JPWO2018062451A1 - 分離膜モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
(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・m2)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/4.3×103μm2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、0.3〜3.0m2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。
ScAlb(%)=2×CF/(CBi+CBo)×100
維持率(%)=ScAlb60/ScAlb10×100
維持率(%)=ScAlb1440’/ScAlb10’×100
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(m2)=π×中空糸膜内径(m)×有効長(m)×中空糸本数(本)
UFR(ml/hr/mmHg/m2)=V×60/P/A
V:ろ過量(ml/分)、P:圧力(mmHg)、A:膜面積(m2)
(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。
水/メタノール=50/50(体積比)の0.1N LiNO3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)。
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。
ScAlb(%)=2×CF/(CBi+CBo)×100
維持率(%)=ScAlb60/ScAlb10×100
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
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。
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
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/m2)=V×60/P/A
V:ろ過量(ml/分)、P:圧力(mmHg)、A:膜面積(m2)
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。
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/m2)=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(m2)
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)
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。
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1.0m2、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。
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。1H―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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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・m2)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。 - 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/4.3×103μm2以下である、請求項1記載の分離膜モジュール。 - 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。
- 前記中空糸膜の内表面の面積の合計値は、0.3〜3.0m2である、請求項3記載の分離膜モジュール。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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