JP7205215B2 - 多孔質繊維複合体、および多孔質繊維複合体が内蔵された浄化カラム - Google Patents
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Description
前記キレート性官能基を有する化合物が、少なくとも前記多孔質繊維の表面に含まれてなるものである、多孔質繊維複合体である。
本発明に用いられる多孔質繊維は、3次元細孔構造を有する。3次元細孔構造とは、3次元的に広がった連続孔を有する構造を指す。
一方、金属化合物の面積占有率は、繊維強度の観点で、80%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましく、60%以下であることがさらに好ましい。金属化合物の面積占有率が80%以下であれば、十分な多孔質繊維複合体の繊維強度が得られる。その結果、紡糸をし易くなる。また、金属化合物は繊維素材に担持されているために、外部圧力により繊維が破損した際、繊維断面から金属化合物が剥離することを抑制しやすい。
式1 金属化合物の面積占有率(%)=金属化合物総面積/繊維断面積×100%
本発明に用いられる多孔質繊維の素材としては、特に限定されるものではないが、成形加工のし易さやコストなどの観点から有機物が好適に用いられる。従って、本発明に用いられる多孔質繊維は、ポリメチルメタクリレート(以下、PMMAという)、ポリアクリロニトリル(以下、PANという)ポリスルホン(以下、PSfという)、ポリエーテルスルホン(以下、PESという)、およびセルロースから選ばれる1種以上の化合物を含むことが好ましい。より具体的には、PMMA、PAN、PSf、PES、ポリアリールエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、セルロース、セルローストリアセテート、エチレン-ビニルアルコール共重合体等が好適に用いられる。中でも、非晶性の高分子であり、タンパク質を吸着できる特性を有する素材を含むことが好ましく、例えば、PMMA、PAN等が挙げられる。PMMA、PANは、また、厚み方向に均一構造を有する繊維の代表例であり、均質構造で孔径分布がシャープな構造を得やすいため好ましい。特にPMMAは、生体適合性に優れ、血液浄化に用いられた際に各種ショックを引き起こす虞が少ないため好ましい。また、成形加工性やコストに優れ、透明性も高いため、多孔質繊維を外部から見た際に、繊維内部も比較的観察しやすく、ファウリング状態を評価しやすく好ましい。ここでファウリングとは、タンパク質や有機化合物が繊維表面、もしくは内部に付着することを指す。
式1: 多孔質繊維複合体の溶出金属イオン量〔mg/cm3〕=血漿中の金属イオン濃度〔mg/L〕×血漿体積〔L〕/多孔質繊維複合体体積〔cm3〕
また、本発明の多孔質繊維複合体は、被吸着物質の吸着性能が3.0mg/cm3以上であることが好ましく、3.5mg/cm3以上であることがより好ましく、4.0mg/cm3以上であることがさらに好ましく、7.0mg/cm3以上であることがさらにより好ましく、15.0mg/cm3以上であることが特に好ましい。多孔質繊維複合体の吸着性能が3.0mg/cm3以上であることにより十分な被吸着物質の除去が可能となり、浄化カラムに充填する多孔質繊維複合体の量を低減できる。そのため、医療用においては、体外に持ち出す血液の量を減らしやすくなる。
式2: 多孔質繊維複合体のリン吸着性能〔mg/cm3〕=〔(Cs(mg/dL)-Ce(mg/dL))×0.5(dL)〕/多孔質繊維複合体体積(cm3)
ここで被吸着物質は、医療用途を一例にあげた場合、血液内に存在する物質であって、物質の性質そのものが有害である物質および過剰量存在することにより有害な作用を示す物質を言う。低分子化合物としては、リン酸、尿素、クレアチニン等が挙げられる。また、高分子化合物としては、サイトカイン、HMGB1、腫瘍産生タンパク質、β2ミクログロブリン(β2MG)、α1ミクログロブリン(α1MG)等を挙げることができる。本発明の多孔質繊維複合体は、特に血液中のリンの吸着除去に好適に用いられる。
サンプル質量10mgに対し、0.5mLのオレンジII酢酸干渉溶液(pH4.0)で37℃、1時間染色した。余分なオレンジII溶液を拭き取り、1mLの酢酸干渉溶液(pH4.0)で37℃、10分間洗浄した。1mLの水で37℃、10分間洗浄を2回行った。30mM水酸化ナトリウム水溶液で37℃、30分処理して、正電荷の官能基にイオン結合した負電荷の官能基を有する色素を抽出した。抽出液を35mM塩酸で中和し、482nmと550nmの吸光度を紫外・可視分光光度計(U-3900、日立ハイテクサイエンス)にて測定し、482nmと550nmの吸光度を差し引いた。別に作製した検量線を用いて、吸光度からサンプルの正電荷の官能基量を定量した。希釈が必要な場合は抽出液と同量の35mM塩酸を加えた後、30mM水酸化ナトリウム水溶液/35mM塩酸=1:1の混合液を加えた。ここで、正電荷の官能基が1molに対して、オレンジIIが1mol結合するとして、本発明では、オレンジIIの定量モル数を正電荷の官能基量とした。
式3: 添加率%:[添加した金属化合物質量]/(添加した金属化合物質量+原料ポリマー質量)×100
本発明に用いられる多孔質繊維複合体は、吸着効率上昇のため、多孔質繊維の内部に金属化合物を担持することが好ましいが、多孔質繊維表面に担持していてもよい。本発明の多孔質繊維複合体が、血液浄化用途に用いられる場合、使用時の血圧低下を防ぐため、可能な限り体外で循環する血液量を減少させることが必要である。そのため、多孔質繊維の単位体積あたりの吸着性能が高い方が好ましい。多孔質繊維の表面に加えて、内部にも金属化合物を担持させることで、被吸着物質を含む血液と金属化合物が効率的に接触するため、単位体積あたりの吸着性能を増大し、効率的に除去することが可能となる。
本発明の金属化合物とは、金属元素を有していればよく、例えば酸化物、水酸化物、炭酸化合物などが含まれる。前記希土類元素の炭酸塩又は第4族酸化物以外の成分として、希土類の酸化物、希土類の水和酸化物などを含んでもよい。これらの金属は単独で用いてもよいし、二種類以上の混合物として用いてもよい。
本発明の吸着カラムは、本発明の多孔質繊維複合体が内蔵されたものである。特に、血液中からのリン酸の除去に好適に用いられる。
多孔質繊維の原料となるポリマーを適当な溶媒に溶かした後、選定した金属の粒子を所定量添加し、紡糸原液を調製する。溶媒は、溶解するポリマーに応じて適宜選択されるが、一般的に、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサノン、キシレン、テトラリン、シクロヘキサノン、四塩化炭素などが使用されている。例えばポリマーとしてPMMAを用いる場合は、ジメチルスルホキシド(DMSO)が好ましく使用される。
本発明では次のようにして吸着能を有する物質である金属イオンの溶出量を測定した。本実施例では、金属イオンの溶出量として、溶出したネオジムイオンの量(溶質ネオジム量)を次の方法により求めた。
式4: 多孔質繊維複合体の溶出金属イオン量〔mg/cm3〕=血漿中の金属イオン濃度〔mg/L〕×血漿体積〔L〕/多孔質繊維複合体体積〔cm3〕
(2)多孔質繊維複合体の吸着性能の評価(リン吸着性能の測定方法)
本発明の多孔質繊維複合体の吸着性能を評価するため、被吸着物質としてリンを選び、リン吸着性能を次の方法により測定した。リン吸着性能は3.0mg/cm3以上であることが好ましく、3.5mg/cm3以上であることがより好ましく、4.0mg/cm3以上であることがさらに好ましく、7.0mg/cm3以上であることがさらにより好ましく、15.0mg/cm3以上であることが特に好ましい。多孔質繊維複合体の吸着性能が3.0mg/cm3以上であることにより十分な被吸着物質の除去が可能となり、浄化カラムに充填する多孔質繊維複合体の量を低減できる。
その後、下記式5にて多孔質繊維複合体1cm3あたりのリン吸着性能を計算した。なお、本式から求めたリン吸着性能は吸着飽和してない場合の値となる。
式5: 多孔質繊維複合体のリン吸着性能〔mg/cm3〕=〔(Cs(mg/dL)-Ce(mg/dL))×0.5(dL)〕/多孔質繊維複合体体積(cm3)
(3)多孔質繊維複合体に含まれるキレート性官能基量の測定方法
サンプル質量10mgに対し、0.5mLのオレンジII酢酸干渉溶液(富士フイルム和光純薬株式会社)(pH4.0)で37℃、1時間染色した。余分なオレンジII溶液を拭き取り、1mLの酢酸干渉溶液(pH4.0)で37℃、10分間洗浄した。1mLの水で37℃、10分間の洗浄を2回行った。30mM水酸化ナトリウム水溶液で37℃、30分処理して、正電荷の官能基にイオン結合した負電荷の官能基を有する色素を抽出した。抽出液を35mM塩酸で中和し、482nmと550nmの吸光度を紫外・可視分光光度計(U-3900、日立ハイテクサイエンス)にて測定し、482nmと550nmの吸光度を差し引いた。別に作製した検量線を用いて、吸光度からサンプルの正電荷の官能基量を定量した。希釈が必要な場合は抽出液と同量の35mM塩酸を加えた後、30mM水酸化ナトリウム水溶液/35mM塩酸=1:1の混合液を加えた。ここで、正電荷の官能基が1molに対して、オレンジIIが1mol結合するとして、本発明では、オレンジIIの定量モル数を正電荷の官能基量とした。
<芯液紡糸原液調製>
まず、18質量%PMMA原液の調製を行った。質量平均分子量が40万のシンジオタクティック-PMMA(syn-PMMA、三菱レイヨン株式会社製、“ダイヤナール”(登録商標)BR-85)を40.7質量部、質量平均分子量が140万のsyn-PMMA(住友化学株式会社製、“スミペックス”(登録商標)AK-150)を25.9質量部、質量平均分子量が50万のアイソタクティック-PMMA(iso-PMMA、東レ株式会社製)を13.4質量部をジメチルスルホキシド(DMSO)420質量部と混合した。上記得られた紡糸原液500gに、炭酸ネオジムを250g添加し、該金属化合物が33.3質量%含まれた炭酸ネオジム/PMMA原液を調製し、110℃で5時間撹拌し、芯液とした。
重量平均分子量が40万のsyn-PMMAを122.1質量部、重量平均分子量が140万のsyn-PMMAを77.8質量部、重量平均分子量が50万のiso-PMMA40.1質量部をジメチルスルホキシド760質量部と混合し、110℃で8時間撹拌し紡糸原液を調製した。
外径/内径=2.1/1.95mmφの環状スリット型口金を用いた。口金は100℃に加温し、スリット部から鞘液を1.65g/minの割合で、中心部から、芯液を2.76g/minの割合で吐出した。吐出した原液を、空中部分を500mm走行させた後、凝固浴に導いた。凝固浴には水を用いており、水温(凝固浴温度)は42℃であった。繊維は、水洗浴にて洗浄し、保湿剤としてグリセリンを70質量%含む水溶液から成る浴槽に導いた後、温度を84℃とした熱処理浴内を通過させて30m/minでカセに巻き取った。
実施例1と同様な原液組成および口金で紡糸した。金属化合物として、炭酸ネオジムを含有する、中実形状の多孔質繊維を内蔵したミニモジュールを作製し、純水を充填して、25kGyにてγ線照射した。放射線処理した膜は、再度蒸留水で洗浄した。
実施例1と同様な原液組成および口金で紡糸した。その際、口金スリット部から吐出する芯の吐出量を0g/minとした。得られた多孔質繊維を、実施例1と同様の方法でγ線処理した。
Claims (13)
- キレート性官能基を有する化合物および金属化合物が多孔質繊維に含まれてなる多孔質繊維複合体であって、
前記キレート性官能基が、窒素、酸素、硫黄およびリンから選ばれる1種類以上の元素を含み、
前記金属化合物が、ランタン、セリウム、プラセオジム、サマリウムおよびネオジムから選ばれる1種類以上の希土類元素を含み、
前記キレート性官能基を有する化合物が、少なくとも前記多孔質繊維の表面に含まれてなるものである、リン吸着性能を示す多孔質繊維複合体。 - 前記多孔質繊維の表面の開孔率が0.1%以上30.0%以下の範囲内である、請求項1に記載の多孔質繊維複合体。
- 前記金属化合物が、前記希土類元素の炭酸塩を含む、請求項1または2に記載の多孔質繊維複合体。
- 前記金属化合物の平均粒径が1μm以上1000μm以下の範囲内である、請求項1~3のいずれかに記載の多孔質繊維複合体。
- 前記多孔質繊維の横断面における、前記金属化合物の面積占有率が3%以上である、請求項1~4のいずれかに記載の金属化合物を含有してなる多孔質繊維複合体。
- 前記多孔質繊維が、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、およびセルロースから選ばれる1種以上の化合物を含む、請求項1~5のいずれかに記載の多孔質繊維複合体。
- 前記金属化合物に含まれる金属イオンの溶出量が0.1mg/cm3以下である、請求項1~6のいずれかに記載の多孔質繊維複合体。
- リン吸着性能を1mg/cm3としたときの前記金属化合物に含まれる金属イオンの溶出量が、0.01mg/cm3以下の範囲内である、請求項1~7のいずれかに記載の多孔質繊維複合体。
- 前記キレート性官能基を有する化合物が、5mmol/g以上30mmol/g以下の範囲内で含まれてなる、請求項1~8のいずれかに記載の多孔質繊維複合体。
- 請求項1~9のいずれかに記載の多孔質繊維複合体を製造する方法であって、
前記金属化合物と、前記多孔質繊維と、前記キレート性官能基を有する化合物と、を含有する溶液に、放射線照射を行う工程を含む、多孔質繊維複合体の製造方法。 - 請求項1~9のいずれかに記載の多孔質繊維複合体を製造する方法であって、
前記金属化合物を含有する多孔質繊維と、前記キレート性官能基を有する化合物を含有する溶液とを混和した後に、放射線照射を行う工程を含む、多孔質繊維複合体の製造方法。 - 請求項1~9のいずれかに記載の多孔質繊維複合体が内蔵された浄化カラム。
- 医療用である、請求項12に記載の浄化カラム。
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