JPS63203164A - 尿素分解除去装置 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、尿素分解方法及びその装置に関し。

特に大量の透析液の処理に適する尿素分解方法及びその
装置に関する。

［従来の技術］ 腎不全患者に血液透析療法を行なうことは、今の医療界
では当り前のことで、広く普及して行なわれている。然
し乍ら、その療法が究極的に完成されたものでないこと
も明らかである。即ち、血液透析は、透析膜の前後の濃
度勾配のみが、ドライビングフォースであるために、常
に、透析したい溶質が低濃度の透析液、即ち、常に、新
しい透析液が必要となっていた。そのために、透析中の
患者は、大きなタンク或いは水道の蛇口に接続されると
いう不自由を強いられるという問題があった。そこで透
析液中の老廃物を回収し、透析液を再生することにより
使用透析液量を少なくすることが考えられた０分子量の
ある程度大きな多くの老廃物は活性戻で吸着除去できる
が、尿素はほとんど吸着できないので、尿素をウレアー
ゼで分解して生成したアンモニアをリン酸ジルコニウム
で吸着除去することが提案された。この提案はレディ・
システム（ＲＥＤＹ　ＳＹＳＴＥＭ）として既に発表さ
れている。然し乍ら、これでも吸着剤のリン酸ジルコニ
ウムが大量に必要であり、大きな装置になってしまうと
いう問題があった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記の従来技術の問題点である大量に透析液
を用いなければならない点、尿素分解で生成したアンモ
ニアを吸収するためにはリン酸ジルコニウムが大量に必
要なので大型装置になってしまう点を解決するための尿
素分解除去方法とそのための装置を提供することを目的
とする。更に１本発明は、透析液中の老廃物のうち、活
性戻、活性アルミナで吸着できない尿素を、尿素分解酵
素を利用して分解し、生じたアンモニア、炭酸ガスを大
気中へ除去する尿素分解除去方法及びそのための装置を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ ［問題点を解決するための手段］ 本発明の要旨は、尿素含有液に、尿素透過膜を接触させ
、尿素をその膜から透過せしめ２次に。

その膜を透過した尿素を尿素分解触媒と接触させ１分解
し、その触媒により分解生成した気体を気相中に放出す
ることを特徴とする尿素分解方法である。また２本発明
は、尿素透過性膜を介して尿素含有液体の収納部と、尿
素分解部とが連結されてなることを特徴とする尿素分解
装置である。

更に、前記触媒はウレアーゼを利用でき、ウレアーゼは
固定化されているものを使用できる。また、該尿素透過
膜は、逆浸透膜或いはアニオン交換膜を利用でき、該尿
素透過膜は、尿素とアンモニアの透過率の比が１．２以
上対１であるものが゛好適である。更に、該分解生成気
体の放出手段は、放出側に疎水性多孔質膜１例えば、多
孔性ポリプロピレン膜、ポリフッ化ビニリデン膜等を有
するものを用いることができる。

本発明の尿素分解方法によると、尿素含有液体即し１例
えば、血液透析後の透析液に尿素透過膜を接せしめ、そ
の透析液中に存在する尿素を、尿素透過膜を透過せしめ
る。膜を透過した尿素を尿素分解触媒と接せしめ分解す
る６次に触媒接触分解で生成した気体、即ち、アンモニ
アと炭酸ガスを気相中に放出せしめるものである。この
尿素分解触媒には１例えば、ウレアーゼを用いることが
できる。更に、ウレアーゼの場合、そのウレアーゼを固
定化し、その尿素透過膜上に、或いはその容器壁面に、
或いは疎水性膜上にコーティングし、その上で尿素の分
解除去を行なうこともできる。尿素を通すために用いる
尿素透過膜は、逆浸透膜或いはアニオン交換膜を利用す
ることが好適である。更に、効率的な処理操作を行なう
ために、尿素とアンモニアの透過率の比が１．２以上対
１であるものが好適である。生成したアンモニアを尿素
の除去処理すべき液体に戻らない程度に、尿素のアンモ
ニアに対する選択透過性を保持するために、その透過値
の差以上が必要であると考えられる０次に１分解生成し
たアンモニアを。

火気中或いは気相中に放出するために、一般には、窓を
設けて、放出ｒればよいが、疎水性膜を設けることによ
り、能率的に処理でき、そして。

装置設計上にも都合よくすることもできる。この疎水性
膜には、多孔性ポリプロピレン膜、ポリフッ化ビニリデ
ン膜を用いることができる。

次に１本発明について１図面を参照しながら詳細に説明
する。

第１図のｇｃ素分解装置は１本発明による１例を示すも
のである。容器１には、尿素が溶は込んでいる液体２が
収納されている。そこに尿素分解触媒即し酵素１例えば
、ウレアーゼを加えると、尿素が次式に従って分解する
。

Ｃ０（ＮＨｚ　）ｔ　＋　Ｈ，Ｏ−ｍ−→２　ＮＨｚ　
＋　Ｃ（ｈここで生成したアンモニアは、容器１に付い
ている窓３を通って、液体２から気相１０に排出される
。但し、生成したアンモニアは、水中では次式のような
平衡状態にある。

ＮＨ，＋　ｕ＊ｏ□ＮＨ４’＋　ＯＨ−この平衡は、ｐ
Ｈが低値では、右辺へ、ｐＨが高値では左辺に移動する
ので、ｐＨはなるべく高値にするか、又は、加温してア
ンモニアガスを早く気相中に放出させる等により、平衡
を左辺に移動させることが有利である。

第２図Ａには２本発明による他の例を示す。

容器４の中間に水平方向に液体中で尿素を透過し得る垂
直膜７が設けられて、容器４の上部に窓３が設けられて
いる。液体中で尿素透過膜７は１例えば、逆浸透膜やア
ニオン交換膜を用いる。該膜７を介した２つの部屋には
、左側に液体５．右側に液体６が満だされている。液体
５には尿素が含有され、液体６には尿素分解触媒１例え
ば、ウレアーゼが含有されている。液体５中の尿素は濃
度゛勾配によって該膜７を透過して液体６へ移動し。

その尿素分解酵素を含む液体中で、第１図と同様に、ア
ンモニアに分解し、窓３を通して、気相１０中に排出さ
れる。

第２図Ｂに第２図Ａの装置の斜視分解図を示す、容器の
各部屋の容器は５０ｃがで、透過膜（逆浸透膜）の膜面
積は＋　１０　ａｍ”で、膜厚１２５μｍである。

第３図の尿素分解装置は、第２図の尿素透過膜７の上に
尿素分解触媒８を固定化したものである。即も、液体中
の尿素を透過させる膜７は１例えば、逆浸透膜であり、
その膜７上に尿素分解触媒８１例えば、ウレアーゼを固
定化したものである。このウレアーゼの固定化は１通常
用いられる方法のいずれでも行なうことができる０例え
ば。

ポリアクリルアミドゲルに包括妨せる方法、寒天（アガ
ロース）に包括きせる方法、担体結合法などがある。ま
た、この尿素分解触媒の固定化を用いる場合、第４図に
示すように、液体９を省略し、ウレアーゼによる分解後
に直ちにアンモニア゛を気相１０中に放出せしめる構成
も可能である。

また、固定化される酵素等の尿素分解触媒は、透過膜７
上にある必要はなく、不溶化された状態で液体９中に浮
遊きせた状態にしたり、或いは、液体９の容器壁面に付
着させてあってもよい。

生成したアンモニアを気相中に放出する際に。

第１図〜第３図に示すように窓３を設は開放系に（゛る
ことかできない場合は、第５図に示すように尿素分解触
媒を含む液体６と気相１０の間に、窓の代わりに疎水性
膜１１を設け、この膜を通して気相中に放出せしめるよ
うな構成にできる。この疎水性多孔質膜は９例えば、多
孔質ポリプロピレン膜、多孔質ポリフッ化ビニリデン膜
を置くことができる。水溶液に溶は込んでいる気体は、
この疎水性膜１１の付近に集まるために、生成したアン
モニアガスも、疎水性膜１１の付近に集まり。

膜１１を透過して気相１０中に排除される０以上の図示
の尿素分解除去装置では、２つの部屋は。

横置き型であるが、勿論、縦に並べて構成することもで
きる。

尿素の分解により生成するアンモニアは、気相中へ排除
される一方、液体中の尿素を透過する膜を経て、処理き
れるべき尿素含有液体中にも移動し戻るものである。ア
ンモニアを元の液体中に移動或いは戻さないため尿素透
過膜は、尿素とアンモニアとの透過率の比が１．２以上
対１のものが好適であり、好ましくは、３以上対１であ
る。このような特性の透過性膜を用いると、アンモニア
が元の液体中に移動することなく、尿素を効率よく分解
除去することができる。

本発明による透過性多孔質膜を用いる尿素分解装置にお
いては、尿素をはやく透過させて、ウレアーゼと速く反
応させることと、生成したアンモニアが尿素透過膜を再
透過せずに気相中に除去排出することが１重要である。

そのために１本発明に用いる透過性膜は、逆浸透膜であ
る必要はなく、アンモニアイオンを通しにくく尿素を通
し易いものであれば充分である０例えばアニオン交換膜
を用いることができる。具体的には１例えば。

旭硝子株式会社製のセレミオン（Ｓｅｌｅｍｉｏｎ　）
ＡＭＶ、旭化成工業株式会社製のアシブレックス（Ａｃ
ｉｐｌｅｘ　）ＣＡ−２，徳山Ｉｖ達株式会社製のネオ
セプタ（Ｎｅｏｓｅｐｔａ）ＡＦ−４ｒなどを用いるこ
とができる。また、生成したアンモニアがガス化し易い
ようにｐＨ値を大きくすること、及び、不活性ガスを吹
き込むこと。

また、加温すること等が好適である。

本発明による尿素透過膜は、尿素分解酵素や疎水性多孔
質膜と組合わせて使用することもできる。また９本発明
は気相へ抜けきらないアンモニアを吸着する陽イオン交
ｐＡＳｔ脂と組合わせて使用してもよい、このとき、該
陽イオン交換樹脂は。

透析液組成の液体中で使用すると、アンモニア以外の陽
イオンも吸着してしまい交換容量が低下してしまうので
、単純な水中で使用することが望ましい、なおこの際、
透析液と水では浸透圧が違うためにブドウ糖やシＱＭを
用いて浸透圧バランスをとってもよい。陽イオン交換４
ｆＩＩ脂は通常用いられるものならどれでも良いが、交
換容量の大きいものの方が効率的である０例えば、三菱
化成工業株式会社製のダイヤイオン５ＫＩＢ（交換容量
１　、９　ｍＥ″ｑ／ｍｌ１ｒｅｓｉｎ）がある、陽イ
オン交換樹脂を用いた概念図を第６図に示した。

また、陽イオン交換樹脂の代わりに四フェニルホウ酸ナ
トリウム（別称カリボール）を用いてアンモニアと反応
移せて、沈殿物として除去することもできる。この四フ
ェニルホウ酸ナトリウムは、和光紬薬から市販谷れ容易
に入手することができるものである。

本発明による尿素分解除去装置は、血液透析療法におい
ての透析液に対して用い、透析液中の尿素を分解除去し
て、透析液の使用量を減少せしめ、或いは該透析液の再
生を行なうことができるものである。更に９本発明によ
る尿素分解除去装置は、一般的に、血液の体外循環装置
に組み込んで、血液中の尿素を分解除去することに用い
ることもできる。

次に１本発明の尿素分解除去方法及びその分解除去装置
を１次の具体的な実施例により、説明するが１本発明は
１次の説明に限定されるものではない。

［実施例１］ 第１図のような容器に５０ｃｍ’の水を入れ、該液体２
中に、尿素１００　ｍ　ｇとウレアーゼ５ｍｇを加え、
室温でよく攪拌した。２時間後に、尿素訃シアン靜二γ
日・ルＸ１ｆｆ寄また一４Σ３１ｙか竺１裏り啼モす。

［比較例１コ ウレアーゼを加えない点以外は実施例１と同様にして、
２時間後の尿素量とアンモニア量を測定した。結果は比
較のために第１表に示す。

［比較例２］ 実施例１と同様におこない、上部の窓にゴム栓をして気
相と間を遮断して行ない、２時間後の尿ｘｉとアンモニ
ア量を測定した。その結果は比較のために第１表に示す
。

［実施例２］ 第２図のような容器４において、尿素１００ｍｇを含む
５０ｃｍ３の液体５を入れ、アセチルセルロース膜の逆
浸透膜７（膜面積１０ｃｍ”、膜厚１２５μｍ）を、　
Ｓ、　Ｍｏｎ　ｊｉｋｉａｎ　、　Ｉｎｄ、　Ｅｎｄ、
　Ｃｈｃｍ、　Ｐｒｏｄ、　Ｒｅｓ、　Ｄｅｖｅｌｏｐ
、、６．２３（１９６７）記載の方法により、８２℃で
１０分間処理し７形成し、それを介して、ウレアーゼ５
ｍｇを含む水溶液５０ｃｍ”を図の液６とし、室温で２
つの液体ともよく攪拌した。１８時間後の尿素量と、ア
ンモニア量とを測定した。その結果を第２表に示す。

［比較例３］ ウレアーゼを含有させない意思外は、実施例２と同様に
処理し、１８時間後の尿素量とアンモニア量を測定した
。その結果を比較のために第２表に示す。

［比較例４］ 逆浸透膜の熱処理形成なしで、実施例２と同様に処理し
、１８時間後の尿素量とアンモニア量を測定した。その
結果を、比較のために第２表に示す。

［実施例３］ 実施例２で使用したと同様のウレアーゼを、ポリアクリ
ルアミドゲルで固定化し、逆浸透膜上にコーティングし
たものを用い、実施例２と同様に処理を行ない、１８時
間後の尿素量とアンモニア量を測定した。その結果を第
２表に示す。

［実施例４］ 第４図に示す構成装置のように、固定化ウレアーゼを載
置した逆浸透膜の外側が直接に気相であるもので処理を
行なった。１８時間後の尿素量とアンモニア量を測定し
た。その結果を第２表に示す。

［実施例５］ 第５図に示す構成の尿素分解除去装置で、尿素透過膜７
として逆浸透膜を疎水性多孔質膜１１としてポリフッ化
ビニリデン（日本ミリボア社製のＧＶＩＰ−４７００＞
を用いて、実施例２と同様に処理を行った。１８時間後
の尿素量とアンモニア量を測定した。その結果を第２表
に示す。

［実施例６］ 逆浸透膜を旭硝子社製陰イオン交換膜ＡＭＶ（膜面積１
０ｃｍ’、膜圧１２５μｍ）に代える以外　実施例５と
全く同じにした。その結果を第２表に示す。

［発明の効果］ 本発明による尿素分解除去方法及びそのための装置は、
第１に、透析液中の老廃物のうち、活性炭や活性アルミ
ナで吸着できない尿素を、触媒を用いて分解し、生成し
たアンモニアをアンモニア吸着剤リン酸ジルコニウムを
用いることなく、気相中に直接に除去することができる
方法と装置を提供したこと、第２に、そのために、従来
必要であったリン酸ジルコニウムの大きな吸若塔が省略
でき、装置全体の縮小化が可能になったこと、第３に、
従って１人工腎臓装置の小型化に１つの手法を提供でき
０人工腎臓装置の体内埋め込み化の１つの手段を提供で
きたこと、第４に、尿素分解で発生する毒性の強いアン
モニアが透析液に逆流する危険を防止できる手段を提供
できることなどの種々の技術的に顕著な効果を得ること
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明の１実施例を示す断面図である。 第２図Ａは１本発明の１実施例を示す断面図であり、第
２図Ｂは、そのための具体的な装置の斜視分解図である
。 第３ｒＡ〜第６図は１本発明の他の実施例を各々示す断
面図である。 ［主要部分の符号の説明コ １．４．、、容器 ２、、、、、尿素含有液体 ５．６，９．、、、液体 ３、、、、、容器に設けた窓 ７、、、、、尿素透過膜 １０、、、、気相、大気 １１、、、、疎水性膜

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）尿素含有液体に、尿素透過膜を接触させ、尿素を
   その膜から透過せしめ、その尿素を尿素分解触媒と接触
   させ分解することを特徴とする尿素分解方法。
2. （２）前記触媒はウレアーゼである特許請求の範囲第１
   項記載の尿素分解方法。
3. （３）ウレアーゼは坦体に固定化されている特許請求の
   範囲第２項記載の尿素分解方法。
4. （４）該尿素透過膜は、逆浸透膜或いはアニオン交換膜
   である特許請求の範囲第１項記載の尿素分解方法。
5. （５）該尿素透過膜は、単位時間当りの尿素の透過量が
   、アンモニアの透過量に対し１．２倍以上である特許請
   求の範囲第１項記載の尿素分解方法。
6. （６）該分解生成気体を疎水性多孔質膜を介して放出す
   る特許請求の範囲第１項記載の尿素分解方法。
7. （７）尿素透過性膜を介して尿素含有液体の収納部と、
   尿素分解部とが連結されてなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の方法の実施に使用する尿素分解装
   置。
8. （８）前記尿素分解部はウレアーゼを含む特許請求の範
   囲第７項記載の尿素分解装置。
9. （９）ウレアーゼは固定化されている特許請求の範囲第
   ８項記載の尿素分解装置。
10. （１０）該尿素透過膜は、逆浸透膜或いはアニオン交換
    膜である特許請求の範囲第７項記載の尿素分解装置。
11. （１１）該尿素透過膜は、単位時間当りの尿素の透過量
    がアンモニアの透過量に対して１．２倍以上である特許
    請求の範囲第７項記載の尿素分解装置。