JPS6388007A - 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、限外濾過、逆浸透、透析、気体分離等に用い
られる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１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繊維を用い
た小型分離器に関するものである。

（従来技術） 上記のような用途に用いられる、中空繊維を分１Ｉｉ１
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、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
医療用の中空繊維膜分離器は、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）の中空繊
維が密に充填され、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って、この型式の分離器
では分離すべき流体の容積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ｍＩａの充填量を少
なくしなければならない。

（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、酢触
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（ＦＭＭＡ）、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（Ｐ　Ｖ　Ａ）、ポリ（エチレン／ビニルアル
コール）　共ｆｆｉ合体（Ｅ　Ｖ　Ａ　Ｌ）等があるが
、それらの素材は蛋白質の吸着生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、自適速
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５００ｍ１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、濾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
接種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繊維を用
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）本発明の第
１の特徴は、銅アンモニア法再生セルロースからなる多
孔性中空繊維を用いる点にある。

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敲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、親木性で、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
水性素材はど、蛋白質の吸着性が小さく、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繊維の中で最も少ない素材の１
つであることを見いだした。銅アンモニア法再生セルロ
ースの粘度平均分子量は７　Ｘ　１０４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．ｌＮ
　　ＮａＯＨ水溶液中に浸漬した際、この溶解分がｌＯ
ｐｐｍ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．ＩＮ　　ＮａＯＨ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
純度セルロース原料１とは、α−セルロース含量率が９
５ｗｔ％以上で１重合度が５００以上の木綿リンターお
よび木材パルプを指す、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ｍ雑
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
入口から出口にかけての面内平均孔径が、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ａ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、従来の多孔質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、Ｉ！！過
速度を高くすることができる。これに対して、面内平均
孔径の極小部が２つ以上存在しない従来の多孔性中空［
ｉの場合では、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　（＃Ｌｍ）により下記（１）式のようここ
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Ｎｏ１膜を透過した
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＝−ｌ　ｏｇ　（Ｎ／Ｎｏ）　　　　　（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（ｎｍ）
、膜厚Ｔ　（ｐｍ）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（ｇ
ｍ）の任意の組み合わせを得ることが可能である。

Ｒ（、Ａ）　−（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１００％に近いことが望ましい、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　（ＩＬｍ）の膜を用いること膜によるウィルス粒
子の除去機構として、膜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「ふる
い機構１と、膜表面にウィルス粒子を吸着させる「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ｍ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【ふるい機構」であると考え
られる。これが銅アンモニア法再生セルロース中空繊維
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
のその他の特徴として、極小面内空孔率は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、１０５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。−方、
極小面内空孔率が８０％を越えると、多孔性中空繊維の
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Ｈａ誰を構成するセルロース分子が、濾液
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。ｍｕによってセルロース中空繊維が
変形し、そのため中空繊維表面（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１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
Ｂｍ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２Ｊ
Ｌｍ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を束ね、該中空繊維の一端（Ａ）が充填剤に
埋め込まれ、かっ鎖端は外系へ開放されており、該中空
繊維の他の一端（Ｂ）が密封されるか、あるいは一端（
Ａ）と同様に充填剤へ埋め込まれている中空ｍ雄構造体
において、該中空繊維構造体は少なくとも一端が開放さ
　゛れている管状体内に装着され、該管状体の外系へ開
放された端部と中空繊維の端部（Ｂ）の位置が実質的に
同一平面内にあり、かつ該中空繊維構造体の一端（Ａ）
側は注射器へ装着可能な継手部を持つことである。

詳しくは、本発明の一実施例として示した第１図のよう
に、銅アンモニア法再生セルロースからなる多孔性中空
縁！　（１）、充填剤（２）、管状体（３）、注射器へ
装着可能な継手部（４）から構成されている。中空ｍ維
（１）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）は密封されている中空繊維構造体で構
成されている。そして管状体の一端は中空繊維構造体の
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、管状体の外系へ開
放されている端部と中空繊維の端部（Ｂ）の位置が実質
的に同一平面内にある。使用する際、継手部（４）に注
射器を挿入し、中空繊維の一端（Ｂ）を血液（血漿）製
剤が入っている医薬ビンに直接挿入し、その後、注射器
で吸引しながら血液（血漿）中のウィルスを除去する。

また第２図に示すように、管状体（３）の両末端が注射
器に装着可能な継手部を持っていると。

血液（血漿）製剤を溶解した水溶液を含む医薬ビンから
注射器で製剤溶液（薬液）を抜きとり、その注射器を一
端の継手部に挿入し、加圧することでウィルスを分離し
、このウィルスフリーの血液（血漿）製剤を他の端部に
装着された注射器で吸い取る。

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４７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
．０２〜数ｇｍの粒子として分散し、安定化している状
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ＭＬｍ察により、直径１ｇｍ以下、０．０
２ｐｍ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ｍ
雄の水の流出量を測定し、（５）式から水流速平均孔径
（Ｄ）を求めた。

Ｖ：流出量（ｍｌ／ｍ１ｎ） Ｔ：膜厚（ＩＬｍ） ΔＰ：圧力差（ｍｍＨｇ） Ａ：ｌ！ｉ面ａ（ｍ″） Ｐｒｐ：空孔率（−） μ：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−ρａｗ／ρｐ）Ｘ１００　　
（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ｆｉ）Ｍｖを算出する。

Ｍｖ＝　［η］　Ｘ３．２Ｘ１０ ［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ＩＢｍ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、乳半径が（ｒ）〜（ｒ＋ｄｒ）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〒３およびτ４）は次式で定義される
。

平均孔径は２Ｊ？ａ”ｙ今　で（８）式および（９）式
から計算される。それぞれの切辺の電子顕微鏡写真より
平均孔径を（９）式から計算し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（１０）式で求めら
れる。

（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。ウィルスフリー
濾液を直接注射器内に回収出来るので、ウィルスフリー
の状態が簡単に実現できる。

（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を示す、またそれを用い
たウィルスフリーモジュールを第１図および第２図に示
す。

実施例 セルロースリンター（α−セルロース含有ｌ　９６％以
上、平均分子量２．６Ｘ１０　　）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　、５　ｍ　
ｌ　／　ｍ　ｉ　ｎで、一方中空剤として、アセトン４
５ｗｔ％／アンモニア０．５７５ｗｔ％／水５４．４２
５ｗｔ％の混合溶液（中空剤）を中央紡出口（外径０．
６ｍｍφ）より１．７ｍｌ／ｍｉｎでそれぞれアセトン
４５ｗｔ％／アンモニア０．５７５ｗｔ％／水５４．４
２５ｗｔ％の混合溶液（凝固剤）中に直接吐出し、１２
ｍ／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繊維
をア七トンで、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
ス多孔性中空繊維の外径は３００．２ｇｍ、膜厚は２８
．５Ｂｍ、水流速平均孔径は１０．８ｎｍ、極小面内空
孔率は２８％であった。その中空繊維５００本を束ね第
１図および第２図のようなモジュールを成型した。

生血５００ｍ１に、ＣＰＤ液（１００ｍｌ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０．２
５１ｇ）を７５ｍ１添加し、大型遠心器で４００Ｏｒ、
ｐ、ｍＸ１５ｍ１ｎの条件で遠心分離し、血球と血漿に
分離した。

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　Ｘ　１
０９　　個／ｍｌ、１．５Ｘ１０’　　個／ｍｌ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２００ｍｍＨｇで加圧垂直濾過で分離し
た０分離された濾液１０ｐｌを電子顕微鏡で観察した結
果、慮液ｔｏｇｔ中には、それぞれ０個であった。した
がって、１００個／　ｍ　１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、第２図及び第３図は、それぞれ本発明モジュー
ルの変形例を示す、第１図（ａ）、第２図（ａ）および
第３図は、中空繊維の長手方向における配置状態を示す
説明図。 第１図（ｂ）および第２図（ｂ）は充填剤に埋め込まれ
た中空繊維の断面図である。第１図（Ｃ）は、管状体に
囲まれた密封状態の中空繊維の断面図である。 １　銅アンモニア再生セルロースからなる中空ａｍ ２　充填剤 ３　管状体 ４　注射器へ装着可能な継手部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ウィルスを分離除去する機能を持つ下記（１）式を満足
   し、かつその阻止係数φが、φ≧３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
   つ該端は外系へ開放されており、該中空繊維の他の一端
   （Ｂ）が密封されるか、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少なくとも一端が開放されている管
   状体内に装着され、該管状体の外系へ開放された端部と
   中空繊維の端部（Ｂ）の位置が実質的に同一平面内にあ
   り、かつ該中空繊維構造体の一端（Ａ）側は注射器へ装
   着可能な継手部を持つウィルスフリーモジュール。 φ≧０．５×１０＾［＾３＾．＾０＾１＾×＾（１０＾
   −＾３）＾・＾Ｖ＾−＾２＾．＾３＾４＾×＾（１０＾
   −＾２）＾・＾Ｄ＾］×Ｔ（１） （Ｖ：ウィルス系（ｎｍ）Ｄ：水流速平均孔径（ｎｍ）
   Ｔ：膜厚（μｍ））