JP5948336B2 - 血液、その他の液体の浄化のための電気収着及び分解装置 - Google Patents

Description

本発明は、人工腎臓、人工肝臓又は血液透析システムでの、限定されるものではないが、特に血液などの生体液の電気収着及び電気触媒分解による浄化の分野に関する。本発明は、患者の血液からなどの生体液から毒性物質を除去するためのスタンドアロン装置及び、本発明の装置を移動中でも連続して血液浄化を可能にする着用可能ユニットの形で用いて血液から毒性物質を除去する方法に関する。本発明はまた、他の液体、例えば排水、プロセス化学、及び尿、透析液、ミルク、生化学分析及び処理流体から物質を除去することを可能にする。逆モードでは、本発明システムは、制御された方法で成分を放出するために使用され得る。

血液透析（ＨＤ）及び腹膜透析（ＰＤ）は、腎臓が十分に機能しない場合血液から毒性物質（不純物又は廃棄物）を除去する方法である。透析は、最もしばしば、腎臓欠陥の患者のために使用されるが、また、緊急事態下で薬物又は毒物を迅速に除去するためにも使用され得る。この技術は、急性及び慢性腎臓欠陥を持つ人々の生命維持である。最も知られているのは血液透析であり、これは身体外の透析装置内にある特定のフィルターに血液を循環することで作用する。ここでは、血液は半透膜（透析装置又はフィルター）を横切って流れ、一方で透析液が前記血液流と対抗する方向で流される。透析膜は、特定分子量を下回る物質のみを通過させる。拡散により、これらの物質の濃度は、膜の両側で最終的に等しくなる。透析液は、血液から毒物を除去し、一般には廃棄透析液として捨てられる。血液中の化学的アンバランス及び不純物は最小バランスに戻され、その後血液は身体に戻される。血液透析の効率は１０から１５％であり、これは毒物の１０から１５％が血液から除去されることを意味する。通常は、ほとんどの患者は、毎週３回血液透析を行う。それぞれの透析には通常３から４時間を要する。このことは非常に不便であり、患者に対する透析の物理的及び社会的効果は非常に大きい関心事である。

患者の正常な日常生活を可能にする、持ち運び可能（ポータブル）な透析装置を提供するために、人工腎臓が開発されてきた。人工腎臓には本質的に２つのタイプが存在する。

１つは、人工腎臓の原理は、透析により身体から尿素及びその他の毒性中程度の分子を抽出し、前記透析液を通常は活性炭などの吸着剤により再生することを含む。かかる腎臓透析装置に基づくシステムの場合には、重要な点は、透析液が透析装置にリサイクルされる場合、透析液の再生である。従来技術における腎臓透析装置は、例えば英国特許第１４０６１３３号明細書及び米国特許出願公開第２００３／００９７０８６号明細書に記載されている。英国特許第１４０６１３３号明細書には、リサイクルタイプの人工腎臓が記載され、これは活性炭及び活性アルミナを含む改良された吸着物を持つ。米国特許出願公開第２００３／００９７０８６号明細書は、ポータブル透析装置が開示され、透析液を用いる透析器が連続して接続され、さらに、輪郭付けられた複数吸収装置が含まれ、これは連続して接続され、使用済み透析液を再生する。使用済み透析液の再生のための吸着物質として、活性木炭、ウレアーゼ、リン酸ジルコニウム、含水酸化ジルコニウム及び／又は活性炭が設けられている。

他の形では、人工腎臓の原理は、限外濾過又は血液濾過に基づくものであり、これは適切な膜を使用し、血液細胞を含む大きい分子は前記膜の保持液中に保持され、毒性物質が限外濾過液中に集められる。血液濾過の間、患者の血液は、一組のチューブ（濾過回路）を介して半透膜（フィルター）へ装置を介して通過し、そこで廃棄物及び水が除去される。交換液を添加して、血液を患者に戻す。透析と類似の方法で、半透膜は半透膜を横切ると透析物の移動を含む。しかし、半透膜で使用される膜は、血液透析で使用されるものよりもずっと多孔性であり、透析液は使用されず、その代わりに陽水圧が水を駆動し、透析物が膜を横切り、そこでそれらは濾過物として廃棄される。等張補液が得られた濾過血液に添加されて液体容積と貴重な電解質を置き換える。これがその後患者に戻される。従って、限外濾過の場合には、重要な点は、尿素を塩などの透析物中の他の成分から分離する点であり、これらはまた膜を通過するが、これらは血液中に戻されてその電解質成分を実質的に一定に保持されることが必要である。

この２つのシステムの組み合わせがまた提案されている。例えばＳｈｅｔｔｉｇａｒ及びＲｅｕｌらは「Ａｒｔｉｆ．Ｏｒｇａｎｓ（１９８２）６：１７−２２）で、血液の同時濾過のためにシステムであり、血液フィルターとその浄化された濾過液に対する透析を用いるものであり、ここで透析液は、尿素の除去のための活性炭とカチオン交換体からなる多重吸着システムにより浄化される。

中間システム、即ち限外濾過を行わないが、血液から直接毒生物を吸着するシステムがまた、提案されている。米国特許出願公開第２００４／０１４７９００号明細書は、医学的又は生物学的液体を処理するためのカートリッジを開示し、これは区画化された容器を持ち、ここでそれぞれの区画は吸収粒子を含む。前記提案された吸収物質は、本質的に米国特許出願公開第２００３／００９７０８６号明細書に開示され、血液から尿素を効果的に除去し得る。

前記の通り、透析液を再生する吸収物は通常活性炭である。しかしその他の吸収物を透析液から物質を除去するために提案されている。例えば米国特許第３８７４９０７は、ミクロカプセルを開示し、これは本質的に架橋ポリマーからなり、これはスルホン酸基を含み、ポリマー含有４級アンモニウム基でコーティングされ、人工腎臓で使用される。スルホン化ポリマーの例は、スルホン化スチレン／ジビニルベンゼンコポリマー及び前記コーティングポリマーの例は例えばビニルジメチルアミンモノマーの重合により得られるものを含む。Ｓｈｉｍｉｚｕらは、「Ｎｉｐｐｏｎ Ｋａｇａｋｕ Ｋａｉｓｈｉ（１９８５）、（６）、１２７８−８４）で、人工腎臓の使用のために、尿素を透析液又は血液透析液からから除去するための化学吸着組成物を開示する。この化学吸着物は、ジアルデヒド澱粉（ＤＡＳ）−ウレアーゼ共役物及び４、４’−ジアミジノジフェニルメタン（ＤＡＤＰＭ）に基づく。

他の方法は、電気透析に関し、前記透析プロセスを、電気泳動システムに類似の透析膜間に電場を加えて迅速化する、方法である。例えば、国際公開第０３０２０４０３号明細書には、透析液システムが提案され、前記膜間に電圧を負荷する。提案される電圧は５０から１５０ボルトの範囲である。電場は、それにより小分子溶質、リン酸塩、クレアチニン、ベータ２ミクログロブリン及び尿素などの毒物の拡散速度を促進する、ということが主張されている。主な欠点はしかしながら、高電圧が必要となるということであり、その結果血液を大きく加熱する結果となる、ということである。従って、このシステムは、さらに冷却部分を必要とし、これはシステムをかさばるものとしエネルギー消費型とする。

他の関連する方法は、電気収着と呼ばれる水の浄化から知られるものである。例えば、米国特許出願公開第２００７／００７２８４３１号明細書には、定電圧で活性化される炭素電極の手段により水から塩及び金属などの無機イオンを除去することが開示されている。このシステムは水及び無機物質について作用するように思われる。これまでは、電気収着を介して、毒性の小分子、中間分子及びタンパク質などの有機分子や物質を除去することについては開示されていない。

結論として、従来技術は、透析及び限外濾過装置を開示しており、種々の物質が吸着剤として使用され得る。透析液拡散を加速する外部電場の使用が開示されている。

従来技術のシステムの問題は、しかし、前記材料の吸着容量が限定的であるか又は十分ではないか又はその両方のために、小さいデスクトップ型又は装着可能な血液浄化システムを構成することができない、ということである。

電気的活性化酸化を介して血液及び組織から毒物を除去することが、米国特許第３８７８５６４号明細書に１９７５年には既に記載されている。１９８２年、特に米国特許第４４７３４４９号明細書には、電極材料として、Ｐｔ、ＴｉＯ_２と共にＴｉ、ＳｎＯ_２又はＲＯ_２コーティングを用いる透析液の再生について記載されている。このプロセスはこれまで血液浄化に実用されていない、というのはおそらく、このプロセスが望ましくない酸化生成物を、アミノ酸及びタンパク質の部分酸化から生成するからであろう。

電気収着装置を介して毒物を除去することは、２００９年公開の欧州特許第２０９２９４４号明細書に十分記載されている。ここで提案された技術は、血液浄化において重要な進展であると考えられているが、尿素除去にはなお問題があり、比較的高容積及び重量の吸着剤を必要とする。

英国特許第１４０６１３３号明細書 米国特許出願公開第２００３／００９７０８６号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１４７９００号明細書 国際公開第０３０２０４０３号明細書 米国特許第３８７４９０７号明細書 米国特許出願公開第２００７／００７２８４３１号明細書 米国特許第４４７３４４９号明細書 欧州特許第２０９２９４４号明細書

Ｓｈｅｔｔｉｇａｒ ａｎｄ Ｒｅｕｌ （Ａｒｔｉｆ．Ｏｒｇａｎｓ（１９８２）６：１７−２２） Ｓｈｉｍｉｚｕ ｅｔ ａｌ．（Ｎｉｐｐｏｎ Ｋａｇａｋｕ Ｋａｉｓｈｉ（１９８５）、（６）、１２７８−８４）

本発明の課題は、前記従来技術の装置に伴う問題を解消し、装着可能な人工腎臓、腎臓肝臓、腎臓肺などの血液透析、腹膜透析システム−より一般的には−血液浄化システムで使用するコンパクトで効率的な吸収フィルターを提供し、かつ分解システムを提供することである。

同様に、かかるシステムは、他の液であって、水浄化、排水処理及び例えば水槽水の浄化を可能にする。

この問題は次の装置を提供する本発明により解決され、本装置は：
（ｉ）筐体を含み、前記筐体は、水、透析液、血液又は血液血漿又は限外濾過液を前記筐体に導入するための入口、
前記筐体から浄化された水、透析液、血液又は血液血漿又は限外濾過液及び過剰液を前記筐体から除去するための出口、及び前記入口と出口を接続する管を持ち、
（ｉｉ）前記水、透析液、血液又は血液血漿又は限外濾過液から、尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン及びアミン基（ＮＨｘ）を含む他の成分を除去するための電気触媒分解フィルターを含み、前記電気触媒分解フィルターは、前記管に含まれ、前記水、透析液、血液又は血液血漿又は限外濾過液が、前記入口から出口へ流れる際に、前記電気触媒分解フィルターを通過しなければならず、及び前記電気触媒分解フィルターが：
（ａ）尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン及びその他のアミン基を持つ成分の前記分解のための触媒材料からなるか、コーティングされた一組の電極、又は
電気触媒活性表面を持つ材料と電気的に接触する一組の電極、又は
（ｂ）前記電極に、前記触媒分解を開始させ維持するために電荷及び電流を与える電源、
（ｃ）前記電極に望ましくない分子の蓄積を防止するために前記電極の極性を周期的に切り替えることができる電子装置を持ち、
（ｉｉｉ）前記水、透析液、血液又は血液血漿又は限外濾過液から、毒物、毒性溶質、毒性小及び中サイズ分子及びタンパク質結合毒物を除去するための電気収着フィルターを含み、前記電気収着フィルターが、前記管内に含まれ、前記水、透析液、血液又は血液血漿又は限外濾過液が、前記入口から前記出口へ流れる際に、前記電気収着フィルターを通過しなければならず、前記電気収着フィルターが：
（ａ）次の、
（１）ナノ構造化吸着材料；
（２）多孔性ポリマーマトリックス、前記マトリックス中のポアのサイズは、前記液から除去されるべき毒物が前記マトリックス内に入ることができ、及び／又は前記液から除去されるべきではない物質が前記マトリックス何にはいることを防止するサイズである；及び
（３）多孔性ポリマーマトリックス内に捕捉されたナノ構造化吸着材料、前記マトリックス中のポアのサイズは、前記液から除去されるべき毒物が前記マトリックス内に入ることができ、及び／又は前記液から除去されるべきではない物質が前記マトリックス何にはいることを防止するサイズである；からなる群から選択される吸着材料を含み；前記吸着フィルターが前記筐体内に含まれ；
（ｂ）前記吸着材料でコーティングされたか、又は電気的に接触する一組の電極；
（ｃ）前記吸着媒体内で電場強度を生成するために前記電極に電荷を与える電源、とを含む装置である。

前記毒物は、好ましくは、カリウム、リン酸塩、尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン、ベータ２−ミクログロブリン（β２Ｍ）及びアルブミン結合毒物、例えばパラアミノヒプリン酸、ｐ−クレゾール、インドキシル硫酸塩、ＣＭＰＦ及びビルルビンである。前記電気収着フィルターは、ナノ構造化吸着材料に、高特異的高選択的表面領域を持ち、さらに外部電源により追加の表面荷電を組み合わせる。この組み合わせは、非常に効率的かつ効果的であり、小型の吸着システムを可能とする。フィルターと電極の組合せは、尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン及びその他もアミン基含有化合物の触媒分解を可能にし、これらの毒物は吸収よりもガス化により除去されるものである必要な吸着剤を大きく低減できる。これにより、本装置のサイズを非常に小型化できることとなる。この電気触媒分解から生じる望ましくない酸化生成物、例えば部分的酸化アミノ酸、ペプチド及びタンパク質は、クロラミン及びクロリンなどの電気触媒分解からの望ましくない残留物同様に、電気収着フィルターで効果的に除去されることとなる。

電気収着フィルター及び電気触媒分解フィルターは、従って、非常に相乗作用的に操作され：電気触媒分解フィルターは、電気収着フィルター内の吸着剤の容積を大きく低減し、一方で電気収着フィルターは、得られる尿毒症毒物及び電気触媒分解フィルターからの生成物を除去する。

前記電気収着フィルター及び電気触媒分解フィルターは理想的には１つの電気収着／分解システムに統合され、そこで電気収着フィルターの電極が電気触媒分解物から製造されるものである。電気収着及び電気触媒分解プロセスは次に組み合わされる。これによりさらにサイズ及び重量の軽減が可能となる。かかる組合せ設定の他の重要な特徴は、吸着材料が連続的に電気触媒分解プロセスに暴露されている、ということである。このことは、吸着材料がタンパク質などの蓄積により詰まることを防止する。

前記小型及び軽量であるということは、デスクトップサイズのシステムを可能にし、さらに水処理、血液濾過又は血液透析や腹膜透析のための装着可能な装置とすることを可能にする。

前記電気収着フィルターは、吸収、吸着、イオン交換及び／又は表面結晶化材料を含み、非常に小さいナノサイズの粒子又はポアを持ち、これにより高化学表面活性と組み合わせて大きい比表面積を与えることができ、例えば活性炭、ナノクレイ、ナノ結晶性ヒドロタルサイト、ナノ粒子シリカ、ナノ多孔性又は層状アルミナ珪酸塩（ゼオライトなど）、ナノ多孔性金属酸化物及び金属水酸化物、有機金属フレームワーク、ゼオライトイミダゾレートフレームワーク、ナノサイズ及び／又は活性グラファイト、シクロデキストリン、結晶化種、大きい比表面積を持ち、調節可能な多孔度及び高化学活性を持つ高多孔性マトリックス材料であってカルボキシメチルセルロースなど、特異的吸着を持つ機能化された変成酸化澱粉などの生体ポリマー又はそれらの組合せが挙げられる。

かかる電気触媒分解フィルターは、一組の電極を持ち、これらは、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｔａ及びＲｕ及びそれらの酸化物であるＴｉＯ_２、ＲｕＯ_２、ＲｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、又はその水酸化物、例えばＮｉＯＯＨ及びＮｉ（ＯＨ）_２又はそれらの混合物が挙げられる。これらの材料は、尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン及びその他のアミン基含有化合物（タンパク質及びペプチドなど）を電気酸化して、次の式に従いＮ_２、ＣＯ_２及びＨ_２などのガスへ分解する。
ＣＯ（ＮＨ_２）_２（ｓ）＋Ｈ_２Ｏ（ｓ）＞Ｎ_２（ｇ）＋ＣＯ_２（ｇ）＋３Ｈ_２（ｇ）
他の実施態様では、電気触媒分解フィルターは、電気触媒表面活性を持つ材料であって、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｔａ及びＲｕ及びそれらの酸化物であるＴｉＯ_２、ＲｕＯ_２、ＲｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、又はその水酸化物、例えばＮｉＯＯＨ及びＮｉ（ＯＨ）_２又はそれらの混合物でコーティングされた吸着剤などと接触する一組の電極を含む。

本発明による実施態様は、前記ナノ構造化吸着材料が：
（ｉ）ナノ粒子又はナノ結晶性材料、好ましくはアルミナ珪酸塩（ゼオライトなど）などの金属珪酸塩、ナノクレイ、好ましくは剥離ナノクレイ、金属酸化物、金属酸化水酸化物、ナノヒドロタルサイトなどの層状二重水酸化物又は純粋な金属酸化物なの粒子；
（ｉｉ）ナノ多孔性材料、好ましくはゼオライト、メソポーラスシステム、炭化水素系ナノ材料及び有機金属フレームワーク；
（ｉｉｉ）ナノ複合体；
（ｉｖ）ナノファイバ及び
（ｖ）これらの任意の組合せ、からなる群から選択される。

本発明の装置の好ましい実施態様では、前記多孔性ポリマーマトリックスは、架橋ポリマー及び／又は荷電ポリマー及び／又は特異的吸着のために特異的に官能基化された変性ポリマーに基づく。

他の好ましい実施態様では、前記ポリマーは、炭水化物及びタンパク質から選択される生体ポリマーである。

他の好ましい実施態様では、前記炭水化物が架橋酸化澱粉である。

なお好ましい実施態様では、前記炭水化物がカルボキシメチルセルロースである。

他の好ましい実施態様では、前記吸着材料が、前記電極への恒久コーティングの形、交換可能なゲル又は交換可能な乾燥顆粒の形であって、顆粒のサイズは乾燥形で２５０ミクロンから１５００ミクロンの範囲の平均サイズを持つ。

好ましくは、前記マトリックスのポアのサイズは、アルブミン及びトランスフェリン及びビタミンＢ１２などの他の有用な血液成分が前記マトリックスに入ることを防止するサイズである。

本発明による装置の他の実施態様は、前記電気収着フィルターが、カートリッジの形で提供され、このカートリッジは前記吸着材料がコーティングされた電極、又は前記吸着材料を含む多孔性容器で包まれる電極を含むことを特徴とする。

本発明のよる他の実施態様は、前記電気収着フィルターが、透過性容器と組み合わされて、フィルターパッド内容物を囲む容器を含むフィルターパッドを形成し、前記パッドの容器が透過性膜を含み、前記パッドの内容物が前記吸材料を含む、ことを特徴とする。

本発明により装置の他の実施態様は、前記電気収着フィルターが、
尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン及びその他のアミン基を含む化合物を電気触媒分解してガス化するための電極を持つ電気触媒分解フィルターと組合せ、前記電極が電圧０から２０Ｖで、好ましくは電圧０．５から４Ｖで活性化される、ことを特徴とする。電圧は水の加水分解で限定され、それ以上はさらなるエネルギーを消費することになる。

本発明による装置のさらなる実施態様は、前記装置がさらに、患者血液細胞と患者血液血漿とを分離するためのフィルターを含むことを特徴とする。

本発明による装置のさらなる実施態様は、前記装置がさらに、患者血液から血液限外濾過液を分離するための血液フィルターを含み、前記限外濾過液が血液細胞、血小板及びアルブミン、タンパク質Ｓ及びＣ及びＬＤＬ−コレステロールと分離されることを特徴とする。

この実施態様では、患者の血液から毒物を除去するための人工腎臓装置を形成するために、前記吸着フィルターが、血漿又は血液フィルターシステムと組み合わされ、これは、患者血液細胞と患者血液血漿を分離する血漿フィルター又は患者血液と血液限外濾過液を分離する血液フィルターを含み、患者血液血漿からの毒物、毒性小及び中サイズ分子及びタンパク質結合毒物を除去するための吸着フィルターと組み合わせ、及び場合により前記血液に、ビタミン、ミネラル、抗凝固剤、殺菌剤及びその他の薬物からなる群から選択される少なくとも１つの物質を補うための電極、及び、尿素、尿酸塩、アンモニア及びその他のアミン基含有化合物を分解しガス化するための触媒材料からなる又はコーティングされた電極、を含む。

血液濾過の場合、患者血液から血液血漿を分離し又は患者血液から血液限外濾過液を分離するための血液フィルターが使用され、続いて、毒性イオン性溶質、毒性小及び中サイズ分子及びタンパク質結合毒物を患者血液血漿又は限外濾過液から除去するための電気収着及び分解フィルターが使用される。

前記装置の他の好ましい実施態様では、血液透析又は腹膜透析の一部において、透析液の吸収容量を改善し、又は透析液をインシチュで、前記電気収着及び分解フィルターで再生しそれにより透析液の容積及び透析システムの寸法を低減し、それにより透析システムを装着可能なものとすることである。

他の好ましい実施態様では、前記透析システムが装着可能な透析システムである。

さらに好ましい実施態様では、前記血漿フィルター又は血液フィルターが、少なくともさらに患者血液細胞を回収するための出口を含む。

好ましくは前記血漿フィルター又は血液フィルター及び前記電気収着及び分解フィルターが組み合わされて、前記フィルターパッドとし、前記透過性膜が前記血漿フィルター又は血液フィルターにより形成される。

本発明による装置のさらなる実施態様は、前記装置がさらに、毒物、小及び中サイズ分子を患者血漿から除去するための電気収着フィルターを持つことを特徴とする。

本発明による装置のさらなる実施態様は、前記装置がさらに、尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン及びその他の主にアミン基を含有する分子を患者血液血漿又は限外濾過液から、小化学分子種へ分解させその後ガス化させることで除去するための電気触媒分解フィルターを含む、ことを特徴とする。

本発明による装置のさらなる実施態様は、前記装置がさらに、前記透析液及び／又は前記（浄化）血液血漿又は限外濾過液に、ビタミン、ミネラル、抗凝固剤、殺菌剤及び他の薬物を補うための手段を含むことを特徴とする。

好ましくは前記装置はさらに、イオン交換システム及び前記電極からの電荷を組み合わせる材料を含む。

本発明による装置のさらなる実施態様は、前記収着フィルターの性能が、前記出口で、前記透析液、血液又は血液血漿又は限外濾過液の量を測定するためのセンサーシステムで監視される、ことを特徴とする。

好ましくは、前記収着材料が、前記電極のリバース電圧モードとの組合せで液を再生される。

本発明による装置のさらなる実施態様は、前記装置が制御ユニットを含み、前記電気触媒分解速度及び収着材料の収着活性を、外部電源の０から２００Ｖの範囲で制御して、通常１０から２０Ｖ／ｃｍの収着媒体での電場強度を保証することを特徴とする。

前記収着容量を強化し制御するために、前記収着材料は、電池又は整流器などの外部ＤＣ電源と電極を介して接続される。これにより収着材料の表面荷電が外部から制御され得る。０から３Ｖの範囲、通常は０．５から１．５Ｖの範囲が使用される。尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン及びその他アミン基含有化合物の触媒分解のための電極の電圧は、０から２０Ｖ、通常は０．５から４．０Ｖの範囲である。より高電圧は、水の電気分解を増加させエネルギー消費的にはマイナス効果となる。

前記電源の電圧及び電流を制御することで、電極及び収着材料の表面荷電が変更、維持、減少又は逆転させることを可能とする。前記表面電荷は分子吸着及び結合の主な駆動力であり、前記収着材料の許容量は、要求に合わせて増加又は減少させることができる。

前記収着材料はまた、前記装置をリバースモードで操作することで、電極の逆電圧が結合した毒物を反発させることで再生され得る。

収着剤の再生はまた、前記収着剤を再生液でフラッシュさせることでも達成でき、これによりイオン交換を逆転させることを促進し従って毒物を放出させる。かかる再生液は、ＮａＣｌ又は他のナトリウム塩などの特定の塩を含む水溶液（通常は１から１０重量％濃度）の水溶液からなる。再生液はまた、カルシウム、マグネシウム、鉄又は、ビタミン、ＥＰＯ及び薬物などの他の成分を含み得る。これにより前記収着剤は、再生されるだけでなく、また成分を前負荷することも可能となる。これらの成分は、通常の使用で血液システム内に放出され得る。この前負荷はまた、前記収着剤により望ましくない特定の成分取得を中和するために使用される。

収着剤はまた、再生液と組み合わせてリバース電極モードにより促進され得る。

電気触媒分解のための電極の電圧の逆転は、液から成分の電気蓄積による不活性化を避けるために必要とされる。電圧逆転の周期は非常に重要であり、毎秒切り替えから１０から２０分ごと切り替えまで変わり得る。しかし１０から１００秒の範囲内の周期で切り替えることが薦められる。

好ましくは外部電源の電圧は、前記センサーシステムの読みに依存して電気的に制御される。

前記外部電源の電圧は、毒物を、望ましくない蓄積物を反発させて放出させ、かつ前記収着剤を再生するために逆転され得る。

前記収着電極は好ましくは平面状、円状、円筒状又は板状電極であり、Ａｇ、Ｔｉ、ステンレス鋼、Ｃｒ又は他の血液適合性材料からなるか、又はこれらがコーティングされている。

前記触媒電極は、好ましくは平面状、円状、円筒状又は板状電極であり、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｔａ及びＲｕ及び例えばＴｉＯ_２、ＲｕＯ_２、ＲｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、ＮｉＯ及びＮｉＯＯＨ及びＮｉ（ＯＨ）_２などのこれらの酸化物又は水酸化物、又はこれらの混合物である。

好ましい実施態様では、前記人工腎臓システムは、既存の血液透析及び腹膜透析のクリアランス性能を改善する。

好ましい実施態様では、前記人工腎臓システムは、既存の血液透析システムの透析液の使用を省くことができる。

好ましい実施態様では、前記人工腎臓システムは、再生され再循環される少量の透析液を使用する。

好ましい実施態様では、前記人工腎臓システムは装着可能な装置である。

本発明は、水流、排水又は血液、血液血漿、限外濾過液又は透析物などの生体液から、毒物を除去するための装置を提供し、前記装置は：
（ｉ）電極及び収着材料の設定を含む区画を含み、これは電気触媒分解及びガス化すること、及び電気収着により前記区画内の液から毒物を抽出すること、及びまたリバース電気操作により毒物を脱着させることで毒物を除去し、
（ｉｉ）尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン及びその他のアミン基含有化合物の分解及びガス化のために触媒材料でコーティングされた電極、又は前記区画内で類似の電気触媒表面活性を持つ材料と電気的に接触する電極を含み、この材料が前記電極及び外部電源により生じる荷電により活性化又は不活性化されることができ、
（ｉｉｉ）収着材料でコーティングされた電極又又は前記区画内で収着材料と電気的に接触する電極を含み、前記収着材料が前記電極及び外部電源により生じる荷電により活性化又は不活性化されることができ、
（ｉｖ）毒物、小及び中サイズ分子を、生体液から除去するための収着材料を含み、前記収着フィルターが：
・特異的（吸着／脱着）収着親和性を持つ高比表面積を提供するナノ構造化収着材料；
・多孔性ポリマーマトリックス、前記マトリックス中のポアのサイズは、除去されるべき毒物が前記マトリックスに入ることを可能とし及び／又は前記液から除去されるべきではない物質が前記マトリックスに入ることを防止するようなサイズであり；及び
・多孔性ポリマーマトリックス内に捕捉されるナノ構造化収着材料、前記多孔性ポリマーマトリックス内のポアのサイズが、除去されるべき毒物が前記マトリックスに入ることを可能とし及び／又は前記液から除去されるべきではない物質が前記マトリックスに入ることを防止するようなサイズである、からなる群から選択される収着材料であり、
（ｖ）水流、排水又は生体液を前記装置に入れる入り口、
（ｖｉ）前記装置から水流、排水又は生体液を除去するための出口、及び
（ｖｉｉ）前記出口と入口を接続し、前記電極と前記収着フィルターを持つ区画を保持し、前記水流、排水又は生体液が前記入り口から出口に流れる際に、前記電極を持つ前記区画を必ず通る管を含む。

本発明の装置の好ましい実施態様では、前記装置は：
（ａ）Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｔａ及びＲｕから形成される平面、円形、円筒状又は板状電極が、ＴｉＯ_２、ＲｕＯ_２、ＲｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、ＮｉＯ及びＮｉＯＯＨ及びＮｉ（ＯＨ）_２などのその酸化物及び水酸化物でコーティングされている、
（ｂ）Ａｇ、Ｔｉ、ステンレス鋼、Ｃｒ又はその他の血液適合性材料から形成される平面上、円状、円筒状又は板状電極、又はそれらでコーティングされた電極、又は（ａ）で記載された電極であり、これらの電極が多孔性、好ましくはナノ構造化収着材料でコーティングされているか、又は電気的に接触しており、
（ｃ）前記電極のそれぞれの電圧を制御することができる電気制御ユニット、
（ｄ）例えば導電性測定により、前記浄化（排水）水や生体液中の毒物濃度を測定することができるセンサー、
（ｅ）腎臓患者の血液血漿、透析物又は限外濾過液の場合は通常２０から１００ｍｌ／分である、十分な水又は生体液が前記区画を流れることを保証するポンプユニット、
（ｆ）場合により、血液の血漿フィルター又は血液フィルター−血液血漿分離−限外濾過分離又は血液透析のためのフィルター、を含む。

図１は、本発明による装置の断面を表す図であり、尿素やクレアチニンなどのＮＨｘ基を持つ毒物を分解し脱ガスするための触媒電極と、続いて小溶質、中分子及びタンパク質結合毒物などの他の毒物を吸着するためのナノ構造化吸着材料で囲まれた電気収着電極とを含む。前記装置は、血液フィルターを介して限外濾過液の抽出を介して血液浄化のために設定される。浄化された超濾過は液患者に戻される。 図２は、かかる装置の類似の断面を表す図であり、ここでは透析システムに基づく図である。ここで透析液は連続的に浄化され、同じ電気収着及び分解フィルターで再生される。 図３Ａは、血液フィルター及び統合電気収着及び分解フィルターシステムを組み込んだ装着可能な装置の構造を示す。前記電気触媒分解と組み合わせた前記ナノ構造化吸着材料により、非常に小型の装置が実施可能となる。 図３Ｂは、血液フィルター及び統合電気収着及び分解フィルターシステムを組み込んだ装着可能な装置の構造を示す。前記電気触媒分解と組み合わせた前記ナノ構造化吸着材料により、非常に小型の装置が実施可能となる。 図４Ａは、電気収着及び分解ユニットのプロトタイプ部品を示す、触媒電極（左）、吸着剤で部分的に満たされた電気収着チャンバ（中間）及び電気収着と組み合わせた触媒分解のための積層電極を持つ完全なユニットを示す。このことは、２４時間／日連続的に浄化操作を行う非常に小型の装着可能な装置を可能にする。この結果、腎臓病患者の健康状態及び予想寿命を改善するために血液のずっと優れた浄化を提供することとなる。 図４Ｂは、電気収着及び分解ユニットのプロトタイプ部品を示す、触媒電極（左）、吸着剤で部分的に満たされた電気収着チャンバ（中間）及び電気収着と組み合わせた触媒分解のための積層電極を持つ完全なユニットを示す。このことは、２４時間／日連続的に浄化操作を行う非常に小型の装着可能な装置を可能にする。この結果、腎臓病患者の健康状態及び予想寿命を改善するために血液のずっと優れた浄化を提供することとなる。 図４Ｃは、電気収着及び分解ユニットのプロトタイプ部品を示す、触媒電極（左）、吸着剤で部分的に満たされた電気収着チャンバ（中間）及び電気収着と組み合わせた触媒分解のための積層電極を持つ完全なユニットを示す。このことは、２４時間／日連続的に浄化操作を行う非常に小型の装着可能な装置を可能にする。この結果、腎臓病患者の健康状態及び予想寿命を改善するために血液のずっと優れた浄化を提供することとなる。

ここで使用される用語「収着」とは、吸着、吸収を意味する。吸着は、ガス又は液体また溶質（吸着物と呼ぶ）が固体又はまれに液体（吸着剤）の表面に蓄積され、分子又は原子膜（吸着物）を形成する際に生じるプロセスである。ある物質が液体又は固体へ拡散して「溶液」を形成する場合には、吸着とは異なる。用語、収着は、両方のプロセスを強調するものであり、脱収着とは逆のプロセスを意味する。

ここで使用される用語「小サイズ分子」とは、分子量が５００Ｄａ未満の分子であり、例えば尿酸、尿素、グアニジン、ＡＤＭＡ、クレアチニンなどである。

ここで使用される用語「中サイズ分子」とは、分子量が５００Ｄａから５０００Ｄａの間の分子であり、例えばペプチド及び脂質からの最終生成物、アミン、アミノサン、タンパク質結合化合物、サイトカイン、レプチン、ミクログロブリン及びいくつかのホルモンなどである。

用語「ナノ多孔性材料」とは、約ナノメートルの範囲で定められるポア（孔）を持つ物質であり、１ｘ１０^−７から０．２ｘ１０^−９ｍであり、ミクロポーラス材料に関するＩＵＰＡＣにより定められる３つのカテゴリーを参照すると０．２から２ｎｍのポアサイズを持ち；２から５０ｎｍのポアサイズを持つメソポーラス材料；及び５０から１０００ｎｍの範囲のポアサイズを持つマクロポーラス材料である。

ここで使用される用語「イオン性溶質」とは、リン酸塩、硫酸塩、炭素水和物、塩化物、アンモニア、カリウム、カルシウム、ナトリウムを意味する。

ここで使用される「ナノサイズ」とは、約１から１０００ｎｍ、より好ましくは１から１００ｎｍの範囲である。

用語「電気収着」とは、溶液中のイオン性溶質及び荷電分子が、電源により与えられる吸着剤上の追加の表面電荷の助けにより吸着剤表面に吸着されるプロセスを意味する。

用語「電気収着フィルター」とは、前記空着剤に接続される電極を介して外部電源により荷電又は脱荷電され得る吸着剤を含むフィルターシステムを意味する。

ここで使用される用語「触媒」とは、特定の化学反応が、他の物質と特異的な分子間相互作用により接触する場合に促進されるプロセスを意味する。

ここで使用される用語「電気触媒」とは、電気的活性化により開始される触媒化学反応を意味する。
ここで使用される用語「分解」とは、ある成分がそのより小さい成分へ分解される場合の化学反応を意味する。

ここで使用される用語「ガス化」とは、成分がガス化されてシステムから放出される化学反応を意味する。

ここで使用される用語「電気触媒的分解」とは、化学成分がより小さい分子、好ましくはガス種に電気触媒的酸化反応により分解されるプロセスを意味する。

ここで使用される用語「電気触媒的分解フィルター」とは、毒物の電気触媒的に活性化された分解及び続くガス化を介して除去する電極を含むフィルターシステムを意味する。

ここで使用される用語「電気収着−分解フィルター」とは、電気収着フィルターと電気触媒的分解フィルターを組み合わせたフィルターシステムを意味する。

電気収着及び分解フィルターパッケージを持つ浄化装置
本発明の装置は、電気収着及び分解フィルターパッケージの形を取り、これは血液透析又は腹膜透析システム中に置かれ、透析液から毒物を除去することが可能になる。前記電気収着及び分解フィルターは、連続的に透析液を浄化し、透析液中毒物の濃度を低く維持し、その結果、血液透析及び腹膜透析の効率の改善、通常は１００％改善し、必要な透析液を劇的に低減させ、理想的には１から１０リットルへ低減するものである。腹膜透析の追加の及び選択的機能は、カルシウム、ビタミンＡ、Ｃ及びＢ１２、抗−凝固剤、抗微生物剤、ミネラル、特定の薬物などの補充成分を放出することである。この選択は、既存の血液透析及び腹膜透析システムの操作を容易にし、腹膜透析システムでの感染が起こる可能性を低減させることとなる。

本発明の装置は、装着可能な腹膜透析システムの形を取り、前記電気収着及び分解フィルターパッケージは装着可能な腹膜透析システム内に置かれる。電気収着及び分解フィルターの連続濾過により、透析液の容量が通常は１から２リットルに低減され得る。前記装着可能な腹膜透析装置は、腹腔内へのチューブアクセスシステムを含み、及び流体ポンプ、電源、センサー、電子制御装置、通常は毎日前記電気収着及び分解フィルターパッケージの設置及び交換のための設備及び過剰水を捨てるシステムを含むユニットを含む。前記電気収着の追加及び選択的機能は、カルシウム、ビタミンＡ、抗−凝固剤、抗微生物剤、ミネラル、特定の薬物などの補充成分を放出することである。この選択により、前記腹膜透析システムの操作が感染の機会を低減させることとなる。

本発明の装置は、装着可能な血液透析システムの形を取り、ここで前記電気収着及び分解フィルターシステムが装着可能な血液透析システム内に置かれる。前記電気収着及び分解フィルターの連続濾過により、透析液の容積は通常２００ｍＬから４００ｍＬへ低減され得る。装着可能な血液透析装置は、血管アクセスチューブシステム、及び流体ポンプ、電源、センサー、電子制御装置、通常は毎日前記電気収着及び分解フィルターパッケージの設置及び交換を行うための設備及び過剰な水を捨てるシステムを含むユニットを含む。前記電気収着の追加及び選択的機能は、カルシウム、ビタミンＡ、抗−凝固剤、抗微生物剤、ミネラル、特定の薬物などの補充成分を放出することである。この選択により、前記血液透析システムの操作が感染の機会を低減させることとなる。

本発明の装置は、装着可能な又はデスクトップサイズの人工腎臓の形を取り、これは電気収着及び分解濾過と組み合わせた血液血漿濾過又は血液濾過に基づく。この実施態様では、血液血漿濾過ステップは、特定の血漿フィルターにより実施されるか、又は比較的大きいポアサイズを持つ特定の血液フィルターを介して限外濾過により抽出され、血液を血漿又は限外濾過液と分離し、毒性溶質、小／中分子及びタンパク質結合毒物を前記血漿又は限外濾過液と共に、浄化のための前記電気収着−分解フィルターパッケージを持つ区画内を通過することが可能となる。より小さいポアサイズを持つ柄の血液フィルターを介して、過剰水は、血液血漿又は限外濾過液から除去されアルブミン損失を防止する。浄化血液血漿又は限外濾過液はその後血液流に戻される。理解されるべきことは、かかる実施態様では、前記装置はさらに、必要なチューブ系、血管アクセス及びフィードバックシステム、ポンプ系、電子回路、センサー、電源パック及びその他の必要品が含まれる、ということである。しかし、本発明に必須でないものも存在する。人工腎臓装置の利点は、透析液が必要ないということである。この装置の好ましい実施態様では、血漿、限外濾過液又は血液フィルター及び電気収着及び分解フィルターが統合されてフィルターパッケージとなり、前記フィルターパッケージは、血液フィルター材料から形成され、フィルター材料及び電極を取り囲む容器を含む。本発明の人工腎臓の１つの代表的実施態様は、図１及び図２に示される。

図１に示される装置は、血液浄化の装置の断面を示す。患者からに血液が、血液入口１から血漿フィルター又は血液フィルター３へ供給される。血液は出口２を介して患者に戻される。血漿又は限外濾過液が管４で抽出され、電気収着及び分解ユニット６へ供給される。血漿又は限外濾過液は、触媒電極７を持つ電気触媒的分解区画７へ入る。ここで、尿素、尿酸塩、アンモニア、クレアチニン及びその他のアミン基を持つ毒物が分解され、ガス出口１１を介して脱ガスされる。電極対のそれぞれの電圧が、２０Ｖ程度負荷され得るが、水の電気分解を制限するために、前記電圧差はより低く、例えば４Ｖに維持されるべきである。小溶質である、カリウム及びリン酸塩、同様にベータ２ミクログロブリンなどの毒性中分子、及びｐ−クレゾール、インドキシ硫酸塩及びヒプリン酸（ｈｙｐｐｕｒｉｃ ａｃｉｄ）などのタンパク質結合毒物などの他の毒物が、電気収着区画１０で吸着され、そこで吸着剤９が活性化され、電極７を介して浄化され得る。正荷電電極は、０から２００ボルトの電荷を持つが、リン酸塩、ベータ２ミクロブリブリン及びほとんどの他の毒性タンパク質などの負電荷毒物を引き付けて結合する。負荷電対抗電極は、カリウムやアンモニアなどの正荷電毒物を引きつけて結合する。この吸引の電気的駆動力は、前記吸着媒体の電場強度である。通常は１０から２０Ｖ／ｃｍの電場強度が、前記毒物を加速し結合するために極めて有効であることが証明された。前記電極に提供される実際の電圧は、従って、電極間距離に依存する。液体の加水分解を避けるために、低電圧が好ましく、通常は、１．２から１．４Ｖである。かかる定電圧は、電極間距離が小さく、通常は０．５から１．０ｍｍである場合にのみ効果的である。しかし、液体の高電圧の水の電気分解や他の副作用が許容されるならば、数ｃｍの電極間距離を設けることが可能である。

ナノ構造化吸着材料は非常に大きい表面積を持ち及び毒物の高負荷、通常重量に基づき１０から５０％の範囲の化学的活性を持つ。この浄化方法は、前記吸着材料が毒物で飽和するまで操作され得る。これは使用される吸着物の量に依存する。代表的な実施態様は、吸収物５０から１５０グラムを持ち、これは１２から２４時間の連続浄化モードを可能にする。この装置はリバースモードに代えることもできる。この装置は、再生液と組み合わせて外部電圧を逆に切り替えることで設定される。逆電圧により、吸着機能は反発機能へ変更され毒物は脱結合され吸着剤の表面から放出される。これにより吸着剤は浄化され再生される。前記区画に放出された毒物は再生液といくらかの限外濾過液を廃棄することで除去される。廃棄される限外濾過液は通常一日当たり１から１．５Ｌであり、人により放出される過剰液の通常の量である。

図２は、類似する図であるが、このシステムは（装着可能な）血液透析ユニットについて示されている。血液は透析液、通常３００から５００ｍＬにより浄化され、これは血液フィルター３に供給される。透析液は連続的に電気収着及び触媒分解ユニットで浄化される。

図３Ａは完全な装着可能な人工腎臓装置を示し、また図３Ｂは実験室設定の写真を示す。これは血液から毒物を透析液へ交換し限外濾過液を抽出するための血液フィルターを含む。電気収着及び分解ユニットは連続的に毒物を透析液から除去する。図４にはプロトタイプの部品が示され、電気触媒電極（左）、吸着剤で充填された電極区画（中間）及び分解及び電気収着のための完全な積層電極チャンバである。

本発明の装置の血液フィルターは好ましくは市販血液フィルター（例えば、ガンブロ社、ヘチンゲン、ドイツ又はメンブラナ社、ウペルタル、ドイツから製造されている）である。

他の実施態様では、本発明の装置の電気収着及び分解フィルターは、血漿フィルター又は血液フィルターを出る患者血液血漿又は限外濾過液を受ける入口、及び浄化血漿又は限外濾過液の回復のための出口を含む。

本発明の装置は、全ての実施態様で、さらに、（浄化）血液血漿又は透析液に、ビタミンＡ、Ｃ及びＢ１２などのビタミン；カルシウム、ナトリウム及びカリウムなどのミネラル；抗凝固剤；殺菌剤及び他の薬物からなる群から選択される少なくとも１つの物質を補う手段を含む。

本発明の装置は、全ての実施態様で、さらに、中分子、ビタミン及びカルシウム、ナトリウム及びカリウムなどのミネラルを選択的に吸着する手段を含む。記載された吸着材料（スメクタイト、ナノクレイ、層状複水酸化物、ハイドロタルサイト、結晶化種、有機金属フレームワーク、変成生体高分子など）は、従って、ある量のミネラル、ビタミンが負荷され、指定量のみを吸収する。

本発明の装置は、全ての実施態様で、さらに、吸収パッド中の中分子、ビタミン及びカルシウム、ナトリウム及びカリウムなどのミネラルを、フィルターパッドと組み合わせて血液及び透析液間の浸透圧差により、選択的吸着のための手段を含む。この変形例での血液血漿又は限外濾過液は循環中に残り、全体としてフィルターパッドには入らないが、前記吸着ユニットとの組み合わせで毒物から浄化され、透析液を介して栄養物又は他の活性物質が補われる。

場合により、装置又はフィルターパッドはイオン交換システムを含む。

他の側面では、本発明は、血液から毒物を除去する方法を提供し、本発明の装置を用いることを含む。

他の側面では、本発明は、毒物を血液透析又は腹膜透析液から除去する方法を提供し、本発明の装置を用いることを含む。

他の側面では、本発明は、水などの他の液体から物質を除去、例えば飲料水製造又は水槽水の浄化、及び工業プロセスで使用される化学物質の浄化、同様に尿、ミルク、生体分析液などの他の生体液から物質を除去する方法を提供し、本発明の装置を使用することを含む。

本発明の装置の電気収着及び分解フィルターは、フィルターパッドの形を取り、これは剛性又は柔軟な容器からなり、吸着剤と電極を含む。

本発明の装置の電気収着及び分解フィルターは、フィルターカートリッジの形を取り、剛性又は柔軟な容器からなり、一組の組み込み電極及び吸着剤を持つ交換可能なフィルターパッドを含む。

他の側面では、本発明は、電池又は整流器などの電源に接続された組み込み電極、これらの電極と接触する電気収着及び分解フィルターカートリッジを持つ装置の形を取り、及び血液血漿分離器又は血液フィルター、及びイオン性溶質及び小及び中サイズ分子を血液血漿、限外濾過液又は透析液から抽出するための吸着剤を持つ吸着フィルターパッドを含む。

電気収着フィルターに含まれるナノ構造化吸着材料
ナノ構造化吸着材料は、イオン交換、表面吸着活性及び／又は表面核化（表面結晶化）に基づく種々の物質の吸着能力を示す。

吸着材料は好ましくは、例えば尿素などの毒物を非機能化材料と比較して改善された吸着性能を示すように機能化される。本発明の吸着材料はナノ材料であり、これは、前記材料が、大きい表面積を作るために好ましくは１００ナノメートル未満のサイズを持つ粒子又はポアを持つ粒子を含むことを意味する。

好適なナノ構造化吸収材料は、ナノ材料成分のブレンドに基づき、それぞれのナノ材料は特定の機能性を与える。個別の要求に依存して、選択は次のナノ材料クラス及び成分から製造される。
（ｉ）積層二重水酸化物（ＬＤＨ）又は所謂アニオン性クレイ又はヒドロタルサイト状化合物であり、通常ではない層状材料を含み、正荷電層と電荷バランスのためのイオンを層間領域に持つ。ヒドロタルサイト状化合物（ＨＴ）は、次の式で表される：［Ｍｇ_１−ｘＡｌ_ｘ（ＯＨ）_２］_ｘ＋［Ａ_ｘ／ｎ ^ｎ−・ｍＨ_２Ｏ］^ｘ−、ここで０＜ｘ＜０．３３、及びＡ^ｎ−はｎ価を持つ交換可能なアニオンである。これらの化合物は鉱物ヒドロタルサイト、Ｍｇ_６Ａｌ_２（ＯＨ）_１６ＣＯ_３・４Ｈ_２Ｏに類似する。ＬＤＨは異なるカチオンを持ち得る、例えば、２価のＭｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及び／又はＺｎ、及び３価のＡｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ及び／又はＧａである。特に好ましいヒドロタルサイトは、Ｍｇ_２Ｆｅ（ＯＨ）_６．ＯＨ及びＭｇ．ＯＨである。留意するべきこことは、本発明の側面で使用されるヒドロタルサイトは層状でなくてよく、ナノ結晶性材料の形で適用されてもよい、ということである。
（ｉｉ）ナノクレイ、フィロ珪酸塩又は層状珪酸塩は負の荷電層と、イオン交換、吸収及び表面核化活性を与える層間空間内にカチオンを含む。好ましくはスメクタイト状クレイ鉱物であり、例えばモンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、フルオロヘクトライト、バイデライト、ノントロナイト、バーミキュライト、ハロイサイト及びスチブンサイトである。非常に好適なものは、マグネシウム及び／又はアルミナ珪酸塩層に基づくクレイであり、カチオン交換性が１００グラムにつき５０から２００ミリ当量を持つ。例としてナノクレイは例えばＮａｎｏｃｏｒｅ社（米国）及びＳｕｄｃｈｅｍｉｅ社（ドイツ）から入手し得る。
（ｉｉｉ）国際公開第２００７／０５１１４５号明細書から知られる、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｙ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｃｅ及びこれらの混合物のナノ結晶性金属酸化物及び金属水酸化物。これらのナノ結晶性材料は好ましくは、結晶サイズが、約２５ｎｍ未満、より好ましくは２０ｎｍ未満及び最も好ましくは１０ｎｍ未満であり、表面積が少なくとも約１００ｍ^２／ｇ、より好ましくは少なくとも約３００ｍ^２／ｇ及び最も好ましくは約７００ｍ^２／ｇである。例示ナノ結晶性材料は、ＮａｎｏＡｃｔｉｖｅ（登録商標）として、ＮａｎｏＳｃａｌｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（マンハッタン、カンサス）から入手され得る。
（ｉｖ）ナノ多孔性材料、これはナノメートルサイズの孔又はポアからなる分子集合構造で特徴づけられる。本発明で使用されるナノ多孔性材料は、活性炭、ナノ多孔性シリカ、ゼオライトなどのナノ多孔性アルミナ珪酸塩を含む。本発明で使用される非常に好適なナノ多孔性材料は、有機金属フレームワーク（ＭＯＦ）である。有機金属フレームワークはハイブリッド材料であり、米国特許第５６４８５０８号及び６８９３５６４号に記載されるように、金属イオン又は小ナノクラスタが多機能性有機リンカーで結合されて、１、２又は３次元構造となっている。多くの場合、高多孔性及び比表面積が５０００ｍ^２／ｇを超える、開放及びメソ多孔性構造を得ることが可能となる。かかる開放、多孔性構造は、本発明のナノ構造化吸着剤としての使用に非常に好ましい。本発明において使用される有機金属フレームワークは、優れた吸収特性を示す、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｙ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｃｅ又は全ての他の金属に基づく。本発明の側面で使用されるナノ構造化材料で透析液又は血液（血漿）について適用される好ましい金属は、好ましくはＦｅ、Ｔｉ及びＭｇなどの金属に基づく。テクト珪酸塩及びテトラ珪酸塩は他の合成又は天然のアルミノ珪酸塩であり、約２Åから２００Å（オングストローム）の範囲のポアサイズを持つ長距離結晶配向を持つ結晶性多孔性ナノ構造物である。
（ｖ）本発明の側面で好適に使用される炭素系ナノ材料は、フラーレン、カーボンナノ粒子、ダイヤモンド状炭素、多孔性炭素、グラファイト、ミクロポーラス中空炭素繊維、単壁ナノチューブ及び多重壁ナノチューブを含む。

本発明の吸着剤は、多孔性ポリマーマトリックス内に保持されたナノ構造化吸着材料を含み、これは、ナノ構造化吸着材料と多孔性ポリマーマトリックスを別々に準備し、この２つを、ナノ構造化吸着材料が多孔性ポリマーマトリックス内に挿入されるように組み合わせることで製造され得る。例えば、これは、ポリマーマトリックスにナノ構造化材料の懸濁物を浸透させることで可能となる。

又は、ナノ構造化材料が分散されたポリマーマトリックスを得るために、望ましい多孔性を持つマトリクスを製造し、その中でナノ構造化材料を合成することで可能である。非常に好適には、ポリマーマトリックスに金属塩の溶液を吸収させ、その後金属塩を金属水酸化物又は金属酸化物の形でマトリックス中で沈殿させることである。

電気収着フィルターのポリマーマトリックス
多孔性ポリマーマトリックスは、ナノ構造化吸着材料を固定し、ナノ材料の望ましくない漏れを防止するために使用される。ポリマーマトリックスの多孔性構造は、イオン性溶質、尿素、クレアチニン及びビリルビンなどの小分子及び中分子などを液体から除去されるべき分子を捕捉することができる。

特定のポアサイズを持つマトリックスを提供するために、好ましい実施態様でのポリマーは架橋ポリマーである。ポリマーマトリックスの多孔度は選択性について重要である：除去されるべき毒物の吸着剤側への高拡散速度、一方でアルブミンなどの血液成分は吸着を防止する必要がある。アルブミン分子は約８０オングストローム直径球体であることから、血液（血漿）又は透析液浄化のための応用ではポリマーマトリックスの好適なポアサイズは８０オングストローム未満（８ｎｍ未満）である。

好ましい実施態様では、ナノ構造化吸着材料を持つポリマーは、電極により電気的に表面が荷電され得る。他の好ましい実施態様では、前記ポリマーは化学的に荷電ポリマーである。本発明の側面で使用されるポリマーは、合成又は天然重合体であってよい。天然重合体（生体ポリマー）は好適には、架橋炭水化物又はタンパク質であり、これはオリゴマー又はポリマー性炭水化物又はタンパク質から製造される。生体ポリマーは好ましくは、多糖類である。とりわけ、アミロース、アミロペクチン及びデキストリンを含む「澱粉」が特に好ましい。他の好適な多糖類は、グルカン及びセルロースを含む。好ましいセルロースは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ、例えばＡＫＺＯ Ｎｏｂｅｌ社のＡＫＵＣＥＬ）である。

かかる使用可能な炭水化物は、Ｃ、Ｈ及びＯ原子のみからなる炭水化物である。
好ましくは、重合度（ＤＰ）がＤＰ２からのオリゴマー性炭水化物又ＤＰ５０からのポリマー性炭水化物が使用される。最も好ましくは酸化澱粉が架橋される。好ましい架橋剤はジエポキシドである。非常に好適には、前記架橋剤濃度は０．１から２５％の間であり、よリ好ましくは１から５％の間、最も好ましくは２．５から３．５％の間である。

使用可能なタンパク質には、アルブミン、オバルブミン、カゼイン、ミオシン、アクチン、グロブリン、ヘミン、ヘモグロビン、ミオグロビン、ゼラチン及び小サイズペプチドが含まれる。タンパク質の場合、植物又は動物材料の加水分解から得られるタンパク質が使用され得る。特に好ましいタンパク質ポリマーはゼラチン又はゼラチン誘導体である。

また、炭水化物の好適な混合物（例えばコポリマー）又は、タンパク質の混合物が使用され得る。

荷電ポリマーを得るために、炭水化物ポリマーは、例えば、酸化反応、カチオン性官能基又はカルボキシルメチル基との置換反応、又はアセチル基などとのエステル化反応などにより変成され得る。特に、好ましい炭水化物ポリマーは、澱粉又は澱粉誘導体、セルロース又はセルロース誘導体、ペクチン又はペクチン誘導体からなる群から選択される。

ポリマー変性は、酸化反応、カチオン性官能基又はカルボニル基及び／又はカルボキシルメチル基との置換反応及び／又はアセチル基などとのエステル化反応などにより変成され得る。後者の反応では荷電は追加されないが、ポリマーをより疎水性にして、ポリマーとほとんど荷電していないナノ構造化吸着材料と複合化させることを可能にする。

一般的には、前記ポリマーは架橋されゲル化される前に変性される。架橋剤がエーテル結合形成する場合には、架橋及びゲル化後ポリマーを変性することが可能である。当業者は、本発明で特定されるポリマーを前記基で変性する方法を理解している。

架橋ポリマーの電荷は負又は正であり、これはポリマーのタイプ、変性のタイプ及び架橋のタイプに依存する。有利には、ポリマーは、相当なサイズ、即ち３０ｋＤ以上である。これにより、架橋により容易にゲル化され、格子を形成し、ナノ構造化吸着材料を取り込むことが可能となる。

本発明の吸着材料の選択性は、さらに、前記材料に特定の分子量のキャッチャー又はレセプターを付加することで強化され、レセプターとして例えば抗体、補欠分子基又はカルボキシル基（一般的に結合相手）である。タンパク質又は変性タンパク質の選択的結合のために、抗体が非常に好適であり、例えば免疫グロブリンスーパーファミリー（ＩｇＳＦ）、例えば脂質及びビタミン誘導体からの補欠分子基、又はタンパク質に共有結合可能な金、鉄、亜鉛、マグネシウム、カルシウムなどの金属イオン、同様にペプチド結合を形成し得るカルボキシル基である。かかる選択的吸着剤はさらに、毒性タンパク質についてフィルターパッドの選択性を強化し得る。

好ましい実施態様では、本発明の装置は、選択的吸着及び制御放出により、血液血漿中のミネラル及び他の物質の量を制御するための手段を含む。

好ましい実施態様では、従って、患者からの血液からの毒物を除去するための装置は、血液フィルターと電気収着フィルターを含み、前記電気収着フィルターが、毒性溶質、小サイズ及び中サイズ分子を血液から除去し、及び選択的吸着としてかかる機能、制御放出及び殺菌制御を含む。

最も好ましい実施態様では、血液フィルターの血漿血液フィルター及び電気収着フォルターは別々の部品である。例えば、血漿フォルター又は血液フィルターは、既存の市販の血漿フィルター、アルブフローフィルター又は高フラックス血液フィルターからなり、さらに電気収着フィルターは組み込み電極を持つカートリッジからなることができる。このカートリッジではまた、吸着材料が含まれる。吸材料は、フィルターパッドを形成するために多孔性容器内に保持され得る。

本発明の装置は、腎臓疾患を持つ（又は進展中の）患者の血液を濾過又は浄化するために使用され得る。好ましい実施態様では、前記装置は、装着可能な人工腎臓装置の形を取り得るが、また、デスクトップタイプ装置で実施でき、又は血液透析又は腹膜透析装置に適合させて実施することができる。

前記人工腎臓は、いくつかの機能を発揮することができ、通常適切に人又は動物腎臓を機能化でき、特に血液の濾過及び血液中の物質の量の制御を行うことができる。

実験結果
実施例１：限外濾過液の浄化
装置の「プロトタイプは図３及び４に示される。この設定は、血液血漿及び限外濾過液を得るために高フラックスフィルターを用いて動的試験で試験された。電気収着及び分解ユニットは、２５グラムのナノクレイ／ポリマー複合体及び１０グラムのナノ多孔性活性体で充填された。Ｔｉ／ＲｕＯ_２／ＴｉＯ_２触媒電極は、電極対当たり３Ｖ（穏やかな電気酸化）及び５Ｖ（強い電気酸化）で、尿素の分解に使用された。前電極表面積は、６００ｃｍ^２であった。限外濾過液流速は５０ｍｌ／分に設定された。収着及び分解の前後における毒物の濃度が測定された。２時間後、次の結果が、本発明の装置の性能を示すものとして見出された。

表：３５ｇ吸着剤で充填された電気収着／分解ユニットを用いた、限外濾過液流（５０ｍｌ／分）の浄化

実施例１：透析液の浄化
装置の「プロトタイプは図３及び４に示される。この設定は、透析センターからの透析液を用いて動的試験で試験された。透析液中の毒物濃度は、実施例１での限外濾過液中のものよりもずっと低かった（約２倍）。従って、収着及び分解プロセスの効率はやや減少した。電気収着及び分解ユニットは、３５グラムのゼオライト（４Ａ）及び１５グラムの金属酸化水酸化物吸着剤（ＦｅＯＯＨ）で充填された。Ｔｉ／ＲｕＯ_２／ＴｉＯ_２触媒電極は、電極対当たり３Ｖ（穏やかな電気酸化で、尿素の分解に使用された。前電極表面積は、６００ｃｍ^２であった。透析液流速は５０ｍｌ／分に設定された。収着及び分解の前後における毒物の濃度が測定された。１時間後、次の結果が、本発明の装置の性能を示すものとして見出された。

表：５０ｇ吸着剤で充填された電気収着／分解ユニットを用いた、限外濾過液流（５０ｍｌ／分）の浄化

Claims (15)

1. 透析液、血液、血液血漿又は限外濾過液から毒物を除去する装置であり、当該装置は、
   ｉ）筐体であり、透析液、血液、血液血漿又は限外濾過液を前記筐体内に導入するための入口と、前記筐体から透析液、血液、血液血漿又は限外濾過液及び過剰液を除去するための出口と、前記入口と出口を接続する管とを含む、筐体を含み、
   ｉｉ）毒物、毒性溶質、毒性小及び中サイズ分子及びタンパク質結合毒物を透析液、血液、血液血漿又は限外濾過液から除去するための電気触媒分解フィルターを含み、該電気触媒分解フィルターは、前記管内に含まれ、前記透析液、血液、血液血漿又は限外濾過液は、前記入口から前記出口へ流れる際に前記電気触媒分解フィルターを必ず通り、該電気触媒分解フィルターは、
   ａ）電気酸化により毒物の分解及びガス化のための電気触媒表面を持つ一組の電極、又は
   ｂ）電気触媒材料でコーティングされる多孔性材料と直接接触する一組の電極、
   ｃ）前記電気触媒表面を活性化するために電荷を前記電極に与える電源、
   ｄ）前記電極の電荷を制御して切り替えて、毒物を脱着して放出させ前記電極上の蓄積を防止する電子手段を含み、
   ｉｉｉ）前記透析液、血液、血液血漿又は限外濾過液から、毒物、毒性溶質、毒性小及び中サイズ分子及びタンパク質結合毒物を除去するための電気収着フィルターを含み、該電気収着フィルターは、前記管に含まれ、前記透析液、血液、血液血漿又は限外濾過液が前記入口から前記出口へ流れる際に前記電気収着フィルターを必ず通り、前記電気収着フィルターは、
   ａ）収着材料であって、
   １）ナノ構造化収着材料、及び
   ２）多孔性ポリマーマトリックスであり、該マトリックス内のポアのサイズが、除去されるべき毒物が前記マトリックス内に入りことを可能にし、前記液体から除去されるべきではない物質が前記マトリックスに入ることを防止するサイズである、多孔性ポリマーマトリックス、
   ３）多孔性ポリマーマトリックス内に捕捉されたナノ構造化収着材料であり、前記多孔性ポリマーマトリックス内のポアのサイズが、除去されるべき毒物が前記マトリックス内に入りことを可能にし、前記液体から除去されるべきではない物質が前記マトリックスに入ることを防止するサイズである、ナノ構造化収着材料、
   からなる群から選択される、収着材料を含み、前記電気収着フィルターは、前記筐体内に含まれ、
   ｂ）前記収着材料でコーティングされたか或いは電気的に接触する一組の電極を含み、
   ｃ）前記電極に電荷を与え且つ前記収着媒体に電場強度を生成させる電源を含む、
   装置。
2. 前記電気触媒分解フィルターのための前記電極は、平面状、円状、円筒状又は板状であり、
   ｉ）Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｔａ及びＲｕなどの金属、
   ｉｉ）ＴｉＯ_２、ＲｕＯ_２、ＲｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、ＮｉＯなどの酸化物、
   ｉｉｉ）ＴｉＯ（ＯＨ）_２、ＲｕＯ（ＯＨ）_２、ＲｉＯ（ＯＨ）_２、ＳｎＯ（ＯＨ）２、ＮｉＯＯＨ、ＴａＯＯＨなどの酸化水酸化物、から形成される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記電気収着フィルター及び前記電気触媒分解フィルターは、１つのフィルター区画内に統合され、前記収着材料が前記電気触媒電極間に含まれる、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記ナノ構造化収着材料は、
   ｉ）ナノ粒子又はナノ結晶性材料；
   ｉｉ）ナノ多孔性材料；
   ｉｉｉ）ナノ複合体；
   ｉｖ）ナノファイバ；
   ｖ）これらの任意の組合せ、からなる群から選択されることを特徴とする、
   請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の装置。
5. 多孔性ポリマーマトリックスに捕捉されるナノ構造化収着材料が、炭水化物及びタンパク質から選択される生体ポリマーを含む、架橋ポリマー及び／又は荷電ポリマーに基づくものであり、前記炭水化物が酸化架橋澱粉及びカルボキシメチルセルロースから選択されることを特徴とする、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の装置。
6. 前記マトリックス内のポアのサイズが、前記マトリックス内にアルブミンが入ることを防止するサイズであることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記電気触媒分解フィルター及び前記電気収着フィルターは、前記収着材料でコーティングされた前記電極又は前記収着材料を含む多孔性容器で囲まれる前記電極を含むカートリッジの形で設けられる、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の装置。
8. 前記電気触媒分解フィルター及び前記電気収着フィルターは、透過性容器と組み合わされて、フィルターパッド内容物を囲むフィルターパッドを形成し、前記フィルターパッドの容器が透過性膜を含み、かつ前記フィルターパッドの内容物が収着材料を含むことを特徴とする、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の装置。
9. 当該装置は、患者血液血漿を患者血液細胞と分離するための血漿フィルターを更に含むことを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の装置。
10. 当該装置は、患者血液細胞と患者限外濾過液を分離するための血液フィルターを更に含み、又は血液透析毒物が透析設定において交換を可能にすることを特徴とする、請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の装置。
11. 当該装置は、毒物、小及び中サイズ分子を患者血液血漿から除去するための電気収着フィルターを更に含むことを特徴とする、請求項１乃至１０のうちのいずれか１項に記載の装置。
12. 前記血漿フィルター及び前記電気収着フィルターは、前記フィルターパッドに組み合わされ、前記透過性膜が前記血漿フィルターにより形成されることを特徴とする、請求項８に従属するときの請求項９に従属するときの請求項１０に記載の装置。
13. 前記血液フィルター及び前記電気収着フィルターが組み合わされてフィルターパッドを形成し、前記透過性膜が前記血液フィルターで形成されることを特徴とする、請求項８に従属するときの請求項９に従属するときの請求項１０に記載の装置。
14. 当該装置は、前記透析液及び／又は前記浄化された血液血漿に、ビタミン、ミネラル、抗凝固剤、殺菌剤及び他の薬物に少なくとも１つを補うための手段を更に含むことを特徴とする、請求項１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の装置。
15. 当該装置は、イオン交換システムを更に含むことを特徴とする、請求項１乃至１４のうちのいずれか１項に記載の装置。

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