JP6727616B2 - 双性イオン官能化共重合体中空糸膜及びその関連方法 - Google Patents

双性イオン官能化共重合体中空糸膜及びその関連方法 Download PDF

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Description

本発明は、一般に、双性イオン官能化共重合体膜及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、双性イオン官能化共重合体中空糸膜及びその製造方法に関する。
多孔質中空糸高分子膜は、血液透析、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透、ガス分離、精密濾過、及びパーベーパレーションなどの多くの用途に利用することができる。これらの用途の多くにおいて、最適な選択性並びに化学的、熱的及び機械的安定性を有する膜が望まれる。多くの用途（例えば、生体分離又は水濾過）において、改善された親水性、改善された生体適合性、又は低汚染性のうち１以上を含む膜を有することが望ましい場合もある。
ポリアリーレンエーテル、特にポリエーテルスルホン及びポリスルホンは、その機械的、熱的及び化学的安定性のために膜材料として多用される。しかし、これらのポリマーは、多くの用途に最適な生体適合性及び親水性を有さないことがある。例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）のような少量の親水性ポリマーが存在する多孔質膜を製造するなど、ポリマーブレンドによって膜の親水性がさらに改善される。しかし、ＰＶＰは水溶性であるため、多孔質ポリマーマトリックスからゆっくりと浸出して生成物の変動を作り出す。或いは、ポリマー骨格の官能化、及びカルボキシル、ニトリル又はポリエチレングリコール官能性の導入によって親水性が達成されている。しかし、これらの化学修飾は、複雑であり、高価であり、非効率的であり得る。さらに、官能基の付加により、官能化ポリマーから中空糸膜を製造することが困難になる場合がある。
したがって、最適な親水性及び生体適合性の一方又は両方を有する中空糸膜が望まれる。さらに、これらの中空糸膜を製造する方法も望まれる。
米国特許出願公開２０１０／０４４３１４号明細書
本発明の実施形態は、上記その他の必要性を満たすために含まれる。一実施形態は、中空糸膜であって、式（Ｉ）のスルホン構造単位と式（ＩＩ）の双性イオン官能化構造単位とを含む共重合体を含んでいて、共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率が約５０モル％未満である、中空糸膜である。
式中、「ａ」及び「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
「ｎ」及び「ｐ」は独立に０又は１であり、
「ｋ」は０〜１０の数であり、
Ｒ1及びＲ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
Ｒ3及びＲ5は独立に水素原子、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
Ｒ4は、結合、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
一実施形態は、中空糸膜であって、式（ＩＩＩ）のスルホン構造単位と、式（ＩＶ）の双性イオン官能化構造単位とを含む共重合体を含んでいて、共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率が約５０モル％未満である中空糸膜である。
式中、「ａ」及び「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
「ｋ」は０〜１０の数であり、
「ｍ」は１〜１０の数であり、
Ｒ1及びＲ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
一実施形態は、中空糸膜の製造方法である。本方法は、（Ａ）共重合体と溶液とを含む流延溶液を供給するステップを含み、共重合体は、式（Ｉ）のスルホン構造単位と、式（ＩＩ）の双性イオン官能化構造単位とを含んでいて、共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率は約５０モル％未満である。
式中、「ａ」及び「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
「ｎ」及び「ｐ」は独立に０又は１であり、
「ｋ」は０〜１０の数であり、
Ｒ1及びＲ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
Ｒ3及びＲ5は独立に水素原子、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
Ｒ4は、結合、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。本方法は、（Ｂ）流延溶液を環状流路を通して押し出して中空糸膜を形成するステップをさらに含む。
本明細書及び特許請求の範囲で用いる近似表現は、数量を修飾し、その数量が関係する基本機能に変化をもたらさない許容範囲内で変動しうる数量を表現する際に適用される。したがって、「約」及び「実質的に」のような用語で修飾された値はその厳密な数値に限定されない。場合によっては、近似表現は、その値を測定する機器の精度に対応する。本明細書及び特許請求の範囲に記載された範囲の上下限は、互いに結合及び／又は入れ替えることができ、そうした範囲が特定されていても、文言上又は文脈から別途明らかでない限り、その範囲内に属するあらゆる中間範囲が包含される。
以下の明細書及び特許請求の範囲において、単数形で記載したものであっても、前後関係から明らかでない限り、複数の場合も含めて意味する。また、本明細書において「又は」という用語は排他的であることを意味せず、文脈から別途明らかでない限り、言及する構成要素の少なくとも１つが存在することをいい、言及する構成要素の組合せが存在しうる状況を含む。
本明細書で用いる「芳香族基」という用語は、１以上の芳香族基を含む原子価１以上の原子配列をいう。１以上の芳香族基を含む原子価１以上の原子配列は、窒素、硫黄、セレン、ケイ素及び酸素のようなヘテロ原子を含んでいてもよいし、炭素と水素のみからなるものでもよい。本明細書で用いる「芳香族基」という用語には、特に限定されないが、フェニル基、ピリジル基、フラニル基、チエニル基、ナフチル基、フェニレン基及びビフェニル基が包含される。上述の通り、芳香族基は１以上の芳香族基を含む。芳香族基は常に４ｎ＋２（式中、「ｎ」は１以上の整数である。）の「非局在化」電子を有する環状構造であり、フェニル基（ｎ＝１）、チエニル基（ｎ＝１）、フラニル基（ｎ＝１）、ナフチル基（ｎ＝２）、アズレニル基（ｎ＝２）、アントラセニル基（ｎ＝３）などで例示される。芳香族基は非芳香族成分を含んでいてもよい。例えば、ベンジル基はフェニル環（芳香族基）とメチレン基（非芳香族成分）とを含む芳香族基である。同様に、テトラヒドロナフチル基は芳香族基（Ｃ6Ｈ3）が非芳香族成分−（ＣＨ2）4−と縮合してなる芳香族基である。便宜上、「芳香族基」という用語は、本明細書では、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、ハロ芳香族基、共役ジエニル基、アルコール基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボン酸基、アシル基（例えば、エステルやアミドのようなカルボン酸誘導体）、アミン基、ニトロ基などの広範な官能基を含むものと定義される。例えば、４−メチルフェニル基はメチル基を含むＣ7芳香族基であり、メチル基がアルキル基である官能基である。同様に、２−ニトロフェニル基はニトロ基を含むＣ6芳香族基であり、ニトロ基が官能基である。芳香族基は、４−トリフルオロメチルフェニル、ヘキサフルオロイソプロピリデンビス（４−フェン−１−イルオキシ）（即ち、−ＯＰｈＣ（ＣＦ3）2ＰｈＯ−）、４−クロロメチルフェン−１−イル、３−トリフルオロビニル−２−チエニル、３−トリクロロメチルフェン−１−イル（即ち、３−ＣＣｌ3Ｐｈ−）、４−（３−ブロモプロプ−１−イル）フェン−１−イル（即ち、４−ＢｒＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2Ｐｈ−）などのハロゲン化芳香族基を包含する。芳香族基のその他の例には、４−アリルオキシフェン−１−オキシ、４−アミノフェン−１−イル（即ち、４−Ｈ2ＮＰｈ−）、３−アミノカルボニルフェン−１−イル（即ち、ＮＨ2ＣＯＰｈ−）、４−ベンゾイルフェン−１−イル、ジシアノメチリデンビス（４−フェン−１−イルオキシ）（即ち、−ＯＰｈＣ（ＣＮ）2ＰｈＯ−）、３−メチルフェン−１−イル、メチレンビス（４−フェン−１−イルオキシ）（即ち、−ＯＰｈＣＨ2ＰｈＯ−）、２−エチルフェン−１−イル、フェニルエテニル、３−ホルミル−２−チエニル、２−ヘキシル−５−フラニル、ヘキサメチレン−１，６−ビス（４−フェン−１−イルオキシ）（即ち、−ＯＰｈ（ＣＨ2）6ＰｈＯ−）、４−ヒドロキシメチルフェン−１−イル（即ち、４−ＨＯＣＨ2Ｐｈ−）、４−メルカプトメチルフェン−１−イル（即ち、４−ＨＳＣＨ2Ｐｈ−）、４−メチルチオフェン−１−イル（即ち、４−ＣＨ3ＳＰｈ−）、３−メトキシフェン−１−イル、２−メトキシカルボニルフェン−１−イルオキシ（例えば、メチルサリチル）、２−ニトロメチルフェン−１−イル（即ち、２−ＮＯ2ＣＨ2Ｐｈ）、３−トリメチルシリルフェン−１−イル、４−ｔ−ブチルジメチルシリルフェン−１−イル、４−ビニルフェン−１−イル、ビニリデンビス（フェニル）などがある。「Ｃ3〜Ｃ10芳香族基」という用語は、炭素原子数が３以上で１０以下の芳香族基を包含する。芳香族基１−イミダゾリル（Ｃ3Ｈ2Ｎ2−）はＣ3芳香族基の代表例である。ベンジル基（Ｃ7Ｈ8−）はＣ7芳香族基の代表例である。
本明細書で用いる「脂環式基」という用語は、環状であるが芳香族でない原子配列を含む原子価１以上の基をいう。本明細書で定義される「脂環式基」は、芳香族原子団を含まない。「脂環式基」は１以上の非環式成分を含んでいてもよい。例えば、シクロヘキシルメチル基（Ｃ6Ｈ11ＣＨ2−）は、シクロヘキシル環（環状であるが芳香族でない原子配列）とメチレン基（非環式成分）とを含む脂環式基である。脂環式基は、窒素、硫黄、セレン、ケイ素及び酸素のようなヘテロ原子を含んでいてもよいし、炭素と水素のみからなるものでもよい。便宜上、「脂環式基」という用語は、本明細書では、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、共役ジエニル基、アルコール基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボン酸基、アシル基（例えば、エステルやアミドのようなカルボン酸誘導体）、アミン基、ニトロ基などの広範な官能基を含むものと定義される。例えば、４−メチルシクロペンタ−１−イル基はメチル基を含むＣ6脂環式基であり、メチル基がアルキル基である官能基である。同様に、２−ニトロシクロブタ−１−イル基はニトロ基を含むＣ4脂環式基であり、ニトロ基が官能基である。脂環式基は、同一又は異なる１以上のハロゲン原子を含んでいてもよい。ハロゲン原子には、例えば、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素がある。１以上のハロゲン原子を含む脂環式基には、２−トリフルオロメチルシクロヘキサ−１−イル、４−ブロモジフルオロメチルシクロオクタ−１−イル、２−クロロジフルオロメチルシクロヘキサ−１−イル、ヘキサフルオロイソプロピリデン−２，２−ビス（シクロヘキサ−４−イル）（即ち、−Ｃ6Ｈ10Ｃ（ＣＦ3）2Ｃ6Ｈ10−）、２−クロロメチルシクロヘキサ−１−イル、３−ジフルオロメチレンシクロヘキサ−１−イル、４−トリクロロメチルシクロヘキサ−１−イルオキシ、４−ブロモジクロロメチルシクロヘキサ−１−イルチオ、２−ブロモエチルシクロペンタ−１−イル、２−ブロモプロピルシクロヘキサ−１−イルオキシ（例えば、ＣＨ3ＣＨＢｒＣＨ2Ｃ6Ｈ10Ｏ−）などがある。脂環式基のその他の例には４−アリルオキシシクロヘキサ−１−イル、４−アミノシクロヘキサ−１−イル（即ち、Ｈ2ＮＣ6Ｈ10−）、４−アミノカルボニルシクロペンタ−１−イル（即ち、ＮＨ2ＣＯＣ5Ｈ8−）、４−アセチルオキシシクロヘキサ−１−イル、２，２−ジシアノイソプロピリデンビス（シクロヘキサ−４−イルオキシ）（即ち、−ＯＣ6Ｈ10Ｃ（ＣＮ）2Ｃ6Ｈ10Ｏ−）、３−メチルシクロヘキサ−１−イル、メチレンビス（シクロヘキサ−４−イルオキシ）（即ち、−ＯＣ6Ｈ10ＣＨ2Ｃ6Ｈ10Ｏ−）、１−エチルシクロブタ−１−イル、シクロプロピルエテニル、３−ホルミル−２−テトラヒドロフラニル、２−ヘキシル−５−テトラヒドロフラニル、ヘキサメチレン−１，６−ビス（シクロヘキサ−４−イルオキシ）（即ち、−ＯＣ6Ｈ10（ＣＨ2）6Ｃ6Ｈ10Ｏ−）、４−ヒドロキシメチルシクロヘキサ−１−イル（即ち、４−ＨＯＣＨ2Ｃ6Ｈ10−）、４−メルカプトメチルシクロヘキサ−１−イル（即ち、４−ＨＳＣＨ2Ｃ6Ｈ10−）、４−メチルチオシクロヘキサ−１−イル（即ち、４−ＣＨ3ＳＣ6Ｈ10−）、４−メトキシシクロヘキサ−１−イル、２−メトキシカルボニルシクロヘキサ−１−イルオキシ（２−ＣＨ3ＯＣＯＣ6Ｈ10Ｏ−）、４−ニトロメチルシクロヘキサ−１−イル（即ち、ＮＯ2ＣＨ2Ｃ6Ｈ10−）、３−トリメチルシリルシクロヘキサ−１−イル、２−ｔ−ブチルジメチルシリルシクロペンタ−１−イル、４−トリメトキシシリルエチルシクロヘキサ−１−イル（例えば、（ＣＨ3Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2Ｃ6Ｈ10−）、４−ビニルシクロヘキセン−１−イル、ビニリデンビス（シクロヘキシル）などがある。「Ｃ3〜Ｃ10脂環式基」という用語は、炭素原子数が３以上で１０以下の脂環式基を包含する。脂環式基２−テトラヒドロフラニル（Ｃ4Ｈ7Ｏ−）はＣ4脂環式基の代表例である。シクロヘキシルメチル基（Ｃ6Ｈ11ＣＨ2−）はＣ7脂環式基の代表例である。
本明細書で用いる「脂肪族基」という用語は、環状でない線状又は枝分れ原子配列からなる原子価１以上の有機基をいう。脂肪族基は１以上の炭素原子を含むものと定義される。脂肪族基をなす原子配列は、窒素、硫黄、ケイ素、セレン及び酸素のようなヘテロ原子を含んでいてもよいし、炭素と水素のみからなるものでもよい。便宜上、本明細書での「脂肪族基」という用語は、「環状でない線状又は枝分れ原子配列」の一部として、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、共役ジエニル基、アルコール基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボン酸基、アシル基（例えば、エステルやアミドのようなカルボン酸誘導体）、アミン基、ニトロ基などの広範な官能基を含むものと定義される。例えば、４−メチルペンタ−１−イル基はメチル基を含むＣ6脂肪族基であり、メチル基がアルキル基である官能基である。同様に、４−ニトロブタ−１−イル基はニトロ基を含むＣ4脂肪族基であり、ニトロ基が官能基である。脂肪族基は、同一又は異なる１以上のハロゲン原子を含むハロアルキル基であってもよい。ハロゲン原子には、例えば、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素がある。１以上のハロゲン原子を含む脂肪族基には、ハロゲン化アルキルであるトリフルオロメチル、ブロモジフルオロメチル、クロロジフルオロメチル、ヘキサフルオロイソプロピリデン、クロロメチル、ジフルオロビニリデン、トリクロロメチル、ブロモジクロロメチル、ブロモエチル、２−ブロモトリメチレン（例えば、−ＣＨ2ＣＨＢｒＣＨ2−）などがある。脂肪族基のその他の例には、アリル、アミノカルボニル（即ち、−ＣＯＮＨ2）、カルボニル、２，２−ジシアノイソプロピリデン（即ち、−ＣＨ2Ｃ（ＣＮ）2ＣＨ2−）、メチル（即ち、−ＣＨ3）、メチレン（即ち、−ＣＨ2−）、エチル、エチレン、ホルミル（即ち、−ＣＨＯ）、ヘキシル、ヘキサメチレン、ヒドロキシメチル（即ち、−ＣＨ2ＯＨ）、メルカプトメチル（即ち、−ＣＨ2ＳＨ）、メチルチオ（即ち、−ＳＣＨ3）、メチルチオメチル（即ち、−ＣＨ2ＳＣＨ3）、メトキシ、メトキシカルボニル（即ち、ＣＨ3ＯＣＯ−）、ニトロメチル（即ち、−ＣＨ2ＮＯ2）、チオカルボニル、トリメチルシリル（即ち、（ＣＨ3）3Ｓｉ−）、ｔ−ブチルジメチルシリル、３−トリメトキシシリルプロピル（即ち、（ＣＨ3Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2−）、ビニル、ビニリデンなどがある。その他の例としては、Ｃ1〜Ｃ10脂肪族基は炭素原子数が１以上１０以下のものである。メチル基（即ち、ＣＨ3−）はＣ1脂肪族基の例である。デシル基（即ち、ＣＨ3（ＣＨ2）9−）はＣ10脂肪族基の例である。
以下で詳しく説明する通り、本発明のある実施形態は、共重合体からなる中空糸膜に関する。共重合体は、ブロック共重合体であってもよいし、ランダム共重合体であってもよい。ブロック共重合体は、同種のモノマーのブロックを含んでいてこれらは順番に並んでいてもよく、ランダム共重合体は、共重合体を構成する複数のモノマーのランダムな配置を含んでいる。特定の実施形態では、共重合体はランダム共重合体である。さらに、本明細書で用いる「共重合体」という用語は、文脈から別途明らかでない限り、双性イオン官能化共重合体をいう。
本明細書で用いる「中空糸膜」という用語は、分離層が表面に存在する糸状の膜構造をいう。中空糸膜は、「内側−外側」又は「外側−内側」機構を用いて機能し得る。「中空糸膜」及び「膜」という用語は、文脈から別途明らかでない限り、本明細書では互換的に用いられる。
本発明のある実施形態に係る共重合体は、式（Ｉ）のスルホン構造単位と、式（ＩＩ）の双性イオン官能化構造単位とを含んでいて、共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率は約５０モル％未満である。
式中、「ａ」及び「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
「ｎ」及び「ｐ」は独立に０又は１であり、
「ｋ」は０〜１０の数であり、
Ｒ1及びＲ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
Ｒ3及びＲ5は独立に水素原子、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
Ｒ4は、結合、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
特定の実施形態では、スルホン構造単位は次の式（ＩＩＩ）のものである。
式中、「ａ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
Ｒ1は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
前述の通り、共重合体は双性イオン官能基をさらに含む。本明細書で用いる「双性イオン官能基」という用語は、同一分子内に正荷電基と負荷電基とを含む原子団をいう。いかなる理論にも束縛されるものではないが、双性イオン官能基は、膜形成能力を維持しながら、共重合体の親水性及び生体適合性を向上させることができると考えられる。
特定の実施形態では、双性イオン官能化構造単位は次の式（ＩＶ）のものである。
式中、「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
「ｋ」は０〜１０の数であり、
「ｍ」は１〜１０の数であり、
Ｒ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基、又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
本願発明者らは、所望のタンパク質接着性能を与えつつ共重合体を中空糸膜に紡糸できるようにするには、共重合体中の双性イオン官能基の量を一定の範囲に維持しなければならないという知見を得た。例えば、双性イオン官能基が５０モル％を超える共重合体は、効果的に紡糸できず、中空糸膜を形成できないことがある。双性イオン官能基が２０モル％未満の共重合体は、所望のタンパク質接着性能をもたらさない可能性がある。ある実施形態では、所望のタンパク質接着性能とは、市販のポリスルホン（ＰＳＵ）との対比で観察される共重合体の相対的タンパク質接着として定義することができ、約０．５未満の値を有する。
ある実施形態では、共重合体中の双性イオン官能基のモル分率は、約２０モル％〜約５０モル％である。ある実施形態では、共重合体中の双性イオン官能基のモル分率は、約３０モル％〜約５０モル％である。ある実施形態では、共重合体中の双性イオン官能基のモル分率は、約３５モル％〜約５０モル％である。
共重合体は、次の式（Ｖ）の構造単位をさらに含んでいてもよい。
式中、「ｃ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
Ｒ6は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
Ｒ7は各々独立にＣ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
式（ＩＩＩ）のスルホン構造単位と、式（ＩＶ）の双性イオン官能化構造単位とを含む共重合体を含む中空糸膜であって、共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率が約５０モル％未満である中空糸膜についても開示する。
式中、「ａ」及び「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
「ｋ」は０〜１０の数であり、
「ｍ」は１〜１０の数であり、
Ｒ1及びＲ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
ある事例では、共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率は、約３０モル％〜約５０モル％の範囲内である。共重合体は、ある実施形態では、式（Ｖ）の構造単位をさらに含んでいてもよい。
共重合体は、任意の適切な技術を用いて合成することができる。特定の実施形態では、共重合体は、１種以上の芳香族ジヒドロキシ化合物を１種以上の芳香族ジハロゲン化合物と反応させることによって合成することができる。芳香族ジヒドロキシ化合物及び芳香族ジハロゲン化合物の少なくとも一方は、双性イオン官能基に変換し得る適切な官能基（例えば、ピペラジンアミド基）で官能化し得る。ある実施形態では、芳香族ジヒドロキシ化合物は、適切な官能基で官能化してもよい。さらに、芳香族ジヒドロキシ化合物及び芳香族ジハロゲン化合物の少なくとも一方は、スルホン部分を含んでいてもよい。ある実施形態では、芳香族ジハロゲン化合物は、スルホン部分を含んでいてもよい。
使用し得る芳香族ジハロゲン化合物の例としては、４，４’−ビス（クロロフェニル）スルホン、２，４’−ビス（クロロフェニル）スルホン、２，４−ビス（クロロフェニル）スルホン、４，４’−ビス（フルオロフェニル）スルホン、２，４’−ビス（フルオロフェニル）スルホン、２，４−ビス（フルオロフェニル）スルホン、４，４’−ビス（クロロフェニル）スルホキシド、２，４’−ビス（クロロフェニル）スルホキシド、２，４−ビス（クロロフェニル）スルホキシド、４，４’−ビス（フルオロフェニル）スルホキシド、２，４’−ビス（フルオロフェニル）スルホキシド、２，４−ビス（フルオロフェニル）スルホキシド、４，４’−ビス（フルオロフェニル）ケトン、２，４’−ビス（フルオロフェニル）ケトン、２，４−ビス（フルオロフェニル）ケトン、１，３−ビス（４−フルオロベンゾイル）ベンゼン、１，４−ビス（４−フルオロベンゾイル）ベンゼン、４，４’−ビス（４−クロロフェニル）フェニルホスフィンオキシド、４，４’−ビス（４−フルオロフェニル）フェニルホスフィンオキシド、４，４’−ビス（４−フルオロフェニルスルホニル）−１，１’−ビフェニル、４，４’−ビス（４−クロロフェニルスルホニル）−１，１’−ビフェニル、４，４’−ビス（４−フルオロフェニルスルホキシド）−１，１’−ビフェニル、４，４’−ビス（４−クロロフェニルスルホキシド）−１，１’−ビフェニル及びこれらの組合せが挙げられる。
使用し得る適切な芳香族ジヒドロキシ化合物の非限定的な例としは、４，４’−ジヒドロキシフェニルスルホン、２，４’−ジヒドロキシフェニルスルホン、４，４’−ジヒドロキシフェニルスルホキシド、２，４’−ジヒドロキシフェニルスルホキシド、
ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）スルホン、４，４−（フェニルホスフィニル）ジフェノール、４，４’−オキシジフェノール，４，４’−チオジフェノール、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、４，４’−ジヒドロキシフェニルメタン、ヒドロキノン、レゾルシノール、５−シアノ−１，３−ジヒドロキシベンゼン、４−シアノ−１，３，−ジヒドロキシベンゼン、２−シアノ−１，４−ジヒドロキシベンゼン、２−メトキシヒドロキノン、２，２’−ビフェノール、４，４’−ビフェノール、２，２’−ジメチルビフェノール、２，２’，６，６’−テトラメチルビフェノール、２，２’，３，３’，６，６’−ヘキサメチルビフェノール、３，３’，５，５’，−テトラブロモ−２，２’，６，６’−テトラメチルビフェノール、４，４’−イソプロピリデンジフェノール（ビスフェノールＡ）、４，４’−イソプロピリデンビス（２，６−ジメチルフェノール）（テラメチルビスフェノールＡ）、４，４’−イソプロピリデンビス（２−メチルフェノール）、４，４’−イソプロピリデンビス（２−アリルフェノール）、４，４’−イソプロピリデンビス（２−アリル−６−メチルフェノール）、４，４’（１，３−フェニレンジイソプロピリデン）ビスフェノール（ビスフェノールＭ）、４，４’−イソプロピリデンビス（３−フェニルフェノール）、４，４’−イソプロピリデンビス（２−フェニルフェノール）、４，４’−（１，４−フェニレンジイソプロピリデン）ビスフェノール（ビスフェノールＰ）、４，４’−エチリデンジフェノール（ビスフェノールＥ）、４，４’−オキシジフェノール、４，４’−チオジフェノール、４，４’−チオビス（２，６−ジメチルフェノール）、４，４’−スルホニルジフェノール、４，４’−スルホニルビス（２，６−ジメチルフェノール）、４，４’−スルフィニルジフェノール、４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデン）ビスフェノール（ビスフェノールＡＦ）、４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデン）ビス（２，６−ジメチルフェノール）、４，４’−（１−フェニルエチリデン）ビスフェノール（ビスフェノールＡＰ）、４，４’−（１−フェニルエチリデン）ビス（２，６−ジメチルフェノール）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）−２，２−ジクロロエチレン（ビスフェノールＣ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン（ビスフェノール−Ｆ）、ビス（２，６−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン、３，３−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、４，４’−（シクロペンチリデン）ジフェノール、４，４’−（シクロヘキシリデン）ジフェノール（ビスフェノールＺ）、４，４’−（シクロヘキシリデン）ビス（２−メチルフェノール）、４，４’−（シクロドデシリデン）ジフェノール、４，４’−（ビシクロ［２．２．１］ヘプチリデン）ジフェノール、４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９，９−ジイル）ジフェノール、３，３’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）イソベンゾフラン−１（３Ｈ）−オン、１−（４−ヒドロキシフェニル）−３，３’−ジメチル−２，３−ジヒドロ−１Ｈ−インデン−５−オール、１−（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）−１，３，３’，４，６−ペンタメチル−２，３−ジヒドロ−１Ｈ−イン−デン−５−オール、３，３，３’，３’−テトラメチル−２，２’，３，３’−テトラヒドロ−１，１’−スピロビ［インデン］−５，６’−ジオール（スピロビインダン）、ジヒドロキシベンゾフェノン（ビスフェノールＫ）、チオジフェノール（ビスフェノールＳ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）ジフェニルメタン、ビス（４−ヒドロキシフェノキシ）−４，４’−ビフェニル、４，４’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ジフェニルエーテル、９，９−ビス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）フルオレン、Ｎ−フェニル−３，３−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）フタルイミド及びこれらの組合せが挙げられる。
反応は、アルカリ金属化合物の存在下、場合により触媒の存在下で、極性非プロトン性溶媒中で行うことができる。アルカリ金属化合物の塩基性塩を用いて、ジハロ芳香族化合物とジヒドロキシ芳香族化合物との反応を行うことができる。例示的な化合物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム及び水酸化セシウムなどのアルカリ金属水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム及び炭酸セシウムなどのアルカリ金属炭酸塩、並びに、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム及び炭酸水素セシウムなどの炭酸水素アルカリ金属が挙げられ。これらの化合物の組合せを用いて反応を行うこともできる。
使用できる非プロトン性極性溶媒の例としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジプロピルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンズアミド、Ｎ，Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ−エチル−２−ピロリドン、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン、Ｎ−イソブチル−２−ピロリドン、Ｎ−ｎ−プロピル−２−ピロリドン、Ｎ−ｎ−ブチル−２−ピロリドン、Ｎ−シクロヘキシル−２−ピロリドン、Ｎ−メチル−３−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−エチル−３−メチル−ピロリドン、Ｎ−メチル−３，４，５−トリメチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピペリドン、Ｎ−エチル−２−ピペリドン、Ｎ−イソプロピル−２−ピペリドン、Ｎ−メチル−６−メチル−２−ピペリドン、Ｎ−メチル−３−エチルピペリドン、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジエチルスルホキシド、スルホラン、１−メチル−１−オキソスルホラン、１−エチル−１−オキソスルホラン、１−フェニル−１−オキソスルホラン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリジノン（ＤＭＩ）、ジフェニルスルホン及びこれらの組合せが挙げられる。溶媒の使用量は、典型的には、ジハロ及びジヒドロキシ芳香族化合物を溶解するのに十分な量である。
反応は、ある実施形態では約１００℃〜約３００℃、ある実施形態では約１２０℃〜約２００℃、特定の実施形態では約１５０℃〜約２００℃の範囲内の温度で実施される。反応混合物は、初期反応混合物に、極性非プロトン性溶媒と共に、水と共沸混合物を形成する溶媒を添加することによってさらに乾燥させることができる。かかる溶媒の例としは、トルエン、ベンゼン、キシレン、エチルベンゼン及びクロロベンゼンが挙げられる。共沸乾燥により残留水を除去した後、反応は上述の通り高温で実施することができる。反応は、典型的には、ある実施形態では約１時間〜約７２時間、特定の実施形態では約１時間〜約１０時間実施される。
反応終了後、共重合体を無機塩から分離し、非溶媒中で沈殿させ、濾過及び乾燥によって回収することができる。非溶媒の例としては、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン及びこれらの組合せが挙げられる。
次いで、得られた共重合体を適切な化合物（例えば、スルトン）と高温で反応させることによって双性イオン官能化共重合体を合成することができる。
共重合体のガラス転移温度Ｔgは、一実施形態では約１２０℃〜約２８０℃であり、別の実施形態では約１４０℃〜約２００℃である。共重合体は、ポリスチレン標準に基づくゲル浸透クロマトグラフィーで測定される重量平均分子量（Ｍw）によってさらに特徴付けることができる。一実施形態では、共重合体のＭwは約１００００ｇ／ｍｏｌ〜約１０００００ｇ／ｍｏｌである。別の実施形態では、Ｍwは約１００００ｇ／ｍｏｌ〜約７５０００ｇ／ｍｏｌである。別の実施形態では、Ｍwは約４００００ｇ／ｍｏｌ〜約５５０００ｇ／ｍｏｌである。
共重合体及び共重合体を含む膜は、その親水性によってさらに特徴付けることができる。ある実施形態では、共重合体は、ガラス基材上にフィルムとして流延された共重合体の表面上で測定して、約８０度未満の水との接触角を有する。ある実施形態では、共重合体は、ガラス基材上にフィルムとして流延された共重合体の表面上で測定して、約５０度未満の水との接触角を有する。特定の実施形態では、共重合体は、ガラス基材上にフィルムとして流延された共重合体の表面上で測定して、約３０度未満の水との接触角を有する。
前述のように、膜は中空糸構造を有する。ある実施形態では、複数の中空糸膜を含む中空糸膜モジュール又はカートリッジが提示される。中空糸モジュール又はカートリッジを含むクロスフロー濾過装置、血液透析装置又は血液濾過装置も提示される。
本発明の実施形態に係る膜は、当技術分野で公知のプロセスによって製造することができる。適切な技術には、特に限定されないが、乾相分離膜形成プロセス、湿相分離膜形成プロセス、乾湿相分離膜形成プロセス、熱誘起相分離膜形成プロセスが含まれる。さらに、膜形成後、膜は、分離適用におけるその使用に先立って膜調整プロセス又は処理プロセスに供されてもよい。代表的なプロセスは、膜が接触する供給流に類似した溶液中で応力又は予備平衡を緩和するための、熱アニーリングを含んでいてもよい。
一実施形態では、膜は転相によって調製することができる。転相プロセスには、１）「ドライ流延」又は「エア流延」とも呼ばれる蒸気誘起相分離（ＶＩＰＳ）、２）主に「浸漬鋳造」又は「湿式鋳造」と呼ばれる液体誘起相分離（ＬＩＰＳ）、３）しばしば「溶融流延」と呼ばれる熱誘起相分離（ＴＩＰＳ）が含まれる。転相プロセスは、一体化したスキンを施した非対称膜を生成することができる。ある実施形態では、膜を架橋して追加の支持体を提供することができる。
膜は、細孔径より大きなサイズを有する溶質が通過できないように、特定の細孔径を有するように設計及び製造することができる。一実施形態では、細孔径は、約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍである。別の実施形態では、細孔径は、約１ｎｍ〜約２５ｎｍの範囲内である。
中空糸膜の製造方法についても開示する。本方法は、上述の共重合体及び溶媒を含む流延溶液を提供することを含む。本方法は、流延溶液を環状流路を通して押し出して中空糸膜を形成することをさらに含む。適切な溶媒の非限定的な例としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、ホルミルピペリジン又はこれらの組合せが挙げられる。
ある実施形態では、流延溶液は、ポリビニルピロリドン及びポリエチレングリコールなどのポリマーと、水、アルコール、グリコール、グリコールエーテル及び塩などの逆溶媒と、アルカリ金属ハロゲン化物と、これらの組合せからなる群から選択された添加剤をさらに含む。ある実施形態では、添加剤は、特に限定されないが、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム又はこれらの組合せなどのアルカリ金属臭化物を含んでいてもよい。
添加剤は、ある実施形態では、約０．１重量％〜約３０重量％の範囲の量（総量）で流延溶液中に存在してもよい。さらに、共重合体は、ある実施形態では、約１０重量％〜約３０重量％の範囲の量で流延溶液中に存在してもよい。
ある実施形態では、中空糸膜は、上述の共重合体と１以上の追加のポリマーとのブレンドを含んでもよい。追加のポリマーは、より良好な耐熱性、生体適合性などのような異なる特性を付与するために共重合体とブレンドされてもよい。さらに、追加のポリマーは、非対称膜構造など、転相時に生成される相逆膜構造の形態を改変するために、膜形成中に共重合体に添加されてもよい。加えて、共重合体とブレンドされる１以上のポリマーは、本質的に親水性又は疎水性であってもよい。
ある実施形態では、共重合体は親水性ポリマーとブレンドされる。適切な親水性ポリマーの非限定的な例には、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が含まれる。他の適切な親水性ポリマーの非限定的な例には、ポリオキサゾリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリグリコールモノエステル、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの共重合体、水溶性セルロース誘導体、ポリソルベート、ポリエチレン−ポリプロピレンオキシド共重合体、ポリエチレンイミン及びこれらの組合せが挙げられる。ある実施形態では、共重合体は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルウレタン、ポリアミド、ポリエーテル−アミド、ポリアクリロニトリル、及びこれらの組合せなどのポリマーとさらにブレンドすることができる。
本発明のある実施形態に係る膜は、生体分離、水浄化、血液濾過、血液透析、限外濾過、ナノ濾過、ガス分離、精密濾過、逆浸透、及びパーベーパレーションなどの様々な用途に使用することができる。特定の実施形態では、膜は、改善された親水性及び生体適合性が所望される生物医薬及び生物医学分野での用途を有し得る。
ある実施形態では、生体分離のための中空糸膜が提示される。生体分離に適した中空糸膜は、タンパク質結合によって部分的に特徴付けることができる。ある実施形態では、中空糸膜は、約３０ｎｇ／ｃｍ2未満のタンパク質結合を有し得る。膜は、本発明の実施形態に係る共重合体からなる。別の態様では、本発明は、本発明の多孔質膜からなる複数の多孔質中空糸を含む、生体分離装置に関する。
ある実施形態では、本発明のある実施形態に係る膜は、血液透析に使用され得る。透析とは、１以上の膜によってもたらされるプロセスであって、輸送は、１以上の膜の厚さ全体の圧力差によって主に駆動されるプロセスをいう。血液透析とは、生物学的に望ましくない及び／又は毒性の溶質、例えば代謝産物及び副生物を血液から除去する透析プロセスをいう。血液透析膜は、尿素、クレアチニン、尿酸、電解質及び水のような、典型的には５，０００ダルトン未満の低分子量の溶質の通過を可能にするが、高分子量のタンパク質及び血液細胞要素の通過を防げる多孔質膜である。腎臓の糸球体における濾過をより密接に表す血液濾過は、５０，０００ダルトン未満、場合によっては２０，０００ダルトン未満の分子量の溶質の完全な通過を可能にする、より透過性の高い膜を必要とする。
いかなる理論にも束縛されるものではないが、本発明のある実施形態に係る共重合体は、製造中及び使用中に多孔質中空糸膜構造を支持するように、所望の機械的特性を有すると考えられる。加えて、共重合体は、高温蒸気滅菌プロセス中に分解しないように、適切な熱特性を有する。さらに、共重合体及び対応する膜は、タンパク質の付着が最小限に抑えられ、処理された血液の血栓が生じないように、最適な生体適合性を有する。
化学薬品は、別途記載しない限り、Ａｌｄｒｉｃｈ ａｎｄ Ｓｌｏｓｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから購入し、受領したままの状態で使用した。ＮＭＲスペクトルは、Ｂｒｕｋｅｒ Ａｖａｎｃｅ４００（1Ｈ、４００ＭＨｚ）分光計で記録し、残留溶媒シフトに対して参照した。分子量は、数平均（Ｍn）又は重量平均（Ｍw）分子量として報告するが、ＵＶ検出器を備えるＰｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ２００機器でのゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）分析によって決定した。ポリマー熱分析は、ＴＡＣ７／ＤＸ熱分析器を備えるＰｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ ＤＳＣ７で行い、Ｐｙｒｉｓ Ｓｏｆｔｗａｒｅを使用して処理した。
第２の加熱走査でガラス転移温度を記録した。接触角の測定は、評価のためにＶＣＡ ｏｐｔｉｍａ Ｓｏｆｔｗａｒｅを使用してＶＣＡ２０００（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎｃ．）機器で行った。ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）及びジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）などの適切な溶液から、清浄なガラススライド上に薄膜を流延し、溶媒を蒸発させることによってポリマーフィルムを得た。水（７３ダイン／ｃｍ）との前進接触角は、（空気に面する、及びガラススライドに面する）フィルムの両面で決定した。おそらくより滑らかな表面のために、ガラススライドに面する側で一貫してより低い値が得られた。
実施例１：ポリスルホンの調製及び最終的な誘導体化（４５モル％双性イオン、ワンポット合成、３．２５モル％連鎖停止剤）
オーバーヘッドメカニカルスターラー、ショートヘッド蒸留装置及び窒素導入口を備え、油浴に浸した５．０Ｌの３つ口フラスコに、ＢＰＡ（２２８．１ｇ、１モル）、Ｎ−メチルピペラジンジフェノールアミド（３０１．１７ｇ、０．８１８２モル）、ｐ−クミルフェノール（１２．４６８ｇ、０．０５９１モル）及びＮ−メチルピロリジノン（ＮＭＰ）１．６０Ｌを仕込んだ。混合物を室温で撹拌し、続いて炭酸カリウム（４０１．５ｇ、２．９０９モル）を少しずつ添加し、続いて０．８Ｌのトルエンを添加した。混合物を緩やかな窒素気流下で加熱してトルエンを除去し、残留水を共沸させて混合物を乾燥反応させた。油浴の温度を１２５℃〜１５０℃から徐々に上げて、トルエンの大部分（＞９０％）を除去した。スラリーを室温に冷却した。ジフルオロジフェニルスルホン（４６９．６３ｇ、１．８４８２モル）を固体として添加し、反応温度を１６５℃まで徐々に上げた。加熱中、約１００℃で穏やかな発熱が観察された。混合物を加熱し、所望の分子量が達成されるまで２時間ごとに試料を採取した（８〜１０時間）。不透明な灰色がかった色を有する反応生成物を伴い、反応の進行に伴って反応粘度が上昇した。所望の分子量が達成されたら、反応物を０．８ＬのＮＭＰで希釈し、５０℃に冷却した。１，３−プロパンスルトン（１４９．７ｇ、１．２２７モル）を添加し、反応混合物を８０℃まで徐々に加熱した。反応は約４時間で完了した。溶液の粘度に基づいて、反応混合物をさらに希釈した。混合物を高速ブレンダーを用いて１２．０Ｌの水中に沈殿させ、白色の沈殿物を生成させた。沈殿物を濾過によって回収し、５．０Ｌの温水（４０〜５０℃）中で６時間再スラリー化した。固体を濾過によって回収した。得られたポリマーを、最初に窒素パージ下、５０℃で２４時間真空乾燥し、さらに完全真空下で８０〜１００℃で２４時間乾燥させた。乾燥後（９５％回収）に９５０ｇのポリマーが得られた。
双性イオンモル分率の異なる共重合体を同様に合成したが、表１及び表２に共重合体中の双性イオンモル分率の詳細を示す。
実施例２：中空糸膜の製造
２３ｗｔ％の双性イオン官能化共重合体、２４ｗｔ％のポリビニルピロリドン、３ｗｔ％の臭化リチウム及び５０ｗｔ％のＮ−メチルピロリドンを含有する溶液を、水を含有する凝固浴に環状ノズルを通して押し出した。環状ボアは内部凝固液（溶媒と非溶媒との混合物）を含み、第２の外部凝固液を環状部の外部に適用して、新しく押し出されたポリマードープの周りにシースを形成した。糸を約３〜６０ｍ／分の速度で浴を通して押し出し、追加の抽出のために第２の浴に回収した。
実施例３：タンパク質接着性の検討
双性イオン官能化共重合体を用いて流延されたフィルムを、タンパク質結合について評価した。双性イオン官能化共重合体から中空糸多孔質膜も調製し、タンパク質結合について評価した。
高密度フィルムをブロックして、天面（フィルムを流延したときに空気に暴露される部分）のみをＨＲＰ標識抗体であるモデルファウラントに暴露した。表面を１０μｇ／ｍｌのＨＲＰ−Ａｂ溶液で２時間覆い、ＰＢＳで１時間十分に洗浄して緩く付着したＡｂを除去した。直径０．５ｃｍの生検パンチを用いて、フィルムからディスクを切り出し、各ポリマーフィルムからの３枚のディスクを２４ウェルプレートに個別に移した。各ウェルに、ｏ−フェニレンジアミン、過酸化水素、及びリン酸クエン酸塩緩衝液（それぞれ０．５ｍｇ／ｍｌ、０．０１５％及び５０ｍＭ）の溶液０．５ｍｌを添加した。溶液を添加してから正確に３分後、溶液の吸光度を４５０ｎｍで測定した。抗体上のＨＲＰ酵素は、ｏ−フェニレンジアミンを有色生成物に変換するため、溶液の吸光度は、較正曲線を用いて、高密度フィルム表面を汚した抗体の量と相関させることができる。この方法を用いて中空糸のファウリングを測定する場合、１インチ長の中空糸片を抗体溶液に２時間浸漬し、さらに１時間ＰＢＳで十分に洗浄し、四分の一にカットし、２４ウェルプレートのウェルに４／４をまとめて移す。酵素反応及び分光測光は、上述の通り実施される。各糸の内径及び外径を顕微鏡で測定し、試料の公称表面積を計算するために使用した。表面被覆率は表面積で正規化した。
表１は、市販のポリスルホン（ＰＳＵ）（比較例１）に対する、双性イオン官能化共重合体を用いて流延されたフィルムの正規化タンパク質結合性能（ＰＳＵに対して正規化）を示す。表２は、市販のポリスルホン（比較例１）に対する、双性イオン官能化共重合体を用いて形成された中空糸膜の正規化タンパク質結合性能（ＰＳＵに対して正規化）を示す。
表１及び表２に示すように、３０モル％〜約５０モル％の範囲の量の双性イオン基を有する共重合体は、市販のポリスルホン（ＰＳＵ）に対して性能が向上した。性能の向上は、共重合体における双性イオン基の存在に起因し得る。
さらに、これらの共重合体中の双性イオン基は、市販の中空糸用途に有用な多孔度及び機械的性能をもつ親水性中空糸膜として形成できる共重合体の能力を阻害しないことが判明した。双性イオン官能基のモル分率を低くすると（例えば、１１モル％）、タンパク質接着性能が低下し、双性イオン官能基のモル分率を高めると（例えば、５０モル％）、良好なタンパク質接着性能は得られたが、中空糸膜に加工することができなかった。
添付の特許請求の範囲は考えられる限り広い範囲で本発明を特許請求するものであり、本明細書に記載した実施例は多種多様な実施形態から選択された実施形態を例示したものである。したがって、添付の特許請求の範囲は本発明の特徴を例示するために用いた実施例の選択によって限定されるべきでない。特許請求の範囲で用いる「含む」という用語は、論理的には、例えば特に限定されないが「から実質的になる」及び「からなる」のような多種多様な語句も包含して意味する。必要に応じて範囲を記載したが、これらの範囲は部分範囲を包含する。これらの範囲内での変動は当業者には自明であろうし、また未だ公表されていなくてもこれらの変動は可能であれば添付の特許請求の範囲に包含されると解すべきである。また、科学及び技術の進歩によって、言語の不正確さのために現在では想定されていない均等物及び代替物が可能になることも予想されるが、これらの変形例も可能であれば添付の特許請求の範囲に包含されると解すべきである。

Claims (20)

  1. 中空糸膜であって、
    式（Ｉ）のスルホン構造単位と式（ＩＩ）の双性イオン官能化構造単位とを含む共重合体を含んでいて、共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率が２０モル％以上５０モル％未満である、中空糸膜。
    式中、「ａ」及び「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
    「ｎ」及び「ｐ」は独立に０又は１であり、
    「ｋ」は０〜１０の数であり、
    Ｒ1及びＲ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
    Ｒ3及びＲ5は独立に水素原子、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
    Ｒ4は、結合、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
  2. 共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率が３０モル％〜５０モル％未満である、請求項１に記載の中空糸膜。
  3. スルホン構造単位が次の式（ＩＩＩ）のものである、請求項１又は請求項２に記載の中空糸膜。
    式中、「ａ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
    Ｒ1は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の中空糸膜であって、双性イオン官能化構造単位は式（ＩＶ）を有し、
    式中、「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
    「ｋ」は０〜１０の数であり、
    「ｍ」は１〜１０の数であり、
    Ｒ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基、又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である、中空糸膜。
  5. 共重合体が式（Ｖ）の構造単位をさらに含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の中空糸膜。
    式中、「ｃ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
    Ｒ6は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
    Ｒ7は各々独立にＣ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
  6. 共重合体の分子量が１００００ｇ／ｍｏｌ〜７５０００ｇ／ｍｏｌである、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の中空糸膜。
  7. 請求項１に記載の複数の中空糸膜を含む、中空糸モジュール又はカートリッジ。
  8. 請求項７に記載の中空糸モジュール又はカートリッジを含む、クロスフロー濾過装置、血液透析装置又は血液濾過装置。
  9. 中空糸膜であって、式（ＩＩＩ）のスルホン構造単位と、式（ＩＶ）の双性イオン官能化構造単位とを含む共重合体を含んでいて、共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率が２０モル％以上５０モル％未満である、中空糸膜。
    式中、「ａ」及び「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
    「ｋ」は０〜１０の数であり、
    「ｍ」は１〜１０の数であり、
    Ｒ1及びＲ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
  10. 共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率が３０モル％〜５０モル％未満である、請求項９に記載の中空糸膜。
  11. 請求項９に記載の複数の中空糸膜を含む中空糸モジュールを含む、血液透析装置又は血液濾過装置。
  12. 中空糸膜の製造方法であって、
    （Ａ）共重合体と溶液とを含む流延溶液を供給するステップ（Ａ）であって、共重合体が式（Ｉ）のスルホン構造単位と式（ＩＩ）の双性イオン官能化構造単位とを含んでいて、共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率が２０モル％以上５０モル％未満である、ステップと、
    （Ｂ）流延溶液を環状流路を通して押し出して中空糸膜を形成するステップ（Ｂ）と
    を含む方法。
    式中、「ａ」及び「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
    「ｎ」及び「ｐ」は独立に０又は１であり、
    「ｋ」は０〜１０の数であり、
    Ｒ1及びＲ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
    Ｒ3及びＲ5は独立に水素原子、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
    Ｒ4は、結合、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
  13. 共重合体中の双性イオン官能化構造単位のモル分率が３０モル％〜５０モル％未満である、請求項１２に記載の方法。
  14. スルホン構造単位が次の式（ＩＩＩ）のものである、請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
    式中、「ａ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
    Ｒ1は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
  15. 双性イオン官能化構造単位が次の式（ＩＶ）のものである、請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
    式中、「ｂ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
    「ｋ」は０〜１０の数であり、
    「ｍ」は１〜１０の数であり、
    Ｒ2は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基、又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
  16. 共重合体が式（Ｖ）の構造単位をさらに含む、請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
    式中、「ｃ」は各々独立に０、１、２、３又は４であり、
    Ｒ6は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、Ｃ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基であり、
    Ｒ7は各々独立にＣ1〜Ｃ12脂肪族基、Ｃ3〜Ｃ12脂環式基又はＣ3〜Ｃ12芳香族基である。
  17. 流延溶液が、ポリマーと、水、アルコール、グリコール、グリコールエーテル及び塩からなる群から選択される逆溶媒と、アルカリ金属ハロゲン化物と、これらの組合せとからなる群から選択される添加剤をさらに含む、請求項１２乃至請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
  18. 流延溶液が、アルカリ金属臭化物をさらに含む、請求項１２乃至請求項１７のいずれか１項に記載の方法。
  19. 添加剤が、０．１重量％〜３０重量％の範囲の量で流延溶液中に存在する、請求項１７又は請求項１８に記載の方法。
  20. 共重合体が、１０重量％〜３０重量％の範囲の量で流延溶液中に存在する、請求項１２乃至請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
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