JPS63104615A - ウイルスフリ−モジユ−ル - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、中空繊維状膜を用いた流体用分離器に関する
。さらに詳しくは、医薬、食品、電子工業等の工業用あ
るいは医療、微生物、生化学等の分離、濃縮試験等に利
用することができ、特に。

血液（血漿）製剤を溶解した水溶液あるいは蛋白質溶液
の供給体と人体との間でウィルスを分離除去する性能を
持った銅アンモニア法再生セルロースからなる多孔性中
空繊維を用いた小型分離器に関する。

（従来技術） 上記のような用途に用いられる中空繊維を分離膜とする
分離器は、膜分離技術の進歩に伴い、最近著しく発達し
つつある。

即ち中空ｍ維は、平面膜に比べて単位体積当たりの膜面
積が大きく、成型品として組み立てられる為、補強用の
支持体が不要で、操作が容易であり、更に被濾過流体を
膜面に平行な方向に流動させながら濾過する、いわゆる
平行濾過が出来るため１分離、濃縮等の効率化が図られ
る等多くの優れた特徴を有している。公知の工業用或は
医療用の中空ｗｉ維模膜分離器、プラスチック若しくは
金属製の外筒内に多数（例えば約１００００本）の中空
ｍｒｔｓが密に充填され、中空繊維の両末端を接着剤等
に埋め込んだ型式のものが一般的であるが、この型式の
分離器では分離すべき流体の容量に応じた膜面積の自由
な選択は不可能であった。

従って、工業用以外の分離、即ち実験室用、臨床用等の
用途、例えば、生化学分野における物質分離、精製、除
去、医薬品や食品分野の除菌、或は酵母、細菌等の分離
のように分離すべき流体の容積が少なく、かつ分離量の
測定に正確を要する場合には、中空ｍ維の充填量を少な
くしなければならなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 分離器の中に充填されている中空繊維の素材には、酢酸
セルロース（ＯＤＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ
）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリプロピ
レン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリビニルアル
コール（ＰＶＡ）、ポリ（エチレン／ビニルアルコール
）共重合体（Ｅ　Ｖ　Ａ　Ｌ）等があるが、それらの素
材は蛋白質の吸着性が大きすぎる欠点があることを、本
発明者らは見いだした。この欠点のため、蛋白質の水溶
液を該分離器を用いて濾過した際、濾過速度が急激に低
下する。この低下を防ぐことが小型分離器の開発に必須
である。また、人体へ注射器等で注入する薬液の体積は
５００　ｍ４以下の少量である。特に、注射用アンプル
等の小型容器内の薬液を中空繊維を用いた小型分離器で
濾過し、鑓過後の薬液を汚染することなく注射器内に充
填することや人体に直接注入することは、非常に困難で
ある。

本発明者らは、例えば、特開昭６０−５４７０９号、実
開昭６０−７４７０４号のように、中空繊維の本数を少
なく制限して、微量分離器を開発提案しているが、その
後槽々の研究の結果および使用上の要請により、これら
の分離器にも改良すべき上述の問題点が多く生じるに至
った。

本発明の目的は、特に、血液（血漿）製剤を溶解した水
溶液あるいは蛋白質溶液の供給体と人体との間でウィル
スを分離除去する性能を持った銅アンモニア法再生セル
ロース中空ｆａ維を用いた小型分離器を提供するもので
ある。

（問題点を解決するための手段および作用）本発明の特
徴は、銅アンモニア法再生セルロースからなる多孔性中
空ｍｒａを用いる点にある。

再生セルロースには、ビスコース法、セルロースエステ
ルのケン化法、銅アンモニア法など、種々のものがある
が、各々、製造条件の相違により物理的、化学的な性質
において決してｒ再生セルロース１として一律に論じら
れるものではない。

銅アンモニア法では、不可欠な酸処理により銅の除去に
伴う微細な孔の発生と特異な分子鎖の凝集構造の発生が
認められるため、銅アンモニア法再生セルロースは特異
な性質を持つ。

その性質の特徴は、親水性で、かつ蛋白質の吸着性が少
ない点にある０本発明者らは、蛋白質と高分子素材との
吸着性に関する相関性を検討した結果、一般的には、親
木性素材はど、蛋白質の吸着性が小さく１本発明方法に
用いられる銅アンモニア法再生セルロースからなる多孔
性中空繊維が既存の中空ｍ維の中で最も小さい素材の１
つであることを見いだした。銅アンモニア法再生セル今 ロースの粘度平均分子量は７ＸｌＯ以上が好ましく、ま
た０　、ｌＮＮａＯＨ水溶液中での溶解成分が少なけれ
ば少ないほど望ましい、４０℃、４８時間、０．ｌＮＮ
ａＯＨ水溶液中に浸漬した際、この溶解分がｌ　Ｏｐ　
ｐｍ以下であれば、この中空繊維は血漿中よりウィルス
を除去するのに最も適している。

上述のようなセルロースからなる中空繊維を作製するに
は、高純度セルロース原料を用いて銅アンモニア法再生
セルロースを作製するか、あるいは中空繊維を作製後に
０．１ＮＮａＯＨ水溶液で７２時間以上洗浄処理すれば
良い、高純度セルロース原料を用いれば、上記溶解分が
著しく減少するので、より好ましい、ここで、ｒ高純度
セルロースＪｉＮＪ　とは、α−セルロース含量率が９
５ｗｔ％以上で、重合度が５００以上の木綿リンターお
よび木材バルブを指す、これらの原料について、ブリー
チング、洗浄工程中での分解および酸化を防止しつつ、
不純物の混入を避けるために、常に精製された水を用い
ると良い。

銅アンモニア法再生セルロースからなる多孔性中空繊維
の特徴は、内壁面から外壁面への膜厚方向に垂直な面に
おける孔径を面内平均孔径で表す時、前記膜内貫通孔の
膜厚がＴであり、内壁面より膜厚方向への距離をＸとし
Ｏ＜Ｘ＜Ｔにおける面内平均孔径が、極小の部分、該極
小の部分より大きい部分、極小の部分の順に配列された
構造が、中空繊維の膜厚方向に存在する点にある。した
がって、従来の多孔性中空繊維にくらべて、銅アンモニ
ア法再生セルロースからなる多孔性中空繊維のウィルス
の阻止率を高くすることができると共に、濾過速度を大
きくすごとができる。これに対して、面内平均孔径の極
小部が２つ未満である従来の多孔性中空繊維の場合には
、ウィルスの阻止率を９９．９９％以上にするためには
、透過速度を小さくせざるを得ない。

また、ウィルスの除去に際して達成すべきウィルス粒子
阻止係数φが、ウィルス径Ｖ（ｎｍ）。

膜の水流速平均孔径Ｄ　（ｎｍ）、膜厚Ｔ　（ＩＬｎ）
により下記（１）式のように、一義的に定まる点が本発
明ウィルスフリーモジュールに使用される中空ｍ維の特
徴である。

φ≧　ｏ　、　　５　ｘ　１　ｏ（ｂ、ｏ＋ｘ＋ｃＡ１
／−ｚ、９４ｘｌｏ２″’Ｄ）　　　　ｘ　Ｔ（１）こ
こで、ウィルス粒子阻止係数φとは、濾過しようとする
水溶液単位体積当たりのウィルスの数Ｎｏ、ｌ＠を透過
した濾液単位体積当たりのウィルスの数Ｎのとき下記（
２）式で定義される。

φ＝　−１ｏ　ｇ　（Ｎ／Ｎ　ｏ）　　　　　（２）本
発明者らは、銅アンモニア法再生セルロースからなる中
空繊維を様々な製造条件により作製し、平均孔径Ｄ（ｎ
ｍ）、膜厚Ｔ（鉢ｍ）とウィルス粒子径Ｖ（ｎｍ）との
関係の阻止係数φを検討した結果、（１）式での関係が
実験的に成立することを見いだした。この関係式は銅ア
ンモニア法再生セルロース特有の関係式である。即ち、
阻止係数φと下記（３）式の関係にあるウィルス阻止率
Ｒ（％）の達成されるべき目標値を設定すれば、（１）
式により使用すべき膜の平均孔径Ｄ（ｎｍ）と膜厚Ｔ（
ＪＬｍ）の任意の組み合わせを得ることが可能である。

一φ Ｒ（％）＝（１−１０）Ｘ１００　　　　（３）ウィル
ス粒子の除去を目的とする場合、阻止率Ｒは限りなく１
００％に近いことが望ましいが、例えば、病原性ウィル
スの血液中濃度、濾液中濃度と発病するウィルス濃度い
き値との関係から、ウィルス阻止係数φは３以上、望ま
しくは６以上である。したがって、下記（４）式の条件
を満足する平均孔径Ｄ（ｎｍ）、膜厚Ｔ　（ｇｍ）の膜
を用いることが必要である。

膜によるウィルス粒子の除去機構としては、１１１の孔
径の大きさと除去すべきウィルス粒子の粒子径との違い
によりふるい分けるｒふるい機構１と、膜表面にウィル
ス粒子を吸着させるｒ吸着機構ｊがある。銅アンモニア
法再生セルロースからなる多孔性中空繊維では、蛋白質
の吸着性が他の多くの高分子素材にくらべて、最も小さ
いという本発明者らの検討結果を考慮すれば、（４）式
が成立することは、銅アンモニア法再生“セルロースか
らなる多孔性中空繊維によるウィルス粒子除去は、殆ど
ｒふるい機構Ｊであると考えられる。これが銅アンモニ
ア油再生セルロース中空！ａ雄の最大の特徴である。

銅アンモニア法再生セルロースからなる多孔性中空繊維
のその他の特徴は、極小面内空孔率が１０％以上である
点である。１０％未満では、限外濾過速度は急激に低下
する。好ましくは３０％以上である。限外濾過速度に及
ぼす面内空孔率の影響は、１０％未満では極小面内空孔
率の５乗、１０〜３０％では約２乗、３０％を越えると
約１乗に比例して限外濾過速度は増加する。一方、極小
面内空孔率が８０％を越えると、多孔性中空ｒａｍの力
学的性質は著しく低下し、ピンホール等の欠陥部が生じ
たり、中空ｍ１Ｉｉを構成するセルロース分子が、１１
！液中あるいは被濾過液中に脱落分散する恐れがある。

再生セルロースは親水性に優れているため、水溶液中で
一般には膨潤する。ｍ潤によってセルロース中空繊維が
変形し、そのため中空ｍｔａ表面（内壁面）上での目詰
まりが起こることがある。

これを防ぐには、中空繊維を構成するセルロース分子鎖
の面内配向度が６０％以上であることが好ましい、また
面内配向度が大きくなりすぎると膜厚方向での膨潤時の
変形および膜面内での収縮がおこるため、面内配向度が
８０％以下であることが好ましい。

中空繊維の膜厚は薄ければ薄いほど、一般には濾過速度
が大きくなるので好ましい、しかしながら、膜厚が１０
ｇｍ未満になると、中空繊維にはピン−ホールが多発し
、ウィルス粒子が濾液中に漏れ出てくる。また膜厚が１
１００１Ｌ以上になると、濾過速度が大きく低下し、被
濾過流体中の蛋白質の吸着量が増大する。極小面内空孔
率が大きくなれば膜厚をより厚く設計するのが良い。

本発明方法に用いられる銅アンモニア法再生セルロース
からなる多孔性中空繊維は、該中空繊維の内壁面から外
壁面への膜厚方向に層状構造を有し、かつ蛋白質の透過
性、ウィルスの阻止性を支配する極小部を有している。

その極小部分の膜厚方向での厚みは、該多孔性中空ｍ維
が、ミクロ相分離法で作製されるため、セルロース濃厚
相粒子の直径に相当する。したがって、その厚みは２鉢
ｍ以下である。

本発明モジュールの特徴は、ウィルスを分離除去する機
能を持つ式（１）を満足し、かつその阻止係数φが、φ
≧３でＤ≧１０ｎｍを満たす条件の銅アンモニア法再生
セルロースからなる多孔性中空繊維を束ね、該中空繊維
の一端（Ａ）が充填剤に埋め込まれ、かつ鎖端は外系へ
開放されており、該中空繊維の他の一端ＣＢ）は密封さ
れているか、あるいは一端（Ａ）と同一箇所の充填剤へ
埋め込まれている中空ｒａｍ構造体において、該中空繊
維構造体は、一端が注射器へ装着可能な継手部を持ち、
他の一端がロート状細管になっている、管状体内に装着
されており、該ロート状細管の細管長さが少なくとも１
０ｃｍ以上であることである。

第１図は、本発明モジュールの説明図で、（ａ）、（ｂ
）、（ｃ）はそれぞれ変形例を示す、（ａ）、（ｃ）は
一端ＣＢ）が密封されたモジュール、（ｂ）は（Ａ）側
と同一箇所の充填剤へ埋め込まれたモジュールである０
本発明モジュールは銅アンモニア法再生セルロースから
なる多孔性中空ｍ雑■、充填剤■、注射器へ装着可能な
継手部■、管状体■から構成されている。中空繊維■の
一端（Ａ）部は充填剤に埋め込まれており、かつ他の一
端（Ｂ）は密封されているか、あるいは一端（Ａ）と同
一箇所の充填剤へ埋め込まれている。そして管状体■の
一端は中空ｕ＆維構造体の一端（Ａ）に完全にシールさ
れ、かつ注射器に装着可能な継手部と一体になっている
。また、管状体の他の一端ＣＢ）はロート状細管■にな
っている。中空＃ａ雌で濾過された濾液は、ロート状細
管内にたまり、細管の長さが長ければ長いほど、細管内
に圧力がかかり、濾液の流速が増す、細管の長さを変え
ることによって、流速をコントロールすることができる
。細管の長さは１０ｃｍ以上とする必要がある。ＬＯｃ
ｍ未満では、ロート状細管内に濾液かたまった際、細管
内に圧力がかからなくなり、濾液の流速が遅くなる欠点
が生じる。また、長ずごても作業性の点で問題がある。

したがって、好ましい長さは、約１５ｃｍ〜ｌｏｏｃｍ
である。使用時には、例えば、ウィルスを含む血液（血
漿）製剤を注射器に抜き取り、その注射器を継手部に挿
入し、圧力をかけながら、血液（血漿）製剤中のウィル
スを分離する。ウィルスが除去された血液（血漿）製剤
は細管を通して採取される。第２図は、本発明モジュー
ルを使用した輸血（点滴）時の分離システムの１例を示
すもので、血漿又は血漿分画製剤■はポンプ■、本発明
モジュール■、エアートラップ■を経て、ウィルスを分
離除去した状態で、人体に直接供給される。

本発明方法で用いられる銅アンモニア法再生セルロース
からなる多孔性中空繊維の製造方法としては、例えば、
セルロースリンター（、α−セルロース含有量９６％以
上、平均分子量２．６ＸＩＯ）を公知の方法で調整した
銅アンモニア溶液中に８ｗｔ％の濃度で溶解したものを
紡糸原液として用いる。この紡糸原液に対して、アセト
ン／アンモニア／水系混合溶液を凝固剤および中空剤と
して用いてミクロ相分離を生起させ、その後、凝固、再
生することにより得られる。ここで、ミクロ相分離とは
、溶液中に高分子の濃厚層あるいは希薄層が直径０．０
２〜数ルｍの粒子として分散し、安定化しでいる状態を
意味する。ミクロ相分離の生起は、紡糸中の糸の失透現
象によって直接肉眼観察するか、あるいは紡糸後の糸の
電子顕微鏡観察により、直径１ｇ、ｍ以下、０．０２４
ｍ以上の粒子の存在で確認される。

本発明方法による実施例を説明するに先立ち、本明細書
中に用いられる主な技術用語（物性値）の定義とその測
定方法を以下に示す。

［水流速平均孔径］ 銅アンモニア法再生セルロースからなる多孔性中空繊維
のモジュールを作製し、そのモジュール状態で、中空繊
維の水の流出量を測定し、（５）式から水流速平均孔径
を求めた。

Ｖ二流出量（ｍｌ／ｍ１ｎ） Ｔ：膜厚（ＩＬｍ） ΔＰ：圧力差（ｍ　ｍ　Ｈｇ”） Ａ：Ｉｌｆ！面積（ｒｒｌ’） Ｐｒｐ：空孔率（−） ＩＬ＝水の粘性率、（ｃＰ） 空孔率Ｐｒρは水膨潤時の見掛は密度ρａＷ、ポリマー
の密度ρｐより（６）式で求めた。セルロースの場合ρ
ｐ＝１．５６１を用いた。

Ｐｒｐ　　（％）＝　　（１−ｐ　ａｗ／ρｐ）Ｘ１０
０　　　（６）［平均分子量］ 銅アンモニア溶液中（２０℃）で測定された極限粘度数
［η］　　（ｍｌ／ｇ）を（７）式に代入することによ
り平均分子量（粘度平均分子量）Ｍｖを算出する。

［極小面内空孔率］ 銅アンモニア法再生セルロースからなる多孔性中空繊維
をアクリル樹脂で包埋後、ウルトラミクロトーム（ＬＫ
Ｂ社（スウェーデン）製Ｕｌｔｒａｔ　ｏｍｅｍ８８０
０型）に装着したガラスナイフをもちいて、外壁面から
膜厚方向に沿って厚さ約ＩＩＬｍの試料を順に切り出す
。その試料切片をクロロホルムで脱包埋後、それぞれの
切片の電子顕微鏡写真をとる。注目する切辺の１ｃｍ”
当たり、孔半径が（ｒ）〜（ｒ＋ｄ’ｒ）に存在する孔
の数をＮ（ｒ）ｄｒと表示する。３次および４次の平均
孔半径（それぞれ下３および７４）は次式で定義される
。

平均孔径は２１で（８）式および（９）式から計算され
る。それぞれの切片の電子顕微鏡写真より平均孔径を計
算し１面内平均孔径の内壁面からの距離に対する図示よ
り、極小面内孔径を示す面を決定する。その決定された
面の空孔率を極小面内空孔率と定義する。その極小面内
空孔率は（ｌＯ）式で求められる。

ｒ（％）−πｆ：ｒＮ（ｒ）ｄｒＸｌｏｏ　　（１０）
（発明の効果） 本発明のモジュールによれば、血液（血漿）製剤中の主
要蛋白成分をほとんど損なうことなく、各種ウィルス性
疾患の原因となるウィルスを簡単に除去することができ
る。また、平行濾過と同様に濾過速度の経時変化が少な
く、少量の薬液を速やかに濾過できる。さらに輸血（点
滴）時に、ウィルスフリー濾液を直接患者に供給できる
。

（実施例） 以下本発明に用いた銅アンモニア法再生セルロースから
なる多孔性中空繊維の製造方法及びそれを用いたウィル
スフリーモジュールを実施例によって、説明する。

実施例 セルロースリンター（α−セルロース含有！　９６％以
上、平均分子量２．６ＸＩＣＦ　）を公知の方法で調整
した銅アンモニア溶液中に８ｗｔ％の濃度で溶解し、濾
過脱泡を行い、紡糸原液とした。その紡糸原液を環状紡
糸口の外側紡出口（外径２ｍｍφ）より２．５ｍｌ／ｍ
ｉｎで、一方中空剤として、アセトン４５ｗｔ％／アン
モニア０．５７５ｗｊ％／水り４．４２５ｗｔ％の混合
溶液（中空剤）を中央紡出口（外径０．６ｍｍφ）より
１．７ｍｌん１ｎでそれぞれアセトン４５ｗｔ％／アン
モニア０．５７５ｗｔ％／水５４．４２５ｗｔ％の混合
溶液（凝固剤）中に直接吐出し、Ｉｏｎ／ｍＩｎの速度
で巻き取った。なお、吐出直後の透明青色状の繊維状物
は次第に白色化し、ミクロ相分離を生起し、ひきつづい
て凝固が起こり、繊維としての形状が維持されていた。

その後、２ｗｔ％の硫酸水溶液で再生し、その後、水洗
した。湿潤状態にある多孔性中空！ａ雌をアセトンで、
中空繊維内部の水を置換し、その後１０％延伸した状態
で真空乾燥した（２５℃、１．５ｈｒ）、このようにし
て得られた銅アンモニア法再生セルロース多孔性中空ｍ
維の外径は３５０．０ｎｍ、膜厚は３５．５１Ｌｍ、水
流速平均孔径は１６．８ｎｍ、極小部面内空孔率は２７
゜５％であった。その中空＠！！ＳＯＯ本を束ね第１図
（ａ）のようなモジュールを成型した。ロート状細管の
細管長さは２０ｃｍであった。

生血５００ｍ１に、ＣＰＤ液（１００ｍ　ｌ中にクエン
酸ナトリウム２．６３ｇ、クエン酸０．３２７ｇ、ブド
ウ糖２．３２ｇ、リン酸二水素ナトリウム２水和物０．
２５１ｇ）を７５　ｍ　ｌ添加し、大型遠心器で４００
Ｏｒ、ｐ、ｍＸ５ｍ１　ｎの条件で遠心分離し、血球と
血漿に分離した０分離された血漿５０ｍ１にＢ型肝炎ウ
ィルスのＨＢＳ抗原およびＤａｎｅ粒子の数、それぞれ
１．３×ｌＯ９個／　ｍ　ｌ　、　　１　、５　Ｘ　１
０６　個／　ｍ　ｌを混合した。この肝炎ウィルス混人
血漿を滅菌された上記モジュールで、圧力２００ｍｍＨ
ｇで加圧垂直濾過で分離した０分離された濾液ｔｏｔｔ
ｉを電子類ＷＬ鏡で観察した結果、濾液１０＃Ｌｌ中に
は。

それぞれ０個であった。したがって、１００（１！ｉ／
ｍｌ以下である。故に、阻止係数φは７および４以上で
あった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明ウィルスフリーモジュールの説明図で
、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ変形例を示す。 第２図は本発明のウィルスフリーモジュールを備えた輸
血（点滴）時の分離システムの１例である。 １、銅アンモニア法再生セルロース からなる中空Ｆａ維 ２、充填剤 ３、注射器へ装着可能な継手部 ４、管状°体 ５、ロート状細管 ６、血漿又は血漿分画製剤 ７、ポンプ ８、ウィルスフリーモジュール ９、エアートラップ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 阻止係数φが、下記（１）式を満足し、φ≧３でかつＤ
   ≧１０ｎｍを満たす、ウィルスを分離除去する機能を持
   つ銅アンモニア法再生セルロースからなる多孔性中空繊
   維を束ね、該中空繊維の一端（Ａ）が充填剤に埋め込ま
   れ、かつ該端は、外系へ開放されており、該中空繊維の
   他の一端（Ｂ）は密封されているか、あるいは一端（Ａ
   ）と同一箇所の充填剤へ埋め込まれている中空繊維構造
   体において、該中空繊維構造体は、一端（Ａ）側が注射
   器へ装着可能な継手部を持ち、他の一端（Ｂ）側がロー
   ト状細管になっている、管状体内に装着されており、該
   ロート状細管の細管長さが少なくとも１０ｃｍ以上であ
   ることを特徴とするウィルスフリーモジュール。 φ≧０．５×１０＾（＾３＾．＾０＾１＾×＾１＾０＾
   ＾−＾＾３＾・＾Ｖ＾−＾２＾．＾３＾４＾×＾１＾０
   ＾＾−＾＾２＾・＾Ｄ＾）×Ｔ（１） （Ｖ：ウィルス径（ｎｍ）Ｄ：水流速平均孔径（ｎｍ）
   Ｔ：膜厚（μｍ））