JP3366040B2 - ポリスルホン系半透膜およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポリスルホン系半透膜
およびその製造方法に関し、更に詳しくは、ポリスルホ
ンおよび／またはポリエーテルスルホンよりなる半透膜
の少なくとも一表面に対し、親水性高分子物質よりなる
被覆層を形成させることにより、良好な血液適合性を維
持したまま高透水性能、高濾過性能、高拡散性能を有す
るポリスルホン系半透膜およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、選択的な透過性を有する膜を利用
する技術がめざましく進歩し、気体や液体の分離フィル
ター，医療分野に於ける血液透析器，血液濾過器，血液
成分選択分離フィルター等広範な分野での実用化が進ん
でいる。

【０００３】該膜の材料としては、セルロース系（再生
セルロース系，酢酸セルロース系，化学変性セルロース
系等），ポリアクリロニトリル系，ポリメチルメタクリ
レート系，ポリスルホン系、ポリエチレンビニルアルコ
ール系，ポリアミド系等のポリマーが用いられてきた。

【０００４】このうちポリスルホン系ポリマーは、その
熱安定性、耐酸・耐アルカリ性に加え、製膜原液に親水
化剤を添加して製膜することにより、血液適合性が向上
することから、半透膜素材として注目され研究が進めら
れてきた（例えば、特公平２ー１８６９５号公報、特公
平３ー４７１２７号公報、特開平４ー３００６３６号公
報）。

【０００５】これら従前のポリスルホン系ポリマーの親
水化技術は、いずれも製膜原液の段階でポリスルホン系
ポリマーと親水性高分子物質を混合した後に製膜する方
法であり、該方法が目的とするところの親水化による血
液適合性向上に対してはある程度の効果はえられた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従前の
方法で親水化したポリスルホン系半透膜は、分画分子量
の小さいものしか得られておらず、透水性能、濾過性
能、拡散性能の低い膜でしかなく、そのため、ポリスル
ホン系半透膜において良好な血液適合性を維持しつつ、
かつ高透水性能、高濾過性能、高拡散性能を発揮できる
膜の開発が望まれていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記した
ポリスルホン系半透膜が有する問題点を解決し、良好な
血液適合性を維持しつつ、かつ高透水性能、高濾過性
能、高拡散性能を保有するポリスルホン系半透膜を得る
ことを目標に鋭意研究し、その結果、ポリスルホンおよ
び／またはポリエーテルスルホンよりなる半透膜の少な
くとも一表面に親水性高分子物質よりなる被覆層を形成
させることにより、良好な血液適合性と驚くべき程高い
透水性能、濾過性能、拡散性能を持った膜が得られるこ
とを見出し、本発明を完成した。

【０００８】すなわち本発明は、血液透析、血液濾過、
蛋白分画または血漿分離に用いられるポリスルホンおよ
び／またはポリエーテルスルホンを原料として製膜され
たポリスルホン系半透性中空糸膜の内表面に親水性高分
子を接触させた後、該親水性高分子を架橋することを特
徴とするポリスルホン系半透性中空糸膜の製造方法であ
り、また該製造方法によって得られたポリスルホンおよ
び／またはポリエーテルスルホンよりなる半透性中空糸
膜である。該半透性中空糸膜の用途は限定されるもので
は無く、血液透析，蛋白分画，血漿分離等，その目的に
照らして適切なものを選択すれば良い。

【０００９】ここでいうポリスルホンおよび／またはポ
リエーテルスルホンとは、通常式（１）、または式
（２）の繰り返し単位を有するポリマーであり、官能基
を有していたり、芳香族系がアルキル系になっていても
よく、とくに限定されるものではない。

【００１０】

【化１】 また、半透膜とは、溶液または分散液中の一部の成分は
通過するが他の成分は通過させない膜のことをいい、そ
の使用目的、すなわち、血液透析、蛋白分画、血漿分離
等の目的に合った分画特性のものを選択使用することが
でき、また、その形状、寸法等は特に限定されるもので
なく、平膜状であっても中空糸状であってもよいが、中
空糸状のものは膜面積当たりの占有体積を小さくできる
ので好んで用いられる。

【００１１】中空糸状の場合、形状は通常円筒状の中空
糸が用いられるが、円筒の外側面にフィンの付いた形状
の中空糸も使用することができ、寸法は、膜厚が１〜１
００μｍ，好ましくは５〜５０μｍ，内径が５０〜５０
０μｍ，好ましくは１００〜３００μｍ程度の中空糸が
使用できる。

【００１２】分画特性については、その用途により透析
用であれば低分子量物質からアルブミンより小さい分子
量の物質の透過性が高いもの，蛋白分画用であれば低分
子蛋白が透過し、高分子蛋白や免疫複合体の様な物質が
透過し難いもの，血漿分離用であれば血漿成分は透過す
るが血球成分は透過しないものなどが好適に用いられ
る。

【００１３】また親水性高分子とは、水に可溶であり、
かつ物理的処理および／または化学的処理により架橋
し、それにより水に対し不溶化し得る物質をいい、例示
すと、ポリビニルピロリドン，ポリエチレングリコー
ル，ポリビニルアルコール，ポリプロピレングリコール
等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、
これらの中では、ポリビニルピロリドンおよび／または
ポリエチレングリコールが生体適合性改善の面から特に
推奨しうるものである。

【００１４】親水性高分子物質の分子量は、大きい方が
架橋が進み易いが、水溶液にした時の粘度が高くなり取
り扱いにくくなる。したがって、それらの分子量として
は、５００から１００万，好ましくは１万から５０万，
更に好ましくは２万から４０万が推奨しうるものであ
る。

【００１５】水に対し不溶化された親水性高分子物質と
は、上記した親水性高分子が架橋され、更に高分子化し
た結果水に対する溶解性が失なわれるということであ
る。

【００１６】また、少なくともその一表面に親水性高分
子物質よりなる被覆層を有するという意味は、水に対し
不溶化された親水性高分子物質がポリスルホンおよび／
またはポリエーテルスルホンよりなる半透膜の極めて表
面近傍に存在して被覆層を形成し、水中に溶離あるいは
遊離して行かない様に保持されている状態をいう。

【００１７】これを模式図でしめすと図２のようにな
り、図中６はポリスルホンおよび／またはポリエーテル
スルホンよりなる半透膜断面を示し、７は親水性高分子
物質を示す。この図は中空糸状半透膜の断面を示してお
り、その中空糸内表面に親水性高分子物質よりなる被覆
層が形成されていることを示しており、これに対して、
従来技術により製造された中空糸断面を模式図に示すと
図３に示すが如きであり、従前の技術で製造した中空糸
は親水性高分子物質が膜の表面だけでなく膜の構造全体
に分布している。

【００１８】本発明において、親水性高分子物質よりな
る被覆層の存在部位は、膜の一方の表面に限定されるこ
となく、他方の表面に存在しても差し支えない。

【００１９】親水性高分子物質を半透性中空糸膜に接触
させる方法は、親水性高分子を水または適当な溶剤、あ
るいはこれらの混合溶媒に溶解させた後半透性中空糸に
接触させ、その後余分な溶液を適当な気体により吹き飛
ばしてしまう方法、霧状にした親水性高分子溶液を半透
性中空糸に吹き付ける方法等、公知のコーティング方法
を使用することができ、また、上記した処理は、中空糸
の状態で行なってもよいし、中空糸を容器に充填した透
析器，蛋白分画用濾過器等モジュールの状態にした後に
行なってもよい。

【００２０】親水性高分子溶液の濃度は、親水性高分子
物質の分子量，すなわち溶液にした場合の溶液粘度，架
橋後の半透性中空糸の濾過性能等を考慮して任意に選択
しうるが、０．０１から１０重量％，好ましくは０．０
５から５重量％，更に好ましくは０．１から１重量％の
溶液濃度が推奨しうるものである。

【００２１】親水性高分子物質を架橋させる方法を例示
すると、γ線，Ｘ線等を用いる放射線架橋法，紫外線架
橋法，熱架橋法，架橋試薬を用いる方法あるいはこれら
の組み合わせ等が挙げられ、また、架橋を促進させるた
め、種々の開始剤，開始助剤あるいは重合性モノマー，
オリゴマー，ポリマー等を使用することもでき、上記し
た架橋法のうち、半透性中空糸の膜構造に与える影響が
少なく、残留試薬の問題が少ないことなどから放射線架
橋法および／または熱架橋法が特に推奨しうるものであ
る。

【００２２】放射線架橋法のうちγ線を用いる場合、そ
の線量の選択は親水性高分子の架橋の程度，素材の劣化
の程度を考慮して任意に選定できるが、１から１００ｋ
Ｇｙ，好ましくは５から５０ｋＧｙ，更に好ましくは１
０から２５ｋＧｙが推奨しうる線量であり、また、熱架
橋法を用いる場合には、１２０℃から２００℃程度の温
度条件を用いるのが一般的であり、特に１５０℃から１
８０℃のの温度範囲が好ましい。

【００２３】本発明のポリスルホン系半透膜は、中空糸
状の場合、その多数本を容器に接着固定したモジュール
の形で使用されるのが一般的であり、以下、透析器を例
にとり説明すると、図１は透析器の一例を示す模式図で
あり、ポリスルホン系半透膜中空糸１は透析液出入口
５、５’を有する容器２にその多数本が集束されポリウ
レタンの様なポッティング材３により端部が接着され、
容器に固定される。

【００２４】ポリスルホン系半透膜中空糸１の中空部分
は血液出入口４，４′に開放されており、血液はポリス
ルホン系半透膜中空糸の内側を流れる構造になってお
り、ここでポリスルホン系半透膜中空糸１の本数は１０
００から２００００本，有効長は１５０から４００ｍｍ
の範囲が一般的であるがこの範囲に限定されるものでは
ない。

【００２５】透析液は入口５′から入り、ポリスルホン
系半透膜中空糸１の外表面に接触し、出口５から排出さ
れ、血液は入口４′から入り、ポリスルホン系半透膜中
空糸１内を通り透析された後出口４から排出されるとい
う使い方が一般的である。血液はポリスルホン系半透膜
中空糸１の内面に接触するのであるが、ポリスルホン系
半透膜中空糸１内表面には親水性高分子物質の被覆層が
形成されているのでポリスルホンおよび／またはポリエ
ーテルスルホンよりなる半透膜構造体の素材そのものの
表面と血液とが直接接触する頻度が低く抑えられ、結果
として、血液適合性が改善される。本発明のポリスルホ
ン系半透膜においては親水性高分子物質は、膜の表面部
分にのみ存在するので、その結果、従前の技術の如き親
水性高分子物質が膜内部に分散して孔径を小さくしてし
まうことがなく、高い透水性能、濾過性能、拡散性能を
有する半透膜が得られる。

【００２６】

【実施例】

（実施例１〜６および比較例１〜２）ポリスルホン（Ｐ
−１７００，ＵＣＣ社製）１８部、ポリビニルピロリド
ン（Ｋ−９０，分子量３６万）５部、ジメチルアセタミ
ド（以下，「ＤＭＡｃ」という。）７４．５部、水２．
５部からなる紡糸原液を調整し、中空部に水を注入しな
がら５％ＤＭＡｃ水溶液を凝固液とする凝固浴中で中空
糸を紡糸し、得られた中空糸を水洗し、グリセリンを付
着させた後、乾燥し、該中空糸を比較例１の原糸とし
た。

【００２７】上記紡糸原液組成からポリビニルピロリド
ン（以下「ＰＶＰ」という。）を除いた以外は同様に紡
糸原液を調整し、紡糸し、後処理し、得られた中空糸を
比較例２の原糸とした。

【００２８】比較例１の原糸および比較例２原糸を用
い、図１に示す透析器をそれぞれ試作した。該透析器
は、中空糸の膜厚５０μｍ，内径２００μｍ，フィラメ
ント数９４００本，膜面積１．５ｍ² であり、この状態
の透析器を比較例１および比較例２の試験に供した。

【００２９】比較例２と同様の透析器に対して、親水性
高分子としてＰＶＰを用い以下の処理を行い各実施例１
〜６の試験に供する透析器を製造した。

【００３０】ＰＶＰはＫ３０（分子量４万）およびＫ４
０（分子量３６万）を使用し、それぞれ表１に示す濃度
の水溶液を調製し、それぞれの未処理透析器に対して血
液入口４’から各々のＰＶＰ溶液２００ｍｌを８００ｍ
ｌ／分の流速で流した後、０．２ｋｇ／ｃｍ² の圧縮空
気で残存するＰＶＰ溶液を吹き飛ばして血液出口４から
排出し、その後１０ｋＧｙのγ線を照射し、次いで中空
糸の内側，外側すなわち容器２内部全体を水で充填して
実施例１〜６の試験に供する透析器とした。表１にその
処理条件を示す。

【００３１】

【表１】 以上の様にして作成した透析器を用いて実施例１〜６お
よび比較例１〜２として以下の試験を行なった。

【００３２】１）．日本人工臓器学会の性能評価基準に
従い、透水量（以下ｕＦＲと略す，単位はｍｌ／ｈｒ／
ｍｍＨｇ），クレアチニンおよびビタミンＢ₁₂（以下Ｖ
Ｂ₁₂）のクリアランス（膜間圧力０ｍｍＨｇの時の値）
を測定した。

【００３３】２）．日本人工臓器学会の性能測定基準に
準じミオグロビン（以下Ｍｂ）のクリアランス（但し膜
間圧力０ｍｍＨｇの時の値）を測定した。

【００３４】３）．実施例１〜６，比較例１〜２と同様
に作成した透析器より中空糸を切り出し、フィラメント
数１００本，長さ１５０ｍｍのミニモジュールを作成
し、これにヘパリン添加ヒト新鮮血液１０ｍｌを１ｍｌ
／ｍｉｎの流速で流し、ミニモジュールを通過した血液
につき以下の分析を行なった。 ａ） 血小板数（電気抵抗検出法） ｂ） 血小板第４因子（以下ＰＦ−４，酵素免疫分析） 各透析器について測定した結果を表２に、ミニモジュー
ルで測定した結果を表３に示す。

【００３５】表２および表３は比較例１の測定値を１０
０とした場合の各々の実施例１〜６の測定値を示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】 比較例１と比較例２との比較でＰＶＰを紡糸原液に加え
ないとｕＦＲおよびクリアランス、特に高分子量物質で
あるＭｂのクリアランスが高くなっていることが判明し
（表２）、しかしながら、血液適合性の点では血小板の
付着量が多くなり、ＰＦ−４の放出も多くなってしまう
ことが判る（表３）。これに対して、各実施例では、高
いｕＦＲ，クリアランスを発現しつつ、かつ血液適合性
も良好であることが判る（表２、３）。

【００３８】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によるポリスル
ホン系半透膜は、良好な血液適合性を維持しつつ、かつ
高透水性能、高濾過性能、高拡散性能を発揮する半透膜
であり、また、本発明のポリスルホン系半透膜を用いて
血液透析器、血液濾過器、血漿分離器等の医療用具を形
成すると血液適合性の良好で、高い濾過、透析、分離性
能を持った医療器具が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポリスルホン系半透膜からなる中空糸
を用いた透析器の一例を示す模式図である。

【図２】本発明のポリスルホン系半透膜に於ける親水性
高分子物質の存在状態の一例を示す断面模式図である。

【図３】従来技術により製造されたポリスルホン系半透
膜に於ける親水性高分子物質の存在状態の一例を示す断
面模式図である。

【符号の説明】

１ ポリスルホン系半透膜からなる中空糸 ２ 容器 ３ ポッティング材 ４ 血液出口 ４′ 血液入口 ５ 透析液出口 ５′ 透析液入口 ６ ポリスルホン系半透膜 ７ 親水性高分子物質

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 血液透析、血液濾過、蛋白分画または血
   漿分離に用いられるポリスルホンおよび／またはポリエ
   ーテルスルホンを原料として製膜されたポリスルホン系
   半透性中空糸膜の内表面に親水性高分子を接触させた
   後、該親水性高分子を架橋することを特徴とするポリス
   ルホン系半透性中空糸膜の製造方法。
2. 【請求項２】 架橋する方法が放射線架橋および／また
   は熱架橋であることを特徴とする請求項１記載のポリス
   ルホン系半透性中空糸膜の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の製造方法によ
   って得られたポリスルホンおよび／またはポリエーテル
   スルホンよりなる半透性中空糸膜であって、その内表面
   に水に対して不溶化された親水性高分子物質よりなる被
   覆層を形成することを特徴とするポリスルホン系半透性
   中空糸膜。
4. 【請求項４】 親水性高分子物質がポリビニルピロリド
   ンおよび／またはポリエチレングリコールであることを
   特徴とする請求項３記載のポリスルホン系半透性中空糸
   膜。