JPH031054B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜利用分野＞ 本発明は、特定の形状を具備した選択透過性中
空糸及びそれを用いた流体分離器を提供するもの
である。更に詳細には、フインを具備した異形断
面を有し且つ捲縮を有した選択透過性中空糸及び
それを用いた流体分離器に関する。 ＜従来技術＞ 選択透過性中空糸は逆浸透、限外過及び透析
等の分野で従来より実用的に使用される。特に腎
不全患者の血液を浄化するために、現在では中空
糸型血液透析器がよく使用されている。これは筺
体の中に透析膜、例えば、中空糸の膜を多数本、
収納し、その中空内部に患者の血液を流し、外
部、即ち、中空糸間に透析液を流して、中空糸を
介して透析によつて、血液中の老廃物を除去し電
解質濃度を是正するとともに、中空糸内外に圧力
差を与えて限外濾過によつて血液中の余剰水分を
除去するものである。更に、血液中から血漿のみ
を分離し、或いは、その血漿の中から特定成分を
除去して自己免疫疾患などを治療するために、中
空糸が使用されている。このように血液処理用の
中空糸膜は目的に応じて特定の物質を選択的に透
過せしめなければならない。その性能は、中空糸
膜の素材、ポロシテイ（孔の大きさ、数など）、
膜厚などによつて決定される。しかし、それだけ
ではなく、例えば多数本の中空糸を如何に収束し
て膜面全体を有効に機能させるかということも、
その性能を決定する重要なポイントとなる。例え
ば透析に際して、中空糸膜どうしが長さ方向に沿
つて、密着すると、透析液が、その部分の近傍
で、それぞれの中空糸の周りを均等に流れにくく
なりある特定の流路を形成する結果となり、この
流れにあずからない中空糸膜を通しての透析が殆
ど行われなくなつて全体としての透析効果は低下
する。通常の透析操作において中空糸膜の両側の
濃度差が物質移動のドライビングフオースとなる
から、透析液を中空糸の外側空間にできるだけ均
等に流し、外側境膜抵抗が周囲より大きくなる部
分をできるだけ減少させ、血液側（中空糸膜の内
側）と透析液側（中空糸膜の外側）との濃度差を
増大させうるように、中空糸を収納し、また中空
糸自体の形状を工夫するとが必要である。前者に
ついては、本発明者が先に、中空糸を交差状に収
束し、筺体内に収納することによつて、中空糸間
の密着、従つて、有効膜面積の減少を防止すると
ともに透析効率を向上させうることを見出した
（特公昭52−38837）。また、後者については、例
えば、本発明者が先に提案したように中空糸外表
面に突起をもたせることによつて、同様の効果を
発揮させる方法が利用できる（特開昭48−
75481）。 しかしながら、これらの方法においては中空糸
の配列、突起部の形状如何によつては、例えば、
中空糸膜どうしがかみ合つて接触する形となつて
必ずしも満足な効果を発揮できない場合があり、
さらに改善が強く望まれていた。 ＜発明の目的及び構成＞ 本発明者はこのような観点に立つて、体液処置
効率の向上を目的として鋭意研究した結果、特定
の形状の中空糸が特に有効であることを見い出
し、本発明に到達した。 即ち本発明は、 (1) 外周部において長手方向に延長された１条以
上のフインを有し、且つ複数個の捲縮を有した
選択透過性中空糸；及び (2) 選択透過性中空糸束を収納した流体分離器に
おいて、該選択透過性中空糸が外周部において
長手方向に延長された１条以上のフインを有
し、且つ複数個の捲縮を有したことを特長とす
る流体分離器、 を提供するものである。 以下本発明について更に詳細に説明する。 本発明における中空糸のフインの数Ｘは少なく
とも１であるが、11以上になるとフイン根元部に
よる有効膜面積の減少が顕著になり、物質透析性
能、水透過性能が著しく低下し、実用的でない。
即ちかかるＸは一般に１〜10であるが、さらには
２〜８が好ましく、特に有効な範囲は３〜７であ
る。更に本発明の中空糸の外径(d)として100〜
400μが好ましく、更には200〜300μが好ましい。
フイン部のない部分の膜厚（ｈ）としては５〜
50μ、更には５〜30μ、特に10〜25μが好ましく、
フインの高さ（Ｈ）としては５〜100μ、更には
９〜60μが好ましい。尚フインの平均高さＨ（μ）
とフインを除外した中空糸の平均外径ｄ〔μ〕の
比Ｈ／ｄは、0.01〜１の範囲にあることが好まし
く、更には、0.02〜0.5の範囲、特に0.03〜0.2の
範囲にあることが望ましい。 またフインの根元の巾（Ｗ）はフインの上部に
比して狭いのが望ましいが、通常は紡糸原液が口
金から叶出後、原液の表面張力で根元部分は広く
なりやすい。かかるＷとしては15〜50μ、好まし
くは20〜40μのものが適当である。 この様な範囲にある中空糸は真円性良好であり
中空糸内での血液凝固や残血が生じにくい点でも
好ましい。尚１本の中空糸に複数条のフインを有
する場合には、各々のフインの高さ（Ｈ）や巾
（Ｗ）が同一でも異なつていてもよい。さらに該
フインの少なくとも一部が中空糸外表面にラセン
条にめぐらされてもよく、また該フインが不連続
状であつてもよい。 また本発明の中空糸は、前期のフインを具備し
たことに加えて、複数個の捲縮を有することを特
徴としている。捲縮の振幅の好ましい範囲は中空
糸の外径(d)の１〜500％、更に好ましい範囲はｄ
の20〜200％である。この振幅がｄの１％未満で
は格別の効果が得られにくく、ｄの500％を越え
ると中空糸内の流動抵抗が大きくなり、血液処理
に用いた場合には中空糸内の残血が生じやすくな
るので好ましくない。また本発明の中空糸におけ
る捲縮の波長の好ましい範囲は中空糸外径(d)の５
〜1000倍であり、更に好ましい範囲はｄの50〜
500倍である。この波長がｄの５倍未満では中空
糸内の流動抵抗が大きくなつたり残血が生じやす
くなり、またｄの1000倍を越えると格別の効果が
得られないので好ましくない。尚かかる捲縮の振
幅、波長及びその方向性は均一であつても不均一
であつてもよいが、後述する如く分離器内に収納
した場合に不均一の方が中空糸どうしの密着がよ
り生じにくいので好ましい。 さらに本発明の中空糸の軸が形成する湾曲にお
ける最小曲率半径Ｒは、２〜100mmの範囲にある
ことが好ましく、更には10〜50mmの範囲が良い。
かかるＲが２mm未満の場合には血液処理の際に凝
血や残血が生じやすくなり、また100mmを越える
と捲縮を付与した効果が得にくい。 また本発明における中空糸血液透析用の場合に
は、フイン部を除いた部分での水透過性能UFR
としては、1.0〜30.0ml／（m²・hr・mmHg）の範
囲にあるものが好ましく、殊に3.0〜10.0ml／
（m²・hr・mmHg）が良い。 本発明の中空糸を構成する素材としては、選択
透過性中空糸を形成し得るものであれば特に限定
されるものではなく、その好ましいものとしてセ
ルロース、セルロースエステル、ポリアミド、ポ
リアクリロニトリル、ポリメチルメタアクリレー
ト、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、
ポリオレフイン、ポリスルホン、ポリエーテルス
ルホン、これらを用いた共重合体及び他の物との
混合物等が挙げられる。特に体液処理を目的とし
た中空糸に関してはセルロース、セルロースエス
テル、ポリメチルメタアクリレート、ポリビニル
アルコール、ポリスルホン、ポリエーテルスルホ
ン等が好ましく、殊にセルロース、セルロースエ
ステルが実用上好ましい。 また本発明の中空糸はその製造法によつて特に
限定されるものではなく、その１例を以下に示
す。即ち前期の如きフイン付中空糸を紡糸成形し
た後、捲縮加工を行なう方法とが挙げられる。こ
の紡糸成形を行なう方法としては、溶融紡糸、半
乾半湿紡糸あるいは乾式紡糸等の種々挙げられ
る。溶融紡糸によつて製造する場合を以下に例示
する。即ち中空糸膜の紡糸原液（溶融物、又は溶
液）を常法に従つて、例えば二重円環部の外周部
に切欠部を有した紡糸口金の中空状の孔から気体
中又は紡糸浴中に押出し、中心部に膜素材を解か
さず実質的に反応しない気体、又は液体をみたし
て中空を保持しながら紡糸する。例えば、セルロ
ース・ジアセテートフレークスにポリエチレング
リコール等の可塑剤を加え、溶融紡糸して紡糸ノ
ズルの中空状の孔(A)から空気中に押出し、中心部
に窒素ガスを吹込みながら紡糸して中空状物糸と
する。この中空状物糸から可塑剤を除去し、要す
ればケン化等の化学的処理をして物質選択透過性
を有したフイン付中空糸を製造する。 この様にして得られたフイン付中空糸に捲縮性
を付与する方法としては特に限定されるものでは
なく、例えば該中空糸の熱可塑性を利用した熱処
理加工や中空糸中の可塑剤を熱水等で抽出する処
理などが挙げられる。その１例として金網を表面
に有した回転ローラー上に上記中空糸（又は中空
糸束）を供給し、その金網に乗つた状態の該中空
糸に熱風、熱水等を吹き付けることによつて金網
の目開部に該中空糸の一部を押し込み、その形態
が維持された状態で冷風により冷却することによ
つて押し込まれた形態を固定せしめ、その後引取
りボビンにより引取る方法が適している。また他
の捲縮加工法の例として、回転する金網状の平板
上に前期のフイン付中空糸を熱風、熱水等と共に
吹き付けた後冷却することを特徴とする方法や、
比較的細い円管内に該フイン付中空糸を熱風と共
に吹き込んでその円管内に押し込んだ後冷却する
ことにより熱固定することを特徴とする方法、及
びボビンに巻き取つた該フイン付中空糸を加熱処
理した後冷却することにより熱固定することを特
徴とする方法等が挙げられる。 これらの熱処理における加熱温度、時間、熱風
及び／又は熱水を用いる場合の流速等の処理条件
は、該フイン付中空糸の素材や形状及び目的とす
る捲縮状態で合せて適宜選択して行なうことがで
きる。尚本発明のフイン付中空糸は、特にフイン
のない部分の膜厚が薄い場合であつてもフインが
存在することから該中空糸の形態保持性に優れ、
またフインが中空糸を保護する機能を果して、上
記の如き金網を用いても中空糸壁膜部を損傷する
ことなく非常に安定に捲縮加工を行ない得ること
を身い出した。またかかるフイン付中空糸におい
ては、フインの存在によつて熱処理後の捲縮状態
の形態保護性も非常に優れることもわかつた。更
に金網を用いて捲縮加工を行なつた場合は不均一
な捲縮状態となりやすい利点がある。 捲縮を付与する方法の他の例としては、紡糸口
金からポリマーが叶出され、凝固又は冷却固化さ
れる時に、凝固又は固化速度に中空糸円周方向に
差違を持たせ、繊維構造として、異方性を与える
方法をとることもできる。 更に他の方法としては中空糸の円周方向及び又
はフイン部に異種のポリマー又は、物性を異にす
る同種のポリマーを接合させることにより、捲縮
を与えることもできる。更に又は、フイン付中空
糸のフインの長さ及び位置を円周方向に対し非対
称にすることにより、凝固又は固化が、非対称に
なり、捲縮を発生することもある。 かかる本発明の選択透過性中空糸は、流体分離
に優れた分離性能を発揮するものである。その流
体分離としては特に限定されるものではなく、例
えば透析、限外過、逆浸透等の液体分離や、
O₂富化、水素分離、CO分離、He分離等の気体分
離などが挙げられる。特に本発明の中空糸は、中
空糸外における流体の流動状態が良好であること
を必要とする透析等の拡散速度の差による分離や
中空糸内でのスムーズな流動を必要とする血液処
理に適している。 本発明の流体分離器は、流体混合物の分離機能
部として選択透過性中空糸束を収納したものであ
つて、その選択透過性中空糸として外周部におい
て長手方向に延長された１条以上のフインを有し
且つ複数個の捲縮を有したものを用いることを特
徴としている。 本発明の流体分離器における中空糸の充填率は
30〜70％が好ましく、更には35〜60％が好まし
い。該充填率が30％未満では、分散状態の良い本
発明の中空糸においても充填の不均一が生じ中空
糸外側での透析液や空気等の流体の流れにチヤン
ネリング等の不均一を生じる結果になりやすく好
ましくない。また充填率が70％以上では、中空糸
束の充填が困難となるために好ましくない。尚、
かかる範囲で比較的高い充填率の状態のものにつ
いては、中空糸束に他のテープ状物、シート状
物、糸状物、網状物等の部材を巻きつけたり被覆
したりなどして該中空糸束を細くまとめることに
よつて処理器を構成する容器内に収納せしめるこ
とが有効であり、その場合においても形態保持が
良好な捲縮とフインの存在により中空糸間の密着
が極めて生じにくい特徴を有する。それ故充填率
を高くして分離器全体を非常に小さくすることも
用意にできる。また比較的低い充填率の状態のも
のにあつては、中空糸の分散が均一になりやすく
チヤンネリングは生じにくく良好である。 また本発明の流体分離器は、例えば該中空糸束
の端部を開口した状態で容器端部に固着シールし
た管板部を形成せしめたものである場合に、その
管板部での中空糸の分散状態を均一にすることが
容易であり、中空糸どうしの密着によるリークが
極めて生じにくい。尚流体分離器が血液透析器の
場合には、各管板部の外側に血液分配部材及び血
液収集部材を有し、容器の壁部に言透析液の出入
口を具備した形が一般的である。 本発明の流体分離器の用途としては、例えば人
工腎臓、人工肝臓、血漿分離処理、腹水処理、人
工肺等の体液処理や逆浸透、限外過、気体分離
等が挙げられるが、これらに限定されるものでは
ない。 以下本発明について実施例により更に具体的に
説明するが、本発明はこれらによつて何ら制限さ
れるものではない。 実施例 １ セルロースジアセーテト100部に対し、ポリエ
チレングリコール（分子量200）及びジグリセリ
ンを230部加えたものを混合し、その混合物を190
℃で溶融し、フイン付きの中空糸二重用環状スリ
ツトを有した紡糸口金から、中空部の窒素ガスと
共に紡出した後、内径約200μ、フインのない部
分の膜厚約25μ、フインの高さ約35μ、フインの
根元の巾約25μ、フインの数６条なる血液透析用
フイン付中空糸を得た。 このフイン付中空糸を束状にして目開５mmの金
網上に供給し、該金網上で熱水でポリエチレング
リコールとジグリセリンを抽出せしめることによ
り、振幅約200μ、波長約15mm、最小曲率半径約
25mmなるフイン付捲縮中空糸束を得た。 この中空糸束を用いて充填率約50％、有効膜面
積約１m²なる血液透析器を作成し、in vitroでの
限外過性、透析性能を測定した。また凝血や残
血特性についてもチエツクした。それらの結果を
伴わせて第１表に示す。 実施例 ２、３ 実施例１で得た捲縮加工前のフイン付中空糸を
用いて、各々目開３mm、10mmの金網上で可塑剤の
熱水抽出を行なうことにより、各々振幅約80μ、
波長約10mm、最小曲率半径約15mmなる中空糸束
と、振幅約300μ、波長約30mm、最小曲率半径約
30mmなる中空糸束を得た。これらの中空糸束を用
いて実施例１と同様に血液透析器を作成し、その
諸特性を測定した結果を第１表に併せて示す。 比較例 １ 実施例１で得た捲縮加工前のフイン付中空糸を
熱水処理して捲縮のない透析用中空糸を作成し、
それを用いて実施例１と同様の有効膜面積の血液
透析器を作成し、諸特性を測定した。その結果を
併わせて第１表に示す。 比較例 ２ 実施例１と同様の混合物からなる紡糸原液を用
いて通常の円形断面の中空糸用紡糸口金により紡
糸し、実施例１と同様の処理を行なうことによ
り、内径約200μ、膜厚約23μであつて振幅約
200μ、波長約300mm、最小曲率半径約120mmなる
捲縮中空糸束を得た。この中空糸束を用いて実施
例１と同様の有効膜面積の血液透析器を作成し、
その諸特性を測定した。その結果を併わせて第１
表に示す。 比較例 ３ 実施例１で得た捲縮加工前のフイン付中空糸を
用いて、目開３mmの金網上で前記処理を行なう際
に、空糸の金網への押しつけ圧を上げることによ
り振幅約3000μ、波長約８mm、最小曲率半径約１
mmなる中空糸束を得て、実施例１と同様の血液処
理器を作成しその諸特性を測定した。その結果を
併わせて第１表に示す。

【表】

【表】 但し尿素ダイアリザンスは、約37℃で中空糸内
の平均血液側流速が約1.2cm／sec／の尿素水溶液
を用い透析液側の平均流速は約1.8cm／secの水を
用いて測定した。尚フイン付糸の場合の有効膜面
積はフイン部根元部分は透析無効として算出し
た。 ＜発明の効果＞ 本発明の中空糸は、フインを有し且つ捲縮を有
することを特徴としており、中空糸束として流体
分離器に用いた場合に中空糸間どうしの密着が極
めて少なく、中空糸外表面での流動状態が良好に
できるので、予測以上に分離効果を非常に高くで
きる。さらには管板面を作成する際の接着剤の分
散状態を非常に良好にすることが可能であり、管
板リークが極めて少ない利点もある。 特に血液等の体液を処理するための本発明の体
液処理器においては、上記の利点に加えて中空糸
内の凝血の発生減少や残血量の減少なる優れた効
果を奏する場合が多い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外周部において長手方向に延長された１条以
   上のフインを有し、且つ複数個の捲縮を有した選
   択透過性中空糸。 ２ 選択透過性中空糸束を収納した流体分離器に
   おいて、該選択透過性中空糸が外周部において長
   手方向に延長された１条以上のフインを有し、且
   つ複数個の捲縮を有したことを特徴とする流体分
   離器。