JP2568043B2 - 中空繊維を形成するための装置と該繊維 - Google Patents
中空繊維を形成するための装置と該繊維Info
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- tubular means
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- fiber
- nozzle assembly
- inner bore
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/032—Optical fibres with cladding with or without a coating with non solid core or cladding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/08—Hollow fibre membranes
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- B01D69/087—Details relating to the spinning process
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- Y10T428/2973—Particular cross section
- Y10T428/2975—Tubular or cellular
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 中空繊維膜は、応用により、壁が浸透性、非浸透性又
は半浸透性膜として機能する中空毛細管である。多くの
場合に、中空繊維は、壁を通した材料の選択的交換を許
容する円筒膜として使用される。それらはまた、特定材
料の制御された放出を行うための容器、又は化学的に活
性化された中空繊維壁を通して拡散する浸透を化学的に
修正する反応器として使用される。中空繊維技術は、最
近、浸透選択性、生物学的適合性、免疫隔離性媒介物の
生産のために有益になった。これらの中空繊維媒介物
は、生体細胞、蛋白質、又は薬剤の如く材料を含有す
る。それらは、中空繊維内の材料が、中空繊維媒介物の
壁を浸透するように設計される。使用において、中空繊
維媒介物は、特別の材料が中空繊維の芯に存在すること
が必要な場合に、身体の特定部位に送出される。そのよ
うな中空繊維が使用される特定応用は、インシュリン生
産の再生と、身体の特定部位への特別な神経伝達物質の
送出による、パーキンソン病の如く神経伝達物質欠乏症
の処置を含む。
は半浸透性膜として機能する中空毛細管である。多くの
場合に、中空繊維は、壁を通した材料の選択的交換を許
容する円筒膜として使用される。それらはまた、特定材
料の制御された放出を行うための容器、又は化学的に活
性化された中空繊維壁を通して拡散する浸透を化学的に
修正する反応器として使用される。中空繊維技術は、最
近、浸透選択性、生物学的適合性、免疫隔離性媒介物の
生産のために有益になった。これらの中空繊維媒介物
は、生体細胞、蛋白質、又は薬剤の如く材料を含有す
る。それらは、中空繊維内の材料が、中空繊維媒介物の
壁を浸透するように設計される。使用において、中空繊
維媒介物は、特別の材料が中空繊維の芯に存在すること
が必要な場合に、身体の特定部位に送出される。そのよ
うな中空繊維が使用される特定応用は、インシュリン生
産の再生と、身体の特定部位への特別な神経伝達物質の
送出による、パーキンソン病の如く神経伝達物質欠乏症
の処置を含む。
中空繊維媒介物の特別な応用がどのようなものであ
れ、繊維膜の形態と厚さは、特別の応用のために適する
所望の機械的及び輸送特性を獲得するために制御されな
ければならない。
れ、繊維膜の形態と厚さは、特別の応用のために適する
所望の機械的及び輸送特性を獲得するために制御されな
ければならない。
中空繊維膜を生産するために従来４つの合成繊維紡糸
方法が使用される。すなわち、（１）溶融紡糸、（２）
乾式紡糸、（３）湿式紡糸と（４）乾式及び湿式紡糸の
組み合わせである。これらの各方法において、中空繊維
の管状断面は、ポリマー、コポリマー、セルロース材
料、等の紡糸材料を、紡糸口金ノズルを通して送り出す
と同時に、繊維の芯において収納される材料を送り出す
ことにより形成される。紡糸口金ノズル組立体は、米国
特許第４、035、459号第４、127、625号、第４、229、1
54号、第４、322、381号、第４、323、627号、第４、34
2、711号、第４、380、520号と第４、744、932号におい
て示されたものの如く、多様な設計において存在する。
方法が使用される。すなわち、（１）溶融紡糸、（２）
乾式紡糸、（３）湿式紡糸と（４）乾式及び湿式紡糸の
組み合わせである。これらの各方法において、中空繊維
の管状断面は、ポリマー、コポリマー、セルロース材
料、等の紡糸材料を、紡糸口金ノズルを通して送り出す
と同時に、繊維の芯において収納される材料を送り出す
ことにより形成される。紡糸口金ノズル組立体は、米国
特許第４、035、459号第４、127、625号、第４、229、1
54号、第４、322、381号、第４、323、627号、第４、34
2、711号、第４、380、520号と第４、744、932号におい
て示されたものの如く、多様な設計において存在する。
これらの先行技術のノズル組立体と中空繊維形成技法
に関連した問題としては、ノズル詰まりにより、高粘性
の熱可塑性ポリマーから繊維を形成できないこと、可変
の膜厚及び形態を生産するためにノズル組立体を調整で
きないこと、種々の形式及び形状の中空繊維の生産を許
容するために組立体においてノズル形式又はノズルキャ
ップを変更できないこと、及び繊維壁内をほぼ縦に方向
付けられ、繊維壁内で互いに実質的に相互連結された棒
状組織を有するＺ繊維を生産することができないことが
挙げられる。
に関連した問題としては、ノズル詰まりにより、高粘性
の熱可塑性ポリマーから繊維を形成できないこと、可変
の膜厚及び形態を生産するためにノズル組立体を調整で
きないこと、種々の形式及び形状の中空繊維の生産を許
容するために組立体においてノズル形式又はノズルキャ
ップを変更できないこと、及び繊維壁内をほぼ縦に方向
付けられ、繊維壁内で互いに実質的に相互連結された棒
状組織を有するＺ繊維を生産することができないことが
挙げられる。
米国特許第３、871、950号は、外面又は外面と内面に
おいて孔サイズのこう配を有する中空繊維膜を開示す
る。繊維の長軸に沿って有孔領域の間に相互連結はな
い。それ自体、繊維は、繊維の長軸に沿って方向付けら
れた一連の閉空隙である。しかし、本発明の膜は、異な
る形態を有し、繊維壁内の棒状組織が互いに実質的に相
互連結され、部分又はすべてが、繊維の外側と連続であ
る。
おいて孔サイズのこう配を有する中空繊維膜を開示す
る。繊維の長軸に沿って有孔領域の間に相互連結はな
い。それ自体、繊維は、繊維の長軸に沿って方向付けら
れた一連の閉空隙である。しかし、本発明の膜は、異な
る形態を有し、繊維壁内の棒状組織が互いに実質的に相
互連結され、部分又はすべてが、繊維の外側と連続であ
る。
この発明の分野における一般背景情報は、米国第４、
385、017号、ヨーロッパ出願0 277 619と特開昭57 106
708において見いだされる。従って、種々の非常に可変
の粘度を有する多様な存在で使用されるノズル組立体を
生産することが、本発明の目的である。
385、017号、ヨーロッパ出願0 277 619と特開昭57 106
708において見いだされる。従って、種々の非常に可変
の粘度を有する多様な存在で使用されるノズル組立体を
生産することが、本発明の目的である。
モジュラー構成のノズル組立体を提供することが、本
発明の別の目的であり、この場合、組立体の部品は、種
々のサイズ、形状、膜厚、及び表面形態の中空繊維の生
産を容易にするために、容易に置換及び代用される。
発明の別の目的であり、この場合、組立体の部品は、種
々のサイズ、形状、膜厚、及び表面形態の中空繊維の生
産を容易にするために、容易に置換及び代用される。
発明の要約 従って、本発明の一つの見地は、非浸透性、半浸透性
又は浸透性である中空繊維を作製する際に使用されるノ
ズル組立体に向けられる。繊維壁内の空隙は、空隙のま
まに残される。あるいは半浸透性又は浸透性である時、
薬剤又は生体細胞又は蛋白質の如く生物材料等の材料で
満たされる。ノズル組立体は、一般に、筐体を具備し、
筐体を通っている伸長ボア又は管と、内側基部に同心に
配設された第２外側ボア又は管とを含む。内側ボアは、
可動であり、押出キャップと筐体に関してボアの精密か
つ再現可能な調整を設けるような方法で、定置外側ボア
と筐体に関して引込及び伸張される。外側ボアの出力端
は、取り外し可能なノズルキヤップを備えており、内側
ボアの出力端は、取り外し可能なシール案内を備えてい
る。これらは、種々の形状で、種々の膜厚及び形態を有
する中空繊維の生産を許容するように他のキャップ及び
シール案内で交換できる。内側ボアはまた、中央管腔直
径又は繊維壁形態を変化させるために他の内側ボアと交
換可能である。本発明のノズル組立体は、生体細胞又は
生物材料を含む中空繊維を作製する際に特に有益であ
る。
又は浸透性である中空繊維を作製する際に使用されるノ
ズル組立体に向けられる。繊維壁内の空隙は、空隙のま
まに残される。あるいは半浸透性又は浸透性である時、
薬剤又は生体細胞又は蛋白質の如く生物材料等の材料で
満たされる。ノズル組立体は、一般に、筐体を具備し、
筐体を通っている伸長ボア又は管と、内側基部に同心に
配設された第２外側ボア又は管とを含む。内側ボアは、
可動であり、押出キャップと筐体に関してボアの精密か
つ再現可能な調整を設けるような方法で、定置外側ボア
と筐体に関して引込及び伸張される。外側ボアの出力端
は、取り外し可能なノズルキヤップを備えており、内側
ボアの出力端は、取り外し可能なシール案内を備えてい
る。これらは、種々の形状で、種々の膜厚及び形態を有
する中空繊維の生産を許容するように他のキャップ及び
シール案内で交換できる。内側ボアはまた、中央管腔直
径又は繊維壁形態を変化させるために他の内側ボアと交
換可能である。本発明のノズル組立体は、生体細胞又は
生物材料を含む中空繊維を作製する際に特に有益であ
る。
さらに、本発明は、ここで「Ｚ繊維」と呼ばれる新規
な繊維構造に向けられる。Ｚ繊維は、繊維壁内に棒状組
織を含み、この棒状組織は、（ｉ）それぞれ、ほぼ繊維
の中心軸線から外側に延びる方向、即ちほぼ半径方向に
延びており、（ii）相互に連結する部分を有し、（ii
i）部分的にあるいは完全に、繊維の外側表面に連結さ
れている。さらに、Ｚ繊維は、繊維管腔を規定する半浸
透性内側薄膜を有し、そして免疫隔離機能を設けるため
に使用される。
な繊維構造に向けられる。Ｚ繊維は、繊維壁内に棒状組
織を含み、この棒状組織は、（ｉ）それぞれ、ほぼ繊維
の中心軸線から外側に延びる方向、即ちほぼ半径方向に
延びており、（ii）相互に連結する部分を有し、（ii
i）部分的にあるいは完全に、繊維の外側表面に連結さ
れている。さらに、Ｚ繊維は、繊維管腔を規定する半浸
透性内側薄膜を有し、そして免疫隔離機能を設けるため
に使用される。
図面の簡単な説明 第１図は、完全に延ばされた内側ボアを示す本発明の
ノズル組立体の断面平面図である。
ノズル組立体の断面平面図である。
第２図は、引込まれた内側ボアを示す本発明のノズル
組立体の断面平面図である。
組立体の断面平面図である。
第3a図は、異なるノズルキャップとシール案内を除い
て、第１図のノズルで使用されたノズルキャップの断面
平面図であり、第１図とは異なる内側ボアのためのシー
ル案内の底部の断面部分平面図をさらに含む。
て、第１図のノズルで使用されたノズルキャップの断面
平面図であり、第１図とは異なる内側ボアのためのシー
ル案内の底部の断面部分平面図をさらに含む。
第3b図は、第3a図のノズルキャップとシール案内の出
口端の断面拡大詳細平面図である。
口端の断面拡大詳細平面図である。
第４図は、棒状組織と縦関係をより良く示すために、
種々の拡大度、すなわち、（ｉ）100X、（ii）200Xと
（iii）500Xにおける単一Ｚ繊維膜の一連の３つの写真
である。
種々の拡大度、すなわち、（ｉ）100X、（ii）200Xと
（iii）500Xにおける単一Ｚ繊維膜の一連の３つの写真
である。
好ましい実施態様の詳細な説明 図面に最良に示された如く、本発明によるノズル組立
体10は、耐溶剤材料から作られた筐体12を具備する。筐
体12内には、伸長中空内側ボア又は管14が配設してあ
る。また、筐体12内には、内側ボア14と同心の外側ボア
16が配設してあり、環状空間又は導管18を規定してい
る。内側ボア14は貫装されていて、外側ボア16の上方部
分22において整合ねじ山を含む筐体12にねじ込められる
ねじ付き管継ぎ手20に固定して取付けてある。芯中空繊
維膜内の包含材料は、内側ボア14の入力端23においてノ
ズル組立体に送り込まれる。内側ボア14はまた、導管18
に存在する流体が上方に流れ、筐体の頂部から流出する
のを防止するシール24を通過する。シール24は、バネ46
によって適所に保持される。筐体の下方部分において、
内側ボア14は、ノズルキャップ28の取付けによって発生
した圧縮力により筐体12に除去可能に取付けられたシー
ル案内26を通過する。シール案内26は、伸張と引込中、
内側ボア14を心合わせして維持し、そして導管19の外側
領域に侵入するように導管18に存在する流体を差し向け
るための一つ以上の穴を含む。ノズルキャップ28は、ね
じ、ボルト又は同等物の如く締結手段30により、筐体12
に除去可能に取付けられる。ノズルキヤップ28は、導管
18をノズル組立体の出口端36まで、延長するは働きをす
る。図示の如く、シール案内26とノズルキャップ28の底
部の輪郭は、導管19の次元と経路を規定する。第１図と
第２図に示された如く、ボア14との交差部分のちょうど
前で、導管19は、約45°の角度を為す。外側ボア18は、
従来のルア管継ぎ手等の管継ぎ手32を用いて中空繊維膜
の作成で使用される流体源に連結される。図示の如く、
管継ぎ手32は、流体がノズル組立体と導管16に流入する
管状入口34を含む。シール33は、流体密封を設け、管継
ぎ手を通って外側への流体流を防止する。内側ボア14の
伸張と引込は、ねじ付き管継ぎ手20に取付けた内側ボア
調整手段38の回転により達成され、外側ボア16の整合ね
じ山にねじ調整されるボア調整組立体を形成する。ボア
調整組立体は、単一ユニットとして回転し、そして回転
方向により、内側ボア14を上下に垂直に移動させる。ピ
ン42が、第２図に示された内側ボア調整手段38又は（不
図示）管継ぎ手40において固定され、介装しており、双
方を一緒に回転させる。管継ぎ手40は調整手段38と結合
して回転するが、それは、バネ44によって加えられた張
力により、垂直方向において密封されている。続く押出
し間の伸張又は引込の再現性は、管継ぎ手40に添着した
バーニヤ定規の如く測定具を使用して改良される。伸張
と引込は、コンピュータ制御（不図示）下で手動又は機
械的に行われる。
体10は、耐溶剤材料から作られた筐体12を具備する。筐
体12内には、伸長中空内側ボア又は管14が配設してあ
る。また、筐体12内には、内側ボア14と同心の外側ボア
16が配設してあり、環状空間又は導管18を規定してい
る。内側ボア14は貫装されていて、外側ボア16の上方部
分22において整合ねじ山を含む筐体12にねじ込められる
ねじ付き管継ぎ手20に固定して取付けてある。芯中空繊
維膜内の包含材料は、内側ボア14の入力端23においてノ
ズル組立体に送り込まれる。内側ボア14はまた、導管18
に存在する流体が上方に流れ、筐体の頂部から流出する
のを防止するシール24を通過する。シール24は、バネ46
によって適所に保持される。筐体の下方部分において、
内側ボア14は、ノズルキャップ28の取付けによって発生
した圧縮力により筐体12に除去可能に取付けられたシー
ル案内26を通過する。シール案内26は、伸張と引込中、
内側ボア14を心合わせして維持し、そして導管19の外側
領域に侵入するように導管18に存在する流体を差し向け
るための一つ以上の穴を含む。ノズルキャップ28は、ね
じ、ボルト又は同等物の如く締結手段30により、筐体12
に除去可能に取付けられる。ノズルキヤップ28は、導管
18をノズル組立体の出口端36まで、延長するは働きをす
る。図示の如く、シール案内26とノズルキャップ28の底
部の輪郭は、導管19の次元と経路を規定する。第１図と
第２図に示された如く、ボア14との交差部分のちょうど
前で、導管19は、約45°の角度を為す。外側ボア18は、
従来のルア管継ぎ手等の管継ぎ手32を用いて中空繊維膜
の作成で使用される流体源に連結される。図示の如く、
管継ぎ手32は、流体がノズル組立体と導管16に流入する
管状入口34を含む。シール33は、流体密封を設け、管継
ぎ手を通って外側への流体流を防止する。内側ボア14の
伸張と引込は、ねじ付き管継ぎ手20に取付けた内側ボア
調整手段38の回転により達成され、外側ボア16の整合ね
じ山にねじ調整されるボア調整組立体を形成する。ボア
調整組立体は、単一ユニットとして回転し、そして回転
方向により、内側ボア14を上下に垂直に移動させる。ピ
ン42が、第２図に示された内側ボア調整手段38又は（不
図示）管継ぎ手40において固定され、介装しており、双
方を一緒に回転させる。管継ぎ手40は調整手段38と結合
して回転するが、それは、バネ44によって加えられた張
力により、垂直方向において密封されている。続く押出
し間の伸張又は引込の再現性は、管継ぎ手40に添着した
バーニヤ定規の如く測定具を使用して改良される。伸張
と引込は、コンピュータ制御（不図示）下で手動又は機
械的に行われる。
第１図は、全引込と全伸張の間の中間位置に内側ボア
14があるノズル組立体の断面平面図を示す。
14があるノズル組立体の断面平面図を示す。
筐体を含むノズル組立体の構成要素のすべては、ステ
ンレス鋼、ガラス、及びTeflon（登録商標）、Delrin
（登録商標）又はポリプロピレンポリマーの如く耐有機
溶剤材料から作られる。融和性でなければならず、しか
も押出プロセス中使用された溶剤によって有害な影響を
受けてはならないシールは、好ましくは、Teflonポリマ
ーから作られるが、ポリプロピレン、ニトリルポリマー
等の材料からも作られる。
ンレス鋼、ガラス、及びTeflon（登録商標）、Delrin
（登録商標）又はポリプロピレンポリマーの如く耐有機
溶剤材料から作られる。融和性でなければならず、しか
も押出プロセス中使用された溶剤によって有害な影響を
受けてはならないシールは、好ましくは、Teflonポリマ
ーから作られるが、ポリプロピレン、ニトリルポリマー
等の材料からも作られる。
動作において、中空繊維膜を形成するために使用され
た流体は、管継ぎ手32を通して外側ボア16と導管18へ、
それから、シール案内26を通した一つ以上の穴を通って
導管19へ流れるようにポンプ（不図示）によって押しや
られる。使用流体の形式は、もちろん、望まれる特定中
空繊維膜による。中空繊維膜として使用される適切な材
料としては、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、ゲ
ル、及びヒドロゲルがある。使用される特定材料として
は、セルロース、アクリルコポリマー、ポリフッ化ビニ
リデン、ポリウレタンイソシアナート、アルギナート、
ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニ
トリル、及びそれらの混合物がある。また、芯材料とし
て使用される材料が、膜を形成するために使用される。
膜形成材料は溶融物であるが、それは、好ましくは、溶
液である。溶液を形成する際に使用される適切な溶剤と
しては、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミ
ド、アセトン、ジメチルスルホキシド、Ｎメチルピロリ
ドン、アセトニトリル、及びそれらの混合物の如く水溶
性有機溶剤と、ヘキサン、ジエチルエーテル、塩化メチ
レン、及びそれらの混合物の如く他の溶剤がある。
た流体は、管継ぎ手32を通して外側ボア16と導管18へ、
それから、シール案内26を通した一つ以上の穴を通って
導管19へ流れるようにポンプ（不図示）によって押しや
られる。使用流体の形式は、もちろん、望まれる特定中
空繊維膜による。中空繊維膜として使用される適切な材
料としては、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、ゲ
ル、及びヒドロゲルがある。使用される特定材料として
は、セルロース、アクリルコポリマー、ポリフッ化ビニ
リデン、ポリウレタンイソシアナート、アルギナート、
ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニ
トリル、及びそれらの混合物がある。また、芯材料とし
て使用される材料が、膜を形成するために使用される。
膜形成材料は溶融物であるが、それは、好ましくは、溶
液である。溶液を形成する際に使用される適切な溶剤と
しては、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミ
ド、アセトン、ジメチルスルホキシド、Ｎメチルピロリ
ドン、アセトニトリル、及びそれらの混合物の如く水溶
性有機溶剤と、ヘキサン、ジエチルエーテル、塩化メチ
レン、及びそれらの混合物の如く他の溶剤がある。
多くの応用において、すべてではないとしても、発明
の装置を使用して形成された中空繊維は、芯材料及び／
又は薬剤の如くテリバラブル、生体細胞又は蛋白質の如
く生物材料、又はここで記載された他の類似の材料があ
る。芯材料及び／又はテリバラブルは、一般に、流体媒
体、一般に水であり、芯材料組成物を形成する。組成物
は、しばしば、一つ以上の架橋剤、ゲル形成剤、又は粘
度増大物質を含む。芯材料組成物に存在する他の材料
は、Fiコル、塩水、エタノール、組織培養媒体、漿液、
及びメタノールを含む。芯材料組成物はまた、細胞を固
定化させ、又は成長基質を設けるために使用される生物
適合性ヒドロゲルを含む。特定芯材料は、アニオン［ア
ルギナート］、カチオン［コラーゲン］、両向性［イオ
ン側鎖を随意的に有するポリ（ホスファゼン）］、又は
中性［ポリ（エチレンオキシド）］である。アルギナー
トは、液体形式であるか、又はCaCl2を液体芯に拡散さ
せることにより、押出の後、架橋される。芯材料組成物
は、内側ボア14を通して供給される。膜材料と芯材料組
成物は、ノズル出力端36又はその近傍において相接す
る。充填されない中空繊維を形成する時、流体、例え
ば、水、溶剤、又はそれらの混合物が、内側ボア14を通
して設けられる。こうして、芯材料組成物は、流体を含
み、随意的に、芯材料、デリバラブル、又は双方を含
む。
の装置を使用して形成された中空繊維は、芯材料及び／
又は薬剤の如くテリバラブル、生体細胞又は蛋白質の如
く生物材料、又はここで記載された他の類似の材料があ
る。芯材料及び／又はテリバラブルは、一般に、流体媒
体、一般に水であり、芯材料組成物を形成する。組成物
は、しばしば、一つ以上の架橋剤、ゲル形成剤、又は粘
度増大物質を含む。芯材料組成物に存在する他の材料
は、Fiコル、塩水、エタノール、組織培養媒体、漿液、
及びメタノールを含む。芯材料組成物はまた、細胞を固
定化させ、又は成長基質を設けるために使用される生物
適合性ヒドロゲルを含む。特定芯材料は、アニオン［ア
ルギナート］、カチオン［コラーゲン］、両向性［イオ
ン側鎖を随意的に有するポリ（ホスファゼン）］、又は
中性［ポリ（エチレンオキシド）］である。アルギナー
トは、液体形式であるか、又はCaCl2を液体芯に拡散さ
せることにより、押出の後、架橋される。芯材料組成物
は、内側ボア14を通して供給される。膜材料と芯材料組
成物は、ノズル出力端36又はその近傍において相接す
る。充填されない中空繊維を形成する時、流体、例え
ば、水、溶剤、又はそれらの混合物が、内側ボア14を通
して設けられる。こうして、芯材料組成物は、流体を含
み、随意的に、芯材料、デリバラブル、又は双方を含
む。
ノズル出力端36に関する内側ボア14の位置を調整する
ことにより、特にノズルキャップ部分における導管18と
19の詰まりは、制御され、実質的に除去される。詰まり
は、膜形成材料が溶液における熱可塑性ポリマーの如く
高粘性又は急速沈殿材料である時特別な問題である。繊
維膜形成中の幾つかの事例において、ノズル内の流体流
方位を制御し特定壁次元と繊維壁形態を生成する際に、
拡張時間が有益であることが見いだされたために、２つ
の材料がノズルを出る前に、膜形成材料は、ノズル組立
体内に、できる限り長く、芯材料組成物と接触している
ことが望ましい。結果として、２つの材料がノズル組立
体を出る前に、長い接触を許容するほぼ完全な引込位置
において内側ボア14を維持することが、しばしば好まし
い。しかし、初期の長い接触は、水性芯材料に接触する
時、繊維膜形成材料が沈殿し硬化するために、特にノズ
ルキャップにおいて詰まりを生じさせる。これは、通
常、導管18と19において材料の流れを遅らせ、詰まりを
生じさせる。しかし、詰まりは、心材料組成物と膜形成
組成物とが、ノズルを出るまで接触しないように、内側
ボアを突出させることによって、本発明の装置で克服さ
れる。それから、内側ボアは、一般に徐々に引込まれ、
２つの材料が、ノズルを出る前に接触している時間を増
大させる。通常、いったん、相反転、すなわち、液体か
ら固体への遷移が、特定流量率において始まると、流れ
は、材料間に長い接触があるとしても、実質的に一定で
ある。２つの材料の流量率は、外部ポンプ（不図示）に
よって維持される。詰まりを回避するためのこの技法
は、ジメチルスルホキシド（DMSO）の如くポリマー溶剤
を使用する先行技術の技法よりも好ましい。薬又は同等
物を投与するために人体内で使用される中空繊維膜の生
産に係るもの等の多くの応用において、DMSOの如く溶剤
は、有毒性のために使用することができない。
ことにより、特にノズルキャップ部分における導管18と
19の詰まりは、制御され、実質的に除去される。詰まり
は、膜形成材料が溶液における熱可塑性ポリマーの如く
高粘性又は急速沈殿材料である時特別な問題である。繊
維膜形成中の幾つかの事例において、ノズル内の流体流
方位を制御し特定壁次元と繊維壁形態を生成する際に、
拡張時間が有益であることが見いだされたために、２つ
の材料がノズルを出る前に、膜形成材料は、ノズル組立
体内に、できる限り長く、芯材料組成物と接触している
ことが望ましい。結果として、２つの材料がノズル組立
体を出る前に、長い接触を許容するほぼ完全な引込位置
において内側ボア14を維持することが、しばしば好まし
い。しかし、初期の長い接触は、水性芯材料に接触する
時、繊維膜形成材料が沈殿し硬化するために、特にノズ
ルキャップにおいて詰まりを生じさせる。これは、通
常、導管18と19において材料の流れを遅らせ、詰まりを
生じさせる。しかし、詰まりは、心材料組成物と膜形成
組成物とが、ノズルを出るまで接触しないように、内側
ボアを突出させることによって、本発明の装置で克服さ
れる。それから、内側ボアは、一般に徐々に引込まれ、
２つの材料が、ノズルを出る前に接触している時間を増
大させる。通常、いったん、相反転、すなわち、液体か
ら固体への遷移が、特定流量率において始まると、流れ
は、材料間に長い接触があるとしても、実質的に一定で
ある。２つの材料の流量率は、外部ポンプ（不図示）に
よって維持される。詰まりを回避するためのこの技法
は、ジメチルスルホキシド（DMSO）の如くポリマー溶剤
を使用する先行技術の技法よりも好ましい。薬又は同等
物を投与するために人体内で使用される中空繊維膜の生
産に係るもの等の多くの応用において、DMSOの如く溶剤
は、有毒性のために使用することができない。
本発明の装置の別の恩恵は、除去及び交換可能ノズル
キャップ28とシール案内26の使用である。ノズルキャッ
プを他のノズルキャップと交換する及び／又はシール案
内を他のシール案内と交換することにより、環状導管の
サイズと構成は、組立体の出力端の近くで変更され、合
成膜を変化させる。さらに、膜形成材料の流れ方向が変
更される。例えば、第１図と第２図に示された如く、導
管の領域19における導管18の流れ方向は、内側ボア14を
出る材料の流れに関して約45°の角度にある。他方、第
3a図と第3b図は、キャップ28とシール案内26を示し、こ
の場合、導管19の部分21における流れ方向は、内側ボア
14を出る材料の流れに対して90°である。他の流れ角度
を設けるいろいろな他のノズルキャップとシール案内
が、使用される。膜形成材料が芯材料組成物に接触する
角度を変化させることにより、膜壁の形態が変化され
る。また、特にノズルキャップ28における導管の部分の
導管19の直径及び／又は高さ21を変化させることによ
り、合成膜の厚さが変更される。第3a図と第3b図のノズ
ルキャップは、さらに、導管19の直径を狭めるためにノ
ズルキャップ筐体28の内側にスリーブ50を含み、開口サ
イズを変更する又は繊維サイズ及び／又は形態に影響を
与えるオリフィス板52の変化を容易にする。スリーブ50
はまた、ノズルキャップ締結手段30を筐体12に締めた時
発生した力を伝達するために役立つ。締結手段30を締め
た時、オリフィス板52の下に位置するシール案内26とシ
ール54は、有効なシールを達成するために圧縮される。
スリーブ50は、圧縮によりスリーブ50とシール54の間の
適所に一般に保持されるオリフィス板52において終端す
るが、スリーブ50に物理的に取付けることができる。オ
リフィス板52は、膜材料の流れ方向すなわち角度と形成
された膜の外径を変化させる。
キャップ28とシール案内26の使用である。ノズルキャッ
プを他のノズルキャップと交換する及び／又はシール案
内を他のシール案内と交換することにより、環状導管の
サイズと構成は、組立体の出力端の近くで変更され、合
成膜を変化させる。さらに、膜形成材料の流れ方向が変
更される。例えば、第１図と第２図に示された如く、導
管の領域19における導管18の流れ方向は、内側ボア14を
出る材料の流れに関して約45°の角度にある。他方、第
3a図と第3b図は、キャップ28とシール案内26を示し、こ
の場合、導管19の部分21における流れ方向は、内側ボア
14を出る材料の流れに対して90°である。他の流れ角度
を設けるいろいろな他のノズルキャップとシール案内
が、使用される。膜形成材料が芯材料組成物に接触する
角度を変化させることにより、膜壁の形態が変化され
る。また、特にノズルキャップ28における導管の部分の
導管19の直径及び／又は高さ21を変化させることによ
り、合成膜の厚さが変更される。第3a図と第3b図のノズ
ルキャップは、さらに、導管19の直径を狭めるためにノ
ズルキャップ筐体28の内側にスリーブ50を含み、開口サ
イズを変更する又は繊維サイズ及び／又は形態に影響を
与えるオリフィス板52の変化を容易にする。スリーブ50
はまた、ノズルキャップ締結手段30を筐体12に締めた時
発生した力を伝達するために役立つ。締結手段30を締め
た時、オリフィス板52の下に位置するシール案内26とシ
ール54は、有効なシールを達成するために圧縮される。
スリーブ50は、圧縮によりスリーブ50とシール54の間の
適所に一般に保持されるオリフィス板52において終端す
るが、スリーブ50に物理的に取付けることができる。オ
リフィス板52は、膜材料の流れ方向すなわち角度と形成
された膜の外径を変化させる。
異方性膜において生産された繊維壁の形態と棒状組織
の形成は、この発明のノズルによって制御可能である。
棒状組織の形成は、部分的に、相分離現象である。一般
用語において、繊維壁を生成するために使用されたポリ
マーは、全体システムの最無極性成分であるが、ポリマ
ーが一般に溶解された溶剤は、ポリマーよりも極性であ
り、かつ水溶性である。押出中、内側ボアにおける芯材
料組成物の水又は水成分は、ノズルオリフィスの近くで
相接する時、ポリマー及び／又は溶剤繊維形成材料と接
触する。この点において、水は、ポリマーに拡散し、そ
して溶剤／ポリマー／水混合物は、溶剤／ポリマーと溶
剤／水のフェーズに仕切られる。溶剤／水フェーズは、
ポリマーにおいて空隙を生成する。これらの空隙の総和
は、繊維壁内に棒状組織網を生ずる。
の形成は、この発明のノズルによって制御可能である。
棒状組織の形成は、部分的に、相分離現象である。一般
用語において、繊維壁を生成するために使用されたポリ
マーは、全体システムの最無極性成分であるが、ポリマ
ーが一般に溶解された溶剤は、ポリマーよりも極性であ
り、かつ水溶性である。押出中、内側ボアにおける芯材
料組成物の水又は水成分は、ノズルオリフィスの近くで
相接する時、ポリマー及び／又は溶剤繊維形成材料と接
触する。この点において、水は、ポリマーに拡散し、そ
して溶剤／ポリマー／水混合物は、溶剤／ポリマーと溶
剤／水のフェーズに仕切られる。溶剤／水フェーズは、
ポリマーにおいて空隙を生成する。これらの空隙の総和
は、繊維壁内に棒状組織網を生ずる。
通常、中空繊維の棒状組織は、45°キャップ（第１図
と第２図に示される）が使用される時発生する如く、繊
維壁に垂直に方向付けられる。２つの材料の相対流量率
の如く、多数の因子が変化され、棒状組織の方位を変更
させる。本ノズルは、棒状組織の形態を変更及び制御す
るための付加手段を設ける。90°キャップとシール案内
（第３図における如く）が使用される時、それらは、内
側ボアからの流れに垂直にポリマーの流路を指向させ、
その結果、恐らく、空隙形成は、流れがこの方向におい
て指向される間に始まる。それから、突然の90°の方向
変化は、初期の棒状組織の形状を繊維壁に斜め又は平行
な角度にゆがめさせ、これにより、ここで「Ｚ繊維」と
呼ばれる繊維を形成する。
と第２図に示される）が使用される時発生する如く、繊
維壁に垂直に方向付けられる。２つの材料の相対流量率
の如く、多数の因子が変化され、棒状組織の方位を変更
させる。本ノズルは、棒状組織の形態を変更及び制御す
るための付加手段を設ける。90°キャップとシール案内
（第３図における如く）が使用される時、それらは、内
側ボアからの流れに垂直にポリマーの流路を指向させ、
その結果、恐らく、空隙形成は、流れがこの方向におい
て指向される間に始まる。それから、突然の90°の方向
変化は、初期の棒状組織の形状を繊維壁に斜め又は平行
な角度にゆがめさせ、これにより、ここで「Ｚ繊維」と
呼ばれる繊維を形成する。
Ｚ繊維は、繊維壁内の棒状組織を含み、この棒状組織
（ｉ）は、互いに関してほぼ縦に方向付けられ、（ii）
繊維壁内で互いに実質的に相互連結され、及び（iii）
部分的又は完全に繊維の外側と連続である。さらに、Ｚ
繊維は、繊維管腔を規定し、免疫隔離機能を設ける半浸
透性内側薄膜を有する。Ｚ繊維は、生きた動物における
移植装置として使用される時、繊維壁内への毛細内成長
の誘導と向上において、他の繊維形態よりもさらに有益
であると考えられる。Ｚ繊維形態は、膜の化学組成、次
元、内側ボアを通って流れる組成のいずれかにもよらな
いことが見いだされた。
（ｉ）は、互いに関してほぼ縦に方向付けられ、（ii）
繊維壁内で互いに実質的に相互連結され、及び（iii）
部分的又は完全に繊維の外側と連続である。さらに、Ｚ
繊維は、繊維管腔を規定し、免疫隔離機能を設ける半浸
透性内側薄膜を有する。Ｚ繊維は、生きた動物における
移植装置として使用される時、繊維壁内への毛細内成長
の誘導と向上において、他の繊維形態よりもさらに有益
であると考えられる。Ｚ繊維形態は、膜の化学組成、次
元、内側ボアを通って流れる組成のいずれかにもよらな
いことが見いだされた。
伝統的な非引込式同軸ノズルでは、中央ボアにおいて
実質的な自由なあそびを有する傾向があり外側ボアにお
ける材料の流れの不規則性に繊維を感応的にするため
に、本ノズルはまた、合成中空繊維の一様性を一般に増
大させる。この感度は、押出プロセス中、不規則な非対
称繊維の生産につながる中央ボアの移動によって顕在化
される。本ノズルにおけるシール案内26は、内側ボアの
オリフィスに接近したその位置のために、中央ボアの自
由なあそびを最小にし、これにより、より一様な繊維の
準備につながる。また、シール案内26は、内側ボアの頻
繁な再センタリングの必要を縮小し、片寄りと同心性の
変化なしに内側ボアの引込みと伸張を許容する。
実質的な自由なあそびを有する傾向があり外側ボアにお
ける材料の流れの不規則性に繊維を感応的にするため
に、本ノズルはまた、合成中空繊維の一様性を一般に増
大させる。この感度は、押出プロセス中、不規則な非対
称繊維の生産につながる中央ボアの移動によって顕在化
される。本ノズルにおけるシール案内26は、内側ボアの
オリフィスに接近したその位置のために、中央ボアの自
由なあそびを最小にし、これにより、より一様な繊維の
準備につながる。また、シール案内26は、内側ボアの頻
繁な再センタリングの必要を縮小し、片寄りと同心性の
変化なしに内側ボアの引込みと伸張を許容する。
本発明のノズルを使用して準備された繊維は、非浸透
性、浸透性又は半浸透性である。好ましくは、それら
は、ろ過装置、生物反応器において又は細胞被包媒介物
として使用される半浸透性繊維である。
性、浸透性又は半浸透性である。好ましくは、それら
は、ろ過装置、生物反応器において又は細胞被包媒介物
として使用される半浸透性繊維である。
実施例 次の実施例は、非充填Ｚ繊維の形成を示す。
第３図のノズル組立体は、90°のキャップ及びシール
案内で使用された。この組立体は、膜形成ポリマーの流
路を、内側ボアからの流れに垂直に指向させる。繊維膜
は、ジメチルスルホキシドにおける12.5％w/wポリ（ア
クリロニトリル−塩化ビニル）コポリマーの流し込み溶
液から準備された。内側ボアは、蒸留水を含んだ。流し
込み溶液は、1ml/minの率においてポンピングされ、そ
して水は5ml/minの率においてポンピングされた。ノズ
ルは、環境温度及び圧力において10リットルの蒸留水を
含む沈殿浴よりも7cm上の距離に維持された。内側ボア
は、ノズルの外先端よりも約0.5〜3mm上、好ましくは、
約1mm上の距離において位置付けられた。それから、２
つの溶液は、中空繊維ノズル組立体を通して同時にポン
ピングされ、そして合成中空繊維が、沈殿浴において収
集された。
案内で使用された。この組立体は、膜形成ポリマーの流
路を、内側ボアからの流れに垂直に指向させる。繊維膜
は、ジメチルスルホキシドにおける12.5％w/wポリ（ア
クリロニトリル−塩化ビニル）コポリマーの流し込み溶
液から準備された。内側ボアは、蒸留水を含んだ。流し
込み溶液は、1ml/minの率においてポンピングされ、そ
して水は5ml/minの率においてポンピングされた。ノズ
ルは、環境温度及び圧力において10リットルの蒸留水を
含む沈殿浴よりも7cm上の距離に維持された。内側ボア
は、ノズルの外先端よりも約0.5〜3mm上、好ましくは、
約1mm上の距離において位置付けられた。それから、２
つの溶液は、中空繊維ノズル組立体を通して同時にポン
ピングされ、そして合成中空繊維が、沈殿浴において収
集された。
合成繊維は、次の次元を示した。１、000〜１、200ミ
クロン外径と80〜100ミクロン膜壁厚である。第４図
は、合成Ｚ繊維の縦棒状組織方位を示すいろいろな倍率
における３つの走査電子顕微鏡写真図の一セットであ
る。
クロン外径と80〜100ミクロン膜壁厚である。第４図
は、合成Ｚ繊維の縦棒状組織方位を示すいろいろな倍率
における３つの走査電子顕微鏡写真図の一セットであ
る。
合成Ｚ繊維においては、毛細内成長を誘導及び向上さ
せるために使用される細胞を、繊維壁内に導入すること
ができるが、同一結果を達成するためにより容易な技術
は、内側ボアを通ってポンピングされた蒸留水を適切な
水性成長媒体における細胞で置き換え、その形成の開示
直後に繊維膜をクリンピングすることによる。
せるために使用される細胞を、繊維壁内に導入すること
ができるが、同一結果を達成するためにより容易な技術
は、内側ボアを通ってポンピングされた蒸留水を適切な
水性成長媒体における細胞で置き換え、その形成の開示
直後に繊維膜をクリンピングすることによる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ワーナー，ニコラス・エフ アメリカ合衆国マサチユセツツ州02178 ベルモント・コンコードアベニユー296 (56)参考文献 特開 平３−59105（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−23647（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (3)
- 【請求項１】中空繊維膜を生産する際に使用されるノズ
ル組立体（10）において、 筐体（12）と、筐体（12）を通っている細長い第１管状
手段（14）とを具備し、 筐体は、第１管状手段（14）の少なくとも部分と同心の
第２管状手段（16）を構成し、２つの管状手段の間に環
状導管（18）を形成し、 該第１管状手段（14）は、該第２管状手段に関して可動
であるため、組立体の動作において、引込及び伸張さ
れ、 第１及び第２管状手段の各々は入力（23,34）及び出力
端を有し、 第２管状手段の出力端は、第１管状手段（14）に対する
環状導管（18）内を流れる流体の流れの方向の変化を可
能にするキャップを具備し、 該キャップは、該筐体（12）から取り外し可能であり、
異なったキャップ（28）と交換可能である ことを特徴とするノズル組立体。 - 【請求項２】芯材料組成物を供給するための内側ボアを
有するノズル組立体を通して芯材料組成物の回りの膜形
成流体材料を押出すことにより中空繊維膜を形成する方
法において、 （ｉ）芯材料組成物と膜形成流体材料が、ノズル組立体
を出るまで一度も相接しない如く内側ボアを位置付けて
押出しを始める段階と、 （ii）その後、２つの材料がノズルを出る前にノズル組
立体内で接触する時間を増大させるように内側ボアを引
込める段階と を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項３】繊維管腔を規定する半浸透性内側薄膜と、
ほぼ半径方向に方向付けられた棒状組織を含む繊維壁
と、外面とを具備する中空繊維膜において、 棒状組織の少なくとも一部分が、繊維壁内で相互に連結
されており、 棒状組織の少なくとも一部分が、膜の外面と連続である ことを特徴とする中空繊維膜。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US70336091A | 1991-05-21 | 1991-05-21 | |
| US703,360 | 1991-05-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06508547A JPH06508547A (ja) | 1994-09-29 |
| JP2568043B2 true JP2568043B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=24825068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5500299A Expired - Lifetime JP2568043B2 (ja) | 1991-05-21 | 1992-05-21 | 中空繊維を形成するための装置と該繊維 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5480598A (ja) |
| EP (1) | EP0586559B1 (ja) |
| JP (1) | JP2568043B2 (ja) |
| KR (1) | KR960011587B1 (ja) |
| AT (1) | ATE134393T1 (ja) |
| AU (1) | AU664848B2 (ja) |
| CA (1) | CA2102925A1 (ja) |
| DE (1) | DE69208463T2 (ja) |
| DK (1) | DK0586559T3 (ja) |
| FI (1) | FI95486C (ja) |
| NO (1) | NO300813B1 (ja) |
| WO (1) | WO1992020843A1 (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9518798D0 (en) * | 1995-09-14 | 1995-11-15 | Secr Defence | Apparatus and method for spinning hollow polymeric fibres |
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| US6673980B1 (en) | 1999-07-16 | 2004-01-06 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Absorbent product with creped nonwoven dampness inhibitor |
| US6663611B2 (en) | 1999-09-28 | 2003-12-16 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Breathable diaper with low to moderately breathable inner laminate and more breathable outer cover |
| US20050106970A1 (en) * | 2000-09-01 | 2005-05-19 | Stanitis Gary E. | Melt processable perfluoropolymer forms |
| JP2004525755A (ja) * | 2001-01-23 | 2004-08-26 | アマシャム・バイオサイエンス・メムブレイン・セパレイションズ・コーポレイション | アシンメトリー中空ファイバー膜 |
| US20040127873A1 (en) * | 2002-12-31 | 2004-07-01 | Varona Eugenio Go | Absorbent article including porous separation layer with capillary gradient |
| JP4885539B2 (ja) * | 2003-03-13 | 2012-02-29 | 株式会社クレハ | フッ化ビニリデン系樹脂多孔膜およびその製造方法 |
| US7165682B1 (en) * | 2003-07-16 | 2007-01-23 | Accord Partner Limited | Defect free composite membranes, method for producing said membranes and use of the same |
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| US7842214B2 (en) * | 2007-03-28 | 2010-11-30 | 3M Innovative Properties Company | Process for forming microporous membranes |
| US20080237142A1 (en) * | 2007-04-02 | 2008-10-02 | Battelle Energy Alliance, Llc | Systems and methods for concentrating substances in fluid samples |
| US20090326128A1 (en) * | 2007-05-08 | 2009-12-31 | Javier Macossay-Torres | Fibers and methods relating thereto |
| US8562876B2 (en) * | 2007-11-30 | 2013-10-22 | Baxter International Inc. | Multizone polymer membrane and dialyzer |
| WO2009108138A1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | Agency For Science, Technology And Research | Hydrodynamic spinning of polymer fiber in coaxial laminar flows |
| US8721319B2 (en) | 2008-03-17 | 2014-05-13 | Board of Regents of the University to Texas System | Superfine fiber creating spinneret and uses thereof |
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