JPH05345116A - エンドトキシン除去用多孔質膜、改質剤及びエンドトキシン除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 （ａ）エチレン単位、（ｂ）特定の化学式で
示される第４級アンモニウム塩の陽イオン及び（ｃ）ビ
ニルアルコール単位のうち、（ａ）（ｂ）、（ｂ）
（ｃ）又は（ａ）（ｂ）（ｃ）からなる高分子化合物、
該高分子化合物が膜表面に存在する多孔質膜及び該多孔
質膜でエンドトキシンを除去する方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規なエンドトキシン
除去用多孔質膜、表面改質材及びエンドトキシン除去方
法に関するものであり、医療分野等における水処理及び
輸液等の薬液処理等におけるエンドトキシン除去に利用
されるものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に注射薬等に混在するエンドトキシ
ンは細菌汚染に起因する内毒素であり、その本体は主と
してグラム陰性菌に由来するリポ多糖であることが明ら
かにされている。注射薬や輸液等に混在するエンドトキ
シンが血管内に投与されると、体温の上昇を生じさせ、
生体に発熱やショック死等の作用をもたらすことがあ
る。このように人体に及ぼす影響が大きいエンドトキシ
ンが薬剤中へ混入することの防止や溶液中のエンドトキ
シンの不活化あるいは溶液からエンドトキシンを除去す
ることが必要である。

【０００３】これまでエンドトキシンの不活化には、加
熱による不活化（２５０℃、１時間）、酸、アルカリ及
び酸化剤などによる化学的処理がある。一方エンドトキ
シンの除去には、限外ろ過膜によるろ過、活性炭やイオ
ン交換樹脂による吸着除去がある（特開平１−１９４９
９１号、特開平１−２４２１０５号等）。またアフィニ
ティーを利用した吸着除去には、不溶性担体にヒスチジ
ン、ヒスタミン、ポリミキシンＢなどを固定化したもの
が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の加熱や化学的処
理による方法では、薬剤中の有効成分が分解されてしま
うこと、限外ろ過膜によるろ過では、分画分子量が数万
から数百万であり、分子量が数万以上の成分を含む試料
ではエンドトキシンだけでなく有効成分をも除去するた
め適用できない。活性炭やイオン交換樹脂による吸着で
は、非特異的吸着であるため有効成分をも吸着してしま
い損失の大きいこと、またアフィニティーを利用した吸
着除去では、エンドトキシンの吸着容量が小さいなどの
問題点がある。

【０００５】また精密ろ過における膜処理では、エンド
トキシンはろ過によって除去できない。精密ろ過膜と加
熱や化学的処理による不活化方法を組み合わせることも
可能であるが、装置や操作が複雑となるため利用しにく
い。したがって、膜材への吸着によってエンドトキシン
が除去されることが望ましい。そこでエンドトキシンを
吸着によって捕捉する膜基材が要求される。例えばポリ
オレフィン多孔質膜はその基材自体が疎水性であるた
め、エンドトキシンとの疎水性相互作用により良好な吸
着性能を示す。しかしながら、水を透過させるためにポ
リオレフィン多孔質膜に親水化剤をコーティングして膜
基材が親水化剤で被われた場合は、その疎水性相互作用
の減少によりエンドトキシンは膜に吸着され難くなるこ
とが確認されている。したがって膜表面が親水性であっ
てエンドトキシンを吸着し得る膜表面を持つことが必要
であり、またこの場合疎水性相互作用以外の効果により
膜面に吸着されることが望ましい。

【０００６】本発明者らは上記従来技術の問題点を改善
し親水性膜の表面を陽電荷を有する吸着材で処理するこ
とにより、親水性膜に水中のエンドトキシン除去の機能
を付与することを可能にした。本発明は精密ろ過時に水
中のエンドトキシンを効率良く除去することができ、し
かもその処理方法が簡単に行うことができる多孔質膜、
その多孔質膜にエンドトキシン除去性能を付与させるた
めの吸着材としての高分子化合物及びエンドトキシン除
去方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】水中のエンドトキシンは
第４級アンモニウム塩と相互作用を示すことから、第４
級アンモニウム塩を固定化した不溶性担体に水中にエン
ドトキシンが吸着し、その選択性が高いという報告がな
されている。この知見に基づいて本発明をなすに至っ
た。

【０００８】すなわち本発明の要旨は、 （ａ）エチレン単位 （ｂ）下記一般式で示される単位

【化５】 〔式中ｎは１〜２０の整数、Ｘ^- はＦ^- 、Ｃｌ^- 、Ｂｒ
^- 若しくはＩ^- 、Ｙ⁺ は次式を意味する

【化６】 （ただしＲ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ は官能基が結合していること
あるアルキル基、アルケニル基、若しくは芳香族残基で
あって同一でも相違してもよい。Ｚは炭素数が２〜１２
個の飽和または不飽和の環で、その環中に第４級アンモ
ニウム塩を形成する窒素原子を含む複素環である。）で
ある第４級アンモニウム塩の陽イオン〕 （ｃ）ビニルアルコール単位 のうち（ａ）（ｂ）、（ｂ）（ｃ）又は（ａ）（ｂ）
（ｃ）の構成単位からなる高分子化合物層が膜表面の少
くとも一部に存在することを特徴とするエンドトキシン
除去用多孔質膜にある。式中Ｚは複素環であるとき、炭
素、窒素以外の原子を環中に含みうる。

【０００９】本発明方法で用いるエチレン単位、一般式
（Ｉ）の構成単位及びビニルアルコール単位から成る高
分子化合物は、次のようにして得ることができる。エチ
レン−ビニルアルコール共重合体あるいはポリビニルア
ルコールの水酸基に、アルキル基部分がハロゲン化され
ている脂肪族カルボン酸ハライドを反応させることによ
り共重合体の水酸基をエステル化して一般式

【化７】 （ただしｎは１〜２０の整数、ＸはＦ^- 、Ｃｌ^- 、Ｂｒ
^- 若しくはＩ^- ）で表される構成単位をもつ共重合体を
得る。

【００１０】引き続き未反応のハロゲン化アルキル部分
に種々の３級アミンを反応させることによって四級化さ
れた残基を持つ一般式（Ｉ）の構成単位を含む高分子化
合物を得ることができる。この際、一般式（Ｉ）のＹ⁺
の陽イオンにおいて、Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ には、メチル
基、エチル基、イソプロピル基のような直鎖または分岐
鎖の低級脂肪族アルキル基、アリル基などのアルケニル
基、フェニル基やナフタレン残基のような芳香族残基、
及びこれらの低級脂肪族アルキル基、アルケニル基およ
び芳香族残基に水酸基、カルボキシル基、アミノ基、チ
オール基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結
合、アミド結合等が導入されたものが挙げられる。

【００１１】したがってこれらの置換基が窒素原子に結
合している３級アミンを一般式（II）の未反応ハロゲン
化アルキル部分に反応させることによって第４級アンモ
ニウム塩を導入することができる。また、３級アミンと
してピリジン、ピリミジン、ピペリジンのＮ置換誘導
体、モルホリン等の窒素原子を含む複素環式化合物を反
応させた第４級アンモニウム塩も挙げられる。

【００１２】このようにして得られた前記一般式（Ｉ）
の構成単位を有する高分子化合物をメタノール、エタノ
ール、アセトン、テトラヒドロフラン等の水混和性有機
溶媒と水の混合溶媒に溶解させ、その溶液中に多孔質膜
を浸漬することによって、該高分子化合物を多孔質膜に
付着させ、該高分子層を形成することができる。

【００１３】本発明における多孔質膜を構成する素材と
しては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフ
ィンまたはその誘導体、ポリスルホン、セルロースまた
はその誘導体が挙げられる。また、これらの多孔質膜に
親水化処理を加えたものも含まれる。本発明に用いる多
孔質膜には、中空糸膜、管状膜並びに平膜等を挙げるこ
とができ、孔径は０．０１〜５μｍ、空孔率は２０〜９
０％、膜圧は２０〜２００μｍ程度のものが選択でき
る。

【００１４】次に本発明において、その高分子化合物層
の第４級アンモニウム塩が特に下記式の如きピリジニウ
ム塩である場合について述べる。

【化８】 （ｎは１〜２０の整数、Ｘ^- はＦ^- 、Ｃｌ^- 、Ｂｒ^- 若
しくはＩ^- ）

【００１５】ピリジニウム塩を有する高分子化合物の製
造に際し、原料として用いるエチレン−ビニルアルコー
ル共重合体あるいはポリビニルアルコールは、市販品と
して容易に入手することができるが、エチレン−ビニル
アルコール共重合体についてはエチレン含量が０〜９０
ｍｏｌ％のものを用いる。このエチレン−ビニルアルコ
ール共重合体またはポリビニルアルコールの水酸基をエ
ステル化して前記一般式（II）のようにハロゲン化アル
キル部分を導入するには、次のように行う。

【００１６】エチレン−ビニルアルコール共重合体また
はポリビニルアルコールをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド（以下ＤＭＥと略記する）中に分散させ、これにハロ
ゲン化アルキルを持つカルボン酸ハライドを徐々に加
え、６０〜８０℃で４〜６時間かき混ぜて反応させる。
この際反応が進行するに従って重合体が溶解する。この
反応における溶媒には、ＤＭＦのほかにジメチルスルホ
キシド並びにアセトンが使用できる。また反応速度は遅
いが、酢酸エチル、クロロホルム、ベンゼン及びジオキ
サンが使用可能である。

【００１７】水酸基が一般式（II）に転換された重合体
にピリジニウム塩を導入して、目的高分子化合物を得る
には、アセトンとエタノールの３／２の混合溶媒中に一
般式（II）を構成単位に持つ重合体を溶解させ、これに
理論量のピリジンを加え、４０〜６０℃において５〜８
時間かき混ぜる。ここでは反応溶媒にアセトンとエタノ
ールの３／２の混合溶媒のほかにＤＭＦやジメチルアセ
トアミドなどのアミド系溶媒が使用可能である。このよ
うにして一般式（Ｉ）の構成単位のようなピリジニウム
塩を持つ高分子化合物を得ることができる。

【００１８】続いて、本発明方法で得た一般式（Ｉ）の
構成単位を有する高分子化合物を極性有機溶媒と水の混
合溶媒に溶解して１〜１５％の高分子溶液を調製し、こ
の溶液中に多孔質膜を室温〜６０℃で３０分〜３時間浸
漬することによって該高分子化合物を付着させる。ここ
で用いる多孔質膜は、一般式（Ｉ）の構成単位として第
４級アンモニウム塩を含む高分子化合物を付着させた多
孔質膜の素材、特性に準ずるものである。用いられる極
性有機溶媒としては、エタノール、メタノール、アセト
ニトリル、テトラヒドロフランおよびＤＭＦ等があり、
水との混合比は溶媒全体の容積に対して約２０〜１００
％の間で選択する。

【００１９】このようにして得られたピリジニウム塩を
表面に有する多孔質膜に、エンドトキシンが混在する水
系液体を透過させる。この際透過させる水系液体には、
糖、塩、アルコールなどが水に混和している液体を示
す。このように本発明方法によって得られた膜で水をろ
過すると、ろ液中のエンドトキシン濃度は、原液のそれ
に比較して減少していることが分かった。本発明におけ
る多孔質膜の孔径は、エンドトキシンの大きさより十分
大きいことより、水中のエンドトキシンはろ過ではなく
吸着によって水より除去されているといえる。

【００２０】

【作用】本発明において、膜面に第４級アンモニウム塩
を有する膜にエンドトキシンの混在する水系液体を透過
させることによって、エンドトキシンは多孔質膜上の第
４級アンモニウムイオンとの間に相互作用が生じる。第
４級アンモニウムイオンは陽イオンであり、電気的に陰
性を呈するエンドトキシンとの間に静電相互作用を及ぼ
しまた第４級アンモニウムイオンがピリジニウムイオン
のような芳香族系の陽イオンであれば、このイオンは若
干の疎水性をも示すため、エンドトキシンとの間に疎水
性相互作用も及ぼす。したがって、これらの相互作用に
より膜面にエンドトキシンを選択的に吸着させることが
できる。

【００２１】

【実施例】実施例により本発明を具体的に説明する。 実施例 １ エチレン−ビニルアルコール共重合体（日本合成化学工
業（株）製ソアノールＤ２９０８、エチレン単位２９ｍ
ｏｌ％）２０ｇ（ビニルアルコール単位０．３６ｍｏ
ｌ）を４００ｍｌのＤＭＦに分散させ７０℃に昇温し
た。この混合物中に塩化クロロアセチル５ｍｌを１５分
ごと６回加え、７０℃で４時間かき混ぜた。

【００２２】この時反応混合物は均一溶液になった。反
応終了後の溶液を２．５１の１Ｍ塩化ナトリウム水溶液
に移し、反応生成物を沈澱させ濾別後、これを精製水で
十分に洗浄した。再び反応物をできるだけ少量のアセト
ンに溶解し、６〜８倍量の水に移すことによって反応物
を沈澱させ濾別後、精製水で洗浄した。反応物に対して
これらの溶解、沈澱及び洗浄の操作を２回繰り返した。
この生成物をできるだけ小さく細断し、６０℃で減圧乾
燥した。ここで得られた生成物を以下Ｃ１−ＥＶとす
る。

【００２３】次に上記の反応生成物Ｃ１−ＥＶ３０ｇを
３５０ｍｌのＤＭＦに溶解し、この溶液に４７ｍｌのト
リエチルアミンを加え、６０℃で４時間かき混ぜた。反
応終了後、反応溶液を１１の精製水中に移し、反応生成
物を沈澱させた。この反応物を精製水で十分に洗浄した
後、５０℃で減圧乾燥した。このようにして得られた高
分子化合物は、一般式（Ｉ）に於いてｎ＝１、陽イオン
Ｙ⁺ のＲ₁ 、Ｒ₂ 並びにＲ₃ が全てエチル基であり、Ｘ
がＣｌであるような第４級アンモニウム塩を含む共重合
体であった。

【００２４】実施例 ２ 実施例１で中間体として得られたＣ１−ＥＶ３６ｇを３
５０ｍｌのアセトン（６０％）−エタノール（４０％）
混合溶媒に溶解し、この溶液に３５ｍｌのピリジンを加
え、４５℃で６時間かき混ぜた。反応終了後、反応溶液
を４００ｍｌのアセトンに移し、反応生成物を沈澱させ
た。この反応物をできるだけ少量の水に溶解し、６〜８
倍量のアセトンに移すことにより再び反応物を沈澱さ
せ、濾別後風乾した。この反応物をできるだけ小さく細
断し、アセトン中で１８時間抽出後、風乾し５０℃で減
圧乾燥した。このようにして、エチレン単位と一般式
（Ｉ）（ｎ＝１、Ｘ＝Ｃｌの場合）で表される構成単位
を含む高分子化合物が得られた。

【００２５】実施例 ３ 実施例２で得られた高分子化合物３０ｇを７０％エタノ
ール水溶液に溶解し、５０℃に昇温した。ポリエチレン
多孔質中空糸膜（三菱レイヨン（株）製ＥＨＦ−２７０
Ｔ、内径２７０μｍ、外径３８０μｍで親水化剤によっ
て親水化したものを用いた）を３２本ごと束ねて、その
１．４５０ｇを該高分子化合物の溶液に浸漬し、５０℃
で４０分間静置した。その後中空糸膜を溶液から取り出
し、３００ｒｐｍ、５分間遠心させることによって余剰
の溶液を取り除いた。この中空糸膜を６０℃で３０分間
乾燥した。

【００２６】このようにして中空糸膜にピリジニウム塩
を有する高分子化合物を付着させることができた。なお
この中空糸膜において実施例１で得られた高分子化合物
の付着率は１２．８％であった。３２本の中空糸膜をＵ
字型に束ねて端部をウレタン樹脂で固め、有効ろ過面積
４５ｃｍ² の膜モジュールを製作した（以下モジュール
１と略記）。

【００２７】実施例 ４ 実施例３で製作したモジュール１にエンドトキシンの混
在した水を透過させ、ろ過前とろ過後で水中のエンドト
キシン濃度の比較を行った。膜モジュールへの通水方法
は、タンクに水を貯め、タンクからサイフォンの原理で
水をモジュールまで導いた。流量は７ｍｌ／分に調整
し、所定の時間ごとにタンク内の水並びにろ液を採取し
た。それぞれ採取した水中のエンドトキシン濃度をエン
ドトキシン定量試薬（帝国臓器製薬（株）製、パイロデ
ィック）を用いて定量を行った。

【００２８】表１にモジュール１でろ過された水のエン
ドトキシン濃度並びにろ過前のエンドトキシン濃度を示
した。本発明方法にて得られた膜モジュールに通水した
場合、水中のエンドトキシンを著しく減少させているこ
とが分かる。

【００２９】比較例 １ 実施例１と同様にして、但し本発明の高分子化合物を付
着させない親水性中空糸膜からのモジュール（以下モジ
ュール２と略記）で通水試験を行った。結果を表１に示
した。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】本発明におけるピリジニウム塩を有する
高分子化合物を付着させた多孔質膜は、水中のエンドト
キシンを除去するのに適しており、医療分野等において
薬液の処理や手洗い水の処理などの際に特にその効力を
発揮すると考えられる。

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規なエンドトキシン
除去用多孔質膜、表面改質剤及びエンドトキシン除去方
法に関するものであり、医療分野等における水処理及び
輸液等の薬液処理等におけるエンドトキシン除去に利用
されるものである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】本発明者らは上記従来技術の問題点を改善
し親水性膜の表面を陽電荷を有する吸着剤で処理するこ
とにより、親水性膜に水中のエンドトキシン除去の機能
を付与することを可能にした。本発明は精密ろ過時に水
中のエンドトキシンを効率良く除去することができ、し
かもその処理方法が簡単に行うことができる多孔質膜、
その多孔質膜にエンドトキシン除去性能を付与させるた
めの吸着材としての高分子化合物及びエンドトキシン除
去方法を提供することを目的としている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】次に本発明において、その高分子化合物層
の第４級アンモニウム塩が特に下記一般式（III）の如
きピリジニウム塩である場合について述べる。

【化８】 （ｎは１〜２０の整数、Ｘ^- はＦ^- 、Ｃｌ^- 、Ｂｒ^- 若
しくはＩ^- ）

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】エチレン−ビニルアルコール共重合体また
はポリビニルアルコールをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド（以下ＤＭＥと略記する）中に分散させ、これにハロ
ゲン化アルキルを持つカルボン酸ハライドを徐々に加
え、６０〜８０℃で４〜６時間かき混ぜて反応させる。
この際反応が進行するに従って重合体が溶解する。この
反応における溶媒には、ＤＭＦのほかにアセトンが使用
できる。また反応速度は遅いが、酢酸エチル、クロロホ
ルム、ベンゼン及びジオキサンが使用可能である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】実施例 ２ 実施例１で中間体として得られたＣ１−ＥＶ３６ｇを３
５０ｍｌのアセトン（６０％）−エタノール（４０％）
混合溶媒に溶解し、この溶液に３５ｍｌのピリジンを加
え、４５℃で６時間かき混ぜた。反応終了後、反応溶液
を４００ｍｌのアセトンに移し、反応生成物を沈澱させ
た。この反応物をできるだけ少量の水に溶解し、６〜８
倍量のアセトンに移すことにより再び反応物を沈澱さ
せ、濾別後風乾した。この反応物をできるだけ小さく細
断し、アセトン中で１８時間抽出後、風乾し５０℃で減
圧乾燥した。このようにして、エチレン単位と一般式
（III）（ｎ＝１、Ｘ＝Ｃｌの場合）で表される構成単
位を含む高分子化合物が得られた。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】このようにして中空糸膜にピリジニウム塩
を有する高分子化合物を付着させることができた。なお
この中空糸膜において実施例２で得られた高分子化合物
の付着率は１２．８％であった。３２本の中空糸膜をＵ
字型に束ねて端部をウレタン樹脂で固め、有効ろ過面積
４５ｃｍ² の膜モジュールを製作した（以下モジュール
１と略記）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）エチレン単位 （ｂ）下記一般式で示される単位 【化１】 〔式中ｎは１〜２０の整数、Ｘ^- はＦ^- 、Ｃｌ^- 、Ｂｒ
   ^- 若しくはＩ^- 、Ｙ⁺ は次式を意味する 【化２】 （ただしＲ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ は官能基が結合していること
   あるアルキル基、アルケニル基、若しくは芳香族残基で
   あって同一でも相違してもよい。Ｚは炭素数が２〜１２
   個の飽和または不飽和の環で、その環中に第４級アンモ
   ニウム塩を形成する窒素原子を含む複素環である。）で
   ある第４級アンモニウム塩の陽イオン〕 （ｃ）ビニルアルコール単位 のうち（ａ）（ｂ）、（ｂ）（ｃ）又は（ａ）（ｂ）
   （ｃ）の構成単位からなる高分子化合物層が膜表面の少
   くとも一部に存在することを特徴とするエンドトキシン
   除去用多孔質膜。
2. 【請求項２】 【化３】 である請求項１記載の多孔質膜。
3. 【請求項３】（ａ）エチレン単位 （ｄ）下記一般式で示される単位 【化４】 （ｎは１〜２０の整数、Ｘ^- はＦ^- 、Ｃｌ^- 、Ｂｒ^- 若
   しくはＩ^- ） （ｃ）ビニルアルコール単位 のうち、（ａ）（ｄ）、（ｄ）（ｃ）又は（ａ）（ｄ）
   （ｃ）の構成単位からなることを特徴とする高分子化合
   物からなる高分子材料表面の改質剤。
4. 【請求項４】 エチレン−ビニルアルコール共重合体及
   びポリビニルアルコールの水酸基にハロゲン化アルキル
   を持つカルボン酸ハライドを反応させることによってエ
   ステル化を行い、未反応のハロゲン化アルキル部分にピ
   リジンを反応させピリジニウム塩を導入することを特徴
   とする請求項３記載の高分子化合物の製造方法。
5. 【請求項５】 エンドトキシンを含む水系液体を請求項
   １に記載の多孔質膜に透過させることによって処理する
   ことを特徴とするエンドトキシン除去方法。