JPH0764947B2 - 有用物質の保持・保存に用いる分離隔壁およびその使用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は分離技術に関しており、膜技術と溶媒、溶質、
あるいは細胞の制御した放出を含む分離技術に関する。

発明の技術的背景 物質の選択分離が進歩した結果、広範囲の産業において
数多くの発展をもたらした。塩水の超濾過脱塩のために
スキン層付酢酸セルロース超濾過膜が開発された時、膜
技術が始めて注目されたが、それは1960年頃であった。
この開発に続いて血漿透析、血漿電解透析、逆浸透、限
外濾過、細胞収穫、膜バイオリアクター、ミクロ濾過、
ガス分離、時間放出制御、ゲル浸透クロマトグラフィ
ー、中空繊維技術、非セルロース物質高分子膜、アイオ
ノマー膜、共重合体膜、架橋性熱可塑性高分子膜、エマ
ルジョン型液体膜などの領域で開発が行われた。これら
の技術革新は広く受け入れられ、上記研究分野からの分
離用材料は、医療処理、薬品の研究と生産、工業工程、
研究手段および包装材料を含む消費者むけ製品などに広
く用いられている。

薬品の放出制御は今や可能であるが、これは経口投与薬
品を徐々に溶解する膜で被覆することを含む様々な技術
があるためである。米国特許第4,755,180号明細書はあ
る経口薬品投与型を開示しているが、この投与型では生
産中に薬品の回りに皮膜として形成された被侵食性物質
が侵食されるか、投与型の壁から侵出される。このよう
な侵食あるいは侵出は、消化管環境への薬学効力のある
薬剤の制御放出を可能にする。米国特許第4,755,180号
明細書に開示された被侵食性物質は、多糖類（糖）塗膜
であり、ポリグリコール酸あるいはポリ乳酸組成物、ゼ
ラチン状組成物、あるいは被侵出性のポリサッカライ
ド、塩あるいは酸化物などと同様に、もっとも典型的な
材料である。腸溶性コーティングも公知の技術であり、
このコーティングは胃内では溶解せず、経口投与した薬
品が腸内に到達できるようにする。

イオン、分子、あるいは溶媒を、例えば制御放出調剤薬
に典型的な０次あるいは１次の放出速度式に従う単純な
速度で移動させる手段は公知であるが、複分離技術のた
めの非経口手段を与える以下に述べるような技術はこれ
までなかった。この分離技術では、溶出速度は、予め計
画し、あるいはプログラム設定した様式、たとえば容器
中へ成分を入れ、または容器外へ成分を出すことによ
り、容器中に保持される物質により良い環境を与える、
あるいは制御した仕方で細胞を容器外へ放出するなどの
様式に従って、環境刺激に応じて経時的に変化する。し
たがって、経口投与型とは全く異なる特別な分離用途の
ための複分離手段を与えられる分離膜がやはり必要であ
る。

発明の目的 本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであ
り、一旦保存した有用物質を環境刺激に応じて経時的に
保持された薬剤の溶出速度を変化させることができる分
離隔壁を提供することを目的としている。

発明の概要 本発明に係る分離隔壁は、１種以上の寸法を有する１個
以上の細孔あるいは微細孔を持つ非経口分離隔壁であっ
て、その細孔あるいは微細孔はある環境条件に対する溶
解性および／あるいは保全性を考慮して選択された物質
で栓をすることにより閉塞される。通常、分離隔壁の細
孔あるいは微細孔は、最初少なくとも１種の物質で充た
してあり、この物質はある環境状態では、分離隔壁自身
を構成する材料よりは大きな被侵食性を示す。通常は、
栓をした細孔を持つ分離隔壁が分離すべき物質を満たす
前に準備される。分離隔壁の放出速度（もしあるなら）
あるいは他の膜特性と細孔の栓の放出速度および／また
は被食寿命との組合せにより、細胞、コロイド、溶質あ
るいは溶媒の経時的可変放出、たとえば溶媒添加、pH変
化あるいは熱や紫外光等の光輻射のの変化のような環境
変化により侵食が引き起こされるまで細孔の栓が完全な
場合などを含む複雑な分離を可能にする。特別な用途と
しては、人工受精に用いられる雄どり精液および七面鳥
精液を市販するための保存などが挙げられる。

発明の具体的説明 本発明に係る分離隔壁は、１種以上の寸法を有する１個
以上の細孔あるいは微細孔を持つとともに、該細孔ある
いは微細孔は特定の環境状態にさらされた次の溶解性あ
るいは被侵食性を考慮した選択した物質で栓をすること
により閉塞されていることを特徴とする。

分離隔壁と細孔の栓が同一組成の物質で構成されない限
り、分離隔壁を形成する材料も被侵食性あるいは溶解性
を持っていても良い。分離隔壁の放出速度（あるとする
なら）あるいは他の膜特性と、細孔の栓の放出速度およ
び／あるいは被侵食寿命との組合せにより、細胞、コロ
イド、溶質あるいは溶媒の経時的可変放出などの複雑な
分離が可能となる。

本発明に係る栓をした細孔を持つ分離隔壁は、数多くの
産業に広範な用途を有する。適当な応用としては、細胞
培養と凍結生物学、食物と薬品の摂取前の保存、高分
子、蛋白および他の製品の貯蔵寿命の延長、および細
胞、除草剤、殺虫剤、肥料、消毒剤、屋内空気清浄剤、
および実験室内あるいは工業的に用いる細胞培養栄養素
および生物学的活性剤を含む他の活性剤の収容、移送お
よび分配が含まれる。

即ち、本願発明に係る分離隔壁は、特定溶媒との接触、
pH変化、熱変化および紫外線等の光輻射量変化などの特
定の環境変化に応答して、前記栓が前記分離隔壁層より
先に分解するか、あるいは前記栓だけが分解されるよう
に各々の材料を組合せ、さらに任意に、分離隔壁層に形
成される細孔の数、直径等を調節して分離隔壁を調製す
ることができる。このような本願発明の分離隔壁を用い
て、薬剤、細胞、コロイド、溶質および溶媒等の様々な
物質、またはその混合物を保持・保存し、次いでこの分
離隔壁を特定の環境変化に晒すことにより、保持された
物質を経時的可変放出させることができ、あるいは保持
される混合物を構成する物質の少なくとも１種を選択的
かつ経時的に可変放出させることができる他、分離隔壁
内外の物質のこの隔壁を介した選択的交換等を行なうこ
とが可能となる。

このような本願発明の特性を利用すれば、有用物質を保
持・保存した後、特定環境に晒すことにより、保持され
る物質の全て、あるいは少なくとも１種を外部に拡散さ
せ、複数の物質を含む混合物を分離し、または保持され
る物質への分離隔壁層を介した有効成分を供給するのを
有効に行なうことが可能となる。

本発明に係る製品および工程が、それらの広範な用途と
同様に数多くの変化があることを考慮すると、本発明の
範囲は殊に広いため、特定の例を挙げるのが本発明の栓
をされた細孔を有する分離隔壁を説明するために最適で
ある。たとえば、ある生物種において、人工受精用精子
の凍結保存では、これまで必要だった工程が本発明で可
能になった複雑分離法により必要でなくなった。通常
は、精子の凍結保存には３点を考慮しなければならなか
った。第１に、凍結保存には、適切な容量、寸法、材
質、熱的性質等を含む適切な容器の選択が必要であり、
通常細孔のないガラスアンプル、ガラスバイアル、プラ
スチックバイアル、ストローあるいは金属管が選択され
る。第２に、凍結保護剤を選択することにより、38℃か
ら０〜５℃に冷却し、次いで−196℃に冷却し、さらに
０℃以上に再加温する間に細胞が確実に生存するように
しなければならない。従来の凍結保護剤としては、卵
黄、リポ蛋白、乳蛋白、グリセロール、ジメチルスルホ
キサイド、ポリエチレングリコール、糖などが用いられ
る。第３に、ある生物種にとっては、解凍後に細胞ある
いは細胞内の環境を調節し、改変することが必須であ
る。たとえば、雄どりの精液は凍結保護剤のない媒質で
順次希釈し、次いで遠心分離し、さらに同様の凍結保護
剤のない媒質中に再懸濁しなければならない。この後処
理工程は、手間がかかるが、人工受精の際に、精液の周
囲および内部に存在する凍結保護剤によって起される不
可避的避妊効果を免れるために、これまでは是非必要で
あった。

下記の実施例１で詳細に述べるように、本発明に係る栓
をした細孔を持つ分離隔壁は、雄どりの精子の解凍と精
子からの凍結剤の除去を簡単にする。第１図には、シー
ルした高分子細管の末端部分が示されており、細管10は
栓をすることにより閉塞された微細孔12と端末シール14
とを備えている。細管10の図に示さなかった端末は開口
端であっても良く、この開口端はシール14を取除いても
最初から開口したまま栓をしなくても良い。確認用に細
管にラベルをつける場合や開口端にラベルをつけた栓を
挿入することもできる。

公知の手段によって評価し、溜め、媒質で増量し、さら
に処理した雄どりの採取精液は、５℃に冷却し、凍結保
護剤（元の増量媒質中に凍結保護剤がない場合）と混合
し、第１図の細管10中に注入する。細管10は高分子で栓
をした微細孔12を持つ高分子隔壁から成り、七面鳥精液
の凍結保存用の貯蔵容器を構成する。次いで、細管の開
口端はシールされる。シールした細管とその内容物はよ
く知られているように公知の１段階以上の制御冷却速度
で−196℃まで冷却する。

一群のめんどりに人工受精するのに先立って、細管10
は、−196℃（液体窒素）の凍結保存用貯蔵器から公知
の解凍溶液中に移動する。そして最初の解凍後、細管10
は適切な温度、組成および酸素富化した解凍後処理溶液
中に移される。凍結後処理溶液中では、解凍後処理溶液
に含まれる少なくとも１種の成分が栓をした微細孔に作
用して微細孔12を開口し、雄どり精液の囲りおよび内部
からの凍結保護剤の制御した退出を許容し、同時に細管
10への凍結後処理溶液の制御した侵入を許容する。微細
孔12はもちろん、精子細胞よりも小さい。10〜60分の処
理期間の後に、細管中の精液を使用することができる。
細管10は他の適切な補助機械デバイスとともに使用し
て、精液を直接１羽以上のめんどりに分散させて、一群
のめんどりを人工受精してもよい。また、精液は管から
適切な補助機械バイアスに移し、人工受精を行っても良
い。本発明の概念を以下に説明すると、細管10は−196
℃の液体窒素に不溶性であるが、これは微細孔12の高分
子の栓も同様である。細管10と微細孔12の栓は共に同様
に公知の解凍溶液中に不溶あるいは完全には侵食されな
い。かくして、２つの使用段階において、細管10は、分
離を行なわないか、その内容物の分離速度または構造に
おいて、変化をしない。然しながら、解凍後処理溶液と
接触すると、解凍後処理溶液成分の少なくとも１種は環
境因子として働き、栓をした微細孔12内の選択された高
分子を溶解し始めるか完全に溶解する。その結果、予め
決定された時間および速度に制御された凍結保護剤の退
出と媒質の侵入が行われる。もし、２種以上の凍結保護
剤が使われるならば、異なる寸法および／あるいは被侵
食特性を持つ細孔（第2,3図に示したように）を通して
これらの凍結保護剤を選択的に除去することができる。

栓をした微細孔12と細管10（分離隔壁自身）は両方共、
ある条件下で可溶性あるいは被侵食性の材料で作り得る
ことは当業者には理解できる事柄である。たとえば、栓
をした微細孔12の栓は人間のプラズマ中でゆるやかに溶
け、一方細管10はほんの僅か溶けるようにしても良い。
従って、第１図の小管10を含む全構造は、薬効のある薬
剤を小管10に満たすと、人間の皮下で薬剤を制御放出す
るインプラントを構成し、このインプラトンは活性剤を
しばらくの期間放出せず、次いで制御された速度で、最
後に完全に侵食されるようにしても良い。同様に、第１
図に示す細管10あるいは第３図のような他の構造は広範
な細胞および培養細胞の凍結保存に使用できる。微細孔
12の栓用の高分子あるいは他の物質は保存細胞に必要な
特定の解凍後パラメーターが要求する反応速度あるいは
放出速度に応じて選ばれる。

別の応用としては、細胞や生体器官への栄養素の制御放
出、バクテリア、除草剤の制御放出および水あるいは土
壌を中和するためのアルカリ性薬品の放出が挙げられ
る。何れの場合も環境状態の適当な変化をきっかけとし
て放出を始める。

本発明の分離隔壁は、高分子、セラミック、金属および
天然あるいは部分的に合成したセルロース物質を含む広
範な材料から製造される。より詳細には、分離隔壁は、
ポリエーテル組成物、ポリエチレンおよびポリプロピレ
ン、ビニル系高分子、水蒸気透過性のウレタンおよび他
のポリウレタン、ポリカーボネート、セルロース系物
質、部分合成セルロース系物質、セラミック、金属、ゴ
ムを含む天然樹脂等からなる。適当であるならば、分離
隔壁は、その細孔あるいは微細孔に栓をするのにも好ま
しく用いられる１種以上の組成物によって作ることがで
きる。これらの組成物としては、セルロース系物質（す
なわち、ヒドロキシプロピルメチルセルロース）、高分
子電解質錯化合物、ポリスルホン組成物、アクリル系高
分子、酢酸セルロース、ダイネル（商品名）組成物、ポ
リアクリロニトリル組成物、ポリビニルピロリドン、セ
ルロース−塩化ビニル樹脂複合物および膜工学技術で公
知の他の材料などを挙げることができる。他に使用し得
るものとしては、選択的可溶性塩あるいは多糖類結晶が
あり、これらは溶解した場合、近隣の生物学的媒質に毒
性を示さず、隔壁内あるいは隔壁近傍の細胞に毒性がな
いことが必要である。栓をした細孔を持つ分離隔壁の作
製に用いられる１種以上の物質の選択は、意図した特定
の用途と望ましい放出速度により直接決定される。ま
た、分離隔壁は１回のみに使用のために構成されても良
く、また何回も使用できるように設計しても良い。この
場合、隔壁デバイスは生産者に返し、再び栓をし、内容
物を入れる。

異なるタイプの栓用高分子に応じた適用について説明を
すると、分離隔壁の細孔あるいは微細孔中を水可溶性物
質によって栓をした場合、少なくとも生理学的必要およ
び経済的利点のあるほ乳動物の全種の精子（家畜、人、
馬、魚、豚、羊、犬、20日ねずみ、ねずみ等）、卵母細
胞（牛、人、馬、豚、20日ねずみ、ねずみ等）、胚
（人、牛、馬、20日ねずみ、犬等）などとともに、人の
膵臓隔壁−細胞、人の角膜、一次の培養細胞、種子の凍
結生物学的保存などに応用できる。農業用の動物ホルモ
ン、植物肥料、徐草剤、殺虫剤、種子、栄養素、薬品、
幼虫、および家庭用の殺虫剤、肥料および除草剤などを
放出制御させることができる。熱に敏感な高分子の栓は
霜害防止に応用できる。分離隔壁の細孔中の栓の被侵食
性は、温度低下時に霜保護バクテリアを作物、農場、あ
るいは果樹園に放出するように設定できる。pH感受性の
ある高分子の栓は動物および人間のpH変動がある解剖的
領域への薬剤の非経口制御放出に適用できる。同様に、
この栓は生態系に応用でき、環境のpH状態の低下あるい
は増加の際に、適当な酸あるいは塩基を供給する。高分
子の光誘起被侵食性は充分な太陽光への暴露後に農業用
物質の放出を可能にする。電気、音響および磁気を含む
他の環境条件は適当な時刻に侵食される適当な栓物質を
使う時に利用できる。最後に、環境変化は細孔あるいは
微細孔中の物質の重合（侵食でなく）を引起すようにす
ることができる。他の実施例はこの分野の技術にくわし
い者には直ちに理解できるであろう。

第２図は、２つの異なる直径の細口を持つ膜20の側面図
を示す。大径の細孔22は第１の高分子組成物で小径の細
孔24は第２の異なる高分子組成物で夫々栓がしてある。
膜20と大径の細孔22および小径の細口24に用いる栓物質
の材質を適当に選択することにより、これら３者の１つ
あるいは全部の各々の高分子に起因する分離速度を、温
度、pH、特定の溶媒の存在、電化、磁場、光波、あるは
音響エネルギーなどの環境条件変化によって変化させる
ことができる。たとえば、最大の細孔が最初に開口する
と、膜により制限されていた最大の分離可能な粒子が最
後に拡散する。第２図の膜20に可能な時系列的あるいは
選択的分離速度変化が目的とする応用に望ましいかある
いは必要な場合は、膜20は別の公知分離膜の代りに使用
し得る。このような膜は色々な形状に直接製作できる
か、シートとして後に適当な容器中に挿入して使用して
もよい。

第３図は本発明に係る直方体形構成物を示し、この直方
体形構成物は、５つの閉じた面を持つ。直方体形構成物
30は高分子で作られ、その最大の閉じた面は高分子で栓
をした細孔32を有している。図に示す残りの閉じた面は
高分子で栓をした細孔34と36を持つ。高分子で栓をした
細孔32,34,36は夫々第２、第３および第４の高分子で充
たされている。第２図に示すデバイスのように、直方体
形構成物30は建築ブロック型のユニットの働きをし、単
独、あるいは多くの同一の構成物30を配列して実験室用
あるいは製造用として様々な配置とし、使用できる。高
分子で栓をした細孔32,34,36中で異なった高分子栓を使
っているので、時系列的あるいは選択的な複分離が可能
である。ここに示してない残りの閉じた面も栓をした細
孔を有していても良い。直方体形構成物30は栓をした細
孔を持つ本発明の分離隔壁の商業的実例の代表的なもの
であり、ユーザーは必要に応じてユニットの組立てがで
きる。

もう一度本発明の分離隔壁一般について述べると、分離
隔壁中の栓をした細孔は眞の栓をした細孔であっても良
い。すなわち、分離隔壁中の細孔は細孔の空洞の範囲内
のみが満たされても良いが、分離隔壁の片面あるいは両
面を連続塗布し、細孔上に塗膜を形成することにより細
孔に栓をしても良い。また、分離隔壁自身あるいは細孔
に栓をする材料あるいはその両方に対して、さらに付加
的な処理物質を使用して、毒性を変え、特定の意図した
応用のため極性あるいは非極性物質を付け加え、あるい
は結合力を増加させる等のように、高分子の化学的なら
びに物理的性質を変えることもできる。

第１〜３図に示す構造は説明的であるが、本発明の概念
に従って多くの他の容器を作ることができる。たとえ
ば、容器は均一である必要がなく、夫々が異なる材料の
面を持ち得る。たとえば６面の構成物は異なる面が夫々
他の面とは異なる寸法の細孔をもち、この細孔中に６つ
の異なる物質を含むことができ、この構成物は個々の面
により独自の分離速度を実現することになる。

第１図に示す精液凍結保存用の細管の寸法は直径１〜80
mmであることが好ましく、１〜5mmであることがより望
ましい。この細管は、長さが5mmから10cmであることが
好ましく、50〜200mmであることがより望ましい。細孔
あるいは微細孔は任意の寸法であり得る。多くの分離で
は、0.2〜0.6ミクロンの実効直径の細孔が望ましいが、
目的によっては0.6ミクロンを超える細孔のみが適切で
ある。保存する物質の性質と最初の栓をした細孔の立体
配置により、場合によっては本発明の細孔は公知の分離
膜中の細孔よりも大きいことがよくある。本発明の他の
実例では、意図する応用によって広範に異なる寸法を持
ち得る。

多くの環境で安定した栓として用いられる高分子の１つ
としては、エチルセルロースがある。水によって侵食さ
せる栓を必要とする用途にはメチルセルロースの栓が適
切である。ポリビニルピロリドンを使うと、細孔は熱変
化による開口が可能となり、カルボキシメチルセルロー
スを使うとpHシフトに応答して開口が可能である。必要
であれば、洗剤活性化、光活性化および他の公知の方法
を選ぶことができる。

本発明のさらに特別な応用の１つは受精した七面鳥の卵
の生産にある。この卵は人口受精（AI）によってのみ商
業的に生産できる。従来法では、七面鳥の精液は採取後
６〜８時間しか保持できず、そのため精液の輸送に約２
時間しかかけられない。実験室的には、七面鳥の精液に
酸素を添加して、保持時間を約24時間まで増加させるこ
とができたが、商業的には、この実験室技術は実際的な
かった。本発明に係る隔壁とこの隔壁を用いた分離方法
とを適用すると、七面鳥精液の生存能力および品質は48
時間まで維持される。七面鳥精液の保存は、以下実施例
４を含めてさらに論じられる。

本発明は七面鳥精液保存用の独自の容器の使用と貯蔵条
件を与える。この容器は、通常、その細孔が最初は不透
過性（内容物の装入と取扱いが容易）で、七面鳥の精液
の容器を交換溶液と接触させると急速に開口するように
独創的に組立てられている。選択したマイクロプロセッ
サー制御システムと一緒に容器を使用することにより、
精子に損傷を与えずに、精液懸濁体の温度と精液成分の
正確な制御および精液懸濁体中の栄養素と酸化防止剤の
連続交換が可能となる。そのため、関連産業は生殖細胞
配布を全体的に再組織化する潜在力を持った超畜産場を
作り出す可能性がある。

現在の精液保持／貯蔵の制限にもかかわらず、この産業
は唯再生産にAIを使用する故にのみ存在している。飼育
業者から商業生産者への移送は、商業上の遺伝製品を構
成するのに必要な血統の雄固体および雌固体から得られ
る卵の売却によって行われる。保持あるいは貯蔵された
精液が入手可能であるならば、業界の需要はより満足さ
れ、幾つかの問題は除かれるであろう。たとえば雄と雌
の地理的分離が望ましく、こうすると夫々が最適の管理
を受けることができる。そこで保持時間を増加させるこ
とにより、一層広範に畜産場を使用できる。次に、将来
の需要に対応するように、雄の血統の買い付けと雌の卵
との整合が困難である。一つの血統が足りないとコスト
が高くなる。保持した精液はこの問題を軽減する。第３
に、おす固体の生産形質の選択を増やすことができるた
め、消費者向けの肉のポンド当りのコストを低下するこ
とが可能である。第４に、卵の代りに精液を買うと、オ
フセックス処理のコストとわずらわしさを除く。第５
に、飼育業者は、市販食肉鳥の品質について一層大きな
管理ができ、再び消費者の利益となる。最後に、飼育業
者は雄血統の生殖形質をさらに一層保護することができ
る。

七面鳥精液を保存する一般的な方法は以下のようであ
る。七面鳥の雄（たとえば、食肉種系統の雄）は通常、
14:10時間明暗サイクルの室内で飼育する。３〜４日に
一度、おすの群からマッサージにより精液を採取し、数
分以内に溜める。公知の幾つかの試験により精液の品質
を決定する。七面鳥の精液を５℃で保持するための幾つ
かの増量剤が開発され、公知である。これらの増量剤を
七面鳥精液と混合し、本発明に係る細孔に栓をした容器
内に入れる。

細孔に栓をした適切な容器は通常、ナイロン枠と特別に
準備した0.22ミクロンの細孔を有するポリスルホン膜か
らなり、その細孔は最初メチルセルロースとエチルセル
ロースでシールされる。同様の膜が、紫外線活性化接着
剤で容器の大きな２面に張られる。これらの容器は七面
鳥の精液に毒性がなく、制御され、かつ再現性の良く開
口する細孔を有する。容器内外の希釈剤中の小さな分子
（10,000kD）が膜を通過する流れは、約２〜５分のハー
フタイムを有しており、精子は膜を通過できない。上記
の高分子ほんの一例である。

容器は特別な環境制御ユニット中に置く。チェンバーを
作り、循環ポンプ、小型酸素センサー、小型空気ポン
プ、電子制御された空気および窒素用バルブおよび小型
酸素添加用タンクを取付ける。チェンバーの全容積は約
30mlである。チェンバーには、制御回路を付加するのが
望ましい。別の方法としては、媒質中の望ましい酸素濃
度は、適当に混合したガス混合物と拡散器による一定速
度の添加により達成できるが、これは公知の方法であ
る。容器（適当な希釈剤と増量剤を七面鳥の精液と一緒
に収容している）を冷却し、制御されたチェンバー内の
適切な交換溶液内に保持すると、七面鳥精子の生存能力
および品質は18時間、恐らくは48時間を越えて維持でき
る。

透析液体を収容するチェンバー内に保持した細孔を有す
る容器の使用は新規ではあるが、適切な増量剤、希釈材
および交換溶液は公知である。環境制御チェンバーは希
釈剤および／あるいは増量剤を加えた七面鳥の精液の酸
素濃度と温度を制御する。本発明を従来知られていなか
った手段を提供し、細孔を持つ容器を使用するこの手段
により、七面鳥精液の冷却、選択的酸素添加、耐酸化剤
処理等を商業的に行える水準にまで大規模化できる。七
面鳥精液の冷却／選択的酸素添加保存の殊に留意すべき
面は、増量および／あるいは希釈した精液を細孔を持つ
容器に入れるという選択であり、その容器は、最初細孔
に栓がしてなく、交換溶液中に浸漬される。（もちろ
ん、細孔の直径は七面鳥精子細胞の直径より小さい。） 七面鳥精液保存に適した装置の平面図を第４図に、断面
図を第５図に夫々図式的に示す。５壁面を持ったチェン
バー40は温度と酸素添加（たとえば、酸素濃度はマルチ
プレックスA/D交換器に接続した小さな酸素検知機によ
りモニターできる。電子データ記録はオプションで用い
る。）を制御する制御手段（Control means）を持ち、
七面鳥精液収容容器42の浴槽型容器として働く。交換液
44は必要な時入口46および出口48を経由して選択的に出
入し、また、交換液44はその成分と細孔寸法に依存した
容器42への出入りもできる。

以下の説明的実施例により、本発明をさらに詳細に述べ
る。

実施例１ 凍結した雄どりの精液は、商業用として有効に使用され
るには至っていないが、これは凍結および解凍時に精子
生存のために最も効果的な低温保護剤であるグリセロー
ルが、人工受精後に避妊の性質をも示すためである。従
来法によれば、この低温保護剤は一連の希釈後遠心分離
あるいは従来の透析により除かれる。このような工程は
低温保護剤の濃度を有効に減少させるが、商業的には実
施不可能である。

従って、避妊効果のゆえに、グリセロールは人工受精の
前に鳥の精子から除かなければならない。然しながら、
鳥の精子からグリセロールを急速に除去すると、精子細
胞を傷める。これは恐らく、グリセロールが細胞膜を横
切って急速に動く結果、細胞膜の特性と細胞の生存能力
を変えるためであろう。従って、低温保存した雄どりの
精液からグリセロールをゆっくり除去する必要がある。
従来技術によってこれとを行うと一般にコストが高くな
るのではあるが。

雄どりの精子から低温保護剤を制御して除去するため、
本発明の栓をした細孔を持つ分離隔壁の使用を以下に述
べる。

同じ飼育者により飼育された雄どりの群（これらの雄ど
りは実質的に同一の遺伝子背景を持ち、従って同じ表現
型を遺伝させる）を選択する。この雄どりの群（採取単
位）から精液を採取し、採取精液を公知の方法で評価
し、溜め、増量し、冷却する。（５℃付近に冷却されて
いるか凍結されていない場合、鳥の精子は酸化性代謝に
大きく依存するため、細胞を15℃以上に保持するには酸
素添加を必要とする。）最初の冷却は５℃の温度まで行
う。増量した精液を５℃まで冷却した後、低温保護剤と
してグリセロールを添加（元の増量剤に存在しない場
合）することにより、低温に対して保護され、かつ増量
された精液は次に直ちに第１図に示すような栓をした微
細孔を持つ中空の細管に入れる。

より詳細には、中空の細管は一端が開口した円筒状の高
分子分離隔壁であり、栓をした細孔を持ち、以下の特徴
がある。

（１）５℃では、内部に入れた水溶液に対し、２〜30分
間不透過性であり、 （２）細孔に栓をしている間、細管の外側に接触するビ
ールスあるいはバクテリアに対し、不透過性であり、 （３）液体窒素中への浸漬と長期貯蔵に耐久性があり、 （４）２〜75℃の水溶液中での６〜300秒間の加温に耐
久性があり、 （５）５〜38℃の解凍後処理水溶液にさらに５〜20分間
浸漬する際に部分可溶性の細孔を持ち、 （６）ある寸法以下の分子のみを通過させるよう細孔の
寸法を大きくする。これらの特性は以下の特徴を持つ、
微細孔を有する中空管により得られる。

即ちこの中空管は、膜厚0.5mm、長さ60mm、直径4mmであ
り、ポリエチレン（あるいは他の使用可能な高分子）で
作られた分離隔壁から成るとともに、メチルセルロース
で栓をした0.2ミクロンの微細孔を有する。

なお、他の可能な立体構造としては、ポリスチレンのよ
うな細孔を有しない材料の直円柱（直径30〜40mm、長さ
５〜10mm）で、ここに記載してある微細孔を有する膜の
蓋がこの直円柱に取付けてあるもの、あるいは2mm×20m
m×60mmの寸法を有する板状管などを挙げられる。

より大きな能力あるいは選択的包装工程を与えるため
に、もし直方体形デバイスを使用するなら、そのデバイ
スはポリスチレンあるいは別の材料からなる５つの不透
過面を有し、正方形あるいは矩形の断面形状（25mm×25
〜40mm×５〜10mm）を成し、６番目の面は栓をした細孔
または微細孔を有する膜を、蓋として当てがわれシール
される。

中空細管（あるいは管あるいは上記の他の容器）中での
精液の低温保存は公知の方法により行われる。めんどり
の群に受精させる直前に、−196℃の液体窒素中に貯蔵
してある細管を取出し、解凍溶液中に移す。解凍後、中
空細管は鳥の精子の最適生存に必要な添加物（もし適切
ならば、酸素添加を行う）を含む解凍後処理水溶液中に
移す。解凍後処理溶液中に浸漬すると、栓をした細孔は
開口し、容器中の溶液から、従って精子から低温保護剤
であるグリセロールを、制御して比較的徐々に退出さ
せ、同時に外部に媒質を制御して侵入させることによ
り、この媒質で解凍した雄どりの精液を囲む。こうし
て、解凍し、処理された雄どりの精液は人工受精に使用
できる。

実施例２ ２番目の実施例は細孔の開口開始時刻の遅延はもちろん
のこと、２つの異なる放出速度の概念を明らかにする。

人間の精液の低温貯蔵には、グリセロールと粗リビドミ
セル（たとえば、卵黄リポ蛋白粒子）が使用される。解
凍後はグリセロールはゆっくり（雄どりの精液の場合）
除き、次いで卵黄リポ蛋白粒子を急速に除去するのが望
ましい。このような除去法を達成するため、実施例１に
おいて最初の増量剤に卵黄を含有させ、遠心分離にかけ
る（たとえば20,000×ｇで30分間）か、あるいは濾過し
（0.2あるいは0.4ミクロン濾過）、コロイド粒子として
望ましい寸法より大きい物質を除く以外は、実施例１の
一般工程に従い、増量した精液を５℃に冷凍後、グリセ
ロールを添加する。

容器は３直方体形構造（形状は重要でないが）で、細孔
性のない４面を有する。残り面のうちの１面は微細孔を
有する膜で、その微細孔（直径約0.2ミクロン）はグリ
セロールの制御された除去に適した被侵食特性を持つ物
質（すなわち、メチルセルロース／エチルセルロースの
比の高いもの）で栓がしてある。これらの微細孔は容器
を解凍溶液に浸漬すると直ぐに開口する。最後の面は異
なる寸法（0.3〜0.5ミクロン）の微細孔を有する膜から
なり、それらの微細孔は異なる物質（すなわち、メチル
セルロース／エチルセルロースの比が高いもの）で栓が
してあり、この物質は（時間遅延（30〜40）分の後に急
速に侵食され、卵黄リポ蛋白の急速な退出と処理媒質の
侵入を許す。

実施例３ ３番目の実施例は、可溶性物質の環境への放出と環境条
件の変化に応じた選択的放出を説明する。

バイオリアクター中に保持された培養細胞に栄養素が与
えられる。薬品や他の生体産出物の生産を目的とする細
胞の連続培養は、培養媒質中に所望の産出物が排出され
る時のこの産出物の取り出し、媒質から毒性副生物の除
去および細胞の連続培養に必要な栄養素と制御物質補給
のための選択手段などを最低必要とする。

栄養素と制御物質の制御された放出は下記の工程により
達成される。環境刺激の下で選択的に開口するように選
択された１種以上の物質で栓をされた１個以上の細孔を
持つ中空の管に、培養中の特定の細胞を連続培養し、生
産させるのに必要な物質の無菌懸濁液（固体あるいは液
体）あるいは溶液を満たす。具体的には、ビタミン、ホ
ルモン、微量金属等を挙げることができる。管の表面は
次に無菌化し、培養池に添加する物質の長期貯蔵と、必
要な時にバイオリアクターネットワークへの簡単な送入
を可能とする容器を形成する。

前記管を必要な時に培地に（直接あるいは循環媒質中
に）挿入する。この新しい環境に応答して、細孔は開孔
して前記物質を細胞に放出する。

この環境信号は、受動的応答（雄どり精液の処理の所で
述べられているように、細孔の栓の水による侵食）と変
化する培養条件［細胞による酸副生物（たとえば乳酸）
の生産により誘起されたpHシフト］に対する能動的応答
とがある。

このような容器は大きなスケールの農業環境中でも使用
できる。すなわち、商業的スケールでの魚の飼育用栄養
剤の添加などである。

実施例４ プラスチックチェンバーが矩形の断面を有すると、栓を
した細孔を持つ６つの容器と交換溶液とを収容してい
る。このチェンバーには制御回路、“オキシスタット”
（空気あるいは窒素の差動添加により、一定の酸素圧力
を維持することを可能にする制御手段）、温度制御、ポ
ンピングおよびバルビングの公知の手段を備えている。

七面鳥の精液採取され、溜められ、公知の方法で増量さ
れる。増量された七面鳥の精液を５〜20℃の温度範囲を
直線的な速度で冷却した後、この精液1.5mlを矩形断面
を有し、細孔に栓をした６つの容器の各々に入れる。こ
れらの容器は内部寸法が3.5×17×36mmである（内部寸
法3.0×17×22mmの容器でも使用できる）。この容器の
２つの最大の壁面は0.22ミクロン径の細孔を持ったポリ
スルホン膜で作られており、これらの細孔は最初はメチ
ルセルロースおよびエチルセルロースでシールされてい
る。これらの容器は望ましい温度（５〜20℃）の交換流
体を収容しているチェンバーに置かれる。容器の細孔は
数分後に栓でふさがれていない。この保持期間中に冷却
および透析を続けることができる。

本発明は詳細に上に記載したが、本発明に附随するクレ
ームで述べられていることによってのみ制限を受ける。

発明の効果 本願発明に係る分離隔壁によれば、特定溶媒との接触、
pH変化、熱変化および紫外線等の光輻射量変化などの特
定の環境変化に応答して、前記栓が前記分離隔壁層より
先に分解するか、あるいは前記栓だけが分解されるよう
に各々の材料を組合せ、さらに任意に、分離隔壁層に形
成される細孔の数、直径等を調節して分離隔壁を調製す
ることができ、このような隔壁を用いて、薬剤、細胞、
コロイド、溶質および溶媒等の様々な物質、またはその
混合物を保持・保存し、次いでこの分離隔壁を特定の環
境変化に晒すことにより、保持された物質を経時的可変
放出させることができ、あるいは保持される混合物を構
成成分の少なくとも１種を選択的かつ経時的に可変放出
させることができる他、分離隔壁を介した物質の選択的
交換を行なうことが可能となる。

また、このような本願発明の分離隔膜の特性を利用すれ
ば、有用物質または有用物質を含む混合物を分離隔壁を
介して保持・保存した後、この分離隔壁を特定環境に晒
すことにより、保持される物質の全て、あるいは保持さ
れる混合物に含まれる少なくとも１種の物質を外部に拡
散させて外部環境に有用物質を放出すること、保持され
る混合物に含まれる複数の物質を分離隔膜を隔てて分離
すること、または分離隔壁層を介して保持される有用物
質に有効成分を供給することを等を有効に行なうことが
可能となる。この方法は、生体物質（精子・細胞等）の
分離および保存に有効であり、例えば、特に雄鳥精子冷
凍保存用混合物からのグリセロールの分離方法、および
酸素等の供給を伴う七面鳥精子の保存方法に特に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は栓をした微細孔を持つ中空細管（中空繊維）分
離隔壁を示す。 第２図は夫々異なる高分子で栓をした小さい細孔と大き
い細孔を持つ分離隔壁の側面図を示す。 第３図は３次元の矩形の断面を持つ構成体を示す。 第４図はチェンバー平面図を図式的に示す。 第５図は第４図のＶ−Ｖの栓に沿って切断した断面図で
ある。 なお、図中、10,20,30は分離隔壁、12,22,24,32,34,36
は細孔である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特表 昭62−502123（ＪＰ，Ａ)

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１個の細孔を持つ分離隔壁層か
   らなり、該細孔は、前記分離隔壁層の材料と比較して、
   環境刺激に、より鋭敏に応答して分解される材料で栓を
   されていることを特徴とする有用物の保持に用いられる
   分離隔壁。
2. 【請求項２】前記分離隔壁層が膜であることを特徴とす
   る請求項１記載の分離隔壁。
3. 【請求項３】前記分離隔壁層が中空環状であることを特
   徴とする請求項１または２記載の分離隔壁。
4. 【請求項４】前記分離隔壁層が直円柱の少なくとも一部
   を形成していることを特徴とする請求項１または２記載
   の分離隔壁。
5. 【請求項５】前記分離隔壁層が３次元矩形構成物である
   ことを特徴とする請求項１または２記載の分離隔壁。
6. 【請求項６】前記分離隔壁層が、高分子、セラミック、
   金属、天然ゴムまたは合成ゴムからなる群から選択され
   る材料からなることを特徴とする請求項１〜５記載の分
   離隔壁。
7. 【請求項７】前記分離隔壁層が、ポリエーテル組成物、
   ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニル系高分子、水蒸
   気透過性ウレタン、ポリウレタン、ポリカーボネート、
   セルロース組成物および部分合成セルロース組成物から
   なる群から選択される材料からなることを特徴とする請
   求項１〜６記載の分離隔壁。
8. 【請求項８】前記分離隔壁が、高分子電解質錯化合物、
   ポリスルホン組成物、アクリル系高分子、酢酸セルロー
   ス、ポリアクリロニトリル組成物、ポリビニルピロリド
   ンおよび塩ビ樹脂セルロース複合物からなる群から選択
   される材料からなることを特徴とする請求項１〜６記載
   の分離隔壁。
9. 【請求項９】前記細孔が、セルロース高分子、高分子電
   解質錯化合物、ポリスルホン組成物、アクリル系高分
   子、酢酸セルロース、ポリアクリルニトリル組成物、ポ
   リビニルピロリドンおよびセルロース−塩化ビニル樹脂
   複合物からなる群から選択される水不溶性および／また
   は水溶性の高分子、オリゴマーあるいはモノマー、また
   は適当な性質を持った他の物質で栓をされていることを
   特徴とする請求項１〜８記載の分離隔壁。
10. 【請求項１０】前記セルロース高分子が、メチルセルロ
    ース、エチルセルロースおよびカルボキシメチルセルロ
    ースからなる群から選択される材料からなることを特徴
    とする請求項９記載の分離隔壁。
11. 【請求項１１】前記細孔が複数あり、さらに微細孔を含
    んでいることを特徴とする請求項１〜10記載の分離隔
    壁。
12. 【請求項１２】ａ）分離すべき２種以上の物質の混合物
    の確認と選択を行ない、 ｂ）前記混合物を収容するのに適当な分離隔壁層材料を
    選択し、 ｃ）前記隔壁材料に少なくとも１個の細孔をあけ、その
    細孔を前記２種以上の物質の少なくとも１種を通過を防
    ぐのに充分なだけ小さくし、 ｄ）前記細孔を外部環境刺激に応答する物質で栓をし、
    隔壁中に栓をした細孔が形成された分離隔壁を調製し、 ｅ）前記２種以上の物質を前記分離隔壁により分離し、 ｆ）前記分離隔壁を、前記細孔中の栓が応答する環境刺
    激に、予め決定した時刻にさらすことを特徴とする２種
    以上の物質を分離する方法。
13. 【請求項１３】前記分離隔壁が、請求項６、７、９また
    は10に記載の分離隔壁であることを特徴とする請求項12
    記載の２種以上の物質を分離する方法。
14. 【請求項１４】前記段階ｂ）にて、 前記２種以上の材料を保持するのに適した分離隔壁材料
    を選択し、該分離隔壁材料を中空繊維に成形することを
    特徴とする請求項12または13記載の２種以上の物質を分
    離する方法。
15. 【請求項１５】前記工程ａ）にて、 前記分離するべき２種以上の物質の混合物が、精子とグ
    リセロールを含む混合物を選択することを特徴とする請
    求項12〜14記載の２種以上の物質を分離する方法。
16. 【請求項１６】前記段階ｃ）にて、 前記分離隔壁材料に、0.2ミクロンの直径を有し、前記
    精子の通過を妨げるのに充分な小さの細孔を少なくとも
    １つ設けることを特徴とする請求項14または15に記載の
    ２種以上の物質を分離する方法。
17. 【請求項１７】前記段階ｃ）にて、 前記細孔を環境刺激に応答するメチルセルロース組成物
    で栓をし、分離隔壁中に栓をされた再往を形成すること
    を特徴とする請求項12〜16に記載の２種以上の物質を分
    離する方法。
18. 【請求項１８】前記段階ｆ）にて、 前記分離隔壁を予め設定した時刻に解凍後処理溶液にさ
    らすことを特徴とする請求項15〜17に記載の２種以上の
    物質を分離する方法。
19. 【請求項１９】ａ）一端が開口し、かつ栓をした細孔を
    有する筒状高分子分離隔壁を選択し、前記細孔は、メチ
    ルセルロース組成物にて栓をされ、該栓材料は、５℃の
    水溶液に対し、少なくとも20分間は浸透性がなく、ビー
    ルスに浸透性がなく、また液体窒素中に長期貯蔵に対
    し、耐久性があり、さらに水溶液中で２〜70℃に６〜30
    0秒間するのに耐久性があり、５〜38℃の温度の１種以
    上の解凍後処理溶液に少なくとも可溶であり、さらに前
    記円筒状高分子分離隔壁はポリエチレンからなり、 ｂ）雄どりの精液を採取し、評価し、溜め、増量し、か
    つ冷却し、 ｃ）評価し、溜め、増量し、かつ冷却した雄鳥の精液を
    前記円筒状高分子分離隔壁に導入し、開孔端をシール
    し、該円筒状高分子分離隔壁を−196℃の液体窒素中に
    貯蔵し、 ｄ）解凍溶液中で前記円筒状高分子分離隔壁を解凍し、 ｅ）前記円筒状高分子分離隔壁を前記解凍液から解凍後
    処理水溶液中に移し、 ｆ）前記円筒状高分子分離隔壁を前記解凍後処理液中に
    充分な時間保持することにより、制御され、かつ比較的
    徐々にグリセロール静穏保護剤を該円筒状高分子分離隔
    壁内から退出させ、同時に解凍後処理水溶液を解凍した
    雄どり精液中に制御して侵入させ、しかる後に、 ｇ）上記段階ａ）〜ｆ）で準備した雄どり精液を使用し
    て、人工受精を行なうことを特徴とする凍結雄どり精液
    からグリセロールを分離する方法。
20. 【請求項２０】前記円筒状高分子分離隔壁が、雄どり精
    子の通過を防ぐのに充分なだけ小さな大きさであること
    を特徴とする請求項19記載の凍結雄どり精液からグリセ
    ロールを分離する方法。
21. 【請求項２１】ａ）拡散すべき物質を選択し、 ｂ）前記物質を収容するのに適した分離隔壁材料を選択
    し、 ｃ）前記分離隔壁材料に少なくとも１つの細孔をあけ、 ｄ）前記細孔を環境刺激に応答する物質で栓をして分離
    隔壁中に栓をした細孔形成し、 ｅ）前記分離隔壁により前記物質を環境から隔離し、 ｆ）前記分離隔壁を予め決定した時刻に前記細孔中の前
    記栓が応答する環境刺激にさらすことを特徴とする拡散
    法。
22. 【請求項２２】ａ）七面鳥の精液を収集し、任意の希釈
    剤あるいは増量剤を加え、 ｂ）所定量の前記七面鳥の精液を、少なくとも１つの細
    孔を有する分離隔壁層を有し、該細孔が、前記分離隔壁
    層の材料と比較して、環境刺激により鋭敏に応答して分
    解される材料で栓をされている分離隔壁を備えた容器に
    入れ、 ｃ）前記七面鳥精液の温度および酸素添加を、その保存
    期間中制御することを特徴とする七面鳥の精液保存方
    法。
23. 【請求項２３】前記段階ｃ）にて、 前記容器は、保存期間中、温度および酸素圧力が制御さ
    れ、かつ交換液が収容されたチェンバー内で保存され、
    かつ 前記栓は、該保存室内の交換液に浸食されて分解するこ
    とを特徴とする請求項22記載の七面鳥の精液保存方法。
24. 【請求項２４】前記分離隔壁が、七面鳥精子の通過を防
    ぐのに充分なだけ小さな大きさの細孔を有することを特
    徴とする請求項22または23記載の凍結雄どり精液からグ
    リセロールを分離する方法。
25. 【請求項２５】前記分離隔壁が、請求項６、７、９また
    は10に記載の分離隔壁であることを特徴とする請求項22
    〜24記載の七面鳥の精液保存方法。