JP2522298B2 - 中空糸型血液浄化膜 - Google Patents

中空糸型血液浄化膜

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は血液浄化に有用な中空糸型血液浄化膜に関す
る。
(従来技術) 近年医療技術の進歩はめざましいものがある。血液透
析膜(人工腎臓)は、最も普及した人工臓器と評価され
ている。しかしながら現状の人工腎臓は、完全なもので
はなく、過剰な水分及び代謝老廃物の除去等腎機能の一
部を代行しているにすぎない。
従来技術の透析膜は尿素やクレアチンなどの分子量
が50〜5000の低分子量物質の除去で充分であったのでこ
れらの物質が通過しうる小さい孔径を有していたが、分
子量が5000〜20000の血液中の中分子量物質の除去が必
要になった現在ではこれらの膜では血液浄化の目的が達
成できなくなった。中分子量以上の物質を除去するた
め孔径を大きくすると測定方法のちがいにより分画特性
が大きく変化するという欠点を有していた。特に各種分
子量のモデル物質の生理食塩水溶液を用いて測定した希
薄溶液系での膜の分画特性と、同じモデル物質の血液中
での分画特性とは大きく異なり、前者の特性が優れてい
るのに実際の血液の浄化能力が劣るという問題が伴って
いた。
これは膜面上に血中蛋白によるsecond membraneが形成
され第1図で示されるように分画特性が低分子量側にシ
フトするからである。
従来技術で得られた膜にはこれらの要求、を満足
させる膜は存在しなかった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は前記従来技術の問題点の解決すなわち、低分
子量物質はもとよりβミクログロブリンのような中程
度の分子量をもつ血液中の蛋白質を除去(通過)せし
め、グロブリンやアルブミンのような分子量40000以上
の人体に有益な蛋白質を通過させない膜でかつモデル評
価方法による分画特性と実際の血液浄化能に差異がない
優れた血液浄化膜を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 上記問題点を解決した優れた血液浄化膜を提供するた
め鋭意研究した結果本発明に到達した。すなわち本発明
は、膜の分画特性において、血液中での尿素、ビタミン
B12、イヌリン及びβ−ミクログロブリン(以下モデ
ル物質と記する)の50%分画分子量Mαと生理食塩水溶
液中の希薄溶液での前記物質の50%分画分子量Mβの間
に Mα/Mβ≧0.5 なる関係があり、Mβが少なくとも6000でかつ、膜血液
中でのアルブミンの透過率が5%以下であることを特徴
とする中空糸型血液浄化膜である。
本発明における膜とは高分子物で得られる中空糸膜で
あって繊維直径が100〜500μm好ましくは150〜400μ
m、膜厚が5〜30μm好ましくは10〜25μmであり、中
空糸膜表面に凸凹がなく滑かであることが特に望まし
い。
本発明の中空糸膜の素材はポリエステル、ポリカーボ
ネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリスルホン等の
合成高分子およびセルロース、セルロースアセテート、
セルローストリアセテート、セルロースナイトレート等
のセルロース系素材であるが、好ましいのはセルロース
アセテート系素材である。
上記高分子中空糸膜は多孔質であって孔径は20〜200
Åである。
本発明でいう膜の分画特性とは図1〜3で示されるよ
うに膜が分離しうる能力を物質の分子量で表したもので
分子量既知のモデル物質(主としてタンパク質)の生理
食塩水溶液または牛血溶液を用いた透過テストから求め
る。
本発明の中空糸型血液浄化膜は血液中での分子量既知
のモデル物質の50%分画分子量Mαと生理食塩水溶液中
での分子量既知のモデル物質の50%分画分子量Mβとの
関係がMα/Mβ≧0.5であり、かつMβ≧6000であるこ
とが必須で、かかる関係が満足されるとき、モデル評価
方法による分画特性と実用系での評価による分画特性と
の差異がなく実際の使用における血液浄化能にすぐれる
中空糸膜が得られるのである。
本発明の前記分子量既知のモデル物質の血液中での50
%分画分子量Mαとは本発明による中空糸を有効長20cm
のケースに挿入し、ウレタン接着を施して膜面積1m2
血液浄化用モジュールを用いて以下のようにして求めた
値である。
抗凝固剤としてクエン酸ナトリウム液を添加した牛血液
5lに対しビタミンB120.3g、イヌリン0.3g、ヒトβ
クログロブリン0.3mgを溶解させ37℃下で流量200ml/min
でモジュールに牛血液を供し、100mmHgの膜間圧力を供
した際の、Sieving Coefficientを血液を流しはじめて
から15分後と120分後に測定し、その結果をそれぞれの
指標物質の分子量の対数値に対しplotし、なめらかに曲
線(例えば図1、曲線)を描きSieving Coefficient
を0.5を示す分画分子量MW SC0.5を求めた。
尚、120分間の血液評価を了えたモジュールは、2lの生
理食塩液により洗浄を行った後、解体し、中性界面活性
剤であるTriton×100の1%生理食塩液溶液を加え、超
音波をかけることにより膜面に付着した蛋白質を溶出さ
せその量をLowry法により定量した。
尚、各指標物質の定量法は以下の如きものである。
尿素(Urea) ウレアーゼ インドフェノール法 ビタミンB12(VB12) 液体クロマトグラフ法 イヌリン(Inulin) アントロン硫酸法 βミクログロブリン(βMG) エンザイムイ
ムノアッセイ法 牛血清アルブミン(Alb) ブロモクレゾールグ
リーン法 分子量既知のモデル物質の生理食塩水溶液での50%分
画分子量MβとはMαを求めたのと同じ血液浄化用モジ
ュールを用いて以下のようにして求めた値である。
評価は、第1に37℃における水の透過係数の測定を行
い、次いで膜の分画特性の評価を行った。ここで膜の分
画特性評価は、A 0.2%以下の希薄溶液と、B血液との
2つの系で行い、それぞれの評価条件は、以下に示すも
のである。
A 0.2%以下の希薄溶液 尿素(Mw60)1gを1の生理食塩液に溶解したもの ビタミンB12(Mw1160)0.1gを1の生理食塩液に
溶解したもの イヌリン(Mw5200)0.1gを1の生理食塩液に溶解
したもの ヒトβミクログロブリン(Mw11600)を1の生
理食塩液に溶解したもの 牛血清アルブミン(Mw64000)1gを1の生理食塩
液に溶解したもの 〜それぞれの溶液を流量200ml/minでモジュールに
供し100mmHgの膜間圧力を供した際のSieving Coefficie
ntを測定し、その結果をそれぞれの指標物質の分子量の
対数値に対しplotし、なめらかな、曲線(例えば図1、
曲線)を描き、Sieving Coefficient(SC)0.5を示
す、分画分子量MW SC(ふるい係数)0.5を求めた。(図
1参照) 本発明のすぐれた分画特性を有する血液浄化膜は次の
ようにして製造することができる。
本発明においては、sharpなpore分布を形成する必要上
から、ポリマーを溶媒、非溶媒の3元系によりDopeと
し、それを2重管オリフィスより吐出し凝固浴に導くこ
とが好ましい。
しかも、本発明の要件は、凝固浴から出た中空糸膜が完
成糸膜となる迄に過度な延伸を受けて、孔形状が変形し
ない点にこそある。
従って、本発明においては、中空糸を凝固浴より導き出
すローラーの速度(R1)と凝固浴を出た中空糸が水洗処
理、膜構造保持等のための、多価アルコール等による処
理、乾燥処理といった種々の処理を経た後の最終捲きと
りローラーの速度(R2)との関係において、延伸比=R2
/R1が1<R2/R1≦2の間に入る必要がある。ここでR2/R
1≦1の場合は、可紡性が著しく悪く、現実的な意味で
紡糸不可であった。又、R2/R1>2の場合延伸の効果に
より形成されたporeの変形がおこるとともに有効pore径
がdownし、分画分子量が低分子量側にshiftするため、
本発明の目的とする血液中においても高い透過性を維持
した有要な血液浄化膜を得ることが不可であった。
以後実施例により本発明の詳細を示す。また紡糸用原
液中のポリマー濃度は適当な領域にコントロールしなけ
ればならない。すなわち、ポリマー濃度が高すぎると、
大孔径の膜を得ることが難しく、ポリマー濃度が低すぎ
ると、sharpなpore分布を得れないためである。
従って、本発明の膜を得るための紡糸用原液中のポリマ
ー濃度は、10wt/wt%以上40wt/wt%以下に調製される必
要がある。
また、ポリマー、溶媒、非溶媒の三元系よりなるDope
は、2重管ノズルより吐出された後、前記条件下で凝固
浴に導かれるが、本発明の目的とするMβ≧6000以上で
且つ、アルブミンの透過性が5%以下、好ましくは1%
以下のsharpな孔分布を得るためには、凝固浴が単なる
凝固性液体のみであることは好ましくなく、水、溶媒、
非溶媒よりなる三元系であることが好ましく、その濃度
は溶媒と非溶媒をあわせた値で10wt/wt%以上40wt/wt%
以下であることが好ましい。これは、凝固浴濃度は高す
ぎても低すぎてもともにsharpな分布を得ることができ
ないためである。同様の理由から、凝固浴温度も0℃以
上50℃以下に限定される。
(実施例) 実施例1 セルローストリアセテート20重量部をジメチルホルム
アミド(DMF)65重量部トリエチレングリコール(TEG)
24重量部に溶解させドープとした後これを二重管オリフ
ィスより吐出し、DMF21重量部、TEG9重量部、水70重量
部の三元系よりなる温度10℃の凝固浴中に導き中空糸を
形成させた。ここでの、巻きとり速度R1は45m/minであ
り、この中空糸を水洗処理、膜構造保持剤としてのグリ
セリン処理、乾燥処理を施した後最終的にボビンに巻き
取った際の最終巻きとり速度R2は54m/minであり、R2/R1
=1.2の条件で紡糸し、内径200μm、膜厚20μmの中空
糸膜を得た。
この中空糸膜の性能を希薄溶液系及び血液系で評価した
結果を表1及び図1に示す。実施例の中空糸膜は、希薄
溶液系でのMW(SC0.5):Mβ=19000に対し、血液系15分
後のMW(SC0.5):Mα=17000、血液系30分後のMW(SC0.
5):Mα=16000(Mα/Mβ=0.84〜0.89)と安定した高
い透過性を示し、中分子量以上の物質においても優れた
除去能を示した。
尚、この血液系における安定した高い透過性の維持
は、膜面への蛋白付着量が0.8μg/cm2とアルブミンのモ
ノレイヤー吸着に相当していることと対応していた。
比較例1 最終巻きとり速度R2を104m/minとし、内径200μm、
膜厚20μmとなるように吐出量を調整した以外は実施例
と同じ条件で製膜し、中空糸膜を得た。この中空糸膜の
性能を表2及び図2に示す。比較例1の中空糸膜は、M
β:15000に対し、15分後のMα:4800 120分後のMα=4
700と血液系においては、著しい透過性の低下を示し
た。(Mα/Mβ=0.31〜0.32)このため、比較例1の中
空糸膜は実施例の中空糸膜に比べβmicroglobulinに
代表される中空糸量以上の分子量を持つ、物質の透過
性、除去能に著しい低下がみられた。
比較例2 内径200μm、膜厚35μmとなるように吐出量を調整
した以外は実施例1と同じ条件で中空糸膜を製造した。
この中空糸膜の性能を表3及び図3に示す。比較例2の
中空糸膜は、Mβ=14000に対し、15分後のMα=7800
120分後のMα=5000、Mα/Mβ=0.36〜0.56と血液系
における透過性能の低下ならびに血液系においては、経
時的な変化が著しく、実用的に不備な膜特性を示した。
(発明の効果) 本発明により血液中の低分子量はもとより、βミク
ログロブリンのような中程度の人体に障害を及ぼす物質
の除去が可能で、かつモデル的評価方法による分画特性
と実際の血液浄化能との間に差異のない、物質の透過性
にも、透析性にも優れた血液浄化膜を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明による中空糸膜の分画特性を示し、図中の
曲線および は牛血中でのモデル物質の分画特性を、曲線は生理食
塩水中でのモデル物質の分画特性を示す。 図2及び図3は比較例2、3による中空糸膜の分画特性
を示し、図中の曲線および は牛血中でのモデル物質の分画特性を曲線は生理食塩
水中でのモデル物質の分画特性を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】膜の分画特性において、血液中での尿素、
    ビタミンB12、イヌリン及びβ−ミクログロブリンの5
    0%分画分子量Mαと生理食塩水中での前記物質の50%
    分画分子量Mβの間に Mα/Mβ≧0.5 なる関係があり、Mβが少なくとも6000、膜の血液中で
    のアルブミン透過率が5%以下でかつ、膜厚が5〜30μ
    mであることを特徴とする中空糸型血液浄化膜。
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