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中空糸膜モジュール及びその製造方法
JP6777383B2
Japan
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English - Inventor
佐々木 亮 亮 佐々木 林太郎 粕谷 林太郎 粕谷 梢 伊藤 梢 伊藤 威 助川 威 助川 - Current Assignee
- Asahi Kasei Medical Co Ltd
Description
translated from
グラジェント構造は、中空糸膜の溶質除去性能を向上させるためには必要な構造である。すなわち、溶質除去性能は中空糸膜の抵抗に影響されるものであるところ、内表面側の緻密層が実質的な溶質除去機能を担うグラジェント構造を持つ膜では、膜厚部分全体で溶質除去を行う膜に比べて抵抗が少なくなるため、高い溶質除去性能が発揮される。特に、CRRTでは、サイトカイン等の分子量の比較的大きな物質の除去が求められることが多く、高い溶質除去性能が望まれていることから、上記の如きグラジェント構造を有する膜はその用に適している。
(1)筒状容器と、
該筒状容器の長手方向に沿って前記筒状容器内に装填される中空糸膜束と、
前記筒状容器の両端部の内側で前記中空糸膜束の両端部を包埋し、当該中空糸膜束の両端部を前記筒状容器の両端部に固定するポッティング樹脂部と、
前記筒状容器内を流れる流体の出入口となるノズルを有しており、前記筒状容器の両端部にそれぞれ設けられるヘッダーと、
を備えた中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜は膜厚方向の内側から外側に向けて孔径が拡大するグラジェント多孔質構造を有しており、
前記中空糸膜の開口端の全周にわたって、開口端面に対し10度〜70度の傾斜面が形成されており、
前記傾斜面は膜厚の外端全周から内側に向かって形成されている、
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。
(6) 中空糸膜モジュールの製造方法において、
中空糸膜束の端部の少なくとも一部にシーリング剤を含ませ、
筒状容器の両端部の内側で前記中空糸膜束の両端部をポッティング樹脂によって包埋して当該中空糸膜束の両端部を前記筒状容器の両端部に固定し、
余分なポッティング樹脂を切断除去して前記中空糸膜の端面を開口させ、
前記中空糸膜の束を加熱して該中空糸膜の束の一部を溶融させ、前記中空糸膜の端面に傾斜面を構築する
ことを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
本実施形態の中空糸膜3の形状、寸法、分画特性は、特に限定されるものではなく、使用目的に照らして適切に選択することができる。
(−Φ−SO2−Φ−O−C(CH3)2−Φ−O−)n (1)
(−Φ−SO2−Φ−O−)n (2)
ここで、Φはベンゼン環を、nはポリマーの繰り返しを表す。
共通溶媒としては、例えば、ジメチルアセトアミド(以下、DMAc)、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、スルホラン、ジオキサン等の溶媒、あるいは上記2種以上の混合液からなる溶媒が挙げられる。
製膜原液には水などの添加物を加えてもよいが、水分は製膜原液の安定性を損なう傾向があるため、出来るだけ添加しないことが好ましい。
製膜原液は、紡糸口金から同時に吐出された中空内液中の貧溶媒成分によって、内表面側から凝固が開始し、エアーギャップ部を走行中にその凝固が膜の外表面側に向かって進行する。中空内液から供給される貧溶媒は、主に拡散によって製膜原液中に浸透し中空糸膜の構造を形成させていくが、外表面側に行くに従って貧溶媒の濃度は希薄になっていく。従って、膜厚の内側から外側に向けて孔径が拡大するグラジェント多孔質構造の中空糸膜となる。
図1に中空糸膜モジュール1の構造を示す模式図、図2に中空糸膜モジュール1におけるヘッダー7の部位を拡大した模式図を示す。なお、図1,2においては、便宜的に、断面に現れる部分のみを線図に表している。
図1に示されるように、本実施形態に係る中空糸膜モジュール1は、略円筒状の筒状容器2と、筒状容器2の長手方向に沿って装填され、両端部4aが筒状容器2の両端部2aの内側に固定されている中空糸膜3の束(以下「中空糸膜束」という)4と、筒状容器2の両端部2aの内側で中空糸膜束4の両端部4aを包囲すると共に、中空糸膜束4の両端部4aが埋設されて固定されたポッティング樹脂部5と、を備えている。また、筒状容器2の側部2bには、流体の出入口となるポート6が設けられており、筒状容器2の両端部2aの外側には、それぞれヘッダー7が取り付けられている。
中空糸膜3はグラジェント構造のため外表面の孔径は比較的大きなものになっている。そのため、ポッティング工程において、ポッティング樹脂が膜厚に少なからず入り込んでしまう。とくに、中空糸外表面の開孔率が20%以上になるとポッティング樹脂が入り込みやすくなる。ポッティング樹脂が入り込んでしまうと、中空糸膜3への流体の流入口である端面3aに傾斜面10を構築するのが困難になる。あるいは、傾斜面10が膜厚の一部分にしか形成できない。一方で、ポッティング樹脂が膜厚に入り込むことにより、ポッティング樹脂と中空糸膜3との接着強度が増す。
傾斜面10の傾斜角度αは、図3bに示すように、中空糸膜3の縦断面において、膜厚の外端3eともう一方の外端3eとを結ぶ直線と傾斜面10とからなる角度を示すものとする。別言すれば、傾斜面10の傾斜角度αは、傾斜面10が形成される前の中空糸膜3の端面3aを0度とおいた場合の当該端面3aに対する斜度を示す。
PSf(ソルベイ社製)19重量部、PVP(日本触媒社製、K−90)7重量部、DMAc(三菱ガス化学社製)74重量部からなる製膜原液を調整した。中空内液にはDMAc60重量%水溶液を用いた。製造原液と中空内液を紡糸口金から吐出させ、フードで覆った落下部を経て水よりなる60℃の凝固浴に浸漬して凝固させた。水洗、20%濃度のグリセリン(日本薬局方)水溶液の塗布、乾燥をおこなって、血液処理膜を得た。得られた中空糸膜3の内径は210〜240μm、膜厚は20〜75μmであった。
中空糸膜3の膜厚の外端全周から内側に向かって傾斜面10が構築されているか否かを評価するため、中空糸膜モジュール1の中空糸膜束4の開口端部をスライスし、走査型電子顕微鏡(日立、S−3000N)で150倍の視野で、真上からではなく、斜め上から観察した。
該開口端面を、開口端面の半径の半分の半径となる同心円と、その外周部を90度の角度で四分割した計5分割の各エリアにおいて、様子を観察した(図5参照)。
傾斜面10の傾斜角度αは、レーザー顕微鏡(KEYENCE、VK−8500)によって測定した。傾斜状態の観察方法と同様に、中空糸膜モジュール1の中空糸膜束4の開口端部をスライスし、開口端部の外周円の半径の半分を半径とする同心円(図5参照)と、その外周の環状部分を90度の角度で四分割した計5分割の各エリアの中から任意の3本ずつ、合計15本の中空糸膜3について、流入口の傾斜角度αを測定した。なお、傾斜角度αの算出は、画像処理、演算等を実施する公知の解析ソフトを利用して行うことができる。
中空糸膜3の膜厚外端から傾斜が構築されていることを確認し、膜厚の内周面上の1点と、そこから膜厚外端までの形状を測定することで傾斜角度αを算出した。
レーザー顕微鏡(KEYENCE、VK−9700)を用いて、中空糸膜束4の開口端部における、中空糸膜3を含まないポッティング樹脂のみのエリア内の最大隆起高さを測定した。ポッティング樹脂部5の端面に隆起が観察された場合は、そこを含む250μm四方のエリアにおける最大隆起高さを測定値とし、隆起が観察されなかった場合には、特に指定なく250μm四方のエリアを抽出して、そのエリアにおける最大高さを測定値とした。
中空糸膜3への流入における血球成分の堆積を評価するため、中空糸膜3の傾斜部位(すなわち傾斜面10)における血球成分の付着数を測定した。
中空糸膜への流入における血球成分の損傷を評価するため、赤血球の溶血率を測定した。
ポリウレタン樹脂の切断面を710度の熱源に5秒間接近させたこと以外は、実施例1と同様の製造方法・測定方法を実施した。
ポリウレタン樹脂の切断面を725度の熱源に6秒間接近させたこと以外は、実施例1と同様の製造方法・測定方法を実施した。
ヘッダー内高さがh1=h2=4.2mmであるヘッダーを装着したこと以外は、実施例1と同様の製造方法・測定方法を実施した。
中空糸本数6300本、容器長(L)が170mmで容器内径(D)が32mmの筒状容器2を使用したこと以外は、実施例1と同様の製造方法・測定方法を実施した。
中空糸本数11700本、容器長(L)が170mmで容器内径(D)が44mmの筒状容器2を使用したこと以外は、実施例1と同様の製造方法・測定方法を実施した。
中空糸膜束を筒状容器に挿入する前に、中空糸膜束の端部をグリセリン水溶液へ浸漬させなかったこと以外は、実施例1と同様の製造方法を実施した。得られた中空糸膜の内径は210〜240μm、膜厚は20〜75μmであり、中空糸膜束の端部におけるグリセリンの含有率は75%であった。また、ヘッダー内高さはh1=h2=1.8mmであった。得られた中空糸膜モジュール1について、実施例1と同様の測定方法を実施した。
PSf(ソルベイ社製)19重量部、PVP(日本触媒社製、K−90)7重量部、DMAc(三菱ガス化学社製)74重量部からなる製膜原液を調整した。中空内液にはDMAc60重量%水溶液を用いた。製造原液と中空内液を紡糸口金から吐出させ、フードで覆った落下部を経て水よりなる60℃の凝固浴に浸漬して凝固させた。水洗、72%濃度のグリセリン(日本薬局方)水溶液の塗布、乾燥をおこなって、血液処理膜を得た。得られた中空糸膜の内径は210〜240μm、膜厚は20〜75μmであった。また、中空糸膜束の端部において、グリセリンは中空糸膜重量に対して200%含まれていた。
ポリウレタン樹脂の切断面を740度の熱源に6秒間接近させたこと以外は、実施例1と同様の製造方法・測定方法を実施した。
その結果、適度な角度を付与された傾斜部位における血球の付着数は大きく減少され、血液が滞留なく中空糸膜へ円滑に流れ込むことから、血液凝固を抑制できることが示された。また、ウレタン面が平滑であるため、ウレタン部位における血球成分の付着も少ないことも示された。
更に、傾斜構造の構築によって溶血率も低減することができていることからも、血球成分の損傷およびそれに伴う血液凝固を抑制できることが示された。
2 筒状容器
2a 筒状容器の端部
2b 筒状容器の側部
3 中空糸膜
3a 中空糸膜の端面
3e 外端
4 中空糸膜束
4a 中空糸膜束の端部
4b 中空糸膜束の端面
5 ポッティング樹脂部
6 ポート
7 ヘッダー
7a カバー部
7b 固定部
7c ヘッダーの内面
8 ノズル
9 シール材
10 傾斜面
11 ヘッダーカラム
Claims (10)
Hide Dependent
translated from
- 筒状容器と、
該筒状容器の長手方向に沿って前記筒状容器内に装填される中空糸膜束と、
前記筒状容器の両端部の内側で前記中空糸膜束の両端部を包埋し、当該中空糸膜束の両端部を前記筒状容器の両端部に固定するポッティング樹脂部と、
前記筒状容器内を流れる流体の出入口となるノズルを有しており、前記筒状容器の両端部にそれぞれ設けられるヘッダーと、
を備えた中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜は膜厚方向の内側から外側に向けて孔径が拡大するグラジェント多孔質構造を有しており、
前記中空糸膜の開口端の全周にわたって、開口端面に対し10度〜70度の傾斜面が形成されており、
前記傾斜面は膜厚の外端全周から内側に向かって形成されている、
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。 - 筒状容器と、
該筒状容器の長手方向に沿って前記筒状容器内に装填される中空糸膜束と、
前記筒状容器の両端部の内側で前記中空糸膜束の両端部を包埋し、当該中空糸膜束の両端部を前記筒状容器の両端部に固定するポッティング樹脂部と、
前記筒状容器内を流れる流体の出入口となるノズルを有しており、前記筒状容器の両端部にそれぞれ設けられるヘッダーと、
を備えた中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜は膜厚方向の内側から外側に向けて孔径が拡大するグラジェント多孔質構造を有しており、
前記中空糸膜の開口端の全周にわたって、前記中空糸膜モジュールの開口端部をスライスし、開口端部の外周円の半径の半分を半径とする同心円と、その外周の環状部分を90度の角度で四分割した計5分割の各エリアの中から任意の3本ずつ、合計15本の中空糸膜について測定した流入口の角度が開口端面に対し10度〜70度の傾斜面が形成されており、
前記傾斜面は膜厚の外端全周から内側に向かって形成されている、
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。 - 前記中空糸膜の開口端の全周にわたって、前記開口端面に対し10度〜65度の傾斜面が形成されている、請求項1または2に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜の開口端の全周にわたって、前記開口端面に対し10度〜52.8度の傾斜面が形成されている、請求項1または2に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜の開口端の全周にわたって、前記開口端面に対し28.1度〜52.8度の傾斜面が形成されている、請求項1または2に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜の開口端の全周にわたって、前記開口端面に対し40.5度〜52.8度の傾斜面が形成されている、請求項1または2に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜束の端面における、前記ポッティング樹脂部の端面の凹凸の高低差が10μm以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記ヘッダーの内径の1/2を半径aとしたとき、前記ヘッダーの中央部から前記筒状容器の軸線に直交する方向にa/3離れた位置における前記ポッティング樹脂部の端面から前記ヘッダーの内面までの高さをh1、2a/3離れた位置における前記ポッティング樹脂部の端面から前記ヘッダーの内面までの高さをh2としたときに、0.9h1≦h2≦1.0h1であることを特徴とする請求項7に記載の中空糸膜モジュール。
- h1≦2.5mmであることを特徴とする請求項8に記載の中空糸膜モジュール。
- 一方の前記ポッティング樹脂部の端面から他方の前記ポッティング樹脂部の端面までの長さを容器長L、前記筒状容器の容器内径をDとしたときに、3.5≦L/D≦5.5となることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。