JPWO2018062451A1 - 分離膜モジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、血液等生体成分と接触しても性能の劣化が起こらず、長時間使用可能であり、水分等の除去性能に優れ、溶出物量も少ない分離膜モジュールを提供することを目的とする。本発明は、疎水性高分子と、親水性高分子と、高分子Aとからなる分離膜を備え、上記高分子Aは、親水性ユニットと疎水性ユニットからなり、上記疎水性ユニットの側鎖末端に炭素数2〜20のアルキル基を有する共重合体であり、ヘパリンを50U/ml含み、ヘマトクリット値が30体積%、総タンパク濃度が6〜7g/dlである2Lの牛血液を、37℃、100ml/分の流速で、10ml/(分・m)の濾過流量となるように循環したとき、循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率が86%以上である分離膜モジュールを提供する。

Description

本発明は、分離膜モジュールに関する。
体液や血液と接触する医療用の分離膜は、血小板やタンパク質が付着することによる分離膜の性能が低下し、また、生体反応を引き起こす原因となるため、深刻な問題となる。特に、急性腎不全の治療に用いられる持続緩徐式血液浄化器では、1日ないし数日間もの連続使用が必要とされるため、血小板やタンパク質の付着を抑制し、長時間の使用に耐えうる仕様にすることが重要である。また、浄水器用膜、上水浄化膜、下水浄化膜、逆浸透膜等の水処理膜や生体成分分離用膜においても、1日ないし数日間もの連続使用が必要とされるが、タンパク質や有機物の付着により分離膜の性能低下を引き起こすことが知られている。かかる問題に対して、これまで、医療材料の表面を親水化することによる解決が試みられており、様々な検討がなされている。
特許文献1には、親水性高分子であるポリビニルピロリドンを、製膜原液の段階で混合させて成形することで、膜に親水性を与え、汚れを抑制したポリスルホン系高分子が開示されている。
特許文献2には、ポリビニルピロリドン等の親水性高分子溶液と接触させた後、放射線架橋により不溶化した被膜層を形成させたポリスルホン系高分子の分離膜が開示されている。
特許文献3及び4には、ビニルピロリドン/酢酸ビニル共重合体を表面に固定したポリスルホン系高分子の分離膜が開示されている。
特許文献5には、ある範囲のケン化度のポリビニルアルコール水溶液をポリスルホン系分離膜と接触させて、ポリスルホンと酢酸ビニルの疎水性相互作用により、効率的に膜表面の被膜層を形成させる方法が開示されている。
特公平2−18695号公報 特開平6−238139号公報 特開2010−104984号公報 特開2011−173115号公報 特開2006−198611号公報
しかしながら、特許文献1及び2に記載の方法では、ポリビニルピロリドン等の親水性高分子と、疎水性高分子であるポリスルホン系高分子の相互作用が弱いために、被膜層を形成させることが困難であった。そのため、この方法で表面に親水性を付与するためには、製膜原液中の親水性高分子を多く用いる必要があることや、基材となる高分子と相溶性のある親水性高分子に限定する必要がある。
一方、特許文献3及び4に記載の方法では、酢酸ビニルユニットが疎水性の基材と相互作用することで、共重合体の導入効率が高まり、効率的に親水化することができる。
しかしながら、特許文献3及び4に記載の方法では、市販高分子であるビニルピロリドン/酢酸ビニル共重合体を使用しており、血小板やタンパク質の付着を抑制するのに適した構造設計がまったく検討されていない。実際、本発明者が特許文献3及び4に記載の方法に基づいて医療材料を作製したところ、当該医療材料は、血液等生体成分と長時間接触すると、血小板やタンパク質が付着し、性能が低下することが明らかとなった。さらに、血小板やタンパク質の付着を抑制させるために、共重合体の導入量を増加させると、除水性能の低下や溶出物量の増加が起こることがわかった。
特許文献5に記載の方法について、本発明者らが検討した結果、ポリビニルアルコールを分離膜に被覆すると、分離膜の性能低下が著しいことがわかった。さらにポリビニルアルコール等の水酸基は、血液と接触した際に、補体を活性化しやすいことも知られている。
そこで本発明は、長時間、血液等生体成分と接触しても経時的な性能の劣化が少なく、水分等の除去性能に優れ、溶出物量が少ない分離膜モジュールを提供することを目的としている。
血液等生体成分に含まれるタンパク質は疎水性表面に付着しやすいため、医療材料の接触表面全体が親水性を有していることが重要とされている。これは、材料表面にタンパク質が接近することにより、タンパク質の高次構造が変化して、タンパク質内部にある疎水性部位が露出し、かかる疎水性部位が材料表面と疎水性相互作用することが原因と考えられる。
一方で、ポリエチレングリコールやポリビニルアルコールのような親水性高分子で医療材料の接触表面を被覆した場合、タンパク質等の付着は抑制できないことが分かっている。これは、医療材料の接触表面の親水性が強すぎると、タンパク質の構造が不安定化するために、タンパク質の付着を充分に抑制することができないためと考えられる。
本発明者らは上記課題を解決すべく、鋭意検討を進めた結果、血小板やタンパク質の付着が大きく抑制され、長時間血液等生体成分と接触しても性能が低下しない、以下の分離膜モジュールを見出した。
(1)疎水性高分子と、親水性高分子と、高分子Aとからなる分離膜を備え、上記高分子Aは、親水性ユニットと疎水性ユニットからなり、上記疎水性ユニットの側鎖末端に炭素数2〜20のアルキル基を有する共重合体であり、ヘパリンを50U/ml含み、ヘマトクリット値が30体積%、総タンパク濃度が6〜7g/dlである2Lの牛血液を、37℃、100ml/分の流速で、10ml/(分・m)の濾過流量となるように循環したとき、循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率が86%以上である、分離膜モジュール。
(2)上記分離膜の内表面に9〜50nmの厚みの膨潤層を備え、上記分離膜の内表面のヒト血小板の付着数が10個/4.3×10μm以下である、(1)記載の分離膜モジュール。
(3)上記分離膜は、内径が100〜400μm、膜厚が10〜60μmの中空糸膜である、(1)又は(2)記載の分離膜モジュール。
(4)上記中空糸膜の内表面の面積の合計値は、0.3〜3.0mである、(3)記載の分離膜モジュール。
(5)上記疎水性ユニットは、カルボン酸エステルユニット、アクリル酸エステルユニット又はメタクリル酸エステルユニットである、(1)〜(4)のいずれか一項記載の分離膜モジュール。
(6)上記親水性ユニットは、ビニルピロリドンユニット、N−ビニルアセトアミド誘導体ユニット、アクリルアミド誘導体ユニット又はメタクリルアミド誘導体ユニットである、(1)〜(5)のいずれか一項記載の分離膜モジュール。
(7)上記疎水性高分子は、ポリスルホン系高分子であり、上記親水性高分子は、ポリビニルピロリドンである、(1)〜(6)のいずれか一項記載の分離膜モジュール。
(8)血液浄化用である、(1)〜(7)のいずれか一項記載の分離膜モジュール。
本発明の分離膜モジュールは、血小板やタンパク質の付着が抑制され、長時間使用しても性能の低下が少なく、血液浄化用の分離膜モジュールとして利用することができる。
分離膜モジュールの形態の1つである中空糸膜モジュールの、長手方向に対して水平な断面を示す概略図である。 アルブミン篩係数の維持率測定における装置及び回路の概略図である。 原子間力顕微鏡のフォースカーブ曲線の概略図である。 中空糸膜の短手方向に対して水平な断面を示す概略図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の分離膜モジュールは、疎水性高分子と、親水性高分子と、高分子Aとからなる分離膜を備え、上記高分子Aは、親水性ユニットと疎水性ユニットからなり、上記疎水性ユニットの側鎖末端に炭素数2〜20のアルキル基を有する共重合体であり、ヘパリンを50U/ml含み、ヘマトクリット値が30体積%、総タンパク濃度が6〜7g/dlである2Lの牛血液を、37℃、100ml/分の流速で、10ml/(分・m)の濾過流量となるように循環したとき、循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率が86%以上であることを特徴としている。
「分離膜」とは、血液や水溶液等の処理する液体に含まれる特定の物質を、吸着又は物質の大きさ等により、選択的に除去する膜のことである。
「分離膜モジュール」とは、上記分離膜が内蔵されたデバイスのことである。
上記分離膜は、疎水性高分子、親水性高分子及び高分子Aを含有する。当該疎水性高分子は、血液等の生体成分が長時間接触しても分離膜の形状を保持できるように強度を付与する役割を持つ。当該親水性高分子は、分離膜内部に親水性を付与するとともに、水分や老廃物等の除去対象物質が通過するための細孔をつくる役割を持つ。当該高分子Aは、血小板やタンパク質の付着を抑制する役割を持ち、分離膜全体に付与されていてもよいが、コストの観点から少なくとも分離膜の血液と接触する表面に付与されることが好ましい。
「疎水性高分子」とは、当該高分子の数平均分子量を1,000以上50,000以下とした際に、20℃の純水100gに対する溶解度が1g以下となる高分子のことをいい、上記疎水性高分子としては、上記溶解度は、0.1g以下であることが好ましく、0.01g以下であることがより好ましい。
上記疎水性高分子としては、特に制限はないが、例えば、ポリスルホン系高分子、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエステル等の疎水性高分子が挙げられる。なかでも、ポリスルホン系高分子やポリメチルメタクリレートは、分離膜を形成させやすいため好適に用いられる。上記疎水性高分子は、購入することができるか又は公知の方法若しくはそれに準じた方法で製造できる。
「親水性高分子」とは、当該高分子の数平均分子量を1,000以上50,000以下とした際に、20℃の純水100gに対する溶解度が1g以上の高分子となることをいい、上記親水性高分子としては、上記溶解度が10g以上であることが好ましい。
上記親水性高分子としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボシキメチルセルロース、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。好ましくは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール及びポリビニルアルコールからなる群から選ばれる少なくとも一つの親水性高分子である。中でも、疎水性高分子としてポリスルホン系高分子を使用する場合には、相溶性や安全性の観点からポリビニルピロリドンが好適に用いられる。上記親水性高分子は、購入することができるか又は公知の方法若しくはそれに準じた方法で製造できる。上記疎水性高分子と上記親水性高分子の組合せとしては、例えば、上記疎水性高分子は、ポリスルホン系高分子であり、上記親水性高分子は、ポリビニルピロリドンが挙げられる。
上記高分子Aは、親水性ユニットと疎水性ユニットからなり、上記疎水性ユニットの側鎖末端に炭素数が2〜20のアルキル基を有する共重合体であり、公知の方法又はそれに準じた方法で製造できる。
上記共重合体におけるユニットの配列としては、例えば、ブロック共重合体、交互共重合体又はランダム共重合体等が挙げられる。これらのうち、共重合体全体で親疎水性や運動性のむらが小さいという点から、交互共重合体又はランダム共重合体が好ましい。なかでも、合成が煩雑でないという点から、ランダム共重合体がより好ましい。なお、少なくともモノマー配列の一部が秩序無く並んだ共重合体はランダム共重合体とする。
「ユニット」とは、モノマーを重合して得られる単独重合体又は共重合体の中の繰り返し単位を指す。例えば、疎水性ユニットとは、疎水性モノマーを重合して得られる単独重合体の中の繰り返し単位又は疎水性モノマーを共重合して得られる共重合体の中の疎水性モノマー由来の繰り返し単位を指す。
「疎水性ユニット」とは、それ単独の重合体(数平均分子量が1,000以上50,000以下)では水に難溶または不溶である繰り返し単位と定義する。ここで、水に難溶または不溶とは、20℃の純水100gに対する溶解度が1g以下のことをいう。
また、「親水性ユニット」とは、それ単独の重合体(数平均分子量が1,000以上50,000以下)で水に易溶である繰り返し単位と定義する。ここで、水に易溶とは、20℃の純水100gに対する溶解度が1gを超えることをいう。上記親水性ユニットとしては、上記溶解度が10g以上であることが好ましい。
側鎖末端に炭素数2〜20のアルキル基を有する疎水性ユニットとしては、例えば、プロパン酸ビニルユニット、酪酸ビニルユニット、ピバル酸ビニルユニット、ペンタン酸ビニルユニット、オクタン酸ビニルユニット、2−エチルヘキサン酸ビニルユニット、ステアリン酸ビニルユニット、アクリル酸エチルユニット、アクリル酸プロピルユニット、アクリル酸ブチルユニット、アクリル酸イソブチルユニット、アクリル酸−tert−ブチルユニット、アクリル酸オクチルユニット、アクリル酸ヘキサデシルユニット、メタクリル酸エチルユニット、メタクリル酸プロピルユニット、メタクリル酸ブチルユニット、メタクリル酸イソブチルユニット又はメタクリル酸−tert−ブチルユニット、メタクリル酸トリデシルユニット、1−ブテンユニット又は1−ノネンユニット等が挙げられる。
上記疎水性ユニットは、疎水性が高すぎないことからエステル基を有することが好ましく、カルボン酸エステルユニット、アクリル酸エステルユニット又はメタクリル酸エステルユニットがより好ましい。このうち、血球等生体成分への刺激、活性化作用が少ないことから、カルボン酸エステルユニットが好ましい。カルボン酸エステルユニットにおいては、上記側鎖末端のアルキル基の炭素数が2〜4に相当する、プロパン酸ビニルユニット、酪酸ビニルユニット、ピバル酸ビニルユニット又はペンタン酸ビニルユニットが特に好ましい。アクリル酸エステルユニットにおいては、上記側鎖末端のアルキル基の炭素数が2〜4に相当する、アクリル酸エチルユニット、アクリル酸プロピルユニット、アクリル酸ブチルユニット、アクリル酸イソブチルユニット又はアクリル酸−tert−ブチルユニットが特に好ましい。メタクリル酸エステルユニットにおいては、上記側鎖末端のアルキル基の炭素数が2〜4に相当する、メタクリル酸エチルユニット、メタクリル酸プロピルユニット、メタクリル酸ブチルユニット、メタクリル酸イソブチルユニット又はメタクリル酸−tert−ブチルユニットが好ましい。
上記親水性ユニットとしては、特に限定しないが、メタクリル酸ユニット、アクリル酸ユニット、アクリルアミド誘導体ユニット、メタクリルアミド誘導体ユニット、2−ヒドロキシエチルメタクリレートユニット、2−ヒドロキシエチルアクリレートユニット、N−ビニルアセトアミド誘導体ユニット、ビニルピロリドンユニット、ビニルカプロラクタムユニット、ビニルアルコールユニット、エチレングリコールユニット等が挙げられる。これらのうち、親水性が強すぎないことから、アミド基を有するユニットが好ましい。当該アミド基を有するユニットは、N−ビニルアセトアミド誘導体ユニット、アクリルアミド誘導体ユニット、メタクリルアミド誘導体ユニット等、非環式アミド基を有するユニットであっても、ビニルピロリドンユニット、ビニルカプロラクタムユニット等、環式アミド基を有するユニットであってもよいが、ビニルピロリドンユニット、N−ビニルアセトアミド誘導体ユニット、アクリルアミド誘導体ユニット又はメタクリルアミド誘導体ユニットがより好ましい。
N−ビニルアセトアミド誘導体ユニットとは、ビニルアセトアミド構造(CH=CH−NH−CO−)を有するユニットのことであり、N−ビニルアセトアミド誘導体ユニットとしては、例えば、N−ビニルアセトアミドユニット、N−メチル−N−ビニルアセトアミドユニットが挙げられる。
アクリルアミド誘導体ユニットとは、アクリルアミド構造(CH=CH−CO−NH−)を有するユニットのことであり、アクリルアミド誘導体ユニットとしては、例えば、アクリルアミドユニット、N−メチルアクリルアミドユニット、N−イソプロピルアクリルアミドユニット、N−tert−ブチルアクリルアミドユニット、N−フェニルアクリルアミドユニットが挙げられる。
メタクリルアミド誘導体ユニットとは、メタクリルアミド構造(CH=C(CH)−CO−NH−)を有するユニットのことであり、メタクリルアミド誘導体ユニットとしては、例えば、メタクリルアミドユニット、N−イソプロピルメタクリルアミドユニット、N−フェニルメタクリルアミドユニットが挙げられる。
上記の疎水性ユニットと上記親水性ユニットの組み合わせに特に制限はないが、特に、疎水性ユニットが、上記カルボン酸エステルユニットの場合、共重合しやすいことから、親水性ユニットは、ビニルピロリドンユニット又はN−ビニルアセトアミド誘導体ユニットが好ましい。一方、疎水性ユニットが、上記アクリル酸エステルユニット又は上記メタクリル酸エステルユニットの場合、共重合しやすいことから、親水性ユニットは、アクリルアミド誘導体ユニット(例えば、N−メチルアクリルアミドユニット、N−イソプロピルアクリルアミドユニット)が好ましく、生体成分の変性、活性化作用が少ないことから、N−イソプロピルアクリルアミドユニットがより好ましい。
上記共重合体において、上記共重合体全体に対する親水性ユニットのモル分率は、30〜90%であることが好ましく、40〜80%であることがより好ましく、50〜70%であることがさらに好ましい。いずれの好ましい下限値もいずれの好ましい上限値と組み合わせることができる。上記親水性ユニットのモル分率が、小さすぎると共重合体全体の疎水性が強くなり、また、大きすぎると共重合体全体の親水性が強くなり、タンパク質や血小板の構造が不安定化するためである。なお、上記モル分率の算出方法は、例えば、核磁気共鳴(NMR)測定を行い、ピーク面積から算出する。ピーク同士が重なる等の理由でNMR測定による上記モル分率の算出ができない場合は、元素分析により上記モル分率を算出してもよい。
「側鎖」とは、該当する高分子のユニットの主鎖から分岐している分子鎖を意味する。例えば、酪酸ビニルユニットであれば、CHCHCHCOO−を指し、アクリル酸エチルユニットであれば、CHCHOCO−を指し、メタクリル酸メチルユニットであれば、CH−及びCHOCO−を指す。
「側鎖末端のアルキル基」とは、主鎖から分岐している分子鎖の末端に存在するアルキル基のみからなる官能基のことを指す。また、直鎖状アルキル基のみならず、分岐状アルキル基、環状アルキル基であってもよいが、入手性の観点から、直鎖状アルキル基が好ましい。
「炭素数」とは、該当する官能基、ここでは側鎖末端のアルキル基を構成する炭素原子の数を指す。例えば、酢酸ビニルエステルユニットでは炭素数1のアルキル基、酪酸ビニルエステルユニットでは炭素数3のアルキル基、アクリル酸メチルユニットでは炭素数1のアルキル基、アクリル酸ヘキシルユニットでは炭素数6のアルキル基、1−ペンテンユニットでは炭素数3のアルキル基をそれぞれ有することになる。ただし、2−ヒドロキシエチルアクリレートユニットでは側鎖にエチレン基が存在するが末端には存在していないので、側鎖末端のアルキル基を有さないことになる。
なお、1つのユニット内に複数の側鎖アルキル基が存在する場合は、各々のアルキル基の炭素数を指し、複数の側鎖末端のアルキル基がある場合は、少なくとも1つの側鎖末端のアルキル基の炭素数が、2〜20であれば、該当するものとみなす。例えば、メタクリル酸エチルユニットでは炭素数1と2であるので、側鎖末端に炭素数が2〜20のアルキル基を有することになるが、酢酸イソプロペニルユニットでは炭素数1と1であるので、側鎖末端に炭素数が2〜20のアルキル基を有さないことになる。
側鎖末端に炭素数が2〜20のアルキル基を有する高分子は、血小板やタンパク質の付着が抑制される。正確な理由は不明であるが、運動性の高いアルキル基が、血小板やタンパク質を跳ね返すことが考えられる。
上記アルキル基の炭素数は、2〜20であり、好ましくは2〜9であり、より好ましくは2〜4である。つまり、高分子Aは、好ましくは親水性ユニットと疎水性ユニットからなり、上記疎水性ユニットの側鎖末端に炭素数2〜9のアルキル基を有する共重合体であり、より好ましくは親水性ユニットと疎水性ユニットからなり、上記疎水性ユニットの側鎖末端に炭素数2〜4のアルキル基を有する共重合体である。上記アルキル基の炭素数が少ないと高分子の運動性が低く、一方で、アルキル基の炭素数が多いと疎水性が高くなり、血小板やタンパク質の付着を惹起するため、上記アルキル基の炭素数は、2〜20である必要がある。
上記共重合体の数平均分子量は、小さすぎると、血小板やタンパク質の付着抑制効果が十分発揮されない場合があることから、1,000以上が好ましく、5,000以上がより好ましい。一方、共重合体の数平均分子量の上限については特に制限はないが、数平均分子量が大きすぎると溶解性が低下する場合があることから、1,000,000以下が好ましく、500,000以下がより好ましく、100,000以下がさらに好ましい。なお、共重合体の数平均分子量は、後述のとおり、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により測定することができる。
分離膜では、タンパク質や血小板が付着することによって、分画性能や透水性能が低下するのみならず、血液凝固が原因で分離膜に血液が流通できなくなり、体外循環を続けられなくなることがある。この血小板やタンパク質の付着は、特に血液に接してから60分以内に顕著に起こることから、本発明においては、血液の循環開始後10分の時点と血液の循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数をそれぞれ測定し、その維持率を算出する。
分離膜が中空糸膜である場合、アルブミン篩係数の維持率は以下のように測定する。まず、中空糸膜モジュール(21)と血液回路を図2のように接続する。牛から採血した原血液に、安定化のため、クエン酸(ACD−A液、テルモ株式会社製)を15体積%となるように加える。ヘパリンが50U/ml、ヘマトクリット値が30体積%、総タンパク濃度が6〜7g/dlとなるように牛血液を調製し、循環用ビーカー(24)に入れる。牛血液を入れた循環用ビーカー(24)を、ヒーター(28)を備えた温水槽(29)中で37℃に保つ。本牛血液の調製条件は、日本工業規格JIS T 3250:2013を参考にしている。
Bi回路(25)の入口部、Bo回路(26)の出口部および、F回路(27)の出口部を上記で調製した牛血液2Lの入った循環用ビーカー(24)に入れ、Biポンプ(22)を循環流量100ml/分でスタートする。本循環流量は、持続緩徐式血液濾過器を用いた治療において、一般的に採用されている条件とした。
ここで、Bi回路(25)とは、循環用ビーカー(24)からBiポンプ(22)を経て中空糸膜モジュール(21)の血液側入口に入る血液の流路を表す。また、Bo回路(26)とは、中空糸膜モジュール(21)の血液側出口から出て循環用ビーカー(24)に入る血液の流路を表す。F回路(27)とは、中空糸膜モジュール(21)の透析液側出口から出てFポンプ(23)を経て循環用ビーカー(24)に入る血液の流路を表す。Biポンプ(22)とは、Bi回路(25)に血液を流すために用いられるポンプを表す。
続いてFポンプ(23)を濾過流量10ml/(分・m)としてスタートし、経時的にBi回路(25)の入口部とBo回路(26)の出口部およびF回路(27)の出口部からそれぞれサンプリングを行う。なお、Fポンプ(23)とは、F回路(27)に血液を流すために用いられるポンプを表す。Bi回路(25)の入口部とBo回路(26)の出口部のサンプリングした血液は、3000rpmで10分間遠心分離した後に、上澄みの血漿を取り出し、アルブミン濃度測定に供する。なお、濾過流量10ml/(分・m)とは、分離膜1.0mあたり、10ml/分で濾過することを意味しており、膜面積が1.3mの分離膜モジュールであれば、13ml/分で濾過する。ここで、膜面積とは、分離膜が血液と接触する面積を意味する。
Fポンプ(23)スタートから経過時間ごとのアルブミン濃度を測定し、経過時間ごとのアルブミン篩係数(ScAlb)を下記式によって算出する。
ScAlb(%)=2×CF/(CBi+CBo)×100
上記式において、CFは、F回路(27)の出口部のアルブミン濃度(g/ml)を表し、CBoは、Bo回路(26)の出口部のアルブミン濃度(g/ml)を表し、CBiは、Bi回路(25)の入口部のアルブミン濃度(g/ml)を表す。
本発明において、循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数(以下、ScAlb10ということがある)に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数(以下、ScAlb60ということがある)の維持率は、下記式により算出する。
維持率(%)=ScAlb60/ScAlb10×100
なお、分離膜が中空糸膜以外である場合は、モジュールに流入する血液中のアルブミン濃度CBi、モジュールから流出する血液中のアルブミン濃度CBo、濾過液中のアルブミン濃度CFを測定し、中空糸膜の場合と同様に、アルブミン篩係数を算出する。
上記循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は、86%以上であることが重要である。これは、血小板やタンパク質の付着は、特に血液に接してから60分以内に顕著に起こることから、循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率が86%以上であれば、その後の血小板やタンパク質の付着も少なく、1440分間安定して連続使用が可能となるためである。1440分間、すなわち、1日連続使用できない場合、深夜に分離膜を交換する必要があり、医療従事者の負担となるためである。上記循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は、好ましくは90%以上であり、さらに、好ましくは95%以上である。最も好ましくは97%以上である。
一方で、使用から24時間(1440分)後の性能については、上記のアルブミン篩係数の維持率測定において、牛血漿を1440分循環し、循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数(ScAlb10’)に対する循環開始後1440分の時点のアルブミン篩係数(ScAlb1440’)の維持率を算出する。ただし、牛血液を用いた場合、牛血液がビーカーの壁面等で凝固したり、溶血したりすることがあるので、牛血液を遠心分離して得られる総タンパク濃度6〜7g/dlの牛血漿を用いて測定する。なお、当該牛血漿には、ヘパリンを50U/mlとなるように添加する。
本発明において、循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数(以下、ScAlb10’ということがある)に対する循環開始後1440分の時点のアルブミン篩係数(以下、ScAlb1440’ということがある)の維持率は、下記式により算出した。
維持率(%)=ScAlb1440’/ScAlb10’×100
上記循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後1440分の時点のアルブミン篩係数の維持率は、1440分間安定して連続使用が可能であるためには、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましく、95%以上が最も好ましい。
分離膜の好適な一態様では、血液成分の付着を抑制するために、疎水性高分子と親水性高分子とからなる分離膜の表面(特に、血液と接触させることが多い内表面)に上記高分子Aを導入した分離膜が好ましい。そして、当該分離膜をケーシングに内蔵してなる分離膜モジュールが好ましい。分離膜の形態としては中空糸膜が好ましく、分離膜モジュールとしては、中空糸膜モジュールが好ましい。
高分子Aの分離膜の表面への導入方法としては、例えば、分離膜を形成した後に高分子Aをコーティングする方法が好ましく用いられ、高分子Aを溶液(好ましくは水溶液)として分離膜の表面に接触させる方法が用いられる。より具体的には、高分子の溶液を所定流量で流す方法、上記溶液に分離膜を浸漬させる方法が挙げられる。その他、分離膜を形成する原液に高分子Aを添加して、紡糸する方法において、意図的に高分子が分離膜の表面に集まるように条件設定する方法も挙げられる。
上記高分子Aを溶解した水溶液をモジュール内の中空糸膜に通液させ、分離膜の表面へ導入する場合、水溶液中の高分子の濃度が小さすぎると十分な量の高分子が表面に導入されない。よって、上記水溶液中の高分子の濃度は10ppm以上が好ましく、100ppm以上がより好ましく、300ppm以上がさらに好ましい。ただし、水溶液の高分子の濃度が大きすぎると、モジュールからの溶出物の増加が懸念されるため、上記水溶液中の高分子濃度は100,000ppm以下が好ましく、10,000ppm以下がより好ましい。
なお、上記高分子Aが水に所定の濃度溶解しない場合は、分離膜を溶解しない有機溶媒又は水と相溶し、かつ分離膜を溶解しない有機溶媒と水との混合溶媒に溶解させてもよい。上記有機溶媒又は上記混合溶媒に用いる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール又はプロパノール等のアルコール系溶媒が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、上記混合溶媒中の有機溶媒の割合が多くなると、分離膜全体が膨潤・変形し、強度が低下する場合がある。したがって、上記混合溶媒中の有機溶媒の重量分率は、60%以下が好ましく、10%以下がより好ましく、1%以下がさらに好ましい。
上記高分子Aは、使用時に溶出するのを防ぐため、疎水性高分子と親水性高分子とからなる分離膜の表面に上記高分子Aを導入後、分離膜の表面に固定することが好ましい。
ここで、「分離膜の表面に固定する」とは、化学反応や架橋反応により高分子を分離膜の表面に化学的又は物理的に結合させることをいう。
特に、上記高分子Aを疎水性高分子と親水性高分子とからなる分離膜の表面に導入後、放射線照射や熱処理を行い不溶化し、固定することが簡便であることから好ましい。
上記放射線照射にはα線、β線、γ線、X線、紫外線又は電子線等を用いることができる。ここで、人工腎臓等の血液浄化器では出荷前に滅菌することが義務づけられており、その滅菌には近年、残留毒性の少なさや簡便さの点から、γ線や電子線を用いた放射線滅菌法が多用されている。したがって、分離膜に高分子を溶解した水溶液を接触させた状態で放射線滅菌法を用いることは、滅菌と同時に該高分子の不溶化も達成できるため好ましい。
上記分離膜の滅菌と固定を同時に行う場合、放射線の照射線量は15kGy以上が好ましく、25kGy以上がより好ましい。血液浄化用モジュール等をγ線で滅菌するには15kGy以上が効果的なためである。また、上記照射線量は100kGy以下が好ましい。照射線量が100kGyを超えると、高分子が3次元架橋や分解等を起こしやすくなり、血液適合性が低下する場合があるためである。
放射線を照射する際の架橋反応を抑制するため、抗酸化剤を用いてもよい。抗酸化剤とは、他の分子に電子を与えやすい性質を持つ物質のことを意味し、例えば、ビタミンC等の水溶性ビタミン類、ポリフェノール類又はメタノール、エタノール若しくはプロパノール等のアルコール系溶媒が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの抗酸化剤は単独で用いてもよいし、2種類以上混合して用いてもよい。抗酸化剤を上記分離膜モジュールに用いる場合、安全性を考慮する必要があるため、エタノールやプロパノール等、毒性の低い抗酸化剤が好適に用いられる。
さらに、上記高分子Aを疎水性高分子と親水性高分子とからなる分離膜の表面に固定する方法として、化学反応による結合を利用してもよい。具体的には、分離膜の表面のヒドロキシ基やカルボキシ基、アミノ基、スルホン酸基、ハロゲン化アルキル基等の反応性基と、共重合体の主鎖の末端や側鎖に導入された反応性基とを反応させることによって達成される。
分離膜の表面に反応性基を導入する方法としては、例えば、反応性基を有するモノマーを重合して表面に反応性基を有する基材を得る方法や、重合後、オゾン処理、プラズマ処理によって反応性基を導入する方法等が挙げられる。
上記高分子Aの主鎖の末端に反応性基を導入する方法としては、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]や4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)のような反応性基を有する開始剤を使用する方法等が挙げられる。
上記高分子Aの側鎖に反応性基を導入する方法としては、共重合体の作用・機能を阻害しない程度において、メタクリル酸グリシジルやメタクリル酸N−ヒドロキシスクシンイミドエステルのような反応性基を有するモノマーを共重合する方法等が挙げられる。
また、本発明の分離膜モジュールは、分離膜の内表面に9〜50nmの厚みの膨潤層を備え、分離膜の内表面のヒト血小板の付着数が10個/4.3×10μm以下であることが好ましい。
「膨潤層」とは、湿潤状態で、分離膜の内表面に存在する上記親水性高分子及び/又は上記高分子Aが水分によって膨潤してなる層を意味する。ここで湿潤状態とは、分離膜の含水率が60%以上であることを指す。含水率とは、湿潤化した分離膜全体の重量に対する水の重量分率を意味する。膨潤層の厚みが小さすぎると、血小板やタンパク質の付着の抑制効果が小さくなる。一方で、膨潤層の厚みが大きすぎると、分離膜の細孔を閉塞し、除水性能が低下することがある。そのため、膨潤層の厚みは、9〜50nmが好ましく、10〜40nmがより好ましく、10〜30nmがさらに好ましい。いずれの好ましい下限値もいずれの好ましい上限値と組み合わせることができる。
ヒト血小板の付着数は、分離膜と健常なヒト由来のヒト血液を1時間接触させた場合に、分離膜の内表面に付着したヒト血小板の数を、分離膜の内表面の面積4.3×10μmあたりの数として求めた値である。ヒト血小板の付着数の測定方法は、以下の通りである。分離膜の内表面を露出し、ヘパリンを50U/mlになるように添加した、健常なヒト由来のヒト血液に接触させ、37℃にて、1時間震盪させる。その後、分離膜を生理食塩水で洗浄し、2.5%グルタルアルデヒド生理食塩水で血液成分の固定を行い、蒸留水にて洗浄し、20℃、0.5Torrにて10時間減圧乾燥する。この分離膜の内表面をフィールドエミッション型走査型電子顕微鏡にて、倍率1500倍で観察し、1視野(4.3×103μm2)の範囲内に付着している血小板数を数える。分離膜の異なる20視野での付着している血小板数の平均値をヒト血小板の付着数(個/4.3×103μm2)とする。ヒト血小板の付着数が10個/4.3×10μmを越えると、血液適合性が不十分になるとともに、タンパク質等の有機物や生体成分の付着を抑制する効果も不十分になるため、ヒト血小板の付着数は、5個/4.3×10μm以下がより好ましく、3個/4.3×10μm以下がさらに好ましく、0個/4.3×10μmが最も好ましい。なお、上記膨潤層の厚みとヒト血小板の付着数の好ましい範囲は、それぞれ任意に組み合わせることができる。例えば、前記分離膜の表面に10〜40nmの厚みの膨潤層を備え、ヒト血小板の付着数が5個/4.3×10μm以下であることが好ましく、前記分離膜の表面に10〜30nmの厚みの膨潤層を備え、ヒト血小板の付着数が3個/4.3×10μm以下であることがより好ましい。
分離膜の内表面の膨潤層は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察を行い、フォースカーブ測定からその厚みを算出することができる。図3に示すとおり、フォースカーブは、縦軸をカンチレバーにかかる力としたときの横軸におけるカンチレバーの変位量で表される。カンチレバーの短針が分離膜の表面に接触するまでは、フォースカーブはX軸に平行に推移する。カンチレバーが分離膜の表面に接触した後、膨潤層がある場合には、湾曲した非線形の部分が現れる。当該非線形部分を過ぎた後、カンチレバーの変位量と力の間には、線形的な直線の相関が得られる。膨潤層は、上記、カンチレバーの短針の表面接触する前にX軸に平行に推移した線(31)について引いた延長線において、当該延長線と、カンチレバーの短針が表面に接触して現れた上記湾曲した非線形の部分(32)の後に上記線形的な直線となった部分(33)についての延長線との交点までの距離(34)とする。分離膜が中空糸膜の場合、測定は任意に選定した複数本の中空糸膜の内表面について任意に選んだ5カ所で測定を行い、その平均値を採用する。分離膜が中空糸膜以外の場合も、分離膜の内表面について任意に選んだ5カ所で測定を行い、その平均値を採用すればよい。平均値は小数点第一位を四捨五入したものを採用する。
分離膜が中空糸膜の場合、中空糸膜の膜厚は、薄くなるほど境膜物質移動係数を低減できるために分離膜の物質除去性能は向上する。一方で、中空糸膜の膜厚が薄すぎると糸切れや乾燥による糸つぶれが発生しやすく、製造上問題となる可能性がある。そのため、中空糸膜の膜厚は10〜60μmが好ましく、20〜50μmがより好ましく、30〜45μmがさらに好ましい。いずれの好ましい下限値もいずれの好ましい上限値と組み合わせることができる。
同様の理由で、中空糸膜の内径は、100〜400μmが好ましく、150〜300μmがより好ましい。いずれの好ましい下限値もいずれの好ましい上限値と組み合わせることができる。なお、上記分離膜(特に中空糸膜)の膜厚と内径の好ましい範囲は、それぞれ任意に組み合わせることができる。例えば、内径が100〜400μm、膜厚が10〜60μmの中空糸膜が好ましく、内径が150〜300μm、膜厚が20〜50μmの中空糸膜がより好ましい。
図4に中空糸膜の短手方向に対して水平な断面図を示す。中空糸膜の膜厚とは、中空糸膜の厚み(41)を指し、中空糸膜の内径とは、中空糸膜が有する腔の直径(42)を指す。なお、中空糸膜の膜厚は、ランダムに選別した16本の中空糸膜の厚みをマイクロウォッチャーの1000倍レンズ(VH−Z100;株式会社KEYENCE社製)で測定し、平均値を算出することにより求められる。また、中空糸膜の内径は、ランダムに選別した16本の中空糸膜の外径(43)をレーザー変位計(例えば、LS5040T;株式会社KEYENCE社製)で測定して求めた平均値を算出し、下式を計算することにより求められる。
中空糸膜の内径(μm)=中空糸膜の外径(μm)−2×中空糸膜の膜厚(μm)
中空糸膜の内表面の面積の合計値は、小さすぎると除水性能が十分でないことがある。除水性能とは、中空糸膜の内側を流れる液体、特に血液から水を除去する能力を意味し、中空糸膜の内表面の面積の合計値が大きいほど、上記液体との接触面積が大きくなり、除水性能は向上する。一方、大きすぎると中空糸膜モジュールが巨大になり、取扱性が悪くなる。そのため、中空糸膜の内表面の面積の合計値は、0.3〜3.0mが好ましく、0.5〜2.8mがより好ましく、0.8〜2.6mがさらに好ましい。いずれの好ましい下限値もいずれの好ましい上限値と組み合わせることができる。
中空糸膜の内表面の面積の合計値は下記式で求められる。
中空糸膜の内表面の面積の合計値(m)=π×中空糸膜内径(m)×有効長(m)×中空糸本数(本)
ここで、有効長(m)とは、中空糸膜モジュールに充填された中空糸膜においてポッティング剤が付着していない部分の長さを意味し、πは円周率を意味する。
上記の高分子Aを分離膜の表面に固定した場合、一般に細孔が閉塞するため、分離膜モジュールのろ過性能、特に水透水性が大きく低下してしまう。これまで、ろ過性能とタンパク質等の付着抑制を両立することは困難であったが、上述した側鎖末端に炭素数が2〜20のアルキル基を有する高分子Aを用いることにより、両立することに成功した。側鎖末端のアルキル基が水との相互作用を弱め、ろ過性能が向上したことが考えられる。上記の分離膜モジュールは、特に水処理や血液浄化に好ましく用いられ、分離膜のろ過性能が高いことが要求されることから、水透水性としては、180ml/hr/mmHg/m以上が好ましく、250ml/hr/mmHg/m以上がより好ましく、300ml/hr/mmHg/m以上がさらに好ましい。また、血液浄化用途の場合、水透水性が高すぎると残血等の現象が見られることがあるので、2000ml/hr/mmHg/m以下が好ましく、1500ml/hr/mmHg/m以下がより好ましい。いずれの好ましい下限値もいずれの好ましい上限値と組み合わせることができる。ここで水透水性とは、分離膜の内表面の面積あたりの除水性能を意味する。
本発明において、水透水性は、次のように求められる。分離膜モジュールに水(37℃)を200ml/分で流し、血液側出口の流出量を調整し、透析液入口側へ流出してくる1分間当たりのろ過量V、および血液側入口・出口の平均圧力Pを測定した。下記の式より限外ろ過速度UFRを算出した。血液側出口からの流出量を変え3点測定し、UFRの平均値を分離膜モジュールの水透水性とした。
UFR(ml/hr/mmHg/m)=V×60/P/A
V:ろ過量(ml/分)、P:圧力(mmHg)、A:膜面積(m
上記分離膜の形態としては、積層型やコイル型、中空糸型等が挙げられるが、分離性能の観点から、中空糸型であることが好ましい。
一般に血小板やタンパク質の付着を抑制する高分子を膜表面に導入した場合、中空糸膜モジュールからの溶出物が増加するため、中空糸膜モジュールから溶出する高分子の量が多いと、透析等の血液浄化用途に用いる際、血液中へ溶出物が混入し、副作用や合併症の原因となる恐れがある。しかしながら、上述の親水性ユニットと疎水性ユニットからなり、側鎖末端に炭素数が2〜20のアルキル基を有する高分子Aを導入した場合、溶出物は大きくは増加しなかった。側鎖末端のアルキル基と中空糸膜の疎水性高分子との疎水性相互作用により、溶出が抑制されたと考えられる。溶出する高分子の量は、1.0mg/m以下が好ましく、0.8mg/m以下がより好ましく、0.7mg/m以下がさらに好ましい。最も好ましくは、0.0mg/mである。
中空糸膜モジュール内部を4時間循環した水中に含まれる溶出物の量を中空糸膜モジュールの溶出物量とする。この測定により、中空糸膜モジュールの使用中に、中空糸膜から溶出する高分子の量が明らかとなる。ここで、4時間循環した水とは、中空糸膜モジュールの中空糸膜内表面の流路に超純水を100ml/分で5分間通液し、ついで同様に中空糸膜内表面から外表面に向かって、100ml/分で5分間通液したあと、中空糸膜内表面側に37℃に加温した4Lの超純水を200ml/分で4時間循環させながら通液し、4時間循環後の水のことである。この4時間循環した水を100倍に濃縮した液体を測定サンプルとして、ゲルろ過クロマトグラフィー等を用いて、水中に溶出した溶出物を測定することができる。溶出物量(mg/m)は下記式によって算出される。当該溶出物量は、小数点第2位を四捨五入した値を用いる。
溶出物量(mg/m)=水4L中の溶出した高分子量(mg)/中空糸膜の内表面の面積の合計値(m
上記分離膜の主原料は、ポリスルホン系高分子であることが好ましい。ここで、「ポリスルホン系高分子」とは、主鎖に芳香環、スルフォニル基及びエーテル基を有する高分子であり、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリールエーテルスルホン等が挙げられる。ここで、「主原料」とは、分離膜全体に対して90重量%以上含まれる原料を意味する。
上記分離膜の主原料として、例えば、次式(1)及び/又は(2)の化学式で示されるポリスルホン系高分子が好適に使用されるが、これらに限定されるものではない。式中のnは、1以上の整数であり、30〜100が好ましく、50〜80がより好ましい。なお、nが分布を有する場合は、その平均値をnとする。
[式中、nは、1以上の整数を表す。]
上記分離膜モジュールに用いることができるポリスルホン系高分子は、上記式(1)及び/又は(2)で表される繰り返し単位のみからなる高分子が好適ではあるが、本発明の効果を妨げない範囲で上記式(1)及び/又は(2)で表される繰り返し単位に由来するモノマー以外の他のモノマーと共重合した共重合体や、変性体であってもよい。上記の他のモノマーと共重合した共重合体における上記の他のモノマーの共重合比率は、ポリスルホン系高分子全体に対して10重量%以下であることが好ましい。
上記分離膜モジュールに用いることができるポリスルホン系高分子としては、例えば、ユーデルポリスルホンP−1700、P−3500(ソルベイ社製)、ウルトラゾーン(登録商標)S3010若しくはS6010(BASF社製)、ビクトレックス(住友化学社製)、レーデル(登録商標)A(ソルベイ社製)又はウルトラゾーン(登録商標)E(BASF社製)等のポリスルホン系高分子が挙げられる。
図1に、上記の分離膜モジュールの形態の1つである中空糸膜モジュール(17)の、長手方向に対して水平な断面を示す概略図を示す。中空糸膜モジュールは、所定の長さに切断された複数本の中空糸膜(12)が筒状のケース(11)内に束ねられた状態で存在し、その両端がそれぞれポッティング剤(16)で固められた構造を有している。中空糸膜(12)の両端部は開口している。中空糸膜モジュールの両端は、ヘッダー(13A及び13B)が取り付けられており、ヘッダーは、中空糸膜血液側入口(14A)及び中空糸膜血液側出口(14B)を備えている。また、筒状のケース(11)は、中空糸膜透析液側入口(15A)及び中空糸膜透析液側出口(15B)を備えている。
上記分離膜モジュールを製造する方法としては、その用途により種々の方法があるが、その一態様としては、分離膜の製造工程と、当該分離膜をモジュールに組み込む工程とにわけることができる。分離膜モジュールの製造において、放射線照射による処理は、分離膜をモジュールに組み込む工程の前に行ってもよいし、分離膜をモジュールに組み込む工程の後に行ってもよい。特に、分離膜モジュールが医療用である場合、モジュールに組み込む工程の後に、放射線照射による処理としてγ線照射による処理を行うことは、滅菌も同時に行うことができる点で好ましい。
中空糸膜モジュールの製造方法についての一例を示す。
中空糸膜の製造方法としては、例えば、次の方法がある。すなわち、ポリスルホンとポリビニルピロリドン(重量比率20:1〜1:5が好ましく、5:1〜1:1がより好ましい)をポリスルホンの良溶媒(N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン又はジオキサン等が好ましい)及び貧溶媒(水、エタノール、メタノール又はグリセリン等が好ましい)の混合溶液に溶解させた原液(濃度は、10〜30重量%が好ましく、15〜25重量%がより好ましい)を二重環状口金から吐出する際に内側に注入液を流し、乾式部を走行させた後凝固浴へ導く。この際、乾式部の湿度が影響を与えるために、乾式部走行中に膜外表面からの水分補給によって、外表面近傍での相分離挙動を速め、孔径拡大し、結果として透析の際の透過・拡散抵抗を減らすことも可能である。ただし、相対湿度が高すぎると外表面での原液凝固が支配的になり、かえって孔径が小さくなり、結果として透析の際の透過・拡散抵抗を増大する傾向がある。そのため、相対湿度としては60〜90%が好適である。また、注入液組成としてはプロセス適性から原液に用いた溶媒を基本とする組成からなるものを用いることが好ましい。注入液濃度としては、例えば、N,N−ジメチルアセトアミドを用いたときは、45〜80重量%が好適に用いられ、60〜75重量%の水溶液がより好適に用いられる。
上記良溶媒とは、製膜原液においてポリスルホン系高分子を溶解する溶媒のことであり、好ましくは10重量%以上溶解する溶媒のことである。特に限定はしないが、溶解性から、N,N−ジメチルアセトアミドやN−メチルピロリドンが好適に用いられる。一方、貧溶媒とは、製膜原液において、ポリスルホン系高分子を溶解しない溶媒のことであり、0.1重量%以上溶解しない溶媒が好ましい。特に限定はしないが、水が好適に用いられる。
中空糸膜をモジュールに内蔵する方法としては、特に限定されないが、例えば、次の方法がある。まず、中空糸膜を必要な長さに切断し、必要本数を束ねた後、筒状ケースに入れる。その後、両端に仮のキャップをし、中空糸膜両端部にポッティング剤を入れる。このとき遠心機でモジュールを回転させながらポッティング剤を入れる方法は、ポッティング剤が均一に充填されるために好ましい。ポッティング剤が固化した後、中空糸膜の両端が開口するように両端部を切断し、中空糸膜モジュールを得る。
上記高分子Aがエステル基を有する場合、1711〜1751cm−1の範囲にエステル基C=O由来の赤外吸収ピークが表れる。また、上記疎水性高分子がポリスルホン系高分子のように芳香族基を有する場合、1549〜1620cm−1の範囲に芳香族基C=C由来の赤外吸収ピークが表れる。
ATR−IRで分離膜表面への高分子Aの表面固定化量を定量する際には、1711〜1751cm−1のエステル基C=O由来の赤外吸収ピーク面積(AC=O)の、1549〜1620cm−1の芳香族基C=C由来の赤外吸収ピーク面積(AC=C)に対する比率(AC=O)/(AC=C)を同一の医療材料の機能層の表面における任意の3箇所で測定し、その平均値を高分子Aの表面固定化量とする。
分離膜の経時的な劣化を抑制するためには、高分子Aの表面固定化量、つまり、(AC=O)/(AC=C)の平均値が、0.01以上であることが好ましく、0.02以上であることがより好ましく、0.03以上であることがさらに好ましい。高分子Aの表面固定化量の上限については、特に制限はないが、高分子Aの表面固定化量が多すぎると、溶出物が多くなる場合があるので、高分子Aの表面固定化量は、1.0以下であることが好ましく、0.9以下であることがより好ましく、0.8以下であることがさらに好ましい。いずれの好ましい下限値もいずれの好ましい上限値と組み合わせることができる。
また、本発明は、血液浄化用の分離膜モジュールを提供することを特徴としている。
「血液浄化用」とは、血液中の老廃物や有害物質を取り除くことを目的に使用されることを意味する。
「血液浄化用の分離膜モジュール」とは、血液を体外に循環させて、血液中の老廃物や有害物質を取り除くことを目的とする分離膜モジュールのことをいう。例えば、人工腎臓モジュール、人工肝臓モジュール、人工肺モジュール、血漿分離膜モジュール等が挙げられる。特に、本発明の分離膜モジュールは、血液中の水分及び尿素やクレアチニン等の老廃物を取り除くことに優れていることから、人工腎臓モジュールや血漿分離膜モジュールに使用されることが望ましい。
血液浄化用の分離膜モジュールは、慢性腎不全の治療に用いられる人工腎臓モジュールであれば約4時間、急性腎不全の治療に用いられる持続緩徐式血液濾過器であれば1日ないし数日間と、長時間血液に接触した状態で使用される。このため、血小板やタンパク質の付着により、分画性能や透水性能の低下が生じる。さらに、人工腎臓モジュールや持続緩徐式血液濾過器は、血液中の老廃物や有害物質を取り除くことを目的に、中空糸膜の内側から外側へ濾過がかけられるため、血小板やタンパク質の付着が特に起こりやすい。
本発明の分離膜モジュールは、血液等生体成分と接触しても、性能劣化が少ないことから、使用時間の長い持続緩徐式血液濾過器に好適に使用される。
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
<評価方法>
(1)NMR測定
高分子2mgをクロロホルム−D、99.7%(和光純薬工業社製、0.05V/V%TMS有)2mlに溶解し、NMRサンプルチューブに入れ、NMR測定(JEOL社製、超伝導FTNMR EX−270)を行った。温度は室温とし、積算回数は32回とした。
(2)数平均分子量
水/メタノール=50/50(体積比)の0.1N LiNO溶液を調製し、GPC展開溶液とした。この溶液2mlに、高分子2mgを溶解させた。この溶液100μLを、島津製作所社製、Prominence GPCシステムに注入し、測定した。装置構成は以下の通りである。
ポンプ:LC−20AD
オートサンプラ:SIL−20AHT
カラムオーブン:CTO−20A
カラム:東ソー社製GMPWXL(内径7.8mm×30cm、粒子径13μm)。
流速0.5ml/分とし、測定時間は30分間、カラム温度は40℃とした。検出は示差屈折率検出器RID−10A(島津製作所社製)により行い、溶出時間15分付近にあらわれる高分子由来のピークから、数平均分子量を算出した。数平均分子量は、百の位を四捨五入して算出した。検量線作成には、Agilent社製ポリエチレンオキシド標準サンプル(0.1kD〜1258kD)を用いた。
(3)循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率
循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は以下のように測定した。まず、中空糸膜モジュール(21)と血液回路を図2のように接続した。牛血液は、食用牛(日本産、生後約30ヶ月)から原血液を採血し、クエン酸(ACD−A液、テルモ株式会社製)を15体積%となるように加えることによって準備した。ヘパリンを50U/mlとなるように添加した牛血液を、ヘマトクリット値30体積%、総タンパク濃度6〜7g/dlとなるよう調製し、循環用ビーカー(24)に入れた。牛血液を入れた循環用ビーカー(24)を、ヒーター(28)を備えた温水槽(29)中で37℃に保った。
Bi回路(25)の入口部、Bo回路(26)の出口部および、F回路(27)の出口部を上記で調製した牛血液2Lの入った循環用ビーカー(24)に入れ、Biポンプ(22)を循環流量100ml/分でスタートした。
続いてFポンプ(23)を濾過流量10ml/(分・m)としてスタートし、経時的にBi回路(25)の入口部とBo回路(26)の出口部およびF回路(27)の出口部からそれぞれサンプリングを行った。Bi回路(25)の入口部とBo回路(26)の出口部のサンプリングした血液は、3000rpmで10分間遠心分離した後に、上澄みの血漿を取り出し、アルブミン濃度を測定した。なお、濾過流量10ml/(分・m)とは、分離膜1.0mあたり、10ml/分で濾過することを意味しており、膜面積が1.3mの分離膜モジュールであれば、13ml/分で濾過する。
Fポンプ(23)スタートから経過時間ごとのアルブミン濃度を測定し、経過時間ごとのアルブミン篩係数(ScAlb)を下記式によって算出した。
ScAlb(%)=2×CF/(CBi+CBo)×100
上式において、CFは、F回路(27)の出口部のアルブミン濃度(g/ml)を表し、CBoは、Bo回路(26)の出口部のアルブミン濃度(g/ml)を表し、CBiは、Bi回路(25)の入口部のアルブミン濃度(g/ml)を表す。なお、アルブミン濃度はA/G B−テストワコー(和光純薬工業社製)のアルブミン発色試液を使用し、BCG法により測定した。検量線は付属の標準血清を蒸留水で希釈して使用した。
循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数(ScAlb10)に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数(ScAlb60)の維持率は下記式により算出した。上記維持率は、小数第1位を四捨五入して算出した。
維持率(%)=ScAlb60/ScAlb10×100
(4)循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後1440分の時点のアルブミン篩係数の維持率
循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率の測定において、牛血液の代わりに総タンパク濃度6〜7g/dlとなるように調製し、ヘパリンを50U/mlとなるように添加した牛血漿を使用した以外は、同様の手段により測定を行った。循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数(ScAlb10’)に対する循環開始後1440分の時点のアルブミン篩係数(ScAlb1440’)の維持率は下記式により算出した。上記維持率は、小数第1位を四捨五入して算出した。
維持率(%)=ScAlb1440’/ScAlb10’×100
(5)血小板付着試験方法
18mmφのポリスチレン製の円形板に両面テープを貼り付け、そこに中空糸膜を固定した。貼り付けた中空糸膜を片刃で半円筒状にそぎ切り、中空糸膜の内表面を露出させた。中空糸膜内表面に汚れや傷、折り目等があると、その部分に血小板が付着し、正しい評価ができないことがあるので汚れ、傷、折り目のない中空糸膜を用いた。筒状に切ったFalcon(登録商標)チューブ(18mmφ、No.2051)に該円形板を、中空糸膜を貼り付けた面が、円筒内部にくるように取り付け、パラフィルムで隙間を埋めた。この円筒管内を生理食塩水で洗浄後、生理食塩水で満たした。健常なヒトの静脈血を採血後、直ちにヘパリンを50U/mlになるように添加した。上記円筒管内の生理食塩水を廃棄後、上記血液を、採血後10分以内に、円筒管内に1.0ml入れて37℃にて1時間振盪させた。その後、中空糸膜を10mlの生理食塩水で洗浄し、2.5%グルタルアルデヒド生理食塩水で血液成分の固定を行い、20mlの蒸留水にて洗浄した。洗浄した中空糸膜を20℃、0.5Torrにて10時間減圧乾燥した。この中空糸膜を走査型電子顕微鏡の試料台に両面テープで貼り付けた。その後、スパッタリングにより、Pt−Pdの薄膜を中空糸膜表面に形成させて、試料とした。この中空糸膜の内表面をフィールドエミッション型走査型電子顕微鏡(日立製作所社製、S800)にて、倍率1500倍で試料の内表面を観察し、1視野(4.3×103μm2)の範囲内に付着している血小板数を数えた。50個以上付着している場合は、血小板付着抑制効果が無いものとして、付着数は50個とした。中空糸膜長手方向における中央付近で、異なる20視野での付着している血小板数の平均値をヒト血小板の付着数(個/4.3×103μm2)とした。なお、視野面積が異なる電子顕微鏡を用いる場合は、適宜、血小板付着数(個/4.3×103μm2)となるように面積換算すればよい。また、中空糸膜以外の場合は、適宜分離膜の内表面を露出し、上記血液を接触させ、血小板付着数を数えればよい。
なお、血小板付着試験においては、試験が適切に行われているかどうかを確認するために、ポジティブコントロールとネガティブコントロールを実験毎に水準に入れる。ポジティブコントロールとは、血小板付着数が多いことがわかっている既知のサンプルである。また、ネガティブコントロールとは、血小板付着数が少ないことがわかっている既知のサンプルである。ポジティブコントロールとしては“フィルトライザー”BG(東レ社製)の中空糸膜、ネガティブコントロールとしては“トレライト”CX(東レ社製)の中空糸膜とした。上記の実験条件で血小板の付着数が、ポジティブコントロールとして、40(個/4.3×103μm2) 以上、かつ、ネガティブコントロールとして、20(個/4.3×103μm2) 以下であったときに、測定値を採用した。コントロールの血小板付着数が上記範囲からはずれた場合は、血液の鮮度が欠けていたり、血液の過度な活性化が生じていることなどが考えられるので、試験をやり直した。
(6)膨潤層の厚み測定
中空糸膜を片刃で半円筒状にそぎ切りし、中空糸膜の内表面を測定した。中空糸膜を試料台に貼り付けた後、膜表面を水で湿らした。この状態で、AFMのコンタクトモードでフォースカーブ測定を行った(図3)。カンチレバーを試料にアプローチする際に表面に膨潤層がある場合には、カンチレバーが表面に接触する前の直線領域(31)と後の直線領域(33)で湾曲部(32)が認められる。2つの直線の延長線の交点と、湾曲が始まる点との距離を膨潤層厚み(34)とした。測定は任意に選定した複数本の中空糸膜について任意に選んだ5カ所で測定を行い、その平均値を採用した。分離膜が中空糸膜以外の場合は、分離膜の内表面について任意に選んだ5カ所で測定を行い、その平均値を採用すればよい。なお、平均値は小数点第一位を四捨五入したものを採用した。測定装置及び測定条件は以下の通りである。
走査型プローブ顕微鏡SPM 9500−J3(SHIMADZU,Kyoto,Japan)
観察モード:コンタクトモード
プローブ:NP−S(120mm,wide)(Nihon VEECO KK, Tokyo,Japan)
スキャン範囲:5μm×5μm、スキャン速度:1 Hz
(7)水透水性測定
分離膜モジュールが、中空糸膜モジュールである場合、中空糸膜モジュールに血液側入口・出口に回路を接続し、200ml/分で5分間以上、水洗した。次いで、水(37℃)を200ml/分で流し、血液側出口の流出量を調整し、透析液入口側へ流出してくる1分間当たりのろ過量V、および血液側入口・出口の平均圧力Pを測定した。下記の式より限外ろ過速度UFRを算出した。血液側出口からの流出量を変え3点測定し、UFRの平均値を中空糸膜モジュールの水透水性とした。なお、分離膜モジュールが、中空糸膜モジュール以外である場合は、上記と同じ条件で分離膜モジュールの水洗、通液を行い、UFRを算出し、血液側出口からの流出量を変えた3点のUFRの平均値を分離膜モジュールの水透水性とすればよい。
UFR(ml/hr/mmHg/m)=V×60/P/A
V:ろ過量(ml/分)、P:圧力(mmHg)、A:膜面積(m
(8)溶出物試験
分離膜モジュールが、中空糸膜モジュールである場合、中空糸膜内表面側の流路に超純水を100ml/分で5分間通液し、ついで同様に中空糸膜内表面から外表面側に向かって100ml/分で5分間通液し、洗浄を実施した。その後、中空糸膜内表面側に37℃に加温した4Lの超純水を200ml/分で4時間循環させながら通液した。4時間循環後の水を採取し、サンプル溶液を得た。得られたサンプル溶液は希薄であるため、凍結乾燥を行い、100倍に濃縮した後、ゲルろ過クロマトグラフィー測定に供した。ゲルろ過クロマトグラフィーは下記の条件で測定を実施した。まず、ポリビニルピロリドン(ISP社製 K90)の濃度を10〜1000ppmに変更して溶解した数種類の水溶液を標準試料として、ゲルろ過クロマトグラフィーを用いて測定した。標準試料のポリビニルピロリドンのピーク面積と調製した濃度の関係の検量線を作成した。次に、上記サンプル溶液を測定して得られた溶出物由来のピーク面積と上記検量線から、サンプル溶液中の溶出物の濃度を算出した。なお、分離膜モジュールが、中空糸膜モジュール以外である場合は、上記と同じ条件で分離膜の内表面側の流路を洗浄、通液を行い、サンプル溶液中の溶出物の濃度を算出すればよい。
続いて、4時間循環後の4Lの超純水中に含有する溶出した高分子量を下記式にて算出した。計算値は小数第2位を四捨五入した値を用いた。
水4L中の溶出した高分子量(mg)=測定サンプル中の高分子濃度(ppm)×4(kg)/100
溶出物量(mg/m)=水4L中の溶出した高分子量(mg)/中空糸膜の内表面の面積の合計値(m
カラム:TSKgel GMPWXL(東ソー社製、内径7.8mm×30cm、粒子径7μm)
溶媒:0.1mol/L 硝酸リチウム、水/メタノール:50vol/50vol
流速:0.5ml/分
カラム温度:40℃
検出器:示差屈折計 RI−8010(東ソー社製)
(9)ATR−IR測定
分離膜が中空糸膜の場合、中空糸膜を片刃で半円筒状にそぎ切り、超純水でリンスした後、室温、0.5Torrにて10時間乾燥させ、表面測定用の試料とした。この乾燥中空糸膜の内表面を、JASCO社製IRT−3000を用いて顕微ATR法により測定した。測定は視野(アパーチャ)を100μm×100μmとし、測定範囲は3μm×3μmで積算回数を30回として測定した。得られたスペクトルの波長1549〜1620cm−1で基準線を引き、その基準線とスペクトルの正の部分で囲まれた部分をポリスルホン由来芳香族基C=C由来のピーク面積を(AC=C)とした。同様に1711〜1751cm−1で基準線を引き、その基準線とスペクトルの正部分で囲まれた部分をエステル基由来のピーク面積を(AC=O)とした。ただし、カルボン酸ビニルエステルユニットの種類やポリスルホン系高分子の種類によって、ピークが±10cm−1程度シフトすることがありうるので、その場合は適宜、基準線を引きなおす。上記操作を同一中空糸膜の異なる3箇所で測定し、(AC=O)/(AC=C)の平均値を算出し、小数第3位を四捨五入した値を用いた。なお、分離膜が中空糸膜以外の場合は、分離膜の内表面について任意に選んだ3箇所で測定を行い、(AC=O)/(AC=C)の平均値を採用すればよい。
<中空糸膜モジュールの製造方法>
ポリスルホン(テイジンアモコ社製、ユーデルP−3500)18重量部、ポリビニルピロリドン(BASF社製、K30)9重量部をN,N−ジメチルアセトアミド72重量部、水1重量部に加え、90℃で14時間加熱溶解した。この製膜原液を外径0.3mm、内径0.2mmのオリフィス型二重円筒型口金より吐出し注入液としてN,N−ジメチルアセトアミド57.5重量部、水42.5重量部からなる溶液を吐出させ、乾式長350mmを通過した後、水100%の凝固浴に導き中空糸膜を得た。得られた中空糸膜の内径は200μm、膜厚は40μmであった。この中空糸膜を内表面の面積の合計値が1.0m、中空糸本数が約8200本、有効長が195mmになるように、ケース(ケース胴部の内径36mm)に充填し、ポッティングし、端部を両面開口させて、中空糸膜モジュールとした。
(実施例1)
ビニルピロリドン/ペンタン酸ビニルランダム共重合体を以下の方法で作製した。ビニルピロリドンモノマー(和光純薬工業社製)14.5g、ペンタン酸ビニルモノマー(シグマアルドリッチ社製)22.5g、重合溶媒としてイソプロパノール(和光純薬工業社製)56g、重合開始剤としてアゾビスジメチルブチロニトリル0.31gを混合し、窒素雰囲気下、70℃にて6時間撹拌した。反応液を室温まで冷却して、濃縮後、濃縮残渣をヘキサンに投入した。析出した白色沈殿物を回収し、60℃で12時間減圧乾燥を行い、ビニルピロリドン/ペンタン酸ビニルランダム共重合体を得た。H―NMRの測定結果から、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率は60%であった。GPCの測定結果から、共重合体の数平均分子量は3,900であった。
作製したビニルピロリドン/ペンタン酸ビニルランダム共重合体をポリスルホン中空糸表面に導入した中空糸膜モジュールを以下の方法で作製した。上記共重合体300ppmを溶解した1.0重量%エタノール水溶液を、上記中空糸膜モジュールの製造方法により作製した中空糸膜モジュール(図1)の血液側入口(14A)から透析液側入口(15A)に通液させた。さらに、0.1重量%エタノール水溶液を、上記中空糸膜モジュールの血液側入口(14A)から透析液側入口(15A)および血液側入口(15A)から血液側出口(14B)へ通液後、25kGyのγ線を照射して中空糸膜モジュールを作製した。
作製した中空糸膜モジュールの中空糸膜内表面のATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。ATR−IRの測定結果から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.07であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは16nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は90%であった。また、ヒト血小板付着数は1個/4.3×103μm2、水透水性は330ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.5mg/mであった。
(実施例2)
ビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体を以下の方法で作製した。ビニルピロリドンモノマー19.5g、プロパン酸ビニルモノマー17.5g、重合溶媒としてt−アミルアルコール56g、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.175gを混合し、窒素雰囲気下、70℃にて5時間撹拌した。反応液を室温まで冷却して反応を停止し、濃縮後、ヘキサンに投入した。析出した白色沈殿物を回収し、減圧乾燥して、ビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体を得た。
H―NMRの測定結果から、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率は60%であった。また、GPCの測定結果から、共重合体の数平均分子量は16,500であった。
得られた共重合体を用いて、実施例1と同様の手段により、中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。ATR−IRの測定結果から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.06であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは11nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は98%であった。また、ヒト血小板付着数は0個/4.3×103μm2、水透水性は410ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.6mg/mであった。さらに、上記中空糸膜モジュールの牛血漿での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後1440分の時点のアルブミン篩係数の維持率は97%であった。
(実施例3)
中空糸膜製膜時の芯液濃度をN,N−ジメチルアセトアミド54重量部、水46重量部とし、ビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量16,500、ビニルピロリドンユニット60%)の代わりにビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量7,600、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率60%)を用いたこと以外は実施例2と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。ATR−IRの測定結果から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.07であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは10nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は93%であった。また、ヒト血小板付着数は1個/4.3×103μm2、水透水性は310ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.5mg/mであった。さらに、上記中空糸膜モジュールの牛血漿での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後1440分の時点のアルブミン篩係数の維持率は89%であった。
(実施例4)
ビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量16,500、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率60%)の代わりにビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量12,500、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率50%)を用いたこと以外は実施例2と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。ATR−IRの測定結果から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.05であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは13nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は90%であった。また、ヒト血小板付着数は0個/4.3×103μm2、水透水性は400ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.5mg/mであった。
(実施例5)
ビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量16,500、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率60%)の代わりにビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量12,600、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率70%)を用いたこと以外は実施例2と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。ATR−IRの測定結果から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.04であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは15nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は93%であった。また、ヒト血小板付着数は1個/4.3×103μm2、水透水性は370ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.7mg/mであった。
(実施例6)
ビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量16,500、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率60%)の代わりにN−ビニルアセトアミド/ピバル酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量7,600、共重合体全体に対するN−ビニルアセトアミドユニットのモル分率50%)を用いたこと以外は実施例2と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。ATR−IRの測定結果から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.06であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは15nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は96%であった。また、ヒト血小板付着数は0個/4.3×103μm2、水透水性は420ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.3mg/mであった。
(実施例7)
ビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量16,500、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率60%)の代わりにN―イソプロピルアクリルアミド/アクリル酸エチルランダム共重合体(数平均分子量3,000、共重合体全体に対するN―イソプロピルアクリルアミドユニットのモル分率50%)を用いたこと以外は実施例2と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。ATR−IRの測定結果から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.05であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは10nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は98%であった。また、ヒト血小板付着数は0個/4.3×103μm2、水透水性は360ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.4mg/mであった。
(実施例8)
ビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量16,500、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率60%)の代わりにN−メチルアクリルアミド/メタクリル酸プロピルランダム共重合体(数平均分子量4,000、共重合体全体に対するN−メチルアクリルアミドユニットのモル分率70%)を用いたこと以外は実施例2と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。ATR−IRの測定結果から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.03であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは16nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は94%であった。また、ヒト血小板付着数は1個/4.3×103μm2、水透水性は310ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.3mg/mであった。
(実施例9)
ビニルピロリドン/プロパン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量16,500、共重合体全体に対するビニルピロリドンユニットのモル分率60%)の代わりにN−ビニルアセトアミド/オクタン酸ビニルランダム共重合体(数平均分子量3,000、共重合体全体に対するN−ビニルアセトアミドユニットのモル分率60%)を用いたこと以外は実施例2と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。ATR−IRの測定結果から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.09であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは12nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は91%であった。また、ヒト血小板付着数は2個/4.3×103μm2、水透水性は320ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.2mg/mであった。
(比較例1)
ビニルピロリドン/ペンタン酸ビニルランダム共重合体の代わりにポリビニルピロリドン(BASF社製K90)を用いた以外は、実施例1と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定において、1711〜1751cm−1の範囲にピークは存在しないことがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは5nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は40%であった。また、ヒト血小板付着数は20個/4.3×103μm2、水透水性は600ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.9mg/mであった。さらに、上記中空糸膜モジュールの牛血漿での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後1440分の時点のアルブミン篩係数の維持率は28%であった。
(比較例2)
ビニルピロリドン/ペンタン酸ビニルランダム共重合体の代わりにビニルピロリドン/酢酸ビニルランダム共重合体(BASF社製、コリドン(登録商標)VA64)を用い、共重合体の水溶液の濃度を500ppmとした以外は、実施例1と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IRの測定結果から、1711〜1751cm−1、及び1549〜1620cm−1の範囲にピークが存在することがわかった。中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.11であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層厚みは、17nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は80%であった。また、ヒト血小板付着数は2個/4.3×103μm2、水透水性は300ml/hr/mmHg/m、溶出物量は2.2mg/mであった。
(比較例3)
共重合体の水溶液濃度を20ppmに変更した以外は比較例2と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IR測定から、中空糸膜内表面の共重合体固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.01であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは7nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は70%であった。また、ヒト血小板付着数は6個/4.3×103μm2、水透水性は540ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.5mg/mであった。さらに、上記中空糸膜モジュールの牛血漿での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後1440分の時点のアルブミン篩係数の維持率は63%であった。
(比較例4)
ビニルピロリドン/ペンタン酸ビニルランダム共重合体の代わりに部分けん化ポリビニルアルコール(クラレ社製、PVA417)を用いた以外は、実施例1と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IR測定から、中空糸膜内表面の部分けん化ポリビニルアルコール固定化量(1711〜1751cm−1の範囲のピーク面積AC=O、1549〜1620cm−1の範囲のピーク面積AC=Cとの比率AC=O/AC=Cの平均値)は0.03であることがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは8nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は77%であった。また、ヒト血小板付着数は10個/4.3×103μm2、水透水性は150ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.5mg/mであった。
(比較例5)
ビニルピロリドン/ペンタン酸ビニルランダム共重合体の代わりにポリビニルアセトアミド(昭和電工社製、GE191−053)を用いた以外は、実施例1と同様の手段により中空糸膜モジュールを作製した。
ATR−IR測定から、1711〜1751cm−1の範囲にピークは存在しないことがわかった。AFMのフォースカーブ測定から、分離膜の表面の膨潤層の厚みは6nmであることがわかった。作製した中空糸膜モジュールの牛血液での循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率は45%であった。また、ヒト血小板付着数は40個/4.3×103μm2、水透水性は580ml/hr/mmHg/m、溶出物量は0.7mg/mであった。
各実施例及び各比較例で用いた高分子Aの組成を表1に、各実施例及び各比較例の結果を表2に示す。
なお、表1において、共重合体全体に対する親水性ユニットのモル分率を「親水性ユニットのモル分率」と記載し、疎水性ユニットの側鎖末端のアルキル基の炭素数を「アルキル基炭素数」と記載した。
なお、表2において、循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率を「アルブミン篩係数の維持率」と記載し、中空糸膜内表面の共重合体固定化量を「共重合体固定化量」と記載した。
本発明の分離膜モジュールは、血液等生体成分と接触しても経時的な性能の劣化が少なく、水分等の除去性能に優れ、さらに溶出物量も少ないため、血液浄化用の分離膜モジュールとして利用できる。
11 筒状のケース
12 中空糸膜
13A ヘッダー
13B ヘッダー
14A 中空糸膜血液側入口
14B 中空糸膜血液側出口
15A 中空糸膜透析液側入口
15B 中空糸膜透析液側出口
16 ポッティング剤
17 中空糸膜モジュール
21 中空糸膜モジュール
22 Biポンプ
23 Fポンプ
24 循環用ビーカー
25 Bi回路
26 Bo回路
27 F回路
28 ヒーター
29 温水槽
31 カンチレバーが表面に接触する前の直線領域
32 カンチレバーが表面に接触した後に現れた、フォースカーブが湾曲した非線形の領域
33 カンチレバーが表面に接触した後に現れた、フォースカーブが線形的な直線の相関となった領域
34 膨潤層厚み
41 膜厚
42 内径
43 外径

Claims (8)

  1. 疎水性高分子と、親水性高分子と、高分子Aとからなる分離膜を備え、
    前記高分子Aは、親水性ユニットと疎水性ユニットからなり、前記疎水性ユニットの側鎖末端に炭素数2〜20のアルキル基を有する共重合体であり、
    ヘパリンを50U/ml含み、ヘマトクリット値が30体積%、総タンパク濃度が6〜7g/dlである2Lの牛血液を、37℃、100ml/分の流速で、10ml/(分・m)の濾過流量となるように循環したとき、循環開始後10分の時点のアルブミン篩係数に対する循環開始後60分の時点のアルブミン篩係数の維持率が86%以上である、分離膜モジュール。
  2. 前記分離膜の内表面に9〜50nmの厚みの膨潤層を備え、
    前記分離膜の内表面のヒト血小板の付着数が10個/4.3×10μm以下である、請求項1記載の分離膜モジュール。
  3. 前記分離膜は、内径が100〜400μm、膜厚が10〜60μmの中空糸膜である、請求項1又は2記載の分離膜モジュール。
  4. 前記中空糸膜の内表面の面積の合計値は、0.3〜3.0mである、請求項3記載の分離膜モジュール。
  5. 前記疎水性ユニットは、カルボン酸エステルユニット、アクリル酸エステルユニット又はメタクリル酸エステルユニットである、請求項1〜4のいずれか一項記載の分離膜モジュール。
  6. 前記親水性ユニットは、ビニルピロリドンユニット、N−ビニルアセトアミド誘導体ユニット、アクリルアミド誘導体ユニット又はメタクリルアミド誘導体ユニットである、請求項1〜5のいずれか一項記載の分離膜モジュール。
  7. 前記疎水性高分子は、ポリスルホン系高分子であり、前記親水性高分子は、ポリビニルピロリドンである、請求項1〜6のいずれか一項記載の分離膜モジュール。
  8. 血液浄化用である、請求項1〜7のいずれか一項記載の分離膜モジュール。
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