JP2023530938A - イオン交換膜、フィルタ及び方法 - Google Patents

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Abstract

多孔質ポリマー膜と、膜の表面にイミダゾールイオン交換基とを含むイオン交換膜；イオン交換膜及び該イオン交換膜を含むフィルタ；並びに液体から荷電生体分子を分離するためにイオン交換膜及びフィルタを使用する方法が開示される。【選択図】図１Ａ

Description

以下の説明は、多孔質ポリマーベースと、多孔質ポリマーベースに結合したイミダゾールイオン交換基とを含むイオン交換膜；イオン交換膜及び該イオン交換膜を含むフィルタ；並びに液体から（限定されないが）プラスミドＤＮＡなどの荷電生体分子を分離するためにイオン交換膜及びフィルタを使用する方法に関する。
ＤＮＡ、例えばプラスミドＤＮＡ（「ｐＤＮＡ」）などの荷電生体分子の精製は、典型的にはイオン交換クロマトグラフィーによって行われる。しかしながら、クロマトグラフィー樹脂は、アクセス性の低さ、質量輸送の遅さ、結合容量の低さを呈し得る。さらに、クロマトグラフィーカラムに充填、洗浄、検証することは、労働及び時間集約的である。
以下の説明は、ＤＮＡ（例えば、プラスミドＤＮＡ）、タンパク質、核酸、エンドトキシン、ウイルスなどの荷電生体分子を吸着するのに十分な大きさの細孔を有する単回使用（使い捨て）の高対流性イオン交換膜を提供することによって、クロマトグラフィー樹脂を含む以前の精製方法の制限に対処するイオン交換膜及び関連する方法を含む。多孔質膜は、膜への分子の良好なアクセス性のための高い表面積、及び高い結合容量を有する。
本明細書は、改善されたイオン交換膜及び関連する方法に関し、膜は、例えばｐＨに基づいて荷電生体分子を選択的に吸着し、続いて放出（脱着）するのに有効である。膜は、多孔質ポリマー膜の表面に位置する荷電イミダゾール基の形態のイオン交換基を含む。イオン交換膜は、使用及び再使用することができる、又は使い捨てであり得る「シート」又は「フィルム」の形態である。使い捨て設計は、より速いセットアップ時間、柔軟な処理、及び容易な取り扱いをもたらす。表面積及び孔径を含む最適化された膜形態は、利用可能な表面積への曝露の増強及び標的分子としての荷電生体化合物に対するより大きな結合容量のために、液体媒体からの生体分子（例えば、プラスミドＤＮＡ）のより効率的な分離及び収集を可能にする。従来のクロマトグラフィー樹脂床技術は、本明細書に記載の方法の効率を達成しない。
本明細書で使用される場合、「標的」分子などの用語は、液体中の他の分子から望ましく分離された液体の分子を指す。生体液は、プラスミドＤＮＡ、ＲＮＡ、リポ多糖、タンパク質、及びゲノムＤＮＡを含む複数の異なる荷電生体分子を含有し得る。分離プロセス又は精製プロセスでは、これらのいずれか１つが標的分子であればよく、他のすべての荷電分子は非標的分子又は「不純物」であると考えられる。生体液（又は他の液体）に含有される特定の荷電生体分子は、選択された（標的）荷電生体分子の商業的重要性又は価値の高さなどの様々な要因に基づいて、流体中の他の荷電生体分子よりも標的分子として選択され得る。様々な例において、プラスミドＤＮＡは、ＲＮＡ、リポ多糖、タンパク質及びゲノムＤＮＡを含み得る非標的分子と比較して、生体液中の標的分子として選択され得る。本明細書の他の例示的な方法によれば、ＲＮＡ分子、リポ多糖、タンパク質又はゲノムＤＮＡなどの異なる荷電生体分子を標的分子として選択することができる。
また、記載の方法によれば、膜に吸着するために選択される荷電生体分子は、標的分子であってもよく、又は非標的分子であってもよい。記載の膜は、液体中に存在する複数の荷電生体分子の混合物の中から、液体中に含有される１つ又は複数の荷電生体分子を選択的に吸着するために使用されてもよく、混合物は標的分子及び非標的分子の両方を含む。特定の例として、膜を使用して、様々な荷電生体分子（例えば、ＲＮＡ、リポ多糖及びゲノムＤＮＡなどの「不純物」）の混合物内にプラスミドＤＮＡを含有する生体液に含有されるプラスミドＤＮＡを、不純物を吸着することなく選択的に結合（選択的に吸着）することができる。不純物は膜を通過するが、プラスミドＤＮＡは膜に吸着し、続いて脱着（溶出）して収集することができる。他の例によれば、膜を使用して、プラスミドＤＮＡを結合（吸着）することなく、プラスミドＤＮＡ以外の荷電生体分子（例えば、ＲＮＡ、リポ多糖、タンパク質及びゲノムＤＮＡなどの「不純物」に結合する）を選択的に結合（選択的に吸着）することができる。プラスミドＤＮＡは膜を通過し、収集することができる。
多孔質膜の表面には、荷電生体分子を選択的に吸着及び放出するのに有効な荷電イミダゾールイオン交換基が含まれる。単一の特定の例によれば、本開示の例示された膜は、生体液中のＲＮＡ、リポ多糖、タンパク質、及びゲノムＤＮＡなどの「不純物」よりも、プラスミドＤＮＡの選択的結合に有効であり得る。イミダゾールは、約５．２のｐＫａを有する独特の官能基である。記載の膜は、ｐＨ依存性及び一過性の表面電荷密度、例えば、５．２未満の範囲のｐＨでの正電荷及び５．２を超える範囲のｐＨでの中性電荷を示すイミダゾール基を有する。イミダゾール官能基の一過性の表面電荷密度は、液体媒体からの生体分子の所望の分離、並びにその後の様々なｐＨ条件の導入時の分子の放出及び収集を可能にする。酸性条件下では、膜表面は主に正に荷電しており、静電相互作用を介してプラスミドＤＮＡ分子などの荷電生体分子に結合することができる。塩基性条件では、イミダゾール基は脱プロトン化し、荷電生体分子（例えば、プラスミドＤＮＡ分子）とイミダゾール基との静電錯体を排除し、クロマトグラフィー樹脂床と比較して有意に低いイオン強度で荷電生体分子（例えば、プラスミドＤＮＡ分子）の選択的放出をもたらす。
一態様では、本発明は、イミダゾールイオン交換基を含有する多孔質イオン交換膜シートを使用して、液体から荷電生体分子を分離する方法に関する。この方法は、荷電生体分子を含有する液体を、多孔質ポリマーシートと、多孔質ポリマーシートの表面にイミダゾールイオン交換基とを含む多孔質イオン交換膜と、荷電生体分子をイオン交換膜に吸着させる吸着条件で接触させることを含む。その後、膜を高いｐＨ値に導入することにより、荷電生体分子が放出され、荷電生体分子を濃縮形態で収集することが可能になる。さらに、膜の物理的特性は、荷電イミダゾールイオン交換基への生体分子の接触及び曝露に影響を及ぼし、膜への分子の引力を増強し得る。
別の態様では、本発明は、膜の表面にイミダゾールイオン交換基を含む多孔質イオン交換膜であって、イミダゾールイオン交換基の電荷がｐＨ依存性であり、５．２未満の範囲のｐＨで正電荷を示し、５．２を超える範囲のｐＨで中性電荷を示す、多孔質イオン交換膜に関する。
さらに別の態様では、本発明は、ポリマー多孔質膜ベースの表面にグラフト化されたイミダゾールイオン交換基を含有する多孔質イオン交換膜を調製する方法に関する。この方法は、多孔質ポリマー膜の表面にイミダゾールイオン交換基を化学的に結合させることを含む。
さらに別の態様では、本発明は、ポリマー多孔質膜ベースと、該ベースの表面にイミダゾールイオン交換基を含有する架橋ポリマーネットワークとを含有する多孔質イオン交換膜を調製する方法に関する。この方法は、ビニルイミダゾール及び架橋剤を含むコーティング組成物をベースの表面に配置することと、ビニルイミダゾール及び架橋剤を反応させて表面に架橋ポリマーネットワークを形成することとを含む。
記載の例示的なフィルタ製品及び方法を示す。 記載の別の例示的なフィルタ製品及び方法を示す。 膜の電荷密度を測定する方法のための、染料の重量パーセントに対する染料溶液吸光度の表を示す。
以下の説明は、多孔質イオン交換膜；イオン交換膜を含む製品；及び荷電生体分子を含有する液体からＤＮＡ、例えばプラスミドＤＮＡなどの荷電生体分子を分離するなどのためにイオン交換膜を使用する方法に関する。
多孔質イオン交換膜は、多孔質ポリマー膜の表面にイミダゾールイオン交換基が結合した多孔質ポリマー膜を含む。イミダゾールイオン交換基は、荷電生体分子の選択的結合及び脱結合（「溶出」）のために、ｐＨに基づいて荷電することができる。イミダゾールイオン交換基は、約５．２のｐＫａに起因して、プラスミドＤＮＡなどの荷電生体分子の精製に独特に有効である。イミダゾールイオン交換基は、ｐＨ依存性及び一過性の表面電荷密度を提供する。酸性条件下では、イミダゾール基は主に正電荷を示し、静電相互作用を介してプラスミドＤＮＡなどの荷電生体基に結合することができる。一方、イミダゾール基は塩基性条件下で脱プロトン化し、クロマトグラフィー樹脂床と比較して、より良好な収率及び有意に低いイオン強度で、静電錯体の破壊及びその後の荷電生体分子（例えば、プラスミドＤＮＡ）の放出をもたらす。
多孔質ポリマー膜は、好ましくは、２つの対向する主面及び２つの表面間の厚さを含む「シート」又は「フィルム」の形態である。シートは、平らに置かれたとき、実質的に平面であり、実質的に均一な厚さを有する。平面シート膜は、長さ及び幅寸法に延在し、第３の寸法の厚さによって分離された２つの対向する主面を画定すると考えることができる。シートは、好ましくは、長さ及び幅寸法にわたって比較的均一な厚さを有し得る。記載の「膜」は、イオン交換媒体の異なる形態である、多孔質ポリマー樹脂粒子の集合体などの微粒子の形態ではない。記載の「膜」はまた、「膜」と比較して実質的に大きな厚さ寸法を有する多孔質クロマトグラフィー媒体の異なる形態である「モノリス」クロマトグラフィー装置とは異なる。
膜は、液体からの荷電生体分子の分離及び収集に影響を及ぼす物理的特性を有し、生体分子のイミダゾールイオン交換基への曝露時間及び接触を増強し得るポリマー多孔質膜ベースから作製される。多孔質ポリマー膜ベースは、多孔度、孔径及び厚さを含む所望の物理的特徴を提供するように選択され得る。
記載の有用な膜の１つの特性は、染料結合容量の技術によって測定することができる電荷密度であり、膜の単位面積当たりの特定の官能基の量（質量で、例えばグラムで）を、例えば、１平方センチメートル当たりのマイクログラムの尺度として測定するための様々なそのような技術が知られている。測定技術は、一般に、膜の表面のイオン交換基に引きつけられる既知量の染料を含有する染料溶液に膜を曝露することによって行われる。負に荷電した染料は、正に荷電したイオン交換基に結合する。染料がイオン交換基に結合される前後に、関連する紫外線波長に対する染料溶液の吸光度が測定される。膜への曝露前後の染料溶液の吸光度の差は、膜表面のイオン交換基の量に関連し得る。有用な又は好ましい膜によれば、染料結合技術によって測定される膜の電荷密度は、３００マイクログラム／平方センチメートルまでの範囲、例えば１０～９０マイクログラム／平方センチメートル、又は２０～７０マイクログラム／平方センチメートルであり得る。
膜は、膜が本明細書の方法に従って機能することを可能にする任意の厚さを有することができる。有用な又は好ましい厚さは、５～３００ミクロン、例えば１０又は２０～５０、１００、又は２００ミクロンの範囲であり得る。
多孔質膜は、荷電生体分子を含む液体からＤＮＡ、例えばプラスミドＤＮＡなどの荷電生体分子を分離（選択的に吸着及び放出）するために、膜が本明細書に記載のように有効であることを可能にする任意の多孔度を有し得る。例示的な多孔質膜は、２０～９５パーセントの範囲にわたる多孔度、例えば６０～９０パーセント（体積）の範囲の多孔度を有し得る。本明細書で使用される場合、及び多孔質膜の技術分野では、多孔質膜の「多孔度」（空隙率と呼ばれることもある）は、膜の総体積のパーセントとしての膜内の空隙（すなわち、「空の」）空間の尺度であり、膜の総体積に対する膜の空隙の体積の割合として計算される。０パーセントの多孔度を有する物体は完全に固体である。
有用な多孔質膜の例は、ミクロ多孔質膜又はマクロ多孔質膜のいずれかと考えられるサイズ（平均孔径）の細孔を有し得る。例示的な孔径（平均孔径）は、０．２～１０ミクロンの範囲であり得る。孔径は、多孔質材料の平均孔径として報告されることが多く、これは、水銀ポロシメトリー（ＭＰ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、液－液置換ポロシメトリー（ＬＬＤＰ）又は気－液置換ポロシメトリー（ＡＬＤＰ）などの公知の技術によって測定することができる。
膜は、開孔セル状構造、フィラメント状、不織布（例えば、電界紡糸ナノファイバー膜）、又は別の有効な多孔質構造を有し得る。
多孔質ポリマー膜ベースのポリマーは、膜の表面に化学的に結合したイミダゾールイオン交換基を有することができるものであればよい。様々な異なるポリマー（すなわち、「ベースポリマー」）が多孔質ポリマーフィルタ膜を形成するために利用可能であり、特定の例としては、非フッ素化ポリマー、例えばポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリハロオレフィン）、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、同様にフルオロポリマー、並びに他の一般的及び特定の種類の有用なポリマーが挙げられる。
適切なポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン（例えば、超高分子量ポリエチレン（ＵＰＥ））、ポリプロピレン、アルファ－ポリオレフィン、ポリ－３－メチル－１－ブテン、ポリ－４－メチル－１－ブテン、及び、エチレン、プロピレン、３－メチル－１－ブテン、又は４－メチル－１－ブテンと互いに又は少量の他のオレフィンとの共重合体が挙げられ、ポリハロオレフィンの例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオリド、並びにこれら及び他のフッ素化又は非フッ素化モノマーの共重合体が挙げられる。ポリエステルの例としては、ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレート、並びに関連共重合体が挙げられる。
イミダゾールイオン交換基は、多孔質ポリマー膜の表面に任意の有効な形態で存在することができ、任意の有効な方法によって、例えば、多孔質膜のベースポリマーにイミダゾールイオン交換基を化学的に結合させるグラフト化技術によって、又は多孔質膜の表面にイミダゾールイオン交換基を含有する架橋ポリマーネットワークを形成する技術によって、表面に配置することができる。
グラフト化技術によれば、イミダゾール基は、多孔質膜を形成するポリマー材料のポリマー鎖の炭素原子、すなわち膜を構成するベースポリマーに化学的に結合（すなわち、グラフト化され、共有結合的に化学的に結合される）することができる。例えば、膜がポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）から作製される場合、イミダゾールイオン交換基は、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）の直鎖炭素骨格の炭素原子に化学的に結合する。イミダゾール基は、ビニルイミダゾールモノマーとベースポリマーとのＵＶ開始反応、及び場合により１つ以上のコモノマーの存在下でのビニルイミダゾールモノマーの重合を含む化学反応によって膜のベースポリマーの炭素原子に結合して、ビニルイミダゾールモノマーを膜のポリマー材料に、例えばポリマー骨格において化学的に結合させることができる。ビニルイミダゾールモノマー及び任意選択のコモノマーは、ベースポリマーの炭素原子に結合した側鎖を形成する。側鎖は、ポリマー骨格の炭素と側鎖の第１のイミダゾール基との間の二価の連結基を含む。好ましい二価の連結基は、苛性条件下でイミダゾールの安定性をもたらすもの、例えば、二価のメチレン基、すなわち－ＣＨ２－などの二価のアルキレン基であり得る。
側鎖の長さ（すなわち、側鎖のビニルイミダゾールモノマー及び任意選択のコモノマーの数）は、任意の有用な長さ、例えば５～１０００個のモノマー、又は１０～１００若しくは５００個のモノマーであり得る。
側鎖及び骨格への結合の一例は、式１の構造を有することができる。
Figure 2023530938000002
図示のように、式１の側鎖は、ビニルイミダゾールモノマーのみに由来する。他の例では、側鎖は、ビニルイミダゾールと、ビニルイミダゾールモノマー間の側鎖の一部になる１つ以上のコモノマーとに由来し得る。適切なコモノマーの例としては、Ｎ－［２－（ジメチルアミノ）エチル］アクリルアミド及びＮ－［２－（ジエチルアミノ）エチル］アクリルアミドが挙げられる。
多孔質膜の表面に架橋ポリマーネットワークコーティングを形成する技術によれば、ポリマーネットワークは、ビニルイミダゾール及び架橋剤、例えば二官能性アクリレート化合物（例えば、メチレン－ビスアクリルアミド（ＭＢＡＭ））などの二官能性架橋分子を含むモノマーから形成され、これらはＵＶ照射及びＵＶ開始剤の存在下で反応して重合架橋コーティングを形成する。
イミダゾール基を含有する架橋ポリマーネットワークコーティングは、コーティング又はイミダゾール基が膜のポリマーに化学的に結合することなく、膜の表面上に形成される。しかしながら、イミダゾール基と、イミダゾール基が化学的に結合した架橋ポリマーネットワークのポリマーとの間の結合は、イミダゾール基とポリマーネットワークの炭素原子との間の直接結合である。イミダゾール含有架橋ポリマーネットワークの構造を式２として示す。
Figure 2023530938000003
式２は、架橋ポリマーネットワークコーティングのポリマーのみを示す。図示した架橋ポリマーネットワークがコーティングされた多孔質膜のベースポリマーは図示されていない。
式１のグラフト化ポリマー構造のイミダゾールイオン交換基及び式２のポリマー架橋ネットワークコーティングのイミダゾールイオン交換基は両方とも、記載の方法に従って、記載の多孔質イオン交換膜の一部として使用される場合、有用又は有利な有効性及び安定性を示す。これらのポリマー構造は、膜表面上に有用又は有利なレベルの電荷密度を生成することができる。
さらに、及び有利には、式１及び式２のイミダゾールイオン交換基は、苛性洗浄サイクルを含む複数の使用サイクルにわたる荷電分子の吸着及び脱着サイクル中に比較的良好な安定性を示すことができる。式１及び式２のイミダゾールイオン交換基は、アルカリ性（苛性、塩基性）ｐＨで行われる任意のプロセス工程中に比較的高い化学安定性を示すことができる。イミダゾール基のポリマー（式１のベースポリマー、又は式２の架橋ポリマーネットワークコーティング）への結合は、塩基性条件に曝露した場合に実質的に安定である。
膜を再び使用して荷電分子を吸着することができるように、膜の表面から荷電分子を除去するなど、洗浄のための膜の処理中に塩基性条件を使用することができる。膜を再使用するために行われるこの種の「洗浄」工程は、膜を水酸化ナトリウム溶液又は別の塩基性（苛性）溶液で洗浄することによって行われることがある。このようにして膜を洗浄した場合、ポリマーの炭素原子とイミダゾール基の窒素原子との間の直接結合によって、又は記載のようにメチレン基などのアルキレン基を介して結合しているイミダゾールイオン交換基は、膜の表面に残ることに関して実質的に安定である。比較のために、異なる二価の連結基、例えば、連結エステル（Ｒ－Ｏ－Ｃ（Ｏ）－（イミダゾール窒素））（以下の式３を参照されたい）を介して結合しているイミダゾールイオン交換基は、塩基性条件に曝露された場合、はるかに容易に除去され得る、すなわち、はるかに「苛性安定性」が低い。
ポリマー（Ｒで示される）とイミダゾール基との間にエステル（－Ｏ－Ｃ（Ｏ）－）結合を含有する式３は、苛性洗浄工程で経験するような苛性条件に対して安定性が低い。
Figure 2023530938000004
膜は、荷電標的分子と他の非標的分子（例えば、「不純物」）との組み合わせを含有する液体から標的又は非標的分子を除去するために、標的荷電生体分子、非標的荷電生体分子、又は標的荷電生体分子と非標的荷電生体分子との組み合わせのうちの１つ又は組み合わせを選択的に吸着し、場合により選択的に脱着する（「溶出する」）のに有用であり得る。吸着後、荷電標的分子又は非標的分子を脱着することができる。標的分子と非標的分子との両方の組み合わせが吸着される場合、標的分子又は非標的分子のいずれかを選択的に脱着することができる。
１つの具体的な方法によれば、膜を使用して、非標的分子を吸着することなく、所望の標的分子を最初に選択的に吸着することができる。次いで、吸着した標的分子を溶出し、最初の液体中に見られた不純物を含まずに濃縮形態で収集することができる。
代替の方法では、膜を使用して、所望の標的分子を吸着することなく、非標的分子である荷電生体分子の１つ又は組み合わせを選択的に吸着することができる。吸着された非標的荷電生体分子は膜表面に残るが、所望の標的分子は膜を通って流れ、吸着された非標的分子から分離して収集及び回収することができる。この方法では、膜は非標的分子のみを選択的に除去し、標的分子は膜を通過する。
さらに別の方法では、膜を使用して標的分子と非標的分子との両方の組み合わせを吸着し、続いて標的分子又は非標的分子のいずれかを選択的に脱着し、その結果、標的分子を非標的分子から分離することができる。吸着後、選択的脱着を用いて、標的分子又は非標的分子のいずれかを脱着することができる。
膜からの選択された分子の脱着は、脱着溶液の特徴、例えば、脱着溶液の組成（例えば、界面活性剤又はイオン化合物を添加することによる）、塩分濃度、ｐＨ、又は導電率などを含む化学的又は物理的特徴を選択することによって達成することができる。脱着はまた、脱着溶液の滞留時間によって制御することができ、これは異なるサイズの生体化合物（例えば、ＲＮＡ対ＤＮＡ）に対して調整することができる。この方法では、膜は、標的分子のみ又は非標的分子のみの特異的脱着を選択的に可能にして、標的分子を非標的分子から分離する。非標的分子のみが脱着される場合、標的分子は膜上に残り、その後、非標的分子を脱着する工程の後に、別個の脱着工程において脱着され得る。
記載の方法によれば、回収され得る所望の標的分子の量は、有用であり得る任意の量であり得る。有用な量は、標的分子の種類、特に標的分子の価値に依存し得る。回収された標的分子の有用な量は、脱離することによって収集される、膜に吸着された標的分子の量（パーセント）として測定することができ、回収された標的分子のパーセントは、脱着前に膜上に最初に吸着された標的分子の総量に対する、膜上に吸着され、次いで脱着された標的分子の量である。これに基づいて、記載の方法によって達成され得る回収された標的分子の有用な量の例は、最初に膜に吸着した標的分子の総量の少なくとも１０、４０、５０、７０、又はさらには８０又は９０パーセントの脱着であり得る。
荷電生体化合物（例えば、標的分子及び非標的分子）を含有する液体は、任意の供給源に由来し、少なくとも１つの所望の標的生体分子を含有する液体であり得る。液体の例は、例えば細菌細胞のアルカリ溶解によって、生体分子を含有する細菌細胞に由来し得る。アルカリ溶解法は、ある量の標的分子並びにＲＮＡ及び細菌エンドトキシンなどの不純物を含有する生体液を提供し得る。本明細書に記載の方法は、ＲＮＡ及びエンドトキシンなどの非標的分子を吸着することなく、しばしばプラスミドＤＮＡであり得る標的生体化合物を選択的に吸着することができる。次いで、吸着された標的分子を精製濃縮形態で溶出することができる。あるいは、方法は、プラスミドＤＮＡを吸着せずに非プラスミドＤＮＡ（又は他の非標的）分子を吸着し得る。吸着されていないプラスミドＤＮＡ又は他の標的分子は、吸着されることなく膜を通過し、収集することができる。別の選択肢として、本方法は、標的分子を含む荷電分子の組み合わせを吸着することができ、脱着工程が、本明細書中に記載のように、標的分子又は非標的分子のいずれかを選択的に脱着させて、標的分子を非標的分子から分離することができる。
有用な又は好ましい方法では、標的分子及び非標的不純物を含有する生体液を、酸性条件などの吸着条件で記載のイオン交換膜と接触させる。吸着条件は、約６未満、例えば約４．５～約５．５の範囲のｐＨであり得る。吸着条件は、荷電生体分子を膜表面上のイオン交換基に吸着させる。所望により、標的分子、非標的分子、又はその両方は、イミダゾールイオン交換基に静電的に引きつけられることによってイオン交換膜に吸着される。
吸着に続いて、膜は残りの生体液から除去され、特に膜が吸着された標的分子を含有する場合、吸着された荷電生体分子を放出するように、標的分子とイミダゾールイオン交換基との間の静電引力を破壊する溶出条件に曝露される。膜がその表面に吸着した荷電分子を含有している間に、膜を、約７を超えるｐＨ、例えば、約７．５～約９．５の範囲のｐＨを有する脱着溶液と接触させることによって、有用な又は好ましい溶出条件が達成され得る。
場合により、標的分子又は非標的分子のいずれかの選択的脱着を達成するために、脱着工程は、脱着溶液の特徴、例えば、組成（例えば、界面活性剤又はイオン化合物を添加することによる）、塩分濃度、ｐＨ、又は導電率などを含む化学的又は物理的特徴を選択することによって制御することができる。選択的脱着はまた、脱着溶液の滞留時間を選択することによって達成することができ、これは異なるサイズの生体化合物に対して調整することができる。
イオン膜から吸着分子を溶出するための特定の以前の技術はまた、膜が吸着された荷電分子を含有する場合、塩又は塩の混合物を含有する脱着溶液に膜を曝露し、それによって吸着された荷電分子を脱着させる工程を含み得るか、又は必要とし得る。塩の存在により、脱着溶液は増加した導電率を示す。そのような脱着溶液の例は、５０ｍＭのトリス及び１．５Ｍの塩化ナトリウム、又は別の塩若しくは塩の混合物を含有して、溶出溶液が４０～１２０ミリジーメンス／センチメートルの範囲の導電率を有するようにしてもよい。
本明細書の方法は、（吸着された荷電分子を含有する）膜を、塩を含有し、この範囲の導電率を有する脱着溶液と接触させる工程を可能にし、その工程から利益を得ることができるが、記載の例示的な方法では、塩を含有し、塩の存在に起因して導電率が増加した脱着溶液と記載の膜を接触させる工程は、必要とされない。本明細書の特定の例示的な方法によれば、膜が吸着された荷電分子を含有する場合、溶出をもたらす塩を含有する脱着溶液と膜を接触させる工程は必要ではなく、具体的に回避又は排除することができる。
塩を含有し、溶出を促進する導電率を有する脱着溶液と膜を接触させる任意選択の工程は、典型的には、低ｐＨ溶液と膜を接触させる溶出工程とは別個であり、それに加えて追加される工程である。塩を用いて脱着する追加の工程は、回避される場合、液体から所望の標的分子を分離するプロセスの全体的な複雑さ及びコストを有利に低減する。
多孔質膜は、記載の膜を含む濾過システムに用いられる、生体液から標的分子を吸着及び脱着（溶出）させるのに有効なフィルタ又はフィルタカートリッジなどのフィルタ本体内に収容することができる。濾過システムは、例えばフィルタ本体又はフィルタカートリッジの一部として、液体の流路内に膜を吸着条件で配置して、液体を膜を通って流れさせて、液体中の荷電生体分子を膜に吸着させる。フィルタ本体又はフィルタカートリッジの構造は、フィルタ内の膜を支持して流体をフィルタ入口から膜を通ってフィルタ出口を通って流れさせ、それによってフィルタ本体を通過するときに膜を通過させる様々な追加の材料及び構造の１つ以上を含むことができる。フィルタ本体によって支持された膜は、任意の有用な形状、例えば、ひだ付きシリンダ、円筒形パッド、複数の「積層」膜、又はより多くのひだなし（平らな）円筒形シート、ひだ付きシートなどであり得る。
フィルタ本体に含まれる膜の一例を図１Ａ及び図１Ｂに示す。図示のように、フィルタ１００は、入口１０６、出口１０８、及び膜１０４を含む内部を画定する本体１０２を含む。入口１０６を通過する液体は、出口１０８を出る前に膜１０４を通過しなければならない。
使用時には、標的分子及び不純物を含有する生体液１１０が、酸性ｐＨなどの吸着条件で入口１０６に通される。液体１１０が膜１０４を通過する際、生体液に含有される標的分子は、膜１１４の表面上のイミダゾールイオン交換基に吸着する。液体１１０中の非標的分子は吸着されない。標的分子の量が低減した生体液１２０は、出口１０８を通過することによって本体１０２を出る。液体１１０は、所望の量の標的分子を膜１０４上に吸着させる量でフィルタ１００を通過する。
その後の工程では、図１Ｂに示すように、吸着された標的分子は、脱着溶液１３０を入口１０６に通過させ、脱着溶液を膜１０４に通過させることによって膜１０４から溶出される。脱着溶液１３０は、吸着された標的分子を膜１０４から放出するのに十分に高いｐＨを有する。ある量の精製された標的分子を含有する脱着溶液１４０は、出口１０８において本体１００を出る。
図１Ａ及び図１Ｂの代替方法では、標的分子及び不純物（非標的分子）を含有する液体１１０は、酸性ｐＨなどの吸着条件で入口１０６に通される。液体１１０が膜１０４を通過する際、生体液に含有される非標的分子は、膜１１４の表面上のイミダゾールイオン交換基に吸着する。液体１１０中の標的分子は吸着されない。非標的分子の量が低減した生体液１２０は、出口１０８を通過することによって本体１０２を出る。生体液１２０に含有される標的分子は、有用な方法によって収集することができる。
別の方法によれば、標的分子及び非標的分子を含有する液体１１０は、酸性ｐＨなどの吸着条件で入口１０６に通される。液体１１０が膜１０４を通過する際、液体に含有される標的分子及び非標的分子は、膜１１４の表面上のイミダゾールイオン交換基に吸着する。低減した量の標的分子及び低減した量の非標的分子を含有する生体液１２０は、出口１０８を通過することによって本体１０２を出る。
その後の工程では、図１Ｂに示すように、吸着された標的分子又は吸着された非標的分子のいずれかが、脱着溶液１３０を入口１０６に通過させ、脱着溶液を膜１０４に通過させることによって膜１０４から選択的に溶出される。脱着溶液１３０は、所望の組成（例えば、界面活性剤又はイオン化合物の存在）、塩分濃度、ｐＨ、導電率などを含み得るｐＨ及び他の特性を有し、膜１０４の表面から標的分子又は非標的分子のいずれかを選択的に脱着させるために、所望の時間、膜１０４と接触される。
本開示の方法及び膜の特徴及び利点は、以下の非限定的な例によってより完全に説明される。
実施例１：この実施例は、コーティングを形成するためのモノマー及び架橋剤を含有する溶液による表面修飾の調製を実証する。
代表的な実験では、０．２％のＩｒｇａｃｕｒｅ ２９５９、５％のメタノール、３％のビニルイミダゾール、１％のメチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＭ）架橋剤及び９０．８％の水を含有する溶液を室温で作製した。
実施例２：この実施例は、グラフト化工程で使用するための開始剤溶液の調製を実証する。
代表的な開始剤溶液を形成するために、０．２グラムのベンゾフェノン（９９％、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ社）を３９．８グラムのイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に溶解して、０．５重量％のベンゾフェノン溶液を得た。
実施例３：この実施例は、グラフト化のためのモノマー溶液（Ａ）及び（Ｂ）の調製を実証する。
代表的な実験では、５％のビニルイミダゾール及び９５％の水を含有する溶液（Ａ）を室温で作製した。
代表的な実験では、４％のビニルイミダゾール、１％のジメチルアクリルアミド及び９５％の水を含有する溶液（Ｂ）を室温で作製した。
実施例４：この実施例は、ポリエチレン（ＰＥ）膜が、正電荷を有する重合ビニルイミダゾールモノマーを有するコーティングでどのように表面修飾され得るかを実証する。
代表的な実験では、ＵＰＥ膜のシート（公称孔径等級１ミクロン）をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）溶液で２５秒間湿らせた。１００％の水を含む交換溶液を使用して膜をすすぎ、ＩＰＡを除去した。次いで、この膜シートを実施例１に記載の表面修飾溶液に導入した。膜を溶液に２分間浸漬した。膜シートを取り出し、１ミルのポリエチレンシートの間に置いた。過剰な溶液を、ポリエチレン／膜シート／ポリエチレンサンドイッチがテーブル上に平らに置かれているときに、その上にゴムローラを転がすことによって除去した。次いで、ポリエチレンサンドイッチを、２００ｎｍ～６００ｎｍの波長で放射するＦｕｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ広帯域ＵＶ曝露実験室ユニットを通してアセンブリを搬送する輸送ユニットにテープで留めた。曝露時間は、アセンブリがＵＶユニットを通って移動する速度によって制御した。この実施例では、アセンブリは、１０フィート／分でＵＶチャンバを通って移動した。ＵＶユニットから出た後、膜をサンドイッチから取り出し、直ちにＤＩ水に入れ、膜を５分間浸漬することによって洗浄した。次に、処理した膜試料をメタノール中で５分間洗浄した。この洗浄手順に続いて、膜を５０℃で１０分間動作するオーブン内のホルダー上で乾燥させた。
実施例５：この実施例は、実施例４に従って修飾された膜の染料結合容量（ＤＢＣ）がどのように決定されたかを例示する。
染料結合容量（ＤＢＣ）は、膜の表面電荷密度の間接的試験である。ＤＢＣが高いということは、膜の表面における電荷密度が高いこと、すなわち、膜表面上のイミダゾール基の濃度が高いことを意味する。
実施例４に従って調製した乾燥４７ｍｍディスク膜を、０．００２重量％のポンソーＳ Ｄｙｅ（Ｓｉｇｍａ）を含有するビーカーに入れた。ビーカーを覆い、膜を室温で連続的に混合しながら５分間浸漬した。次いで、膜ディスクを取り出し、染料溶液の吸光度を、５１２ｎｍで動作するＣａｒｙ分光光度計（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）を使用して測定した。測定結果を出発溶液（膜浸漬前）の吸光度と比較した。図２に示す較正曲線を使用して、染料溶液の吸光度データを重量パーセントに変換し、最後に膜単位面積当たりに結合した染料の質量に変換した。この手順に従って調製した膜の染料結合容量は４２μｇ／ｃｍ２であった。
実施例６：この実施例は、ＰＥ膜が正電荷を有するグラフト化重合ビニルイミダゾールモノマーでどのように表面修飾され得るかを実証する。
代表的な実験では、ＵＰＥ膜のシート（公称孔径等級０．２ミクロン）を、実施例２に従って調製した開始剤溶液で２５秒間湿らせた。１００％の水を含む交換溶液を使用して膜をすすぎ、開始剤を膜表面に沈殿させた。次いで、この膜シートを実施例３に記載の表面修飾溶液（Ａ）に導入した。膜を溶液に２分間浸漬した。膜シートを取り出し、１ミルのポリエチレンシートの間に置いた。過剰な溶液を、ポリエチレン／膜シート／ポリエチレンサンドイッチがテーブル上に平らに置かれているときに、その上にゴムローラを転がすことによって除去した。次いで、ポリエチレンサンドイッチを、２００ｎｍ～６００ｎｍの波長で放射するＦｕｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ広帯域ＵＶ曝露実験室ユニットを通してアセンブリを搬送する輸送ユニットにテープで留めた。曝露時間は、アセンブリがＵＶユニットを通って移動する速度によって制御した。この実施例では、アセンブリは、１０フィート／分でＵＶチャンバを通って移動した。ＵＶユニットから出た後、膜をサンドイッチから取り出し、直ちにＤＩ水に入れ、膜を５分間浸漬することによって洗浄した。次に、処理した膜試料をメタノール中で５分間洗浄した。この洗浄手順に続いて、膜を５０℃で１０分間動作するオーブン内のホルダー上で乾燥させた。
この手順に従って調製した膜の染料結合容量は１０μｇ／ｃｍ２であった。決定は、実施例５で説明したように行った。
実施例７：この実施例は、ＰＥ膜が正電荷を有するグラフト化重合ビニルイミダゾールモノマー及びＮ，Ｎジメチルアクリルアミドモノマーでどのように表面修飾され得るかを実証する。
代表的な実験では、ＵＰＥ膜のシート（公称孔径等級０．２ミクロン）を、実施例２に従って調製した開始剤溶液で２５秒間湿らせた。１００％の水を含む交換溶液を使用して膜をすすぎ、開始剤を膜表面に沈殿させた。次いで、この膜シートを実施例３に記載の表面修飾溶液（Ｂ）に導入した。膜を溶液に２分間浸漬した。膜シートを取り出し、１ミルのポリエチレンシートの間に置いた。過剰な溶液を、ポリエチレン／膜シート／ポリエチレンサンドイッチがテーブル上に平らに置かれているときに、その上にゴムローラを転がすことによって除去した。次いで、ポリエチレンサンドイッチを、２００ｎｍ～６００ｎｍの波長で放射するＦｕｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ広帯域ＵＶ曝露実験室ユニットを通してアセンブリを搬送する輸送ユニットにテープで留めた。曝露時間は、アセンブリがＵＶユニットを通って移動する速度によって制御した。この実施例では、アセンブリは、１０フィート／分でＵＶチャンバを通って移動した。ＵＶユニットから出た後、膜をサンドイッチから取り出し、直ちにＤＩ水に入れ、膜を５分間浸漬することによって洗浄した。次に、処理した膜試料をメタノール中で５分間洗浄した。この洗浄手順に続いて、膜を５０℃で１０分間動作するオーブン内のホルダー上で乾燥させた。
実施例８：この実施例は、ポリエチレン（ＰＥ）膜が、ビニルイミダゾールモノマー及びＮ－［２－（ジメチルアミノ）エチル］アクリルアミドモノマーの両方を含有する重合架橋コーティングでどのように表面修飾され得るかを実証する。
代表的な実験では、ＵＰＥ膜のシート（公称孔径等級１ミクロン）をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）溶液で２５秒間湿らせた。１００％の水を含む交換溶液を使用して膜をすすぎ、ＩＰＡを除去した。次いで、４％のＮ－［２－（ジメチルアミノ）エチル］アクリルアミド、４％のビニルイミダゾール、２％のメチレンビスアクリルアミド、０．４％のＩｒｇａｃｕｒｅ ２９５９、１０％のメタノール、７９．６％の脱イオン水を含有する表面修飾溶液に膜シートを導入した。膜を表面修飾溶液に２分間浸漬した。膜シートを取り出し、２つのポリエチレンシートの間に置いた。過剰な溶液を、ポリエチレン／膜シート／ポリエチレンサンドイッチがテーブル上に平らに置かれているときに、その上にゴムローラを転がすことによって除去した。次いで、ポリエチレンサンドイッチを、２００ｎｍ～６００ｎｍの波長で放射するＦｕｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ広帯域ＵＶ曝露実験室ユニットを通してアセンブリを搬送する輸送ユニットにテープで留めた。曝露時間は、アセンブリがＵＶユニットを通って移動する速度によって制御した。この実施例では、アセンブリは、９フィート／分でＵＶチャンバを通って移動した。ＵＶユニットから出た後、膜をサンドイッチから取り出し、直ちにＤＩ水に入れ、膜を５分間浸漬することによって洗浄した。次に、処理した膜試料をメタノール中で５分間洗浄した。この洗浄手順に続いて、膜を５０℃で１０分間動作するオーブン内のホルダー上で乾燥させた。
比較例９：この実施例は、ポリエチレン（ＰＥ）膜が、Ｎ－［２－（ジメチルアミノ）エチル］アクリルアミドモノマーを含有する重合架橋コーティングでどのように表面修飾されるかを実証する。
代表的な実験では、ＵＰＥ膜のシート（公称孔径等級１ミクロン）をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）溶液で２５秒間湿らせた。１００％の水を含む交換溶液を使用して膜をすすぎ、ＩＰＡを除去した。次いで、８％のＮ－［２－（ジメチルアミノ）エチル］アクリルアミド、２％のメチレンビスアクリルアミド、０．４％のＩｒｇａｃｕｒｅ ２９５９、１０％のメタノール、７９．６％の脱イオン水を含有する表面修飾溶液に膜シートを導入した。膜を表面修飾溶液に２分間浸漬した。膜シートを取り出し、２つのポリエチレンシートの間に置いた。過剰な溶液を、ポリエチレン／膜シート／ポリエチレンサンドイッチがテーブル上に平らに置かれているときに、その上にゴムローラを転がすことによって除去した。次いで、ポリエチレンサンドイッチを、２００ｎｍ～６００ｎｍの波長で放射するＦｕｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ広帯域ＵＶ曝露実験室ユニットを通してアセンブリを搬送する輸送ユニットにテープで留めた。曝露時間は、アセンブリがＵＶユニットを通って移動する速度によって制御した。この実施例では、アセンブリは、９フィート／分でＵＶチャンバを通って移動した。ＵＶユニットから出た後、膜をサンドイッチから取り出し、直ちにＤＩ水に入れ、膜を５分間浸漬することによって洗浄した。次に、処理した膜試料をメタノール中で５分間洗浄した。この洗浄手順に続いて、膜を５０℃で１０分間動作するオーブン内のホルダー上で乾燥させた。
実施例１０：実施例４の膜の３つの層を一緒に積み重ね、５０ｍＭの酢酸カリウム、６３０ｍＭのＮａＣｌ、ｐＨ５中の１２ｍＬの１２５ｎｇ／ｕＬのプラスミドＤＮＡ溶解物でチャレンジした。その後、膜を、５０ｍＭの酢酸カリウム、６３０ｍＭのＮａＣｌ、ｐＨ５で洗浄し、次いで５０ｍＭのトリス、ｐＨ９で溶出した。結合容量は４．６ｍｇ／ｍＬであり、収率は９３％であった。
実施例１１：実施例４の膜の３つの層を一緒に積み重ね、０．８７５Ｍの酢酸カリウム、ｐＨ５中の１２ｍＬの４１ｎｇ／ｕＬのプラスミドＤＮＡ溶液でチャレンジした。一ケースでは、５０ｍＭのトリス、１．５ＭのＮａＣｌ、ｐＨ９で溶出を行い、３５３ｕｇのＤＮＡを得た。第２のケースでは、５０ｍＭのトリス、１．５、ｐＨ９で溶出を行い、３４３ｕｇを得た。溶出バッファー中の塩の有無にかかわらず、収率は同様であった。
実施例１２：実施例８の膜の２つの層を一緒に積み重ね、５０ｍＭの酢酸カリウム、６３０ｍＭのＮａＣｌ、ｐＨ５中のＲＮａｓｅを含む８ｍＬの３０ｎｇ／ｕＬのプラスミドＤＮＡ溶解物でチャレンジした。その後、膜を、５０ｍＭの酢酸カリウム、６３０ｍＭのＮａＣｌ、ｐＨ５で洗浄し、次いで５０ｍＭのトリス、１．５ＭのＮａＣｌ、ｐＨ９で溶出した。結合容量は３．３ｍｇ／ｍＬであり、収率は６４％であった。
比較例１３：比較例９の膜の２つの層を一緒に積み重ね、５０ｍＭの酢酸カリウム、６３０ｍＭのＮａＣｌ、ｐＨ５中のＲＮａｓｅを含む８ｍＬの３０ｎｇ／ｕＬのプラスミドＤＮＡ溶解物でチャレンジした。その後、膜を、５０ｍＭの酢酸カリウム、６３０ｍＭのＮａＣｌ、ｐＨ５で洗浄し、次いで５０ｍＭのトリス、１．５ＭのＮａＣｌ、ｐＨ９で溶出した。結合容量は２．３ｍｇ／ｍＬであり、収率は８４％であった。
例示的な実施形態及び特徴を参照して様々な方法及び膜が本明細書に開示されているが、上記の実施形態及び特徴は本開示の範囲を限定することを意図するものではなく、他の変形、修正及び他の実施形態が、本明細書の開示に基づいて当業者にそれら自体を示唆することが理解されよう。したがって、本開示は、以下に記載される特許請求の範囲の精神及び範囲内のすべてのそのような変形、修正及び代替の実施形態を包含する。

Claims (39)

  1. 多孔質イオン交換膜シートを使用して、液体から荷電生体分子を分離する方法であって、荷電生体分子を含有する液体を、多孔質ポリマーシートと、多孔質ポリマーシートの表面にイミダゾールイオン交換基とを含む多孔質イオン交換膜と、荷電生体分子をイオン交換膜上に吸着させる吸着条件で接触させることを含む、方法。
  2. 荷電生体分子がプラスミドＤＮＡである、請求項１に記載の方法。
  3. 吸着条件が約６未満のｐＨを含む、請求項１に記載の方法。
  4. ある溶出条件でイオン交換膜から吸着した生体分子を溶出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 溶出条件が約７を超えるｐＨを含む、請求項４に記載の方法。
  6. イオン交換膜が、２０～９５パーセント（体積）の多孔度を有する、請求項１に記載の方法。
  7. イオン交換膜が、５～３００ミクロンの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
  8. イオン交換膜が、０．２～１０ミクロンの範囲の平均孔径を有する細孔を含む、請求項１に記載の方法。
  9. 多孔質ポリマーシートが、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリビニリデンフルオリド、ポリオレフィン、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ナイロン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択されるベースポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
  10. 多孔質ポリマーシートが２つ以上のベースポリマーを含む、請求項９に記載の方法。
  11. ベースポリマーが超高分子量ポリエチレンを含む、請求項９に記載の方法。
  12. 膜の表面にイミダゾールイオン交換基を含む多孔質イオン交換膜であって、イミダゾールイオン交換基の電荷がｐＨ依存性であり、５．２未満の範囲のｐＨで正電荷を示し、５．２を超える範囲のｐＨで負電荷を示す、多孔質イオン交換膜。
  13. ポリマー多孔質膜ベースに化学的に結合したイミダゾールイオン交換基を有するポリマー多孔質膜ベースを含む、請求項１２に記載の膜。
  14. イミダゾールイオン交換基が、二価のアルキレン結合基を介して、ポリマーベースの炭素－炭素結合の炭素原子に結合している、請求項１３に記載の膜。
  15. 二価のアルキレン結合基が－ＣＨ２－である、請求項１４に記載の膜。
  16. ベースポリマーの分枝として延びるイミダゾールイオン交換基を含むポリマー側鎖を含む、請求項１３に記載の膜。
  17. ポリマー側鎖が、重合ビニルイミダゾールモノマー及び任意選択のコモノマーに由来する、請求項１６に記載の膜。
  18. ポリマー多孔質膜ベースと、ベースの表面にイミダゾールイオン交換基を含有する架橋ポリマーネットワークとを含む、請求項１２に記載の膜。
  19. 架橋ポリマーネットワークが、
    ポリマー骨格、
    ポリマー骨格の炭素原子に結合したイミダゾール基、及び
    ポリマー骨格の炭素原子に結合した二価の架橋基
    を含む、請求項１８に記載の膜。
  20. ポリマー骨格が、重合ビニルイミダゾールモノマーを含む、請求項１９に記載の膜。
  21. 二価の架橋基が、二官能性アクリルアミド架橋モノマーに由来する、請求項１９に記載の膜。
  22. 二官能性アクリルアミド架橋モノマーがＮ，Ｎ－ジメチルアクリルアミドである、請求項２１に記載の膜。
  23. ２０～９５パーセント（体積）の多孔度を有する、請求項１２に記載の膜。
  24. ５～３００ミクロンの範囲の厚さを有する、請求項１２に記載の膜。
  25. ０．２～１０ミクロンの範囲の平均孔径の細孔を有する、請求項１２に記載の膜。
  26. ベースポリマーが、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリビニリデンフルオリド、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ナイロン、又はポリテトラフルオロエチレンのうちの１つ以上を含む、請求項１３に記載の膜。
  27. ベースポリマーが超高分子量ポリエチレンである、請求項１３に記載の膜。
  28. イミダゾールイオン交換基を含有する多孔質イオン交換膜を調製する方法であって、多孔質ポリマー膜ベースの表面にイミダゾールイオン交換基を化学的に結合させることを含む、方法。
  29. 化学的に結合させることが、多孔質ポリマー膜ベースの表面にイミダゾールイオン交換基をグラフト化することを含む、請求項２８に記載の方法。
  30. グラフト化が、ポリマー多孔質膜ベースをビニルイミダゾールモノマー及び任意選択のコモノマーと反応させて、ベースから延びるイミダゾールイオン交換基を含むポリマー側鎖を形成することを含む、請求項２９に記載の方法。
  31. コモノマーが、Ｎ－［２－（ジメチルアミノ）エチル］アクリルアミド及びＮ－［２－（ジエチルアミノ）エチル］アクリルアミドである、請求項３０に記載の方法。
  32. 膜のイミダゾールイオン交換基が、５．２未満の範囲のｐＨで正電荷を示し、５．２を超える範囲のｐＨで負電荷を示す、請求項２８に記載の方法。
  33. イオン交換膜が、２０～９５パーセント（体積）の多孔度を有する、請求項２８に記載の方法。
  34. イオン交換膜が、５～３００ミクロンの範囲の厚さを有する、請求項２８に記載の方法。
  35. イオン交換膜が、０．２～１０ミクロンの範囲の平均孔径を有する細孔を含む、請求項２８に記載の方法。
  36. ベースポリマーが、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリビニリデンフルオリド、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ナイロン、又はポリテトラフルオロエチレンのうちの１つ以上を含む、請求項２８に記載の方法。
  37. ベースポリマーが超高分子量ポリエチレンである、請求項２８に記載の方法。
  38. 化学的に結合させることが、
    ビニルイミダゾール及び架橋剤を含むコーティング組成物をベースの表面に配置することと、
    ビニルイミダゾール及び架橋剤を反応させて表面に架橋ポリマーネットワークを形成することと
    を含む、請求項２８に記載の方法。
  39. 多孔質イオン交換膜が、ポリマー多孔質膜ベースと、ベースの表面にイミダゾールイオン交換基を含有する架橋ポリマーネットワークとを含有する、請求項３８に記載の方法。
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