JP3295314B2 - 選択透過性中空糸膜 - Google Patents

選択透過性中空糸膜

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JP3295314B2 JP22941696A JP22941696A JP3295314B2 JP 3295314 B2 JP3295314 B2 JP 3295314B2 JP 22941696 A JP22941696 A JP 22941696A JP 22941696 A JP22941696 A JP 22941696A JP 3295314 B2 JP3295314 B2 JP 3295314B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、血液浄化中空糸膜
に関する。例えば、腎不全患者用の人口透析膜、特に最
近透析患者の長期合併症との関係で注目されている分子
量10,000以上のβ2 ―マイクログロブリン(β2
―MGと称する)に代表される中高分子量物質の除去に
適している中空糸膜に関する。また単に血液透析濾過、
血液濾過にも適している中空糸膜に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、透析患者の長期合併症と関連し
て、透析アミロイドシスの原因物質と考えられているβ
2 ―MG(分子量11,800)、掻痒感、高脂血症と
関係すると考えられる副甲状腺ホルモン(分子量約9,
500)、関節痛、骨痛に係わると考えられる分子量2
〜4万の物質、など比較的中高分子量領域の有害物質の
除去の必要性がさけばれている。一方、人体に必須のア
ルブミン(分子量66,000)の損失は極力避けなけ
ればならない。
【0003】すなわち、分子量4〜5万以下の物質の透
過性に優れ、一方分子量6万以上の物質の阻止性のよい
分画分子量のシャープカット性の良好な選択透過性膜が
望まれている。
【0004】しかるに、従来、ポリサルホンなどの合成
高分子では、例えば特公平2―18695号や特公平5
―54373号各公報に見られるように、比較的上記要
求を満たしたものが得られている。しかし、セルロース
誘導体、特にセルローストリアセテートでは、例えば特
に特公昭58―24165号公報に見られるように、中
空糸を湿式紡糸するときの芯剤として流動パラフィン、
高級アルコール、イソプロピルミリステートなど、トリ
アセテート紡糸原液に対して凝固性のないものを使用す
るため、紡糸時の曵糸性を高くするためには紡糸原液に
おけるトリアセテートの濃度を高めざるを得ず、また紡
糸原液の凝固は必然的にノズルから出糸後、中空糸外面
から凝固液で固化させることになるため、中空糸外面に
緻密構造層が形成される。
【0005】これらの理由により、従来セルロース誘導
体中空糸は、合成ポリマーの膜に比べて、緻密層と多孔
層の密度差が小さく、全体として均一層に近く、物質の
透過性能が十分とはいえなかった。
【0006】一方特開平8―970号公報には、芯剤に
2 ガスを使用し、トリアセテートの透過性を向上させ
た中空糸膜が開示されている。
【0007】これによると、純水の限外濾過係数10〜
200ml/m2 ・mmHg・hrで、β2 ―MGの篩
係数0.2以上の中空糸膜であって、血液濾過開始後4
時間経過しても膜の血液透水性と、β2 ―MGの篩係数
が血液濾過開始時の値に比べて90%以上を示すことを
特徴とする血液透析膜が得られている。
【0008】しかし、該公報に開示されている、気体を
芯材としたトリアセテートの紡糸法では、紡糸が難しい
ため、低ポリマー濃度での紡糸が困難であり、水の限外
濾過係数は実施例に示す如く、10〜120ml/Hr
・mmHg・m2 と比較的低く、高い限外濾過係数の中
空糸が得がたい。また、芯剤として気体を用いる場合
は、芯剤に凝固性がないため、内面緻密層の形成は難し
く、膜構造としては緻密層と、多孔層との密度差が小さ
く、透過性の優れた合成ポリマーの様な2層構造の膜が
得られない。そのため血液透析での長期合併症で問題に
なっているβ2 ―MGに代表される中高分子量物質の除
去を大幅に改善することが困難である。
【0009】この様に、膜構造の緻密層と多孔層の密度
差が不明確なために、透過性及び分画性においても改良
の余地がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な従
来技術の問題点の解決を目的としたものであって、特に
血液透析や血液濾過透析において、β2 ―MG等の中分
子量領域の有害物質の除去性能と尿素等の低分子量領域
の有害物質の除去性能の両方に優れ、しかもアルブミン
の損失の少いセルローズ誘導体からなる選択透過性中空
糸膜を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる目標
を達成するために鋭意努力した結果、膜構造を従来の均
一性膜より、内面に極薄膜の特定空隙率の緻密層を有
し、支持層が多孔層である2層構造にすることにより、
透過性能及び分画性能共に優れたセルロース誘導体選択
透過性中空糸膜が得られることを見出し、本発明に到達
した。
【0012】即ち本発明は、選択透過性を有する中空糸
膜において、該中空糸膜の内面に、空隙率30%以下、
厚さ0.2〜2μmの緻密層を有することを特徴とす
る、実質的にセルロース誘導体からなる選択透過性中空
糸膜である。
【0013】以下、本発明について更に詳細に説明す
る。本発明における中空糸膜を形成する素材は、セルロ
ース誘導体であり、特にアセチルセルロースである。そ
の中でも一般的に使用されるものとしては、実質的にセ
ルロースジアセテート、セルローストリアセテートから
なるポリマーである。これらの中でもセルローストリア
セテートが特に好ましい。なお、実質的とは、このセル
ロース誘導体の特性を損わない範囲で、他の高分子量物
質や添加物を含有してもよいことを意味する。
【0014】本発明の中空糸膜の膜壁の構造は、内面に
物質の分離透過特性を決定する極薄の緻密層を有し、そ
の外側に膜の機械特性を分担する支持層を有するもので
あり、該支持層は、対象物質の透過抵抗の殆んどない多
孔層である、2層又は多層構造が好ましい。
【0015】本発明の中空糸膜は、少なくとも、内面
に、2μm以下の厚さの空隙率30%以下の緻密層を有
する中空糸膜である。該中空糸膜の性能の特徴は、従来
の比較的均一構造の膜では、得られなかった高レベルの
水透過性(例えば700ml/Hr・mmHg・m2
上)と、大なるDx10,000透過性(例えば0.1
重量%デキストラン(mw:10,000)水溶液のデ
キストラン(mw:10,000)の総括物質移動係数
(k0 )が6.4×10-5cm/sec以上)と、良好
なアルブミン阻止率(例えば、牛血漿でのアルブミンの
篩係数が0.01以下)を有し、かつ大なる低分子量物
質透過性(例えば0.01重量%の尿素水溶液における
尿素の総括物質移動係数(K0 )が83×10-5cm/
sec以上)であり、透過性能と分画性能共に優れた中
空糸膜である。
【0016】該中空糸膜内面の緻密層の厚さは、薄い方
が透過性能の面で優れており、一般的に2μm以下であ
るが、好ましくは0.2μm〜1μmである。0.1μ
m以下ではアルブミンの分画性が低くなる。
【0017】中空糸膜の内面の緻密層の空隙率は透過性
と分画性を決定するもので、血液濾過透析でのアルブミ
ンロスを抑えるために、空隙率は30%以下が必要であ
る。空隙率の測定は、中空糸膜断面の電顕写真(倍率1
0万倍)を基にして求めることができる。具体的には電
顕写真の緻密層部分の孔の部分を黒色で塗りつぶした
後、画像処理装置により、緻密層の孔の総面積=S1
該緻密層全体の面積=S2 を求めて、次式より空隙率を
計算する。 空隙率=(S1 /S2 )×100(%)
【0018】中空糸の膜厚は、本発明に係わるような2
層の構造のものでは、多孔層を有するため、機械的強度
の面より30μm以上が必要である。膜厚が厚くなる
程、透析器に充填できる中空糸本数が減少し透析器の膜
面積が低下するため、膜厚は30〜60μmが好まし
い。
【0019】なお本発明の中空糸紡糸原液に使用できる
溶剤としては、N―メチルピロリドン、ジメチルホルム
アミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアミド、ジメ
チルアセトアミド等である。
【0020】非溶剤としては、プロピレングリコール、
エチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエ
チレングリコール等の多価アルコールが使用できる。
【0021】該中空糸の凝固浴は、上記の溶剤と非溶剤
の水溶液を用いる。又内面に緻密層を有する非対称膜構
造にするため、芯剤はより低濃度の溶剤と非溶剤の水溶
液を使用し、中外層部での相分離を促進することが必要
である。
【0022】紡糸原液の組成は、一般的にセルロース誘
導体10〜20重量%、溶剤55〜75重量%、非溶剤
10〜30重量%であり、好ましくはセルロース誘導体
10〜15重量%、溶剤60〜70重量%、非溶剤15
〜25重量%である。
【0023】凝固浴の組成は、溶剤/非溶剤/水の重量
比で一般的に30〜55/5〜20/30〜65好まし
くは35〜45/10〜15/40〜55である。
【0024】芯剤の組成は、溶剤/非溶剤/水の重量比
で、5〜25/2〜15/70〜95好ましくは10〜
20/3〜10/80〜90である。
【0025】紡糸口金の温度は、原液組成により異なる
が30〜100℃であり、凝固浴の温度は10〜70
℃、好ましく30〜60℃である。紡糸方式としては半
乾半湿式紡糸法が好ましい。
【0026】
【実施例】以下、本発明について、実施例をあげて更に
具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって
何ら限定されるものではない。
【0027】なお実施例及び比較例中において、評価項
目の測定は、下記の方法で行った。デキストラン10,
000の総括移動係数KO の測定方法は、円筒状容器に
約52%の充填率で中空糸束を充填した有効面積1.5
2 の中空糸膜透析器に、37℃で中空糸内(血液)側
に0.1重量%のデキストラン10,000の水溶液を
200ml/分で流し、中空糸外(透析液)側に水を5
00ml/分で流した場合の中空糸内(血液)側の流出
液中の濃度を測定することにより、下記式によりK0
得られる。サンプリング液中のデキストラン濃度は、ア
ンスロン―硫酸法により測定した。
【0028】
【数1】
【0029】θB :中空糸内(血液)側の流量[ml/
sec] θD :中空糸外(透析液)側の流量[ml/sec] DA :デキストラン10,000のダイアリザンスで、
その測定法は日本透析医学会学術委員会in vitr
o評価ワーキンググループの評価法に基づく。 A:中空糸膜有効面積[cm2 ];中空糸膜の潤滑状態
での内径基準の膜面積である。
【0030】アルブミンの篩係数(SC)の測定方法
は、日本透析医学会学術委員会の血液浄化器の牛血漿i
n vitro評価プロトコールと機能分類(’94.
11.12)による。アルブミン濃度の測定は、A/G
B―テストワコー(和光純薬(株))により行った。
【0031】
【数2】
【0032】SC:篩係数 CF :濾液側溶液濃度 CBi:血液側入口溶液濃度 CBo:血液側出口溶液濃度
【0033】[実施例1〜5、比較例1〜2]セルロー
ストリアセテート13部とトリエチレングリコール20
部をジメチルスルホキシド67部に均一溶解したものを
紡糸原液とし、ジメチルスルホキシド/トリエチレング
リコール=67/20(wt/wt)の水溶液(表―1
参照)を芯剤として2重管ノズルより空気中(約5c
m)に吐出した後、表―1に示す温度の凝固液(ジメチ
ルスルホキシド/トリエチレングリコール=67/20
(wt/wt)の50wt%水溶液)の中に導入し、固
化させ、水洗、グリセリン付着処理後、捲取った。得ら
れた中空糸膜を乾燥後束状にし、円管状の容器内に挿入
充填して、両端をポリウレタンで接着固定し、有効面積
が約1.5m2 の中空糸膜透析器を作成し、in vi
troで水透過性能(UFR)とデキストラン10,0
00の総括物質移動係数(K0 )及び牛血漿を用いたア
ルブミンの篩係数(S.C)を測定した。
【0034】[比較例3]セルローストリアセテート2
0部とプロピレングリコール23部とをN―メチルピロ
リドン57部に均一に溶解したものを紡糸原液とし、流
動パラフィンを芯剤として、2重管ノズルより空気中に
吐出させた後、水:プロピレングリコール:N―メチル
ピロリドン=80:8:13の重量比で混合した25℃
の凝固浴に導いて、固化させ、水洗、グリセリン付着処
理後、捲取った。得られた中空糸膜中の芯剤を抜取り、
洗浄後、得られた中空糸膜を円管状の容器内に挿入充填
して、乾燥後、両端をポリウレタンで接着固定し、有効
面積が約1.5m2 の血液透析器を製作し、血液濾過で
の性能評価に供した。結果を表―1に示す。
【0035】
【表1】
【0036】実施例1の中空糸膜断面の電顕写真を図1
及び図2に示す。内面に2μm以下の極薄緻密層を有
し、緻密層の空隙率は0.18である。純水の限外濾過
係数が542、デキストラン(分子量10,000)の
総括物質移動係数(K0 )12.8×10-5(cm/s
ec)、尿素総括物質移動係数(KO )92×10
-5(cm/sec)と高い透過性を示した。一方アルブ
ミンのSCは0.008であり、アルブミンのカット性
も優れた性能特性を示している。実施例2〜5は、デキ
ストラン(分子量10,000)と、低分子量の尿素の
透過性、及びアルブミンのSCも0.01以下で共に優
れた性能特性を示している。
【0037】比較例1では、緻密層の空隙率が30%以
上であり、アルブミンのSCが0.19と高くなる。比
較例2では、緻密層が2μm以上であり、デキストラン
(分子量10,000)の透過性能が低くなる。比較例
3は従来の均一膜であり、デキストラン(分子量10,
000)の透過性能が低い。
【0038】
【発明の効果】本発明の中空糸膜は、内面に、空隙率3
0%以下、厚さ2μm以下の緻密層を形成することによ
る、透過性と分画性に優れた膜特性を有するものであ
る。特に血液透析や血液濾過透析において、β2 ―MG
の中分子量領域の有害物質の除去性能と尿素等の低分子
量領域の有害物質の有害物質の除去性能の両方に優れ
た、セルロース誘導体からなる選択透過性中空糸膜を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた中空糸膜断面部(緻密層と
多孔層を含む)の電子顕微鏡写真(×20,000)で
ある。
【図2】実施例1で得られた中空糸膜の緻密層断面部の
電子顕微鏡写真(×100,000)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−108053(JP,A) 特開 昭62−117812(JP,A) 特開 平6−343842(JP,A) 特開 平5−64730(JP,A) 特開 平2−187133(JP,A) 特開 昭55−166161(JP,A) 特開 昭55−152501(JP,A) 特開 昭55−84503(JP,A) 特開 昭55−24506(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 71/16 A61M 1/18 B01D 69/08 D01D 5/24 D01F 2/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内面に緻密層、その外層に多孔層を備え
    た2層構造を有する血液透析用の選択透過性を有する中
    空糸膜において、該緻密層が、空隙率が30%以下、厚
    さ0.2〜2μmの緻密層であり、且つ該中空糸膜の膜
    厚が30μm以上、60μm以下であることを特徴とす
    る、実質的にセルロース誘導体からなる選択透過性中空
    糸膜。
  2. 【請求項2】 該選択透過性中空糸膜が、実質的にセル
    ロースアセテートからなる請求項1記載の選択透過性中
    空糸膜。
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