JP2014237126A - チャネルを有する高スループットの膜 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜が典型的な工程条件下で層剥離しないように、互いに一体化して結合している少なくとも２つの層からなる膜を提供する。
【解決手段】第１及び第２の多孔質部分を有する膜であって、第１の部分が、第２の部分より開孔した細孔構造を有し、第１の多孔質部分が、導入された繊維を除去することによって調製されるチャネルを含む、膜、並びにその膜の製造方法。
【選択図】なし
【解決手段】第１及び第２の多孔質部分を有する膜であって、第１の部分が、第２の部分より開孔した細孔構造を有し、第１の多孔質部分が、導入された繊維を除去することによって調製されるチャネルを含む、膜、並びにその膜の製造方法。
【選択図】なし
Description
[0001]ポリマー膜は、さまざまな流体を濾過するために使用される。しかし、高いスループット能力を実現する膜が必要である。
[0002]本発明は、従来技術の不都合な点の少なくともいくつかに改善をもたらす。本発明のこれら及びその他の利点は、下記に述べられた説明から明らかになる。
[0003]本発明の実施形態は、第１及び第２の多孔質部分を有する膜であって、第１の部分が、第２の部分より開孔した細孔構造を有し、第１の多孔質部分が、導入された繊維を除去することによって（例えば、浸出させることによって）調製されるチャネルを含む、膜を提供する。１つの実施形態において、膜は、滅菌濾過を行う。
[0004]別の実施形態において、（ａ）第１の微多孔質表面、（ｂ）第２の微多孔質表面、及び（ｃ）第１の表面と第２の表面との間のバルクを含むポリマー微多孔膜であって、バルクが、第１の微多孔質表面を含む第１の多孔質部分、及び第２の微多孔質表面を含む第２の多孔質部分を含み、（ｉ）第１の部分が、異なるコントロールされた細孔構造の少なくとも第１及び第２のセットを含み、細孔構造の第１のセットが、チャネルを含み、（ｉｉ）第２の部分が、コントロールされた細孔構造の第３のセットを含み、細孔構造の第３のセットが、コントロールされた細孔構造の第２のセットより小さい平均孔径を有する、ポリマー微多孔膜が提供される。典型的には、膜は、互いに一体化して結合している少なくとも第１及び第２の層を含み、第１の層は、第１の多孔質部分を含み、第２の層は、第２の多孔質部分を含む。好ましい実施形態において、コントロールされた細孔構造の第１のセットは、繊維を導入し、該繊維を浸出させ、第１の多孔質部分を形成することによって、調製される。典型的には、コントロールされた細孔構造の第１のセットは、少なくとも約４の長さ対直径のアスペクト比を有するチャネルを含む。
[0005]その他の実施形態において、膜を作製する方法、膜を使用する方法、及び膜を含むデバイスが、本発明によって提供される。
[0008]本発明の実施形態にしたがって、第１及び第２の多孔質部分を有する膜であって、第１の部分が、第２の部分より開孔した細孔構造を有し、第１の多孔質部分が、導入された繊維を除去することによって調製されるチャネルを含む、膜が提供される。
[0009]別の実施形態において、（ａ）第１の微多孔質表面、（ｂ）第２の微多孔質表面、及び（ｃ）第１の表面と第２の表面との間のバルクを含むポリマー微多孔膜であって、バルクが、第１の微多孔質表面を含む第１の多孔質部分、及び第２の微多孔質表面を含む第２の多孔質部分を含み、（ｉ）第１の部分が、異なるコントロールされた細孔構造の少なくとも第１及び第２のセットを含み、細孔構造の第１のセットが、チャネルを含み、（ｉｉ）第２の部分が、コントロールされた細孔構造の第３のセットを含み、細孔構造の第３のセットが、コントロールされた細孔構造の第２のセットより小さい平均孔径を有する、ポリマー微多孔膜が提供される。典型的には、膜は、互いに一体化して結合している少なくとも第１及び第２の層を含み、第１の層は、第１の多孔質部分を含み、第２の層は、第２の多孔質部分を含む。好ましい実施形態において、コントロールされた細孔構造の第１のセットは、第１の多孔質部分を調製するとき、繊維を導入し、該繊維を除去する（例えば、浸出させる）ことによって、調製される。典型的には、コントロールされた細孔構造の第１のセットは、長さ対直径のアスペクト比少なくとも約４、例えば、約４〜約２０の範囲、好ましくは約５〜約１５の範囲を有するチャネルを含む。
[0010]典型的な実施形態において、膜は、例えば膜が典型的な工程条件下で層剥離しないように、互いに一体化して結合している少なくとも２つの層を含む。
[0011]典型的には、膜の第１の部分は、層の全厚さの約２５％〜約８０％の範囲の厚さを占め、膜の第２の部分は、層の全厚さの約７５％〜約２０％の範囲の厚さを占め、より好ましくは、膜の第１の部分は、膜の全厚さの約５０％〜約７０％の範囲の厚さを占め、膜の第２の部分は、膜の全厚さの約５０％〜約３０％の範囲の厚さを占める。
[0012]本発明にしたがって、特定の適用のために最適化できる細孔構造を有する膜が提供される。例えば、膜が生成されている間に所望のサイズ（複数可）の固体繊維が導入され、繊維は、その後、除去され（例えば、溶解される）、コントロールされた細孔構造の第１のセット、例えば、所定の寸法（複数可）の範囲のチャネルを生成する一方で、コントロールされた細孔構造の第２のセット、例えば、膜（膜の第１の多孔質部分）のより上流部分で（繊維の存在しない相反転によって生じる）、所定のサイズの細孔もまた形成し、膜を崩壊させることなく、膜の部分を通る流れを遮断することなく、側方流動を可能にし、高いスループットをもたらす。したがって、膜のこの部分（例えば、「上流層」）の細孔構造は、「調整」できる。
[0013]さらに、膜のより下流部分、第２の多孔質部分（例えば、「下流層」）は、繊維の存在しない相反転によって生成される、コントロールされた細孔構造の第３のセットを有し、下流部分が、膜のより高い捕捉性の部分を形成するように、コントロールされた細孔構造の第２のセットより、もっと小さい細孔構造を実現する。例えば、膜のより下流部分は、細菌を捕捉する孔径を有することが可能で、滅菌濾過を行うが、より上流部分は、高いスループットをもたらす。代替方法として、その他の適用において、例えば、飲食料品産業における濾過用で、膜のより下流部分は、約０．５〜約４マイクロメートルの範囲（好ましくは、約０．８マイクロメートル〜約２．５マイクロメートルの範囲）の孔径を有することが可能で、効率的な濾過を実現するが、より上流部分は、高いスループットをもたらす。
[0014]いくつかの実施形態において、膜のより上流部分（膜の第１の多孔質部分）は、相反転と繊維表面との相互作用によって生成された、コントロールされた細孔構造の少なくとも１つの追加のセットを有し、多孔度を改善し、膜を通してさらなる側方流動を可能にし、スループットをさらに改善する。
[0015]その他の実施形態において、膜を作製する方法、膜を使用する方法、及び膜を含むデバイスが、本発明によって提供される。
[0016]１つの実施形態において、ポリマー膜を調製する方法は、（ａ）支持体に、繊維を含む第１のポリマー溶液を流延するステップ、（ｂ）第１の溶液に、第２のポリマー溶液を流延するステップであって、第２のポリマー溶液が、第１の溶液に存在する繊維を含有しない、ステップ、（ｃ）第１の溶液と第２の溶液の相分離を引き起こすステップ、及び（ｄ）繊維を除去して、ポリマー膜を生成するステップを含む。
[0017]本発明の実施形態による膜は、例えば、診断適用（例えば、試料調製及び／若しくは診断用側方流動デバイスを含む）、インクジェット適用、医薬品産業のための流体の濾過、医療適用のための流体の濾過（家庭及び／若しくは患者使用のため、例えば、静脈内適用を含む、例えば、血液などの生物流体の濾過（例えば、白血球を除去するため）もまた含む）、エレクトロニクス産業のための流体の濾過、飲食料品産業のための流体の濾過、清澄化、抗体及び／若しくはタンパク質を含有する流体の濾過、細胞検出（「現場（ｉｎ ｓｉｔｕ）」を含む）、細胞採取、並びに／又は細胞培養流体の濾過を含む、さまざまな適用において使用できる。代替方法として又は追加的に、本発明の実施形態による膜は、空気及び／若しくはガスを濾過するために使用でき、並びに／又は換気用途（例えば、液体ではなく、空気及び／若しくはガスを通過させること）のために使用できる。本発明の実施形態による膜は、例えば、眼科手術製品などの手術用デバイス及び製品を含む、さまざまなデバイスにおいて使用できる。
[0018]本発明の構成成分のそれぞれは、下記でより詳細に説明され、同様の構成成分は同様の参照番号を有する。
[0019]膜は、任意の適切な細孔構造、例えば、孔径（例えば、例えば米国特許第４，３４０，４７９号に記載されているように、バブルポイントによって若しくはＫＬによって明らかになる、又は毛管凝縮流動ポロメトリーによって明らかになる）、平均孔径（例えば、膜の断面図を拡大する走査型電子顕微鏡を使用し、ソフトウエアを使用して細孔の１セットを測定することによって決定される）、平均流量孔（ＭＦＰ）径（例えば、ポロメーター、例えば、ポールベアポロメーター（Ｐｏｒｖａｉｒ Ｐｏｒｏｍｅｔｅｒ）（Ｐｏｒｖａｉｒ ｐｌｃ、Ｎｏｒｆｏｌｋ、ＵＫ）又は商標ポロラックス（ＰＯＲＯＬＵＸ）（Ｐｒｏｍｅｔｅｒ．ｃｏｍ、Ｂｅｌｇｉｕｍ）で入手可能なポロメーターの使用を特徴とする場合）、細孔等級、細孔直径（例えば、例えば米国特許第４，９２５，５７２号に記載されている改良ＯＳＵ Ｆ２試験の使用して特性評価される場合）、又は流体が多孔質媒体を通過するとき、１つ又は複数の対象材料の通過を減少させる若しくは通過を可能にする、除去評定を有することが可能である。いくつかの実施形態において、チャネル（第１のコントロールされた細孔構造）は、長さ対直径の規定されたアスペクト比を有することが可能である。適切な細孔構造は、例えば、扱われる流体の組成、及び扱われる流体の所望の流出レベルによって決まる。
[0020]上記に述べた通り、膜は、少なくとも第１及び第２の多孔質部分を有することになり、それぞれの部分は、異なるコントロールされた細孔構造を有し、第１の多孔質部分は、第２の多孔質部分より大きい細孔構造を有し（典型的には、第１の多孔質部分は、異なるコントロールされた細孔構造の少なくとも第１及び第２のセットを有し、第２の多孔質部分は、コントロールされた細孔構造の第３のセットを有する）、より大きい細孔構造（コントロールされた細孔構造の第１及び第２のサブセットを含んでもよいコントロールされた細孔構造（チャネル）の第１のセット）は、膜が形成されている間に繊維を導入し、その後、例えば浸出させることにより、繊維を除去することによって、好ましくは生成される。いくつかの実施形態において、コントロールされた細孔構造の第１のセットは、コントロールされた細孔構造の少なくとも第１及び第２のサブセットを含み、コントロールされた細孔構造の第１のサブセットは、コントロールされた細孔構造の第２のサブセットより大きく、第１の多孔質部分中のコントロールされた細孔構造の第２のサブセットは、第２の多孔質部分中のコントロールされた細孔構造の第３のセットより大きい細孔構造を有することが、好ましい。
[0021]いくつかの実施形態において、第１の多孔質部分は、コントロールされた細孔構造の少なくとも１つの追加のセットを有し、追加のセットは、第１の多孔質部分中のコントロールされた細孔構造の第２のセットより小さい平均孔径を有する。
[0022]上記に述べた通り、第１の多孔質部分中のコントロールされた細孔構造の第１のセットは、膜が形成されている間に繊維を導入し、その後、繊維を除去することによって、好ましくは生成される。第１の多孔質部分中のコントロールされた細孔構造の第２のセット、及び第２の多孔質部分中のコントロールされた細孔構造の第３のセットは、相反転によって形成されることが好ましい。第１の多孔質部分が、コントロールされた細孔構造の少なくとも１つの追加のセットを有する実施形態において、追加のセットは、相反転と溶解可能な繊維の表面との間の相互作用によって形成される。
[0023]さまざまな繊維（例えば、溶解可能な繊維）、繊維の寸法、及び繊維濃度が、本発明による膜の調製に使用するのに適切であり、繊維は、コントロールされた細孔構造の第１のセットの第１及び第２のサブセットを含む、コントロールされた細孔構造の第１のセットを調製するために使用される。適切な繊維（ナノファイバーを含む）としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維、ポリエステル繊維、酢酸セルロース繊維、硝酸セルロース繊維、銀ナノファイバーなどの金属ナノファイバーが挙げられる。
[0024]繊維は、膜が除去工程によって悪影響を及ぼされない、さまざまな方法によって除去できる。例えば、繊維は溶媒によって処理でき、繊維は溶解する。適切な溶媒としては、例えば、水、１種又は複数のアルコール、芳香族溶媒（そのうちのいくつかは、アルコールであってもよい）、比較的弱い酸（例えば、酢酸、クエン酸、シュウ酸、マレイン酸、塩基（例えば、水酸化ナトリウム）、及びそれらの組合せ）が挙げられる。
[0025]典型的には、第１のコントロールされた細孔構造（チャネル）は、長さ／直径の規定されたアスペクト比、典型的には、少なくとも約４、例えば、約４〜約２０の範囲、好ましくは約５〜約１５の範囲のアスペクト比を有することが可能である。本発明の典型的な実施形態にしたがって、チャネルは、例えば、図１及び２に示されるように、直径より大きい長さを有し、チャネルの少なくともいくつかは、絡まっている可能性がある。
[0026]典型的には、コントロールされた細孔構造の第２のセットは、約０．５μｍ〜約１０μｍの範囲、より典型的には、約２μｍ〜約５μｍの範囲の平均孔径を有する。
[0027]典型的には、コントロールされた細孔構造の第３のセットは、約０．１μｍ〜約２μｍの範囲の平均孔径を有する。いくつかの実施形態において、コントロールされた細孔構造の第３のセットは、細菌を遮断する／細菌を捕捉する孔径、例えば、約０．２μｍを有する。
[0028]典型的には、コントロールされた細孔構造の追加のセットは、約０．３μｍ〜約５μｍの範囲の平均孔径を有する。
[0029]典型的には、本発明の実施形態による膜は、約７０μｍ〜約４００μｍの範囲の厚さを有する。
[0030]膜は、熱誘起相反転法によって調製されることが好ましい。典型的には、相反転法は、ポリマー溶液（複数可）を流延して又は押し出して薄いフィルムにすること、及び以下の１つ又は複数によってポリマーを沈殿させることを含む：（ａ）溶媒及び非溶媒の蒸発、（ｂ）暴露された表面に吸収する、水蒸気などの非溶媒蒸気への暴露、（ｃ）非溶媒液体におけるクエンチ（例えば、水及び／又は別の非溶媒を含有する相浸漬浴）、及び（ｄ）ポリマーの溶解度が突然大きく低下するように、熱いフィルムを熱的にクエンチすること。相反転は、湿式法（浸漬析出）、蒸気誘起相分離（ＶＩＰＳ）、熱誘起相分離（ＴＩＰＳ）、クエンチ、乾式−湿式流延、及び溶媒蒸発（乾式流延）によって誘起できる。乾式相反転は、浸漬凝固の不在によって、湿式又は乾式−湿式手順と異なる。これらの技術において、最初に均質なポリマー溶液は、異なる外部効果に起因して、熱力学的に不安定になり、相分離を誘起してポリマーの少ない相とポリマーの豊富な相とになる。ポリマーの豊富な相は、膜のマトリックスを形成し、高いレベルの溶媒及び非溶媒を有する、ポリマーの少ない相は、細孔を形成する。
[0031]多様な細孔構造は、さまざまな手順によってコントロールできる。細孔構造の第１のセットは、以下の任意の１つ又は複数によって、典型的にコントロールされる：繊維径、繊維径分布、繊維濃度、繊維の形及び溶液の流延厚さ。
[0032]細孔構造の第２及び第３のセットは、以下の工程条件及び／又は溶液組成のいずれかの１つ又は複数によって、典型的にコントロールされる：溶液及び／又は流延チャンバー（複数可）の温度（複数可）の変更、気流速度の変更、空気の体積の変更、膜が形成される環境の相対湿度の変更、溶液中のポリマーの濃度の変更、添加剤の添加による溶液中の溶媒の濃度の変更、並びに溶液中の細孔形成剤の分子量の変更。
[0033]細孔構造の追加のセットは、以下のいずれかの１つ又は複数によって、典型的にコントロールされる：繊維径、繊維径分布、繊維の物理特性（例えば、表面粗度、疎水性、親水性）、及び溶液組成（例えば、使用される溶媒は、例えば繊維が溶解する速度に、影響を及ぼすことができる）。
[0034]膜は、手動で（例えば、流延表面に手作業で、注ぐ、流延する、若しくは広げる）又は自動で（例えば、移動床に、注ぐ又はさもなければ流延する）流延できる。適切な支持体の例としては、例えば、ポリエチレンコート紙又はポリエステル（マイラー（ＭＹＬＡＲ）など）又はステンレス鋼ベルトなどのベルトが、挙げられる。
[0035]二重流延技術を含むさまざまな流延技術は、当技術分野において既知であり、適切である。当技術分野において既知のさまざまなデバイスは、流延のために使用できる。適切なデバイスとしては、塗布ナイフ、ドクターブレード、又は噴霧／加圧系を含む、例えば機械スプレッダーが挙げられる。スプレッダーの一例は、流延配合物（ポリマーを含む溶液）を導入し、狭いスロットを通って、加圧下、押し出すことができる流延チャンバーを備えた、押出ダイ又はスロットコーターである。例示として、ポリマーを含む溶液は、約１２０マイクロメートル〜約５００マイクロメートルの範囲、より典型的には約１８０マイクロメートル〜約４００マイクロメートルの範囲のナイフギャップを有するドクターブレードを用いて、流延できる。
[0036]さまざまな流延速度が、当技術分野において既知である通り、適切である。典型的には、流延速度は、少なくとも毎分約３フィート（ｆｐｍ）、より典型的には約３〜約１５ｆｐｍの範囲、いくつかの実施形態においては、少なくとも約７ｆｐｍである。
[0037]さまざまなポリマー溶液が、本発明における使用に適切であり、当技術分野において既知である。適切なポリマー溶液は、例えば多環芳香族；スルホン（例えば、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ビスフェノールＡポリスルホン、ポリアリールスルホン、及びポリフェニルスルホンなどの芳香族ポリスルホンを含む、例えばポリスルホン）、ポリアミド、ポリイミド、ポリハロゲン化ビニリデン（ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む）、ポリプロピレン及びポリメチルペンテンなどのポリオレフィン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリカルボナート、ポリアクリロニトリル（ポリアルキルアクリロニトリルを含む）、セルロース系ポリマー（酢酸セルロース及び硝酸セルロースなど）、フルオロポリマー、並びにポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのポリマーを含むことができる。ポリマー溶液は、ポリマーの混合物、例えば、疎水性ポリマー（例えば、スルホンポリマー）と親水性ポリマー（例えば、ポリビニルピロリドン）との混合物を含むことができる。
[0038]１つ又は複数のポリマーに加えて、典型的なポリマー溶液は、少なくとも１種の溶媒を含み、少なくとも１種の非溶媒をさらに含んでもよい。適切な溶媒としては、例えば、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）；Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）；Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）；ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、メチルスルホキシド、テトラメチル尿素；ジオキサン；コハク酸ジエチル；クロロホルム；及びテトラクロロエタン；並びにそれらの混合物が挙げられる。適切な非溶媒としては、例えば、水；さまざまなポリエチレングリコール（ＰＥＧ；例えば、ＰＥＧ−２００、ＰＥＧ−３００、ＰＥＧ−４００、ＰＥＧ−１０００）；さまざまなポリプロピレングリコール；多様なアルコール、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アミルアルコール、ヘキサノール、ヘプタノール、及びオクタノール；ヘキサン、プロパン、ニトロプロパン、ヘプタン、及びオクタンなどのアルカン；並びにアセトン、ブチルエーテル、酢酸エチル、及び酢酸アミルなどのケトン、エーテル、及びエステル；並びに、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化リチウムなどの多様な塩；並びにそれらの混合物が挙げられる。
[0039]所望であれば、ポリマーを含む溶液は、例えば、１種又は複数の重合開始剤（例えば、任意の１種又は複数の過酸化物、過硫酸アンモニウム、脂肪族アゾ化合物（例えば、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）ジヒドロクロリド（Ｖ５０））、及びそれらの組合せ）、並びに／又は界面活性剤及び／若しくは離型剤などの微量含有物を、さらに含むことができる。
[0040]溶液の適切な構成成分は、当技術分野において既知である。ポリマーを含む例示の溶液、並びに例示の溶媒及び非溶媒としては、例えば、米国特許第４，３４０，５７９号、第４，６２９，５６３号、第４，９００，４４９号、第４，９６４，９９０号、第５，４４４，０９７号、第５，８４６，４２２号、第５，９０６，７４２号、第５，９２８，７７４号、第６，０４５，８９９号、第６，１４６，７４７号、及び第７，２０８，２００号に開示されているものが挙げられる。
[0041]本発明にしたがって、膜は、複数の層を有することが可能であり、複数の層は、粘度、添加剤、及び処理を変えて、同じポリマー及び溶媒から形成できるか、又は異なるポリマーが、異なる層のために使用できる。
[0042]膜は、任意の所望の臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ、例えば、米国特許第４，９２５，５７２号に定義されている）を有することが可能である。ＣＷＳＴは、当技術分野において知られている通り、例えば米国特許第５，１５２，９０５号、第５，４４３，７４３号、第５，４７２，６２１号、及び第６，０７４，８６９号に、例えばさらに開示されている通り、選択できる。典型的には、膜は親水性であり、ＣＷＳＴ、７２ダイン／ｃｍ（７２×１０−５Ｎ／ｃｍ）以上を有する。いくつかの実施形態において、膜は、ＣＷＳＴ、約７５ダイン／ｃｍ（約７５×１０−５Ｎ／ｃｍ）以上を有する。
[0043]膜の表面の特徴は、湿式又は乾式酸化によって、表面にポリマーをコーティング若しくは沈着させることによって、又はグラフト反応によって、（例えば、ＣＷＳＴに影響を及ぼすために、表面電荷、例えば正若しくは負の電荷を含むために、及び／又は表面の極性若しくは親水性を変えるために）改変できる。改変法としては、例えば、照射、極性又は帯電したモノマー、表面を帯電したポリマーでコーティング及び／又は硬化すること、並びに化学修飾を実行して、表面に官能基を付着させることが挙げられる。グラフト反応は、ガスプラズマ、蒸気プラズマ、コロナ放電、熱、ファンデグラーフ起電機、紫外線、電子ビームなどのエネルギー源に、若しくは放射線の多様な他の形態に暴露することによって、又はプラズマ処理を使用する表面エッチング若しくは沈着によって、活性化させてもよい。
[0044]追加的に又は代替方法として、膜は、結果として得られる膜に１つ又は複数の所望の機能及び／又は特徴を付与するために、例えば、膜全体又は膜の一部分（例えば、膜の第１の部分）に、少なくとも１つの構成成分、例えば、以下の１つ又は複数を含むことができる：例えば、炭酸水素ナトリウム又は塩化ナトリウムなどの固体（例えば、浸出させて放出し、細孔をもたらし得る）；静菌若しくは殺菌機能などの抗菌機能を付与するための構成成分（例えば、銀ベースの試薬、例えば硝酸銀を含むことによって）；負電荷（例えば、細菌、哺乳類細胞、遊離核酸、タンパク質（特定のｐＨ環境下）、及びヘパリンなどの薬物などの負に荷電した標的実体を吸着するために）；正電荷（例えば、タンパク質（特定のｐＨ環境下）及びドーパミンなどの薬物などの正に帯電した標的実体を吸着するために）；双性イオン；及び混合電荷などの電荷を付与するための構成成分；キレート化機能を付与するための構成成分（例えば、例えば重金属を吸着するために、ポリアクリル酸、ポリビニルスルホン酸、及びスルホン化ポリスチレンなどのキレート化ポリマーを含むことによって）；デンドリマーを含むもの（例えば、血液試料からの薬物代謝物を含む、薬学的に有効な化合物を結合するためのポリアミドアミン（ＰＡＭＡＭ））；リポソームを含むもの（例えば、例えば膜ベースの薬用皮膚パッチ剤を形成する、薬物などの所望の材料を保有する／送達するため）；並びに機能性ビーズ及び／又はクロマトグラフィー吸着剤、親和性吸着剤（抗体、抗体断片、酵素など、例えば、タンパク質及び／若しくは内毒素などの標的を吸着するため）、活性化吸着剤（活性炭、活性シリカ、及び活性アルミナなど）などの吸着剤を含むもの。１つの部分（例えば、層）の部分としての構成成分（複数可）を含むことによって、所望の機能（複数可）及び／又は特徴（複数可）を、所望であれば、膜全体というよりむしろ膜の所望の部分及び／又は側面に付与することができるのは、有利である。例えば、所望の機能（複数可）及び／又は特徴（複数可）は、処理される流体が最初に接触する膜の部分に局在化し得るか、又は、例えば、処理される流体が最初に接触する膜の部分には、処理される流体に面する膜表面の他の部分より、所望の機能（複数可）又は特徴（複数可）が高度に集中することが可能である。さらに、例えば、流延用溶液は、膜に、１つ若しくは複数の所望の機能又は特徴を付与するために使用できる。
[0045]本発明による少なくとも１つの膜を含む、少なくとも１つのフィルター要素を含む、フィルターを含む、本発明の実施形態において、フィルターは、異なる構造及び／又は機能、例えば、前濾過、支持、ドレイン、スペーシング、及び緩衝の少なくとも１つを有することが可能である、さらなる要素、層、又は構成成分を含むことができる。例示として、フィルターは、メッシュ及び／又はスクリーンなどの少なくとも１つのさらなる要素もまた含むことができる。
[0046]本発明は、デバイス、例えば、筐体に配置される本発明の１つ又は複数の膜を含む、フィルターデバイス、クロマトグラフィーデバイス、及び／又は膜モジュールをさらに提供する。デバイスは、任意の適切な形態であり得る。例えば、デバイスは、実質的に平面、プリーツ状、又はスパイラル状の形態の膜を含む、フィルターエレメントを含むことができる。実施形態において、エレメントは、中空の、略円柱状の形態を有することが可能である。所望であれば、デバイスは、上流及び／若しくは下流の支持又はドレイン層と組み合わせたフィルターエレメントを含むことができる。デバイスは、例えば、多層フィルター要素を形成するため又は膜クロマトグラフィーにおける使用のための膜モジュールなどの、膜モジュールを形成するために積み重ねられた複数の膜を含むことができる。
[0047]フィルターは、複数のフィルターエレメントを含むいくつかの実施形態において、少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を含み、入口と出口との間に少なくとも１つの流体流路を画定する筐体に典型的に配置され、フィルターは、流体流路を横切って存在し、フィルターデバイスを形成する。別の実施形態において、フィルターデバイスは、少なくとも１つの入口並びに少なくとも第１の出口及び第２の出口を含み、入口と第１の出口との間に第１の流体流路及び入口と第２の出口との間に第２の流体流路を画定する筐体を含み、フィルターは、第１の流体流路を横切って存在し、例えば、第１の液体が、入口からフィルター及び第１の出口を通る、第１の流体流路に沿って通過し、第２の流体が、入口から、フィルターを通り抜けずに第２の出口を通る、第２の流体流路に沿って通過するような接線流を可能にする。フィルターカートリッジは、筐体及びエンドキャップを含むことによって構築され、流体シール並びに少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を設けることができる。
[0048]いくつかの実施形態において、フィルターデバイスは、滅菌可能である。少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を設けた、適切な形の任意の筐体が用いられてもよい。筐体は、生体液の処理に適合する、任意の不浸透性熱可塑性材料を含む、任意の適切で固く不浸透性の材料から製作できる。例えば、筐体は、ステンレス鋼などの金属又はポリマーから製作できる。好ましい実施形態において、筐体は、ポリマーであり、いくつかの実施形態において、アクリル、ポリプロピレン、ポリスチレン、又はポリカルボナート化樹脂などの透明又は半透明のポリマーである。かかる筐体は、容易に及び経済的に製作され、筐体を通る流体の通過の観察を可能にする。
[0049]以下の実施例は、本発明をさらに例示するが、もちろん、その範囲を限定するものでは決してないと、理解されるべきである。
実施例１
実施例１
[0050]この実施例は、本発明の実施形態による膜の調製を例示する。
[0051]ＰＥＧ４００ ６７．５７ｇ、ＰＥＧ４００ジメタクリラート（ＰＥＧ ＤＭ）０．６ｇ、ＨＥＭＡ（ヒドロキシルエチルメタクラート）０．１ｇ、トリメチロールプロパントリメタクリラート（ＴＭＰＴＭＡ；Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ）０．１ｇ、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）ジヒドロクロリド（Ｖ５０）（Ｗａｋｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｒｉｃｈｍｏｎｄ、ＶＡ）０．０５ｇ、脱イオン水２．０、ＰＥＳ １２．０ｇ、ＤＭＦ １１．０ｇ、ＮＭＰ ６．６ｇ、及びＰＶＡ繊維０．４ｇからなる第１の溶液を、ナイフギャップ１０ミルを有する第１の流延ナイフを使用して、流延速度１．１インチ／秒で、平面ガラス板に流延する。
[0052]ＰＥＧ４００ ６７．５７ｇ、ＰＥＧ ＤＭ４００ ０．６ｇ、ＨＥＭＡ ０．１ｇ、ＴＭＰＴＭＡ（ＰＴＡ；Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ）０．１ｇ、（Ｖ５０）（Ｗａｋｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｒｉｃｈｍｏｎｄ、ＶＡ）０．０５ｇ、脱イオン水２．０、ＰＥＳ １２．０ｇ、ＤＭＦ １１．０ｇ、ＮＭＰ ６．６ｇからなる第２の溶液を、第２の溶液が厚さ５ミルを有するように、ナイフギャップ１５ミルを有する第２のナイフを使用して、流延速度約１．１インチ／秒で、第１の溶液に、連続的に流延する。２つの流延の間の時間は、約１秒である。温度は、２９．４℃である。
[0053]ガラス板を、気温２１℃、気流速度５フィート／分、相対湿度７０％で、１０分間、環境チャンバーに移動する。ガラス板の温度を、１．３分間、２３．３℃で維持し、次に、３．７分間、４３．３℃に変化させ、次に、１分間、２３．３℃に変化させ、最終的に、４分間３５℃に変化させる。
[0054]湿った膜を、８時間、８０℃の脱イオン水槽に浸し、繊維を浸出させる。
[0055]膜を、脱イオン水で各回１〜３分、３〜５回すすぎ、次に、３０分間、４０％のエタノール中ですすぎ、次に３０分間、８０℃の脱イオン水中ですすぎ、３０分間６５℃のオーブンで乾燥させる。
[0056]膜のＳＥＭ断面図が、図１に示される。図１Ａは、コントロールされた細孔構造の第１のセット（チャネル）及びコントロールされた細孔構造の第２のセットを含む第１の多孔質部分（第１の多孔質部分は、「下層」と表示される）並びにコントロールされた細孔構造の第３のセットを含む対称の第２の多孔質部分（「上層」と表示）を示し、コントロールされた細孔構造の第３のセットの平均孔径は、コントロールされた細孔構造の第２のセットの平均孔径より小さい。膜は、厚さ２００μｍであり、第１の多孔質部分及び第２の多孔質部分は、厚さをそれぞれ、７５μｍ及び１２５μｍ有する。チャネルは、長さ約３９μｍ〜約１４０μｍの範囲にあり、約４μｍ〜約４０μｍの範囲にある直径を有する。
[0057]図１Ｂは、図１Ａに示されるチャネルの図に対して概して垂直なチャネルの図において、別の角度からのチャネルを示す。
[0058]ＣＷＳＴは、約８２〜約８８ダイン／ｃｍの範囲内にある。
実施例２
実施例２
[0059]この実施例は、本発明の別の実施形態による膜の調製を例示する。
[0060]ＰＥＧ４００ ７４．５７ｇ、ＰＥＧ ＤＭ４００ ０．６ｇ、ＨＥＭＡ ０．１ｇ、ＴＭＰＴＭＡ（ＰＴＡ；Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ）０．１ｇ、（Ｖ５０）（Ｗａｋｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｒｉｃｈｍｏｎｄ、ＶＡ）０．０５ｇ、脱イオン水２．０、ＰＥＳ ５．０ｇ、ＤＭＦ １１．０ｇ、ＮＭＰ ６．６ｇ、及びＰＶＡ ０．４ｇからなる第１の溶液を、ナイフギャップ１０ミルを有する第１の流延ナイフを使用して、流延速度１．１インチ／秒で、平面ガラス板に流延する。
[0061]ＰＥＧ４００ ６７．５７ｇ、ＰＥＧ ＤＭ４００ ０．６ｇ、ＨＥＭＡ ０．１ｇ、ＴＭＰＴＭＡ（ＰＴＡ；Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ）０．１ｇ、（Ｖ５０）（Ｗａｋｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｒｉｃｈｍｏｎｄ、ＶＡ）０．０５ｇ、脱イオン水２．０、ＰＥＳ １２．０ｇ、ＤＭＦ １１．０ｇ、ＮＭＰ ６．６ｇからなる第２の溶液を、第２の溶液が厚さ５ミルを有するように、ナイフギャップ１５ミルを有する第２のナイフを使用して、流延速度約１．１インチ／秒で、第１の溶液に、連続的に流延する。２つの流延の間の時間は、約１秒である。温度は、２９．４℃である。
[0062]ガラス板を、気温２１℃、気流速度５フィート／分、相対湿度７０％で、１０分間、環境チャンバーに移動する。ガラス板の温度を、１．３分間、２３．３℃で維持し、次に、３．７分間、４３．３℃に変化させ、次に、１分間、２３．３℃に変化させ、最終的に、４．０分間、３５℃に変化させる。
[0063]湿った膜を、一晩、８０℃の脱イオン水に浸し、繊維を浸出させる。
[0064]膜を、各回１〜３分間で、３〜５回、脱イオン水ですすぎ、次に、３０分間、４０％のエタノール中ですすぎ、次に３０分間、８０℃の脱イオン水中ですすぎ、３０分間、６５℃のオーブンで乾燥させる。
[0065]図２Ｃに示されるＳＥＭは、膜内のチャネルの直径を示す。膜は、対称の部分（第２の多孔質部分）厚さ３０μｍ及び不均一な構造（第１の多孔質部分）厚さ４０μｍを有する。膜は、厚さ７０μｍである。
[0066]膜は、ＣＷＳＴ約８２〜約８８ダイン／ｃｍ、バブルポイント６２．８８ｐｓｉ、及び水流量２７．４ｍｌ．ｍｉｎ−１．ｃｍ−２を有する。
実施例３
実施例３
[0067]この実施例は、本発明の実施形態による（実施例２に記載の通りに調製された）膜のスループットを例示する。
[0068]１％の糖蜜溶液を調製する（糖蜜（ライル黒糖蜜（Ｌｙｌｅ’ｓ ｂｌａｃｋ Ｔｒｅａｃｌｅ）、Ｎｏｔｔｓ、ＵＫ）５グラム、脱イオン水（ＤＩ）４９５グラムに溶解）。膜を試験セル内（孔径０．２μｍと評定された等方性親水性膜上）に置き、試験系をパージし、スループットを、５分間、１０ｐｓｉで測定する。
[0069]膜は、１％の糖蜜のスループット３８ｍＬを有する。
実施例４
実施例４
[0070]この実施例は、本発明の別の実施形態による膜の調製を例示する。
[0071]ＰＥＧ４００ ６９．５７ｇ、ＰＥＧ ＤＭ４００ ０．６ｇ、ＨＥＭＡ ０．１ｇ、ＴＭＰＴＭＡ（ＰＴＡ；Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ）０．１ｇ、（Ｖ５０）（Ｗａｋｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｒｉｃｈｍｏｎｄ、ＶＡ）０．０５ｇ、脱イオン水２．０、ＰＥＳ ９．０ｇ、ＤＭＦ １１．０ｇ、ＮＭＰ ６．６ｇ、及びＰＶＡ ０．４ｇからなる第１の溶液を、ナイフギャップ１０ミルを有する第１の流延ナイフを使用して、流延速度１．１インチ／秒で、平面ガラス板に流延する。
[0072]ＰＥＧ４００ ６７．５７ｇ、ＰＥＧ ＤＭ４００ ０．６ｇ、ＨＥＭＡ ０．１ｇ、ＴＭＰＴＭＡ（ＰＴＡ；Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ）０．１ｇ、（Ｖ５０）（Ｗａｋｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｒｉｃｈｍｏｎｄ、ＶＡ）０．０５ｇ、脱イオン水 ２．０、ＰＥＳ １２．０ｇ、ＤＭＦ １１．０ｇ、ＮＭＰ ６．６ｇからなる第２の溶液を、第２の溶液が厚さ５ミルを有するように、ナイフギャップ１５ミルを有する第２のナイフを使用して、流延速度約１．１インチ／秒で、第１の溶液に、連続的に流延する。２つの流延の間の時間は、約１秒である。温度は、２９．４℃である。
[0073]ガラス板を、気温２１℃、気流速度５フィート／分、相対湿度７０％で、１０分間、環境チャンバーに移動する。ガラス板の温度を、１．３分間、２３．３℃で維持し、次に、３．７分間、４３．３℃に変化させ、次に、１分間、２３．３℃に変化させ、最終的に、４．０分間、３５℃に変化させる。
[0074]湿った膜を、一晩、８０℃の脱イオン水に浸し、繊維を浸出させる。
[0075]膜を、各回１〜３分間で、３〜５回、脱イオン水ですすぎ、次に、３０分間、４０％のエタノール中ですすぎ、次に３０分間、８０℃の脱イオン水中ですすぎ、３０分間、６５℃のオーブンで乾燥させる。
[0076]膜のＳＥＭ断面図が、（第１の多孔質部分中の絡まったチャネルもまた示す）図２Ａ及び２Ｂに示され、図２Ａは、チャネルが、少なくとも約４の長さ対直径のアスペクト比を有することを示す。図２Ｂは、対称の部分（第２の多孔質部分）厚さ５０μｍ及び不均一な構造（第１の多孔質部分）厚さ２００μｍを示す。膜は、厚さ２５０μｍである。図２Ｂは、図２Ａに示されるチャネルの図に対して概して垂直なチャネルの図もまた示す。
[0077]膜は、ＣＷＳＴ約８２〜約８８ダイン／ｃｍ及び水流量１９．５ｍＬ．ｍｉｎ−１．ｃｍ−２を有する。
実施例５
実施例５
[0078]この実施例は、本発明の実施形態による（実施例４に記載の通り調製された）膜のスループットを例示する。
[0079]１％の糖蜜溶液を調製する（糖蜜（ライル黒糖蜜（Ｌｙｌｅ’ｓ ｂｌａｃｋ Ｔｒｅａｃｌｅ）、Ｎｏｔｔｓ、ＵＫ）５グラム、脱イオン水（ＤＩ）４９５グラムに溶解）。膜を試験セル内（孔径０．２μｍと評定された等方性親水性膜上）に置き、試験系をパージし、スループットを、５分間、１０ｐｓｉで測定する。
[0080]膜は、１％の糖蜜のスループット約４７ｍＬを有する。
[0081]本明細書に引用される出版物、特許出願、及び特許を含む、全ての参考文献は、それぞれの参考文献が参照によって組み込まれることを個別及び詳細に指示され、本明細書に全体として記述される場合と同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
[0082]本発明を説明する文脈における（特に、以下の特許請求の範囲の文脈における）用語「ａ」及び「ａｎ」及び「ｔｈｅ」及び「少なくとも１つ」及び同様の指示語の使用は、本明細書に別段の指示がない又は文脈により明確に矛盾しない限り、単数と複数の両方を網羅すると理解されるべきである。１つ又は複数の項目のリストの前に来る用語「少なくとも１つの」の使用（例えば、「少なくとも１つのＡ及びＢ」）は、本明細書に別段の指示がない又は文脈により明確に矛盾しない限り、リスト項目から選択される１項目（Ａ若しくはＢ）又はリスト項目の２つ以上の任意の組合せ（Ａ及びＢ）を意味すると理解されるべきである。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含有する」は、別段の記述がない限り、制約がない用語（すなわち、「含むが、限定されない」を意味する）として理解されるべきである。本明細書の値の範囲の記述は、本明細書に別段の指示がない限り、範囲内にあるそれぞれの別々の値に個別に言及する簡便な方法として役立つことを単に意図され、それぞれの別々の値は、その値が、あたかも本明細書に個別に記述されているかのごとく、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載される全ての方法は、本明細書に別段の指示がない又は文脈により明確に矛盾しない限り、任意の適切な順序で実施できる。本明細書に提供された任意の及び全ての例、又は例示の言葉（例えば「など」）の使用は、本発明をより明らかにすることを単に意図し、別段の請求がない限り、本発明の範囲に限界を設けるものではない。本明細書のいかなる言語も、本発明の実践に必須であるようないずれかの非請求要素を示すと、理解されるべきでない。
[0083]本発明の好ましい実施形態は、本発明を実行するための、本発明者らにとって既知の最良の方法を含み、本明細書に記載される。それらの好ましい実施形態の変形形態は、先行の記載を読むことで、当業者にとって明白になり得る。本発明者らは、当業者が適切に変形形態を使用することを予期し、本発明者らは、本明細書に詳細に記載されているのとは別法で、本発明が実践されることを意図する。したがって、本発明は、適用法の許す、本明細書に添付の特許請求の範囲に記述される主題の全ての修正例及び均等物を含む。さらに、全てのあり得る変形形態における上に記載された要素の任意の組み合わせは、本明細書に別段の指示がない又は文脈により明確に矛盾しない限り、本発明によって包含される。
Claims (12)
- （ａ）第１の微多孔質表面、
（ｂ）第２の微多孔質表面、及び
（ｃ）前記第１の表面と前記第２の表面との間のバルク
を含むポリマー微多孔膜であって、
前記バルクが、前記第１の微多孔質表面を含む第１の多孔質部分、及び前記第２の微多孔質表面を含む第２の多孔質部分を含み、
（ｉ）前記第１の部分が、異なるコントロールされた細孔構造の少なくとも第１及び第２のセットを含み、コントロールされた細孔構造の前記第１のセットが、チャネルを有し、
（ｉｉ）前記第２の部分が、コントロールされた細孔構造の第３のセットを含み、前記細孔構造の第３のセットが、前記第２のセットより小さい平均孔径を有する、
ポリマー微多孔膜。 - 前記膜が、互いに一体化して結合している少なくとも第１及び第２の層を含み、前記第１の層が、前記第１の多孔質部分を含み、前記第２の層が、前記第２の多孔質部分を含む、請求項１に記載の膜。
- 前記第１の部分が、コントロールされた細孔構造の少なくとも１つの追加のセットを含み、前記追加のセットが、前記第２のセットより小さい平均孔径を有する、請求項１又は２に記載の膜。
- 前記コントロールされた細孔構造の第１のセットが、繊維を導入し、前記繊維を浸出させ、前記第１の多孔質部分を形成することによって調製される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜。
- 前記チャネルが、少なくとも約４の長さ／直径のアスペクト比を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の膜。
- 前記チャネルが、約５〜約２０の範囲の長さ／直径のアスペクト比を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の膜。
- 前記コントロールされた細孔構造の第２のセットが、約０．５μｍ〜約１０μｍの範囲の平均孔径を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の膜。
- 前記コントロールされた細孔構造の第３のセットが、約０．１μｍ〜約２μｍの範囲の平均孔径を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の膜。
- 前記コントロールされた細孔構造の第３のセットが、細菌を遮断する孔径を有する、請求項８に記載の膜。
- 前記コントロールされた細孔構造の追加のセットが、約０．３μｍ〜約５μｍの範囲の平均孔径を有する、請求項３〜９のいずれか一項に記載の膜。
- 流体を濾過する方法であって、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の膜を通して前記流体を通過させるステップを含む方法。
- （ａ）支持体に、繊維を含む第１のポリマー溶液を流延するステップ、
（ｂ）前記第１の溶液に、第２のポリマー溶液を流延するステップであって、前記第２のポリマー溶液が、第１の溶液に存在する前記繊維を含有しない、ステップ、
（ｃ）前記第１の溶液と前記第２の溶液の相分離を引き起こすステップ、及び
（ｄ）前記繊維を除去して、ポリマー膜を生成するステップ
を含む、ポリマー膜を調製する方法。
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