は 全てドープ混合物中で非溶媒として働く。従って、この配合物においては全非溶 媒はドープ混合物の約18.5％から45％を構成する。 本発明の膜は通常、相反転膜キャスティングについての良く知られた技術を用 いてキャストされる。例えば、膜はドクターブレードまたはスロットコーティン グ機を用いてキャストされてよい。そのような膜は所定の厚さにキャストされ、 好ましくは、例えばポリエチレンコート紙の移動ベルト上にキャストされる。キ ャストされた膜を膜のクエンチングに先立って湿り空気に曝すことも好ましい。 曝露時間は膜孔の開口度に依存して変えてよい。選ばれる曝露時間は２から20秒 間であり、２から15秒間が好ましく、３から10秒間が最も好ましい。相対湿度は 約50％から90％の範囲が好ましく、55％から80％の相対湿度がより好ましく、60 ％から75％の相対湿度が最も好ましい。 本発明により、我々は思いがけなくも非対称な、高度に親水性の精密濾過膜を 親水性薬剤または成分と共に溶液若しくは分散液として共キャストされた疎水性 ポリマーから製造できることを発見した。好ましい実施態様では、本発明の膜は スルホンポリマーとポリビニルピロリドンから製造される。本発明の膜の長所 本明細書で開示された開発前には、高度に非対称なWrasidlo型膜はその孔サイ ズおよびその最大厚の双方において限界があった。特定のいかなる理論に捕らわ れるものではないが、これらの限界に対する通常の説明は以下のようであった： 高度に非対称な膜は通常不安定又は準安定な分散体からキャストされるものであ る。これらの分散体における相分離の動力学は比較的低粘性の、迅速にゲル化す る配合物を必要とする。Wrasidlo型膜において高度の非対称性の達成を容易にす るのは分散体の動力学的性質である。しかしながら、これらのドープ混合物が低 粘性であることは、それがキャストされる厚さに当然に限界を与える。低粘性で あることはWrasidlo型膜に使用される非溶媒の量と種類にも限界を与える。 これに対して、本発明の膜は比較的粘性のドープ混合物を使用する。これらの 混合物の粘性の多くは非溶媒親水性ポリマーの存在によるものである。ドープ混 合物の粘性を増大させることに加えて、これらの親水性ポリマー非溶媒は大きな 孔、大きなバルク空孔率、そして勿論非常に親水性の膜をも作り出す。 従って、本発明は以前の高度非対称膜の限界を超えた改良を提示するものであ る。開示されるドープ混合物組成およびキャストパラメータは高度に非対称の、 Wrasidlo型膜に類似してはいるが、同時に大きな孔サイズ、より大きな最大膜厚 および、従来の高度非対称膜よりもずっと大きな親水性を有する膜を生じさせる 。本発明の膜は約100から1000ミクロン厚またはこれより厚くてもよい。好まし くは、膜の厚さは約125から400ミクロンである。より好ましくは膜厚は約150か ら300ミクロンである。本発明の配合物を用いて達成されるかもしれない厚さに 既知の実用上の限界はない。従って、好ましい実施態様は本出願について分かっ ている最も有用であることによって決定される。本発明の膜の構造 本発明のポリマー膜はかなりの程度の非対称性を保持している一方、比較的大 きな微小孔性スキン孔を有している。膜の非対称性および孔サイズを評価する簡 便な方法は走査電子顕微鏡(SEM)によるものである。図１及び図２は本発明によ って調製された膜の断面、微小孔性スキン表面、粗孔性表面を示している。これ らの膜の特徴は図３に示した従来のWrasidlo型微細孔膜の特徴と比較することが できる。一般に、本発明の膜の平均微小孔性スキン孔サイズすなわち、平均微小 孔性スキン孔直径は約0.1μmよりも大きく、典型的には0.5μmまたは1.0μmより も大きい。 SEMデータが無い場合は、非対称性はKesting、Synthetic Polymer Membranes: A Structural Perspective、275頁（John Wiley & Sons,第２版(1985)）に記載 されているように、インクまたは色素の小滴を膜の隙間のない表面に乗せ、色素 に膜を透過させおよびその表面に拡散させる。色素に覆われた面積の割合が非対 称性の一般的な指標、またはその程度を与える。 孔サイズはポロメトリー解析(porometry analysis)および別なバブルポイント 測定によって評価することもでき、高いバブルポイントはより狭い孔の存在を示 す。ポロメトリーは湿らせた膜に次第に増加する圧力をかけ、ガス流速を乾燥膜 のものと比較することからなり、孔サイズおよびバブルポイントに関するデータ を生成するものである。この解析のために、Coulter Porometerモデル 0204を使 用した。ポロメトリー測定は膜の「平均フロー孔サイズ」を与える。平均フロー 孔サイズとは膜の律速孔(limiting pore)サイズの平均である。本発明の膜のよ うな高度に非対称な膜においては律速孔は一般にスキンの非常に近くにある。し かしながら、ここで明らかにするスキン表面の特徴のために平均フロー孔サイズ は平均スキン孔サイズよりも小さいことがあり。なぜなら、律速孔がスキン表面 上に無いことがあるからである。従って、高度に非対称性の膜における孔のサイ ズを適切に判定することにはSEMから決定される平均スキン孔サイズを考慮する だけでなく、ポロメトリー試験によって決定される平均フロー孔サイズを考慮す ることが含まれる。 平均フロー孔サイズは、予め湿らせた膜を通過する空気流速が乾いている同じ 膜を通る空気流速の半分となる圧力（平均フロー圧）に比較した、予め湿らせた 膜を通って空気流が生じ始める圧力（バブルポイント圧）に基づく。バブルポイ ント圧は最大の律速孔のサイズを示すものであり、平均フロー孔圧は律速孔の平 均サイズを示すものである。従って、これらの２つの値を比較することにより、 膜の律速孔の平均サイズを決定できるだけでなく、律速孔サイズの均一性も決定 することができる。本発明の膜は大きな孔直径を有する他の膜よりもずっと高度 に均一な孔サイズを有している。 ここで用いる、実質的に非対称とは、WrasidloおよびZepf特許に開示され、そ れによって調製された膜が有するのと類似の非対称性の程度を意味する。この点 において、本発明の膜は約0.1μmよりも大きな平均微小孔性スキン孔サイズを有 し、一方その反対側、キャスティングの際の支持紙またはベルトに隣接する側に おいては、SEMは平均孔サイズは微小孔性スキン平均孔サイズの少なくとも５倍 であることを示す。従って、微小孔性スキン孔サイズのキャスト表面孔サイズに 対する比は1:5であり、非常に好ましい実施態様では1:10、1:50、1:100あるいは 1000:1にもなる。図の具体的な膜は5psidまでの水バブルポイントを有し、その かなり大きな孔サイズと親水性特性を反映している。psid単位は平方インチあた りのポンド差を示し、膜の一方の側にかけた空気圧の膜の反対側に生じている空 気圧への比較を表したものである。本発明の膜の調製 本発明の膜は一般には通常のアプローチによって調製される。ポリマーキャス ティング溶液または分散液を調製し、次にキャストし、所定の時間ガス環境に曝 し、次に非溶媒槽内でクエンチングする。好ましいキャスティング溶液およびキ ャスティング工程は以下に議論する。非ポリマー非溶媒を含むまたは含まないキャスティング溶液 本発明の膜は均一な溶液および分散液から調製することができる。好ましい実 施態様では、本発明の膜は均一な溶液から調製される。均一な溶液は溶媒単独の 使用、または非溶媒との組み合わせによって調製することができる。分散液から 調製される膜は均一溶液から作られた膜と同じ一般的範囲のバブルポイントをも って形成させることができる。しかしながら、そのような膜は一般にはクエンチ ングの前に空気へのより長期間の曝露を必要とする。 本発明の膜は、例えばスルホンポリマーのような疎水性ポリマー、例えばポリ ビニルピロリドンのような親水性ポリマー、および疎水性ポリマーおよび親水性 ポリマーに対する適切な溶媒を含む均一な溶液から調製されるのが好ましい。 好ましい実施態様においては、疎水性ポリマーはポリスルホン、ポリアリール スルホン、またはポリエーテルスルホンのようなスルホンポリマーであり、ポリ スルホンが好ましく、最も好ましくはAMOCO社(Appharetta、GA)のUdel3500ポリ スルホンである。 ポリスルホンが使用される場合は、ポリマー濃度は一般には約８〜17％であり 、より好ましくは約９〜15％であり、最も好ましくは約10〜12％である。 親水性ポリマーは疎水性ポリマーと共存できるどんなポリマーでもよい。好ま しい実施態様においては、親水性ポリマーはポリビニルピロリドンである。別の 好ましい実施態様においては、親水性ポリマーはポリビニルピロリドンとポリビ ニルアセテートのコポリマーである。親水性ポリマーは約３から15％含まれ、好 ましくは約３から12％であり、最も好ましくは４から10％含まれる。 溶媒は疎水性ポリマーと親水性ポリマーのそれぞれにとって良い溶媒であるよ うに選ばれる。疎水性ポリマーがポリスルホンであって親水性ポリマーがポリビ ニルピロリドンである場合は、N-メチルピロリジン、ジメチルホルムアミド、お よびジメチルアセトアミドが溶媒として効果的に働くことを発見した。非常に好 ましい実施態様においては、ジメチルホルムアミドが溶媒として使用される。 一般には、本発明のポリマー溶液は表Ｉに示すように調製される。 非常に好ましい実施態様においては、ポリマー溶液は表IIに示すように調製 される。 部分的または完全な分散液配合物は少なくとも疎水性ポリマーに対する非溶媒 を含ませることによって調製することができる。例えば、分散キャスティングド ープを生成するために充分な量で水をこの配合物に加えてもよい。または、より 少ない量の非溶媒または、水よりも弱い非溶媒を均一な溶液を形成させるために 使用してもよい。完全な分散液が望まれる場合は、他の非溶媒、例えば第３アミ ルアルコールのようなアルコールを充分な量で加えて、非溶媒として水を置換ま たは補足することができる。このように、特定の性質を有するキャスティングド ープを調製するために、非溶媒の組み合わせ、または単一種類の溶媒を本発明に よって使用することができる。非溶媒の高濃度を分散配合物を作製するために使 用することができるが、一方、非溶媒のより低い濃度は均一溶液を形成させるた めに利用することができる。非ポリマー非溶媒の量は約0.1％から約10％まで変 えることができる。好ましい実施態様では、水が非ポリマー非溶媒として均一な キャスティングドープを調製するために効果的な量で使用される。例えば、水が 非溶媒として使用される場合は、水はキャスティングドープ中に約0.1％から約3 .0％含まれるのが好ましく、非常に好ましい実施態様では約１％から２％である 。膜形成のための溶液のキャスティング ポリマー溶液は典型的には薄膜へキャストされ、所定の時間ガス環境に曝され 、次に非溶媒中でクエンチングされる。本発明の膜は、キャスティング分散液ま たは溶液が非多孔性支持体上に層状に広げられ、膜は後にクエンチング後にそこ から剥がすことができるような、通常のどんな方法を用いてもキャストすること が できる。膜は、キャスティング表面に注ぎがれ、キャストされまたは手で広げら れ、続いてクエンチ液をキャスティング表面に適用する事によって手動でキャス トすることが可能である。あるいは、膜はドープ混合物が移動床上に注がれまた はキャスティングされることにより自動でキャストされてもよい。好ましい移動 床支持体はポリエチレン被覆紙である。キャスティングにおいて、特に自動キャ スティングにおいては機械的スプレッダーを使用することができる。機械的スプ レッダーには塗布用ナイフ(spreading knife)、ドクターブレード(doctor blade )、またはスプレー／加圧系が含まれる。好ましいスプレッディング装置は、キ ャスティング配合物を中へ導くことができ、狭いスロットから圧力下に押し出す ことができるチャンバーを有する、押出ダイスまたはスロット被覆機(slot coat er)である。膜は典型的には約15から約50ミルmilのナイフ間隔、好ましくは約１ ６から約25mil、より好ましくは約19milのナイフ間隔のドクターブレードによっ てキャストしてもよい。キャスティングのナイフ間隔と膜の最終厚殿関係はドー プ混合物の組成及び温度、湿り空気への曝露時間、曝露中の空気の相対湿度、お よびクエンチング槽の温度の関数である。膜は典型的にはゲル化に際して潰れ、 その厚みの約20％から80％を失う。 キャスティングに続いて、キャスト分散液または溶液はクエンチングされる。 好ましい実施態様においては、クエンチングは移動ベルト上のキャストされた膜 をウォーターバスのようなクエンチング液へ移動させることによって行う。クエ ンチング液は最も一般には水である。バス中で、クエンチング操作はポリマーを 析出または凝結させ必要な孔サイズの微小孔性スキンと特徴的構造を有する支持 体領域を作り出すことができる。通常得られた膜は一緒に引き込んだ溶媒を洗浄 除去され、溶媒、希釈剤およびクエンチング液の付加的な増加を駆逐するため乾 燥させられ、それから膜が回収される。クエンチングステップ後には、微小孔性 膜製晶は典型的には約100から400ミクロン厚となる。 一般には本発明の膜の調製においてクエンチングに先立ち、前述したようにキ ャストされたフィルムは大きな表面孔の形成を誘導するために充分に長く空気に 曝さなければならない。曝露が短いほど湿度は高くなければならず、その逆もあ る。全湿度は重要なファクターである。より高い環境空気温度においては、同じ 効果のための相対湿度を下げることができる。キャスティング混合物の温度およ びクエンチングバスの温度も重要なパラメータである。一般にはクエンチングが 暖かいほど、膜はより開口する。 一般には、本発明の膜製造において、キャスティング溶液または分散液温度は 約20℃から35℃の間、クエンチングバス温度は約20℃から70℃の間、好ましくは 30℃から約60℃が使用される。クエンチングバスの温度は膜の微小孔性スキンの 孔サイズおよびその非対称性にも著しい効果を与えるように見える。より高いク エンチング温度が使用される場合は、膜はより大きなスキン孔と増強された非対 称性の双方を有する。逆に、低い温度が用いられると、より小さな孔が形成され 非対称性は低下し得る。 本発明の膜製造に重要な他のファクターは、ポリマー溶液のキャスティングと 本発明の膜のクエンチングとの間にある曝露時間および曝露条件である。好まし くは、キャスト溶液または分散液はキャスティング後、但しクエンチング前に湿 った空気に曝される。相対空気湿度は約60％よりも大きいのが好ましい。加えて 、キャスト溶液または分散液と接触を増大させるために空気は循環させるのが好 ましい。循環は例えばファンによって行うことができる。 曝露時間は通常約２秒間から約20秒間である。この範囲にわたって曝露時間を 増加させると、得られる膜の透過性を増加させる傾向がある。しかしながら、曝 露時間が長すぎると、まるいは湿度が高すぎると、表面の多孔性が悪影響を受け 得る。そうした状況では比較的非多孔性のスキンが生じ、膜は微小孔でなくなる ようである。 スルホンポリマーとポリビニルピロリドンから構成される横方向吸上分離膜(l ateral wicking separation membrane)については、約35℃から50℃の間の温度 が非常に好ましい孔サイズと非対称性度を生じさせることを我々は見いだした。 更に、空気曝露は３から10秒間続くことが最も好ましく、その空気は約65から80 ％の相対湿度を有することが好ましい。言うまでもないが、相対湿度および曝露 時間は重要な条件であり、一般にはその効果は反比例する。従って、相対湿度が 高いほど、曝露時間を短くし得る。孔密度 与えられた膜サンプルについて、問題にしている膜の任意の表面正方領域の走 査電子顕微鏡写真を調べ、その与えられた領域に含まれる孔の数を計算すること によって、孔密度を容易に計算することができる。与えられた正方領域に存在す るとして計算された孔数は単純な比によって特定の参照用正方領域に対して正規 化することができる。例えば、従来の最も高い孔密度を有するWrasidlo型膜は約 ８孔／1000μm²の範囲である。対照的に、本発明の方法によって調製された膜は 最も孔-密のWrasidlo型膜の約２倍またはそれ以上の孔密度を有している。例え ば、図１ａに示した膜は1000μm²あたり50よりも多い孔を有している。加えて、 図２ａに示した膜は1000μm²あたり30よりも多い孔を有している。このように、 本発明による好ましい膜は15孔／1000μm²よりも高い孔密度を有するとして特徴 づけることができる。より好ましい実施態様においては、孔密度は25孔／1000μ m²より大きく、最も好ましくは30孔／1000μm²よりも大きい。分離アプリケーションにおける本発明の膜の使用 本発明の膜は検査および分離への応用に有用であり、かつ極めて効果的である 。特に、本発明の膜はジュースおよびその他の飲料を含む食品生産物の濾過に効 果的である。本発明の膜はまた血液分離プロトコルにおいて効果的である（その プロトコルでは血漿から血液の特定の粒子画分、多くは細胞性画分を分離するこ とが望まれる。）さらに、本発明の膜は水および汚水の濾過に非常に効果的であ り、薄層クロマトグラフィー用途にも有用といってよい。改良診断装置 本発明の膜が有用である分離及び検査への応用例は、Koehenらの米国特許5,24 0,862号に開示された類の診断型装置のような診断への応用である。この特許の 開示は本明細書に含まれるものとする。Koehenらの特許は捕集膜と密着した非対 称膜を有する血液分離システムを開示している。類似のシステムがKiserらの米 国特許5,240,862号に開示されている。この開示は本明細書に含まれるものとす る。それぞれにおいて、全血が非対称膜の親水性の、あるいは親水性にされ た粗孔側に適用され、血液細胞は非対称膜の大きな孔中で濾過除去され、血漿が 微小孔性表面を通り抜け捕集膜に接触する。 捕集膜は一般には分析物検出システムを備えている。従って、検査すべき成分 が血漿中に存在するまたは存在しない場合に、その存在または存在しないことは 捕集膜上で記録され得る。KoehenらおよびKiserらの特許の装置は、検査材料が 膜を垂直に通過するため一般には「垂直吸上装置(vertical wicking device)」 と呼ばれる。膜を通過する液体の速度は固体粒状材料からの液体分離の完全性と 同様に、そのような装置における有効性の効果テストとなる。固体物質と液体と の相互作用が限られていること、および血液分離用途においては細胞の溶解が限 られていることのような有効性の重要な尺度も、必然的に考慮すべきその他の事 柄である。 他の型の検査装置案は「横方向吸上装置（lateral wicking device)」である 。こうした装置においては、基材は分離膜と接触膜のための支持体を提供する。 接触膜は検査すべき作用物質が存在する又は存在しないことを検出することがで きる化学反応剤または他の検出指標を備えている。分離膜は液体中の不要な成分 、例えば、血液からの細胞を濾過除去する。分離膜と接触膜は界面(interface) で接触している。従って、動作するときは固体材料を含む液体は分離膜と接触し 、流体は界面へ運ばれる。分離膜を通して横方向すなわち水平に吸上げられて界 面に達した後、流体は接触膜中に入り、そこで接触膜中に提供されている検出指 標と反応する。そのような反応はこの技術分野でよく知られている種々の標準的 技法により検出することができる。 理解できるであろうが、検査装置の有効性を決定するための効果テストは膜を 通過する適当な液体の吸上速度(rate of wicking)および一切の固体からの液体 の分離の完全性である。従って、血液分離との関係では、膜を横方向に通過する 血漿の速度、および、血漿分離の完全性および細胞の溶解が限定されていること はそのような装置における効果テストである。 本発明の膜は横方向吸上装置における分離膜として特に効果的である。固体含 有液体が膜の細いストリップの一端において、この膜の粗孔表面に適用されると 、液体は微小孔表面およびストリップのもう一端へ向かって吸い上げられる。サ ン プル中の比較的大きな粒子は制止され、一方液体は流れ続ける。装置中で液体は ストリップに浸透し、例えば酵素または抗原-若しくは抗体-結合試薬のような検 査試薬を含む第２の膜、しばしばニトロセルロース膜に達する。 迅速な吸上が重要である。膜表面の多孔性が高いほど、血漿の移動速度は早い 。単に高い非対称性を与えることは必ずしも増大した吸上速度を意味しない。表 面の多孔性の低さは、非対称度が非常に高くても、固体含有液体の阻止または目 詰まりを生じさせるようであり、結果として本発明の膜の使用により可能である よりも低速な分離を生じさせるようである。 本発明の膜は高濃度のポリビニルピロリドン(PVP)を含有しており、これは膜 を親水性にし、かつ孔サイズおよび構造に影響を与える。更に、PVPが配合物に 含まれているため、膜を親水性にするためにヒドロキシプロピルセルロースで第 ２処理をする必要がない。 迅速な吸上のための駆動力はPVPの親水性と孔構造との組み合わせであり、そ れによって、液体は毛管力によって膜中へ引き込まれ、固体はより開口している 支持体中に保持される。またPVPはドープ粘性を増加させ溶媒／非溶媒交換速度 を低下させる。クエンチングバス温度も、高温のバスは低温バスが生じさせるよ りも非対称性が大きな構造およびより大きな平均フロー孔サイズを生じさせると いう点で重要な役割を果たす。 横方向吸上速度は吸上が放射状であるか直線状であるかに依存し、および、吸 上膜に適用される流体の体積に依存する。すべてのテストにおいて同じ流体の非 制限的量を用い、同一の割合の膜ストリップを用いて異なる膜に対する吸上速度 計測値を標準化することができる。ここで報告する横方向吸上速度は１cm幅で３ cmの長さの膜ストリップを用いて測定されたものである。膜の狭い端（１cm）が 比較的多量の水と接触させられ、膜ストリップ中の水の最前部の移動速度が測定 される。そのように測定された吸上速度は１秒間あたりのミリメートルで表され る。本発明の膜は５mm/秒を超える横方向吸上速度を有している。膜製造に関する実施例 以下の実施例は本発明の具体的な微小孔性膜の製造に関するものである。この ような実施例は本発明の膜の製造に使用することができる種々のキャスティング 条件の説明を意図したものであり、得られる膜の特定の特性を達成するために条 件を変更できるような方法に関するガイダンスを提供するものである。従って、 以下の実施例は説明的なものであり、限定的なものではない。 実施例１ 9.3％のポリスルホンポリマー(Udel 3500)、19の％ポリエチレングリコール(M W200)、4.3％のポリビニルピロリドン、1.8％の水、および65.6％のN-メチルピ ロリドンを用いて均一なキャスティング溶液を調製した。このキャスティング溶 液は室温、およそ25℃に維持した。キャスティング表面はポリエチレン被覆紙の 移動ベルトとし、ナイフ間隔は24milとした。キャスティングに続いて、ドープ を湿った空気（相対湿度65〜70％）に６秒間曝してから約40〜45℃の温度を有す るウォーターバス中でクエンチングした。 クエンチングに続いて、膜を取り出し、脱イオン水で洗浄し100℃のオーブン で乾燥させた。その後、膜を水流(water flow)および平均フロー孔サイズに関し てテストした。水流は標準47mmディスクホルダー中の膜により10psidにて測定し 、平均フロー孔サイズはCoulterポロメーターを用いて測定した。この膜は図１ に示したものであり以下の特徴を有している。 実施例２ 9.3％のポリスルホンポリマー(Udel 3500)、19％のポリエチレングリコール(M W 200)、4.3％のポリビニルピロリドン、1.8％の水、および65.6％のN-メチルピ ロリドンを用いて均一なキャスティング溶液を調製した。このキャスティング溶 液は室温、およそ25℃に維持した。キャスティング表面はポリエチレン被覆紙の 移動ベルトとし、ナイフ間隔は19milとした。キャスティングに続いて、 ドープを湿った空気（相対湿度65〜70％）に９秒間曝してから約40〜45℃の温度 を有するウォーターバス中でクエンチングした。 クエンチングに続いて、膜を取り出し、脱イオン水で洗浄し100℃のオーブン で乾燥させた。その後、膜を水流(water flow)および平均フロー孔サイズに関し てテストした。水流は標準47mmディスクホルダー中の膜により10psidにて測定し 、平均フロー孔サイズはCoulterポロメーターを用いて測定した。この膜は図２ に示したものであり以下の特徴を有している： 実施例３〜６ 曝露時間および湿度の効果 実施例１の方法を繰り返したが、曝露時間または湿度を表Vに示すように変え た。製造された膜に与えるこの変更の効果を示す。 実施例７〜１０ キャスティング温度およびクエンチング温度の効果 実施例１の方法を繰り返したが、ナイフ間隔またはクエンチング温度を表VIの ように変えた。製造される膜に与えるこの変更の効果を示す。 等価物 本発明は具体的なその実施態様との関係で記載してきたが、更なる改変が可能 であり、本発明が適合するこの技術において既知のまたは慣習的な事項内に入る ような、および、前述の本質的特徴に適用されるような、および本発明の範囲内 に入り添付の請求の範囲を限定するような本明細書の開示からの離脱を含む、一 般に本発明の原理に従ういかなる本発明の改変、使用または適合を本出願がその 範囲に含んでいることは当然である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｊ 9/28 ＣＥＲ Ｃ０８Ｊ 9/28 ＣＥＲ ＣＥＺ ＣＥＺ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 モーリス リチャード エイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92024 エンシニタス マンチェスター アベニュー 4354 (72)発明者 ゼプフ ロバート アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92075 ソラナ ビーチ ノース リオス アベニュー 227

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．スルホンポリマーを親水性ポリマーとの共キャスティングを通して親水性に した非対称一体型スルホンポリマー膜であって、微小孔性スキンと多孔性支持体 を含み、前記多孔性スキンが高密度のスキン孔を有し、前記スキン孔が約0.1ミ クロンから約10ミクロンの平均直径を有し、多孔性支持体がスキン孔の直径の約 ５倍から約1000倍の平均直径まで漸進的にサイズが増加する非対称領域を含んで いる、前記ポリマー膜。 ２．約0.1μm〜約10μmの平均フロー孔サイズを含んでいる、請求項１に記載の 膜。 ３．1000μm²あたり少なくとも約15孔のスキン孔密度を有している、請求項１に 記載の膜。 ４．少なくとも150μmの厚さである、請求項１に記載の膜。 ５．スルホンポリマーがポリスルホン、ポリエーテルスルホンおよびポリアリー ルスルホンからなる群より選ばれる、請求項１に記載の膜。 ６．親水性ポリマーがポリビニルピロリドンを含む、請求項１に記載の膜。 ７．親水性ポリマーがポリビニルピロリドンを含む、請求項５に記載の膜。 ８．水に対して少なくとも約5mm／秒の横方向吸上速度を有する、請求項１に記 載の膜。 ９．非対称親水性一体型スルホンポリマー膜を調製する方法であって、前記膜が 微小孔性スキンおよび多孔性支持体を含み、前記微小孔性スキンが高密度のスキ ン孔を有しており、前記スキン孔は約0.1ミクロンから約10ミクロンの平均直径 を有し、前記多孔性支持体が前記スキン孔の直径の約５倍から1000倍の平均直径 まで漸進的に孔サイズが増加する非対称領域を含むものであって、 溶媒に溶けた、約９重量％から12重量％のスルホンポリマーと約３重量％から 15重量％の親水性ポリマーを含むキャスティングドープを提供し； 前記ドープをキャスティングし薄膜を形成させ； 前記薄膜を、約50％から80％の間の相対湿度の水蒸気を含むガス環境に約２秒 間から20秒間の間曝露し；および 約20℃から70℃の温度を有するウォーターバス中で前記膜を凝固させ、膜を回 収することを含む、前記方法。 を含む前記方法。 10．ドープが均一な溶液である請求項９の方法。 11．ドープが更にスルホンポリマーに対する非溶媒を含む、請求項９に記載の方 法。 12．ドープが分散液である、請求項９に記載の方法。 13．膜が約0.1μmから約10μmの平均フロー孔サイズを有している、請求項９に 記載の方法。 14．膜が1000μm²あたり少なくとも約15孔のスキン孔密度を有する、請求項９に 記載の方法。 15．膜が少なくとも約150μmの厚さである、請求項９に記載の方法。 16．スルホンポリマーがポリスルホン、ポリエーテルスルホンおよびポリアリー ルスルホンからなる群より選ばれる、請求項９に記載の方法。 17．親水性ポリマーがポリビニルピロリドンを含む、請求項９に記載の方法。 18．親水性ポリマーがポリビニルピロリドンを含む、請求項16に記載の方法。 19．膜が水に対して少なくとも約５mm／秒の横方向吸上速度を有している、請求 項９に記載の方法。 20．分離膜と接触膜とを有する型の診断装置において、 スルホンポリマーを親水性ポリマーと共キャスティングして親水性にした、非 対称一体型スルホンポリマー膜を含む分離膜を備え、前記膜が微小孔性スキンと 多孔性支持体を含み、前記微小孔性スキンが高密度のスキン孔を有し、前記スキ ン孔が約0.1〜約10ミクロンの平均直径を有し、前記多孔性支持体が前記スキン 孔の直径の約５倍から約1000倍の平均直径まで漸進的に孔サイズが増加する非対 称領域を含んでいる ことを特徴とする、前記装置。 21．膜が約0.1μmから約10μmの平均フロー孔サイズを有している、請求項18の 装置。 22．膜が1000μm²あたり少なくとも約15孔のスキン孔密度を有している、請求 項18に記載の装置。 23．膜が少なくとも約150μmの厚さである、請求項18に記載の装置。 24．スルホンポリマーがポリスルホン、ポリエーテルスルホンおよびポリアリー ルスルホンからなる群より選ばれる、請求項18に記載の装置。 25．親水性ポリマーがポリビニルピロリドンを含む、請求項18に記載の装置。 26．親水性ポリマーがポリビニルピロリドンを含む、請求項20に記載の装置。 27．横方向吸上装置である、請求項18に記載の装置。 28．膜が水に対して少なくとも約５mm／秒の横方向吸上速度を有している、請求 項18に記載の装置。