JPH04506630A - ウイルス及びバクテリアを除去するための中空繊維膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ルス　１バ　−゛１　中　の　°　零 技術分野 本発明は、水及び他の水溶性流体から微生物汚染を除去する方法に関し、より詳 しくは、給水からバクテリア、ウィルス並びに非水溶性炭化水素を除去するため の非孔質（ノンポーラス）な水及び水溶性物質透過膜を使用する技術に関する。

発明の冑景 多くの産業は、物品の製造に、滅菌水をベースとする流体を必要としている。例 えば、種々の薬剤が無菌水に溶解されており、多くの飲料が無菌水を必要として おり、人々はバクテリアやウィルスの存在しない飲料水を欲している。より詳し くは、飲料産業に関していえば、水氷び水溶性物質（例えばミネラル）を含む種 々の湧水をベースとす為飲料があり、該飲料は微生物及び種々の炭化水素を浄化 しなければならない。

本発明の譲受人に譲渡された本件出願人に係る１９８９年８月１５日付米国特許 第４，８５７，０８１号には、炭化水素及びハロゲン化炭化水素で汚染された水 からこれらの炭化水素及びハロゲン化炭化水素を分離する方法が開示されている 。この方法は、再生銅アンモニア又はビスコースセルロースで作られた中空繊維 を用いている。

中空繊維は管状の非孔質膜である。この方法は、炭化水素及びハロゲン化炭化水 素を乾燥させる手段、並びに炭化水素及びハロゲン化炭化水素の存在しない透過 水を作る手段を提供する。

本発明の譲受人に譲渡された本件出願人に係る１９８９年５月８日付米国特許出 願第３４８．８９３号には、嫌疑水を現場で浄化するボータプルな装置が開示さ れており、この装置では、入手可能な給水から、ウィルス、バクテリア、糸状菌 （かび）、藻類、及び寄生体等の微生物を有効に除去することができる。この発 明は、水がことを証明している。この出願は、この発明を微生物の除去に用いる ことを仮定しているけれども、ウィルス等の微粒子を除去する中空繊維膜を装置 に使用できる可能性は証明されていない。この発明は、水をリザーバからボンピ ングしてその中空繊維分離膜に通すのに使用するプランジャ組立体を開示し且つ 特許請求の範囲に記載している。

０ｋａｎｏ等の１９８５年１０月１５日付米国特許第４，５４７．２８９号は、 処理すべき溶液から好ましくない成分を除去する濾過装置に関するもの“である 。この装置は、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等の種々 のセルロース、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール等の膜か ら作られた中空繊維を有しており、使用するにはポリスルホンが好ましいことが 述べられている。特殊な酢酸セルロースを含む上記全ての膜は多孔質膜である。

これらの装置は、物質をそのサイズに基づいて濾過することにより分離し、膜の 微孔（ボア）を通して篩分けすることができる。また、この装置を構成する中空 繊維の束が劣化したり、浄化水の製造により目詰まりした場合には、古い中空繊 維の束が新しい中空繊維の束に取り替えられる。

本発明は、バクテリアやウィルスと同じ位小さな微生物で汚染された水から水及 び水溶性物質を分離するのに、汚れない膜装置を使用する進歩した水滅菌方法を 提供する。また、本発明の方法は、水及び／又は水溶性物質と非水溶性炭化水素 とを分離する。

換言すれば、本発明は、水及び／又は水溶性物質から微粒子並びに炭化水素を除 去する。これは、０ｋａｎｏ等の米国特許第４，５４７．２８９号に開示のサイ ズ依存形濾過装置では達成できないことである。

なぜならば、多くの微小ウィルス並びに成る種の炭化水素は、限外濾過形式の膜 を通過できるサイズを有しているからである。本発明は、篩を用いるのではなく 、水混合物からの水及び／又は水溶性物質からの水を吸収する膜を使用すること により、微生物と、水及び水溶性炭化水素とが膜を通過することを有効に防止し 、これにより真に滅菌された水を作ることができる。

発明の要約 本発明によれば、水及び／又は水溶性物質及び微生物を含有する流体の流れを、 非孔質の水及び水溶性物質透過膜と接触させて通し、該膜を通して水及び／又は 水溶性物質を吸収すると同時に、微生物及び非水溶性の炭化水素が膜を通過する ことを防止する工程からなる水の滅菌方法が提供される。

図面の簡単な説明 本発明の他の利点は、添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明により容易に 理解されるであろう。

第１図は、本発明の方法に使用されるセパレータモジュールを示す斜視図である 。

第２図は、本発明の方法を示す、膜の中空繊維の拡大断面図である。

発明の詳細な説明 第１図には、本発明の方法に関連して使用される装置が示されている。本発明の 装置は全体を番号１０で示すモジュールを有しており、該モジュール１０は、全 体を番号１２で示すハウジングを備えている。ハウジング１２は、水及び／又は 水溶性物質及び微生物を含有する流体の流れを受け入れる混合物人口１４を有し ている。この流体は、炭化水素及び／又はハロゲン化炭化水素を含有するもので もよい。水溶性物質の例として、ナトリウム、塩化物、塩化カルシウム等の種々 の塩及びミネラル、並びに、エチルアルコール等の低分子量アルコールのような 幾分水に溶ける炭化水素がある。また、空気のようなガスは水溶性である。

また、ハウジング１２は、該ハウジング１２から濃縮流体（ｒ−ｅｔｅｎｔａｔ ｅ　ｆｌｕｉｄ）の流れを放出する濃縮水出口１６を有している。

更に、ハウジング１２は、モジュール１０から滅菌された水を放出する透過水出 口３６を有している。

ハウジング１２は、再生銅アンモニア又はビスコースセルロース繊維等の複数の ポリグルコース繊維を収容し且つ支持している。

透過水から炭化水素及びハロゲン化炭化水素を分離するのに使用するこれらの繊 維は、本件出願人に係る米国特許第４，８５７，０８１号に詳細に説明されてい る。これらの好ましい膜は、ビスコース法又は銅安法等により作られる再生セル ロースで構成されている。

再生セルロース中空繊維は、このような水滅菌モジュール（ｗａｔ−ｅｒ　ｄｉ ｓｉｎｆｅｃｔｉｎｇ　ｍｏｄｕｌｅ）　１０の膜として便利に使用されており 、且つウィルス、バクテリア、糸状菌、藻類、及び寄生体等の他の微生物から水 及び水溶性物質を分離できる能力を有している。また、この膜は、嫌疑水から、 微生物の除去と同時にオイル汚染をも除去することもできる。膜は事実上非孔質 （ノンポーラス）であり、水は透過できる反面、上記微生物を含有する水及び水 溶性生成物並びに多くの炭化水素及びハロゲン化炭化水素に対しては透過性を有 していない。また、この膜は、炭化水素及びハロゲン化炭化水素等の汚染物質と 接触する状態に置かれた場合には劣化しない。更に、この膜は汚れることがない 。従来の多孔質膜のように微孔を備えていて、詰まったり膜を通る水の流れが妨 げられるものとは異なり、本発明によれば、非孔質の、水及び水溶性物質透過膜 であって、酸膜を通る水及び／又は水溶性物質を吸収する非孔質膜が提供される 。水は、膜の微孔を通って流れるのではなく、膜中に溶解して膜を通過するので ある。別の膜として、現在係属中の１９８９年９月５日付米国特許出願第４０２ ．２２９号に記載されているように、担持形銅アンモニウム膜繊維を用いること もできる。

ハウジング１２は、ポリウレタンのチューブシート４２内に支持された複数の中 空繊維２０を存している。これらの中空繊維２０は、入口１４及び出口１８に隣 接して配置される埋込み用材料４４中に埋入される。第２図に示すように、各繊 維２ｏは中空コア２１を有しており、該中空コア２１は、この周囲に配置された 内表面を備えている。また、各中空繊維２ｏは外表面２３を備えている。複数の 中空繊維２ｏの複数の中空コア２１は、モジュールハウジング１２内で、出口３ ６と流体連通している複数の第１通路を形成している。ハウジング１２は、中空 繊維２ｏの外表面２３と協働して、混合物人口１４と濃縮水出口１６との間で流 体連通している第２通路すなわちチャンバを形成している。

第２図は、本発明に従って構成された中空繊維の拡大概略図であり、本発明の方 法を示すものである。流体の流れが番号２６で概略的に示されており、矢印２８ は流体の流れ方向を示している。

バクテリア及びウィルス等の微生物粒子が番号３ｏで示されている。矢印３２は 、膜を通ってその中空コア２１内に移動する水及び水溶性物質の吸収を示すもの である。矢印３４は、中空コア２１を通って流れ且つモジュール１０から取り出 される滅菌された水及び水溶性物質を示している。

本発明によれば、広くは、水の滅菌方法であって、水及び水溶性物質及び微生物 ３０を含有する流体の流れ２６を、非孔質の水及び水溶性物質透過膜２０の外表 面２３に接触させて流し、膜２０を通して水及び／又は水溶性物質を吸収すると 同時に、微生物及び非水溶性の炭化水素及びハロゲン化炭化水素が膜２ｏを通過 することを防止する工程（ステップ）からなる水の滅菌方法が提供される。より 詳しくは、流体２６は、銅アンモニア再生セルロースで作られた非孔質の中空繊 維２ｏの外表面２３に隣接し且つこれと接触して通される。水及び水溶性物質は 、水の流れから吸収されて、繊維２０の内表面２１がら取り出される。

例えば、膜２０の中空コア２１と流体連通している入口３６を備えた膜２０の内 部コア２１を通してスイープ流（掃引流）を流すことができる。或いは、入口３ ６にキャンプをして、滅菌された水を重力の流れにより除去することもできる。

微生物を含有している（炭化水素及び／又はハロゲン化炭化水素を含有している こともある）水は、入口１４からハウジング１２の内部チャンバ内に導入される 。繊維２０により吸収されない濃縮流体は、入口１４から水が連続的に流入する ときにチャンバから連続的に真空引きされ、このため、チャンバ内に微生物が蓄 積したり滞留することが防止される。このようにして、モジュール１０は、微生 物を実質的に自己洗浄し、従って汚れることはない。

上記のように、第１図に示す本発明の好ましい実施例では、水混合物が膜２０の 外表面２３上を流れ、滅菌された水が繊維（膜）２０の内表面２１から取り出さ れる。別の方法として、本発明のこの装置を逆の流れ方向、すなわち、水混合物 を繊維２ｏの内表面２１に通し、且つ滅菌された水を繊維２０の外表面２３から 取り出すように構成することもできる。

本発明は、水を滅菌することのみに限定されるものではない。

本発明に従って作られる、銅アンモニウム再生セルロースのような中空繊維は、 濡れた場合には空気を透過することもできる。従って、本発明の方法は、バクテ リア及びウィルス等の微生物を含有している空気を、銅アンモニウム再生セルロ ースで作られた濡れた中空繊維と接触させて流し、次いで、膜を通して空気を吸 収すると同時に微生物が膜を通ることを防止する工程からなる方法として構成す ることができる。膜は、空気中のあらゆる炭化水素又はハロゲン化炭化水素が通 過することをも防止する。

実験的証明 中空繊維膜を用いて水溶液からウィルスを除去する本発明の方法の効果を測定す る実験を行った。第１図に示すモジュール１０に従って構成された装置を使用し た。使用したモジュールは、非担持形の非孔質銅アンモニウム再生セルロース膜 を用いている。

この研究のために、人間の腸内ウィルスであるエコーウィルス６を使用した。エ コーウィルス６は、既知の最小のＲＮＡウィルス（直径約２５ｎｍ）からなるピ コルナウィルス科に属している。

モジュール１０には、フェノールレッド（フェノールスルホンフタレイン）及び ５％のｃａ　ｔｈ血清（ｃａｔｈ　ｓｅｒｕｍ）を含有する生理的塩類溶液中の 濃縮ウィルス調製（８，ＯＸ１０７ブラーク形成単位）が適用された。膜は、繊 維の保持容量の３．５倍の最終容量になるまで、リン酸緩衝塩類溶液で溶離され た。分離工程中に溶出液の逐次試料（５）を取り出し、ウィルスの存在を検定し た。最初の濃縮ウィルス調製の試料（この試料は、濾過工程中、同じ条件下に維 持された）が、正の制御として平行に検定された。実験中、ＩＩＩ　ｉＴ１ウィ ルス調製は不活性であった。

いかなる溶出液にも、ウィルスの活動及びフェノールレッドの存在のいずれも検 出されなかった。溶出液は、１００程の小さなウィルスプラーク形成単位が検出 される希釈液で試験された。これらの結果によれば、本発明の方法に従って使用 した分離モジュールは、この研究に用いた条件下では、汚染溶液から少なくとも ９９．９９９％のウィルス感染力を低減できる能力を存しており且っ３５４とい う分子量をもつ小さな有機色素の侵入を防止することを示している。

上記データは、本発明の方法を用いて、膜２０に水及び水溶性物質を通すことに より２５ｎｍ程の微生物を分離できることを示している。

本発明は幾つかの適用が可能である。例えば研究所においては、濾過により不安 定溶液を滅菌する必要がよくある。現在入手できる膜は通常壊れ易く、また、血 清を含んだ溶液により詰まり易く且つ再使用は不可能であるやこれに対し、本発 明に従って使用される膜装置は、再使用が可能であり且つウィルス、血清及び成 る種の色素を有効に除去することができる。従って、本発明は、ウィルス学、微 生物学、分子生物学、免疫学等の種々の範晴の研究を行う研究所並びに診療所に 望まれる特性を有している。

本発明の他の可能性のある用途は、汚水（下水）の汚染除去及び水の浄化である 。腸内ウィルス及び肝炎ウィルスは、汚水及び水中で数日間生存する比較的強い ウィルスである。本発明の使用によりこれらのウィルスを除去でき、従ってこれ らのウィルスにより引き起こされる病気の流行を防止することができる。また、 本発明は、治療及び毒の除去又は感染防止に適用であきる。

以上、本発明を図示して説明したが、本願に使用した用語は記述用語本来の意味 をもつものであり、制限的なものではないことを理解されたい。

上記教示に基づいて、本発明の種々の変更を行うことができる。

従って、そのような変更は本発明の範囲内のものであり、且つ本発明は、特に説 明した実施例以外の形態でも実施することができる。

要約 水及び／又は水溶性物質及び微生物を含有する流体の流れを、非孔質の水及び水 溶性物質透過膜に接触させて通し、液膜を通して水及び／又は水溶性物質を吸収 すると同時に、微生物及び非水溶性の炭化水素及びハロゲン化炭化水素が膜を通 過することを防止する工程からなることを特徴とする水の滅菌方法。

国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．水を滅菌する方法において、水及び／又は水溶性物質及び微生物を含有する 流体の流れを、非孔質の水及び水溶性物質透過膜に接触させて通し、該膜を通し て水及び／又は水溶性物質を吸収すると同時に、微生物及び非水溶性の炭化水素 及びハロゲン化炭化水素が膜を通過することを防止する工程からなることを特徴 とする水の滅菌方法。
2. ２．前記流体の流れを通す工程が、外表面及び内表面を備えた非孔質中空繊維の 一方の表面に隣接して該表面と接触させて水の流れを通すことであり、前記繊維 が銅アンモニウム再生セルロースで作られており、前記吸収工程が、水の流れか ら水及び水溶性物質を吸収し且つこの吸収した水及び水溶性物質を前記繊維の他 の表面から取り出すことであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法 。
3. ３．微生物を含有する水を中空繊維を収容しているチャンバ内に導入し、水が連 続的にチャンバ内に流入するときに、微生物を含有する濃縮永を真空引きしてチ ャンバ内での微生物の蓄積及び滞留を防止する工程を更に有していることを特徴 とする請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．前記吸収工程が、水及び水溶性物質を膜に通して吸収すると同時に、２５ｎ ｍ程の小さな微生物が水及び水溶性物質と一緒に膜を通過することを防止するこ とであることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。
5. ５．前記流体の流れを通す工程が、微生物を含有する水及び水溶性物質を前記繊 維の外表面上に通すことであり、前記方法が、前記膜の内表面から水及び水溶性 物質を能動的に取り出す工程を更に有していることを特徴とする請求の範囲第４ 項に記載の方法。
6. ６．前記膜を濡らす工程を更に有しており、前記流体の流れを通す工程が、微生 物を含有する空気を前記腹に接触させて通すことであり、前記吸収工程が、前記 膜を通して空気を吸収すると同時に微生物が膜を通ることを防止することである ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。