KR102812619B1

KR102812619B1 - 다공질 중공사막

Info

Publication number: KR102812619B1
Application number: KR1020207031972A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 하야시; 카오리 아카이케; 스구루 우시로; 요시유키 우에노
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2025-05-26
Anticipated expiration: 2039-05-24
Also published as: KR20210011372A; EP3766567A4; WO2019225730A1; DK3766567T3; JP7314797B2; CN112074340A; US12172133B2; SG11202010151SA; EP3766567A1; JPWO2019225730A1; US20210213394A1; EP3766567B1

Abstract

폴리술폰계 고분자를 주성분으로 하는 다공질 중공사막으로서, 내표면측이 치밀하고 외표면측이 조대한 비대칭 구조를 갖고, 내표면의 구멍의 단경의 평균값이 20nm 이상 40nm 이하이며, 내표면의 개공률이 5% 이상 30% 이하이며, 또한 외표면 또는 내표면 중 적어도 한쪽의 표면에 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 함유하는 고분자가 담지되어서 이루어지는 다공질 중공사막. 바이러스 등의 분리 대상 물질의 제거 성능이 우수하고, 또한 저압력 하의 처리에서도 높은 투과성을 갖는 분리막으로서 사용할 수 있는 다공질 중공사막을 제공한다.

Description

다공질 중공사막

본 발명은 생체성분을 분리하기 위한 다공질 중공사막에 관한 것이다.

최근, 바이오 의약품, 특히 면역 글로불린 등의 항체는 치료 효과가 높고, 부작용도 적은 점에서 널리 이용되어 오고 있다. 항체는 동물세포 등의 생물에 의해 산생되므로, 의약품으로서 이용하기 위해서는 많은 불순물 중에서 항체만을 분리·정제하는 것이 필요하다. 일반적인 분리·정제 프로세스에 있어서는 항체산생에 이용한 세포를 원심분리에 의해 분리한 후, 항체를 특이적으로 흡착하는 컬럼(예를 들면 프로틴 A 컬럼)을 사용해서 분리·정제를 행하고, 마지막에 바이러스 제거가 행해진다.

바이러스 제거 방법으로서는 항체 등의 유효성분에의 영향이 적은 것이나, 에너지, 화학적으로 저항성이 있는 바이러스도 제거 가능한 점에서 분리막을 사용한 막 여과를 행함으로서, 체 효과에 의한 분리를 행하는 것이 유효하다. 이 바이러스 제거용 분리막은 분리 성능의 높이나, 바이러스가 누설되지 않는 것이 필요함과 아울러, 유효성분인 항체의 회수율이 높은 것도 요구된다.

이러한 바이러스 제거막으로서는 정밀 여과 및 한외 여과 등의 공업용도나, 혈액투석 등의 의료용도에도 사용되고 있는 중공사막의 활용이 넓어지고 있다. 특허문헌 1에는 단백질 함유액 처리 용도로서 폴리술폰계 고분자와 폴리비닐피롤리돈(PVP)의 블렌드로 이루어지는 중공사막이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는 폴리술폰계 고분자와 비닐피롤리돈-아세트산 비닐 공중합체의 2성분으로 이루어지고, 외층에 치밀층을 갖는 다공질 중공사막이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는 폴리술폰계 고분자와 친수성 고분자를 포함하고, 치밀층의 두께나, 구멍지름을 제어한 다공질 중공사막이 개시되어 있다.

국제공개 제2011/111679호 국제공개 제2013/012024호 국제공개 제2016/113964호

그러나, 특허문헌 1에 기재된 중공사막은 실질적으로 균질구조이며, 순수의 투과성도 낮은 경향이 있다.

특허문헌 2 및 3에 기재된 중공사막은 비닐피롤리돈과 아세트산 비닐의 공중합체를 함유시킴으로써, 단백질 부착에 의한 막힘을 억제하고 있지만, 모두 투과성이 낮기 때문에, 고압력 하에서 처리할 필요가 있다.

본 발명은 바이러스 등의 분리 대상 물질의 제거 성능이 우수하고, 또한 저압력 하의 처리에서도 높은 투과성을 갖는 분리막으로서 사용할 수 있는 다공질 중공사막을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 폴리술폰계 고분자를 주성분으로 하는 다공질 중공사막으로서, 내표면측이 치밀하고 외표면측이 조대한 비대칭 구조를 갖고, 내표면의 구멍의 단경의 평균값이 20nm 이상 40nm 이하이며, 내표면의 개공률이 5% 이상 30% 이하이며, 또한 외표면 또는 내표면 중 적어도 한쪽의 표면에 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 함유하는 고분자가 담지되어서 이루어지는 다공질 중공사막이다.

본 발명의 다공질 중공사막에 의해, 생체성분의 분리, 특히 항체 등의 단백질과 바이러스 등의 분리를 저압력 및 단시간에 행할 수 있다.

도 1은 실시예 1에서 제작한 다공질 중공사막의 단면을 10000배로 촬영한 SEM 화상
도 2는 도 1의 화상을 2치화 처리한 화상
도 3은 도 2의 화상의 일부를 130nm 이상의 구멍만을 추출 처리한 화상
도 4는 중공사막 내표면을 50000배로 촬영한 SEM 화상
도 5는 중공사막 외표면을 3000배로 촬영한 SEM 화상
도 6은 중공사막 모듈의 바람직한 형태의 일례
도 7은 중공사막 모듈의 바람직한 형태의 일례

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「∼」는 그 하한 및 상한의 값을 포함하는 범위를 나타내는 것으로 한다.

<다공질 중공사막＞

본 발명의 다공질 중공사막(이하, 단지 「중공사막」이라고 하는 경우가 있다. 또한, 설명의 형편상, 후술하는 코팅 고분자를 담지시키기 전의 상태의 것도 「중공사막」이라고 하는 경우가 있다.)은 폴리술폰계 고분자를 주성분으로 한다.

본 발명에 있어서의 폴리술폰계 고분자란 주쇄에 방향환, 술포닐기 및 에테르기를 갖는 고분자이며, 구체적으로는 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아릴에테르술폰 등을 들 수 있다. 본 발명에서 사용되는 폴리술폰계 고분자로서는 하기 식(1) 및 (2)로 나타내어지는 반복단위로부터 선택된 반복단위를 갖는 고분자가 적합하다.

폴리술폰계 고분자는 상기 식(1) 또는 (2)로 나타내어지는 반복단위와 함께, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 다른 반복단위를 가져도 좋다. 이 경우, 다른 반복단위의 함유량은 폴리술폰계 고분자의 10질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 폴리술폰계 고분자는 탄화수소 골격의 수소원자가 알킬기나 관능기, 할로겐 등의 다른 원자로 치환되어 있어도 좋고, 또 변성체이어도 좋다.

본 발명에 있어서는 특히 상기 식(1) 또는 (2)로 나타내어지는 반복단위만으로 이루어지는 다음 식(3) 또는 (4)로 나타내어지는 폴리술폰계 고분자가 적합하게 이용되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

식(3) 및 (4) 중의 n은 50 이상의 정수를 나타내고, 바람직하게는 50∼200의 정수이다.

이러한 폴리술폰계 고분자의 구체예로서는 유델(등록상표) P-1700, P-3500(Solvay사제), 울트라존(등록상표) S3010, S6010(BASF사제) 등을 들 수 있다.

상기 폴리술폰계 고분자는 단독이라도, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.

또한, 폴리술폰계 고분자를 주성분으로 한다란 중공사막을 구성하는 성분 중 폴리술폰계 고분자가 전체의 50%질량 이상인 것을 의미한다. 폴리술폰계 고분자의 함유량은 중공사막을 구성하는 성분의 75% 이상인 것이 바람직하고, 90% 이상인 것이 보다 바람직하다.

바람직한 양태에 의하면, 본 발명의 중공사막은 친수성 고분자를 더 함유한다. 즉, 본 발명의 중공사막은 상술의 폴리술폰계 고분자와 친수성 고분자의 혼합 수지로 구성되는 것이 바람직하다. 친수성 고분자는 폴리술폰계 고분자로 다공질 중공사막을 제막할 때의 조공제 및 제막원액의 점도조정, 단백질 부착 억제 효과를 부여하는 역할을 갖는다. 또한, 본 발명에 있어서의 친수성 고분자란 물, 또는 에탄올에 가용인 고분자를 의미하고, 이들에 0.1g/mL 이상 용해되는 고분자인 것이 바람직하다.

친수성 고분자로서는 폴리술폰계 고분자의 양용매 및 폴리술폰계 고분자와 상용하는 친수성 고분자가 바람직하다. 이러한 친수성 고분자의 예로서는 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜이나, 이들의 공중합체 등을 들 수 있다. 공중합체의 예로서는 비닐피롤리돈과 아세트산 비닐, 프로피온산 비닐 및 부탄 산 비닐로부터 선택된 성분의 공중합체 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도, 폴리술폰계 고분자와의 상용성의 관점에서 폴리비닐피롤리돈 또는 그 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다.

조공제로서의 역할 및 단백질 부착 억제 효과의 관점에서, 중공사막에 포함되는 친수성 고분자의 함유량은 0.5중량% 이상이 바람직하고, 1.0중량% 이상이 보다 바람직하다. 한편, 친수성 고분자의 함유량이 지나치게 많으면 제막이 어렵게 되는 것이나, 중공사막으로부터의 용출이 우려되므로, 친수성 고분자의 함유량은 10질량% 이하가 바람직하고, 8중량% 이하가 보다 바람직하다.

일반적으로, 중공사막에는 막두께 방향으로 구멍지름이 거의 변화되지 않는 대칭 구조를 갖는 소위 대칭막과, 막두께 방향으로 구멍지름이 변화되는 비대칭 구조를 갖는 소위 비대칭막이 있다. 본 발명의 다공질 중공사막은 내표면측이 치밀하고 외표면측이 조대한 비대칭 구조를 갖는 비대칭막이다. 바꿔 말하면, 내표면측의 구멍지름이 작고, 외표면측의 구멍지름이 큰 구조를 갖는다. 이러한 비대칭막은 물질분리에 중요한 치밀층의 구멍지름 제어가 쉬운 이점이 있다. 또한, 비대칭막에서는 바이러스 등의 제거 대상 물질의 분리에 기여하는 구멍지름이 작은 영역과, 물의 투과 저항이 낮은 구멍지름이 큰 영역이 존재함으로써, 분리 성능과 투수 성능을 양립하기 쉽다.

바람직한 양태에 의하면, 본 발명의 중공사막은 내표면측의 구멍지름 130nm 이상의 구멍이 존재하지 않는 층(이하, 치밀층으로 한다)의 두께가 1㎛ 이하이다. 치밀층의 두께는 중공사막의 축방향을 수직으로 가로 지르는 단면을 주사형 전자현미경(SEM)으로 10000배로 관찰하고, 촬영한 화상을 화상 처리 소프트로 해석함으로써 구할 수 있다. 구체적으로는 우선, 촬영한 화상을 구조체 부분을 명휘도로, 그 이외의 부분이 암휘도가 되도록 역치를 정해서 2치화 처리한다. 그리고, 중공사막 중에 있어서, 형상이 진원형이다라고 가정한 경우에 그 지름이 130nm가 되는 면적 1.3×10⁴(nm²) 이상의 암휘도 부분이 관찰되지 않는 영역을 치밀층으로서 특정하고, 상기 단면에 있어서의 치밀층의 두께의 평균값을 구한다. 보다 상세하게는 후술하는 「(6)치밀층의 두께의 측정」의 방법에 의해 측정하는 것으로 한다.

본 발명의 중공사막에 있어서는 주로 이 치밀층에서 물질의 분리가 행해지지만, 치밀층이 지나치게 두꺼우면 물 등의 처리액이 투과할 때에 저항이 커진다. 높은 투과성을 얻기 위해서는 치밀층의 두께는 1㎛ 이하가 바람직하고, 0.8㎛ 이하가 보다 바람직하고, 0.5㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 0.2㎛ 이하가 한층 바람직하다. 한편 치밀층의 두께가 극단적으로 얇은 경우, 처리 조건에 따라서는 분리 성능이 저하될 우려가 있으므로, 치밀층의 두께는 0.05㎛ 이상이 바람직하고, 0.1㎛ 이상이 보다 바람직하다.

본 발명의 중공사막에 있어서의 분리 대상 물질의 사이즈는 내표면의 구멍의 형상에 의존한다. 중공사막 내표면의 구멍은 진원 형상이 아닌 타원 형상인 것이 많지만, 물질의 분리에 기여하는 것은 타원 형상의 구멍의 짧은 쪽의 직경(단경)이므로, 본 발명에 있어서는 내표면의 구멍의 단경을 제어하는 것이 중요하다. 예를 들면, 바이오 의약품의 제조에서는 유용물질인 항체(8∼10nm 정도)와 그 다량체의 분리나, 항체와 각종 바이러스(30∼100nm 정도)를 분리하는 것이 요구된다. 유용물질인 항체의 투과성의 관점에서, 내표면의 구멍의 단경의 평균값은 20nm 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 22nm 이상, 더욱 바람직하게는 25nm 이상이다. 한편, 분리 성능의 관점에서는 내표면의 구멍의 단경의 평균값은 40nm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 38nm 이하, 더욱 바람직하게는 35nm 이하이다. 또한, 타원 형상의 구멍의 긴 쪽의 직경(장경)을 길게 하면 막표면의 개공률을 크게 할 수 있으므로 바람직하다. 내표면의 구멍의 단경에 대한 장경의 비(장경/단경)는 2 이상이 바람직하고, 2.5 이상이 보다 바람직하다. 한편, 장경과 단경의 비가 지나치게 커지면 막의 강도가 저하될 우려가 있으므로, 장경/단경은 6 이하가 바람직하고, 5 이하가 보다 바람직하다. 또한, 여기에서 말하는 치밀층의 구멍의 단경, 장경은 평균값이며, 구체적으로는 후술하는 「(4)표면 구멍지름의 측정」의 방법으로 측정하는 것으로 한다.

중공사막의 투과성에는 내표면의 개공률이 크게 영향을 준다. 개공률이 작으면 물질을 투과할 수 있는 유로가 적어지므로 투과 저항이 커진다. 그 때문에, 본 발명의 중공사막에 있어서는 내표면의 개공률은 5% 이상이며, 10% 이상이 바람직하고, 15% 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 내표면의 개공률을 크게 하려고 하면, 구멍지름의 제어가 곤란해지는 것이나, 압력을 부하했을 때의 구멍구조의 변화가 일어나기 쉬워지므로, 내표면의 개공률은 30% 이하이며, 25% 이하가 바람직하다. 또한, 중공사막 내표면의 개공률은 후술하는 「(5)개공률의 측정」의 방법으로 측정하는 것으로 한다.

본 명세서에 있어서는 본 발명의 중공사막의 치밀층의 외측, 즉 중공사막에 있어서 치밀층보다 외표면측에 존재하는 치밀층 이외의 층을 조대층이라고 칭한다. 조대층은 투과 저항을 최소한으로 하기 위해서, 치밀층측으로부터 외표면측을 향해서 서서히 구멍지름이 확대되어 가는 구조인 것이 바람직하다. 또한, 중공사막의 강도한 관점에서, 타원 형상 또는 물방울 형상으로 막의 실부분이 결락된 공공영역인 매크로 보이드가 조대층에 관찰되지 않는 것이 바람직하다.

중공사막 외표면, 즉 조대층의 외표면의 구멍의 단경의 평균값은 투과성의 관점에서 0.2㎛ 이상이 바람직하고, 0.3㎛ 이상이 보다 바람직하다. 한편, 중공사막의 강도의 관점에서, 외표면의 구멍의 단경의 평균값은 2㎛ 이하가 바람직하고, 1.5㎛ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 외표면의 개공률은 투과성의 관점에서 1% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3% 이상, 또한 5% 이상이 바람직하다. 한편 강도의 관점에서 외표면의 개공률은 20% 이하가 바람직하고, 15% 이하가 보다 바람직하다.

중공사막의 찌부러지기 쉬움은 중공사막의 막두께 및 내경과 상관이 있다. 중공사막의 막두께는 얇아질수록 경막 물질 이동 계수를 저감할 수 있으므로 중공사막의 물질 제거 성능은 향상된다. 한편, 막두께가 지나치게 얇으면 실끊김이나 건조 찌부러짐이 발생하기 쉬워 제조상 문제가 될 가능성이 있다. 그 때문에, 중공사막의 막두께는 20㎛ 이상이 바람직하고, 또한 30㎛ 이상이 바람직하다. 한편, 중공사막의 막두께는 100㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 80㎛ 이하, 또한 60㎛ 이하가 바람직하다. 또한, 중공사막의 내경은 150㎛ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 200㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 220㎛ 이상이며, 한편, 중공사막의 내경은 500㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 400㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 300㎛ 이하이다. 중공사막의 내경이란 중공사막의 막두께를, 예를 들면 마이크로 와쳐의 1000배 렌즈(예를 들면, VH-Z100;가부시키가이샤 KEYENCE)로 측정해서 하기의 식으로부터 산출한 값을 말한다.

중공사막 내경=중공사막 외경-(막두께×2)

중공사막 외경이란 중공사막의 외경을 레이저 변위계(예를 들면, SL5040T;가부시키가이샤 KEYENCE)로 측정해서 구한 값을 말한다.

본 발명의 다공질 중공사막은 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 함유하는 고분자(이하, 「코팅 고분자」라고 하는 경우가 있다)가 중공사막의 외표면 및 내표면 중 적어도 한쪽의 표면에 담지되어서 이루어진다. 코팅 고분자는 특히 피처리액이 최초로 접촉하는 내표면에 적어도 담지되어 있는 것이 바람직하고, 내표면 및 외표면의 양쪽의 표면에 담지되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 중공사막의 다공질층(상술의 치밀층과 조대층의 총칭)의 내부에도 코팅 고분자가 담지되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 내표면, 외표면이나 다공질층 내부에 코팅 고분자를 담지시킴으로써, 단백질 등의 부착을 효과적으로 억제할 수 있다.

모노카르복실산이란 1개의 카르복시기와, 상기 카르복시기의 탄소원자에 결합한 탄화수소기로 이루어지는 화합물, 즉 「R-COOH」(R은 탄화수소기)로 나타내어지는 화합물을 의미한다. 탄화수소기 R은 지방족 탄화수소기 및 방향족 탄화수소기 중 어느 것이라도 좋지만, 합성의 용이함 등의 관점에서 지방족 탄화수소기, 특히 포화 지방족 탄화수소기인 것이 바람직하다. 또한, 카르복실산의 제조 비용의 관점에서, 포화 지방족 탄화수소기는 직쇄 구조 또는 분기 구조가 바람직하고, 직쇄 구조가 보다 바람직하다. R이 방향족 탄화수소기인 모노카르복실산으로서는 벤조산이나 그 유도체 등을 들 수 있다. 또한, R이 포화 지방족 탄화수소기인 모노카르복실산의 예로서는 아세트산, 프로판산, 부티르산 등을 들 수 있다.

포화 지방족 탄화수소기는 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기 등의 직쇄 구조 뿐만 아니라 이소프로필기나 터셔리부틸기와 같은 분기 구조나, 시클로프로필기, 시클로부틸기와 같은 환상 구조이어도 좋다. 또한, 지방족 쇄내에 에테르 결합이나 에스테르 결합 등을 포함하고 있어도 좋다. 또한, 탄화수소기 R은 수소원자가 임의의 치환기로 치환되어 있어도 좋지만, 말단의 수소원자가 술폰산기 등의 음이온성 관능기로 치환되어 있는 경우, 단백질의 구조를 불안정화시키고, 중공사막 표면에의 부착을 유발할 가능성이 있으므로, 말단의 수소원자는 음이온성 관능기로 치환되어 있지 않은 것이 바람직하다.

탄화수소기 R의 탄소수가 적은 것은 모노카르복실산의 소수성을 낮게 하고, 단백질과의 소수성 상호작용을 작게 하고, 부착을 방지함에 있어서 바람직하다. 그 때문에, R이 지방족 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기인 경우의 탄소수는 1∼20이 바람직하고, 1∼9가 보다 바람직하고, 2∼5가 더욱 바람직하다. 또한, R이 포화 지방족 탄화수소기인 경우, 탄소수 1의 화합물은 아세트산, 탄소수 2의 화합물은 프로판산이다.

또한, 본 명세서에 있어서 「유닛」이란 모노머를 중합해서 얻어지는 단독 중합체 또는 공중합체 중의 반복단위를 가리키고, 「카르복실산 비닐에스테르 유닛」이란 카르복실산 비닐에스테르 모노머를 중합해서 얻어지는 반복단위, 즉 「-CH(OCO-R)-CH₂-」(R은 지방족 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기)로 나타내어지는 반복단위를 의미한다. R은 상기 모노카르복실산에 대한 기재와 동일하며, 바람직한 예 등도 상기에 준한다.

R이 포화 지방족인 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛의 구체예로서는 프로판산 비닐 유닛, 피발산 비닐 유닛, 데칸산 비닐 유닛, 메톡시아세트산 비닐 유닛 등을 들 수 있다. 소수성이 지나치게 강하지 않는 것이 바람직한 점에서 아세트산 비닐 유닛(R:CH₃), 프로판산 비닐 유닛(R:CH₂CH₃), 부티르산 비닐 유닛(R:CH₂CH₂CH₃), 펜탄산 비닐 유닛(R:CH₂CH₂CH₂CH₃), 피발산 비닐 유닛(R:C(CH₃)₃), 헥산산 비닐 유닛(R:CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃)을 바람직한 예로서 들 수 있다. R이 방향족인 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛의 구체예로서는 벤조산 비닐 유닛이나 그 치환체를 들 수 있다.

모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 함유하는 고분자가 중공사막의 외표면 또는 내표면에 담지되어 있는 것은 TOF-SIMS 장치에 의한 조성 분석과 X선 광전자 분광법(XPS)에 의한 측정을 조합함으로써 확인할 수 있다. 구체적으로는 우선, TOF-SIMS 장치에 의한 조성 분석에 의해, 상기 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛의 카르복실산 이온 유래의 피크가 검출되므로, 그 질량(m/z)을 분석함으로써, 모노카르복실산의 구조가 명확해진다.

TOF-SIMS 장치에 의한 조성 분석에서는 초고 진공 중에 둔 시료 표면에 펄스화된 이온(1차 이온)이 조사되고, 시료 표면으로부터 방출된 이온(2차 이온)은 일정한 운동 에너지를 얻어서 비행시간형의 질량분석계로 안내된다. 같은 에너지로 가속된 2차 이온의 각각은 질량에 따른 속도로 분석계를 통과하지만, 검출기까지의 거리는 일정하기 때문에, 그것에 도달할 때까지의 시간(비행시간)은 질량의 함수가 되고, 이 비행시간의 분포를 정밀하게 계측함으로써 2차 이온의 질량분포, 즉 질량 스펙트럼이 얻어진다. 예를 들면, 1차 이온종으로서 Bi₃ ⁺⁺을 사용하고, 2차 부이온을 검출할 경우, m/z=59.02의 피크는 C₂H₃O₂ ^-, 즉, 아세트산(지방족 쇄탄소수:1)에 상당하다. 또한, m/z=73.04의 피크는 C₃H₅O₂ ^-, 즉, 프로판산(지방족 쇄탄소수:2)에 상당하다.

TOF-SIMS 장치에 의한 조성 분석의 조건은 이하와 같다. 측정 영역을 200㎛×200㎛로 하고, 1차 이온 가속 전압을 30kV, 펄스폭을 5.9nm로 한다. 본 분석 방법에 있어서의 검출 깊이는 수 nm 이하이다. 이 때, 총 2차 이온 강도에 대한 카르복실산 이온 강도가 0.4% 이하인 경우는 노이즈라고 판단하고, 카르복실산 이온은 존재하지 않는 것으로 한다. 보다 상세하게는 후술하는 「(7)TOF-SIMS 측정」에 따라서 측정하는 것으로 한다.

그리고, 또한 XPS 측정을 행하면, 에스테르기(COO) 유래의 탄소의 피크가 CH_x나 C-C의 메인 피크(285eV 부근)로부터 +4.0∼4.2eV에 나타나므로, 상기 카르복실산이 에스테르 결합을 형성하고 있는 것을 알 수 있다. XPS의 측정각으로서는 90°로 측정한 값을 사용한다. 측정각 90°로 측정한 경우, 표면으로부터의 깊이가 약 10nm까지의 영역이 검출된다. 이 때, 탄소 유래의 전피크 면적에 대한 에스테르기 유래의 피크 면적의 비율이 0.4% 이하인 경우는 노이즈라고 판단하고, 에스테르기는 존재하지 않는 것으로 한다. 보다 상세하게는 후술하는 「(8)X선 전자 분광법(XPS) 측정」에 따라서 측정하는 것으로 한다.

상기 두개의 측정 결과로부터 다공질 중공사막의 표면 등에 있어서의 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 함유하는 고분자의 존부가 명확해진다.

또한, 다공질 중공사막의 표면 또는 다공질층 내부에 존재하는 코팅 고분자의 양은 XPS를 사용하고, 에스테르기 유래의 탄소량을 측정함으로써 구할 수 있다.

에스테르기(COO) 유래의 탄소의 피크는 C1s의 CH나 C-C 유래의 메인 피크로부터 +4.0∼4.2eV에 나타나는 피크를 피크 분할함으로써 구할 수 있다. 탄소 유래의 전피크 면적에 대한 에스테르기 유래의 피크 면적의 비율을 산출함으로써 에스테르기 유래의 탄소량(원자수%)이 구해진다. 보다 구체적으로는 C1s의 피크는 주로 CH_x, C-C, C=C 및 C-S 유래의 성분, 주로 C-O 및 C-N 유래의 성분, π-π＊ 새틀라이트 유래의 성분, C=O 유래의 성분, 및 COO 유래의 성분의 5개의 성분으로 구성된다. 이상의 5개의 성분으로 피크 분할을 행한다. COO 유래의 성분은 CH_x나 C-C의 메인 피크(285eV 부근)로부터 +4.0∼4.2eV에 나타나는 피크이다. 이 각 성분의 피크 면적비는 소수점 제2자리째를 사사 오입하여 산출한다.

단백질의 부착을 억제하는 효과를 발휘하기 위해서, 외표면 또는 내표면 중 적어도 한쪽의 표면을 XPS로 측정했을 때, 탄소 유래의 전피크 면적을 100(원자수%)으로 했을 때의 에스테르기 유래의 탄소 피크의 면적 백분률이 0.1(원자수%) 이상인 것이 바람직하고, 1.0(원자수%) 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.5(원자수%) 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 중공사막의 투과 성능의 저하를 방지함에 있어서, 외표면 또는 내표면에 담지된 모노카르복실산 에스테르비닐 유닛을 함유하는 고분자가 지나치게 많지 않은 것이 바람직하다. 투과 성능의 저하 방지의 관점에서, 상기 에스테르기 유래의 탄소 피크 면적 백분률은 25(원자수%) 이하인 것이 바람직하고, 20(원자수%) 이하인 것이 보다 바람직하고, 10(원자수%) 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, XPS 측정시에는 다공질 중공사막의 2개소에 대해서 측정을 행하고, 상기 2개소의 값의 평균값을 사용하는 것으로 한다.

또한, 다공질 중공사막 표면에 있어서의 폴리술폰계 고분자에 대한 에스테르기의 양은 전반사 적외 분광법(ATR)으로 측정할 수 있다. 구체적으로는 1개소에 있어서의 측정 범위를 3㎛×3㎛, 적산 횟수는 30회 이상으로 해서 다공질 중공사막 표면의 25점에 있어서 적외 흡수 스펙트럼을 측정한다. 적외 흡수 스펙트럼에 있어서, 1711∼1759cm^-1로 기준선을 그리고, 그 기준선과 스펙트럼의 정부분으로 둘러싸여진 부분을 에스테르기 유래의 피크 면적(A_COO)으로 한다. 마찬가지로 1549∼1620cm^-1로 기준선을 그리고, 그 기준선과 스펙트럼의 정부분으로 둘러싸여진 부분을 폴리술폰계 고분자의 벤젠환 C=C 유래의 피크 면적(A_CC)으로 한다. 양자의 비(A_COO)/(A_CC)를 산출하고, 25점의 평균값을 구한다. 이러한 평균값의 산출을, 또한 1개의 중공사막에 대해서, 길이방향에 있어서의 양단면 근방 및 중앙부 부근의 다른 3개소에 대해서 행하고, 3점의 평균값을 측정한 중공사막에 있어서의 (A_COO)/(A_CC)의 평균값으로 한다. 보다 상세하게는 후술하는 「(9)현미 ATR법」에 따라서 측정하는 것으로 한다. 이 중공사막의 (A_COO)/(A_CC)의 평균값은 0.01 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.03 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.05 이상이다. 한편, 에스테르기의 비율이 지나치게 많으면 표면의 소수성이 강해지고, 단백질 부착 억제 효과가 저하될 우려가 있는 점에서 (A_COO)/(A_CC)의 평균값은 1 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 이하, 또한 0.3 이하가 바람직하다.

상기 각 측정에 있어서는 예를 들면, 중공사막 내표면에 있어서 검출할 경우는 중공사막을 편날로 반원통형상으로 깎아 자르고, 중공사막 내표면을 노출시킨 시료를 준비하고, 내표면을 측정한다. 중공사막 외표면에 있어서 검출할 경우는 내표면의 측정과 동일한 시료로 외표면을 측정한다. 중공사막의 내부를 측정할 경우는 중공사막을 물에 5분간 담가서 적신 후에 액체질소로 동결하고, 신속하게 접고, 동결 건조를 실시한 중공사막의 단면, 또는 중공사막의 막두께부분을 편날로 깎아 자르고, 중공사막의 내부가 노출된 부분을 측정한다.

코팅 고분자의 수 평균 분자량은 단백질의 부착을 충분히 억제하는 관점에서, 1,000 이상이 바람직하고, 5,000 이상이 보다 바람직하다. 한편, 고분자의 수 평균 분자량의 상한에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 중공사막에의 도입효율의 저하를 회피하는 관점에서, 1,000,000 이하가 바람직하고, 500,000 이하가 보다 바람직하고, 100,000 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 단독 중합체 또는 공중합체의 수 평균 분자량은 겔 침투 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정할 수 있다.

코팅 고분자는 친수성 유닛과 소수성 유닛으로 이루어지는 공중합체(이하, 단지 「공중합체」라고 하는 일이 있다)인 것이 바람직하다. 폴리에틸렌글리콜이나 폴리비닐알콜과 같은 친수성 고분자로 중공사막 표면을 피복한 경우, 단백질 등의 부착 억제 효과가 불충분한 것을 알 수 있다. 이것은 중공사막 표면의 친수성이 지나치게 강하면, 단백질의 구조가 불안정화되므로, 단백질의 부착을 충분히 억제할 수 없기 때문이라고 생각된다. 특히, 최근에서는 고분자의 주위의 물이 주목받고 있다. 친수성이 강한 고분자에서는 고분자와 물의 상호작용이 강하여 고분자의 주위의 물의 운동성이 저하된다. 한편, 단백질은 흡착수라고 불리는 물에 의해 구조가 안정화되어 있다고 여겨지고 있다. 그 때문에, 단백질의 흡착수와 고분자의 주위의 물의 운동성이 가까우면, 단백질의 구조는 불안정화되지 않고, 중공사막 표면에의 단백질의 부착은 억제할 수 있다고 생각된다. 친수성 유닛과 소수성 유닛으로 이루어지는 공중합체에서는 사용하는 친수성기, 소수성기, 및 공중합 비율을 제어함으로써 고분자의 주위의 물의 운동성을 제어하는 것이 가능하다고 생각된다. 여기서 친수성 유닛이란 상기 유닛을 구성하는 모노머 단독으로 중합체를 제조한 경우, 중량 평균 분자량 10000∼1000000의 중합체가 물에 가용인 것을 가리킨다. 「가용인」 것이란 20℃에서의 물 100g에 대한 용해도가 0.1g을 초과하는 것을 가리킨다.

친수성 유닛을 구성하는 모노머로서는 상기 용해도가 10g을 초과하는 모노머가 보다 바람직하다. 이러한 모노머로서는 비닐알콜 모노머, 아크릴로일모르폴린 모노머, 비닐피리딘 모노머, 비닐이미다졸 모노머, 비닐피롤리돈 모노머 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 카르복시기 또는 술폰산기를 갖는 모노머에 비해서 친수성이 지나치게 강하지 않고, 소수성 모노머와의 밸런스를 취하기 쉬운 점에서 아미드 결합, 에테르 결합 또는 에스테르 결합을 갖는 모노머가 바람직하다. 특히, 아미드 결합을 갖는 비닐아세트아미드 모노머, 비닐피롤리돈 모노머나 비닐카프로락탐 모노머가 보다 바람직하다. 이 중, 비닐피롤리돈 모노머가 중합체의 독성이 낮은 점에서 더욱 바람직하다. 따라서, 본 발명의 바람직한 양태에 의하면, 코팅 고분자는 친수성 유닛으로서 비닐피롤리돈 유닛을 함유한다.

소수성 유닛을 구성하는 모노머로서는 적어도 모노카르복실산 비닐에스테르가 포함되지만, 그 이외에 아크릴산 에스테르, 메타크릴산 에스테르나 비닐-ε-카프로락탐 등으로부터 선택되는 유닛을 더 포함해도 좋다.

단백질 부착 억제의 관점에서, 상기 친수성 유닛과 소수성 유닛으로 이루어지는 공중합체에 있어서의 소수성 유닛의 몰분률은 10% 이상 90% 이하가 바람직하고, 20% 이상 80% 이하가 보다 바람직하고, 30% 이상 70% 이하가 더욱 바람직하다. 이 때, 소수성 유닛은 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛만이어도 좋고, 기타의 소수성 유닛을 더 포함하고 있어도 좋다. 소수성 유닛의 몰분률을 상기 상한 이하로 설정하는 것은 공중합체 전체의 소수성의 상승을 억제하고, 단백질의 부착을 회피함에 있어서 바람직하다. 또한, 소수성 유닛의 몰분률을 상기 하한 이상으로 설정하는 것은 공중합체 전체의 친수성의 상승을 억제하고, 단백질의 구조 불안정화 및 변성을 회피하고, 나아가서는 단백질의 부착을 방지함에 있어서 바람직하다. 또한, 상기 몰분률의 산출 방법은 예를 들면, 핵자기 공명(NMR) 측정을 행하고, 각 성분에 대응하는 피크의 피크 면적비로부터 산출한다. 피크끼리가 겹치는 등의 이유로 NMR 측정에 의한 상기 몰분률의 산출을 할 수 없는 경우는 원소분석에 의해 상기 몰분률을 산출해도 좋다.

코팅 고분자로서는 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛과 비닐피롤리돈 유닛으로 이루어지는 공중합체가 특히 바람직하다. 이 경우, 비닐피롤리돈 유닛과 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛의 몰비율은 바람직하게는 30:70∼90:10이며, 보다 바람직하게는 40:60∼80:20이며, 더욱 바람직하게는 50:50∼70:30이다.

상기 공중합체에 있어서의 유닛의 배열로서는 예를 들면, 블록 공중합체, 교호 공중합체 또는 랜덤 공중합체 등을 들 수 있다. 이들 중, 공중합체 전체에서 친수성 유닛과 소수성 유닛의 분포 편차가 작다는 점에서 교호 공중합체 또는 랜덤 공중합체가 바람직하다. 그 중에서도, 합성이 용이한 점에서 랜덤 공중합체가 보다 바람직하다.

또한, 필수는 아니지만, 사용중에 코팅 고분자가 용출되는 것을 회피하는 관점에서, 코팅 고분자는 화학적인 결합에 의해 중공사막에 고정화되어 있는 것이 바람직하다. 고정화하는 방법에 대해서는 후술한다.

본 발명의 다공질 중공사막의 투수성은 처리 시간 단축이나 중공사막 모듈 및 부대 설비의 소형화의 관점에서 높은 것이 바람직하다. 투수성으로서는 1L/(hr·kPa·㎡) 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3L/(hr·kPa·㎡) 이상 또한 10L/(hr·kPa·㎡) 이상이 바람직하다. 한편, 투수성이 지나치게 높은 경우, 중공사막과 단백질이 접촉하는 속도가 빨라지고, 단백질이 변성되어 버릴 우려가 있으므로, 투수성은 50L/(hr·kPa·㎡) 이하가 바람직하다.

바이오 의약품의 제조 공정에서는 공정 전체에서 요구되는 바이러스 클리어런스는 99.9999999% 이상(LRV=9)이다. 또한, 2개 이상의 다른 바이러스 부활화 및 제거 공정을 검토하는 것이 바람직하다고 되어 있다. 그 때문에, 이러한 다공질 중공사막에 있어서의 바이러스 클리어런스는 적어도 99.99% 이상(LRV=4)의 바이러스 제거 성능을 갖는 것이 바람직하다.

바이오 의약품 중에서도 항체는 고가이다. 제조 공정에서는 여러가지 분리·정제가 행해지므로, 항체의 로스를 최대한 억제할 필요가 있다. 특히 분리막 등은 표면적도 크기 때문에 항체가 흡착되기 쉽고, 회수율이 저하되기 쉽다. 특히, 복수의 분리막을 연속적으로 사용해서 처리를 행할 경우는 분리막에의 부착에 의한 항체 회수율의 저하가 큰 문제가 된다. 그 때문에, 항체의 회수율은 80% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 85% 이상, 또한, 90% 이상이 바람직하다.

또한, 항체나 제거 대상 단백질이 중공사막에 부착된 경우, 처리 시간의 경과에 따른 처리액량의 저하가 일어나서 처리 시간의 연장 및 항체 회수율의 저하로 이어진다. 그 때문에, 처리 시간의 경과에 따른 처리액량의 저하가 일어나지 않는 것이 바람직하다. 예를 들면 20∼50kPa의 저압력 하에서 피처리액을 처리했을 때, 처음의 0∼5분 사이에 회수되는 처리액량에 대한 25∼30분 또는 55∼60분 사이에 회수되는 처리액량의 비율은 0.7 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.8 이상, 또한 0.9 이상인 것이 바람직하다. 또한, 20∼50kPa의 저압력 하에서 피처리액을 처리했을 때, 처음의 0∼5분 사이의 항체 투과율에 대한 25∼30분 사이의 항체 투과율로서 산출되는 항체 투과성 유지율은 80% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 85% 이상, 또한 90% 이상인 것이 바람직하다.

항체는 제조 공정에 있어서, 몇개의 항체가 결합한 응집체를 발생할 경우가 있다. 이러한 응집체는 약으로서의 효과가 없고 불순물로서 취급되므로, 제조 공정에 있어서 제거할 필요가 있다. 항체 응집체의 함유율은 항체의 단량체에 대해서 2% 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1% 이하, 또한 0%가 바람직하다. 항체 응집체의 함유율은 광산란법이나 사이즈 배제 크로마토그래피 등으로 분석할 수 있다.

일반적인 바이오 의약품의 제조 공정은 항체를 산생하는 세포를 배양하는 공정, 세포와 항체를 분리하는 공정, 산생한 항체의 회수 및 정제 공정, 바이러스 부활화 공정, 및 바이러스 제거 공정으로 이루어진다. 세포와 항체를 분리하는 공정은 원심 분리법이나 뎁스 여과법이 사용된다. 산생한 항체의 회수에는 항체를 특이적으로 흡착하는 프로틴 A를 고정화한 프로틴 A 컬럼이 주로 사용된다. 또한, 정제 공정에서는 항체의 산생에 사용한 동물 세포 유래의 단백질(HostCell Protein)을 제거하기 위해서, 양이온 교환 컬럼이나 음이온 교환 컬럼이 사용된다. 바이러스의 불활화 공정에서는 pH를 4 이하로 하는 저pH 처리가 일반적이다.

본 발명의 중공사막은 상술한 대로, 우수한 항체 투과성을 가지므로, 세포를 배양하는 공정 후의 항체를 산생하는 세포와 항체를 분리하는 공정에 본 발명의 중공사막을 적용하는 것이 가능하다. 항체의 산생에 사용되는 세포의 사이즈는 일반적으로 8∼20㎛이기 때문에, 본 발명의 다공질 중공사막을 사용해서 분리하는 것이 가능하다. 또한, 항체의 회수 공정에 있어서 프로틴 A 컬럼에서는 제거하는 것이 어려운 복수의 항체가 회합해서 생기는 항체의 응집체 등의 제거에도 사용할 수 있다. 항체와의 특이적인 상호작용을 사용해서 분리를 행하는 프로틴 A 컬럼에서는 항체의 응집체(약 40∼80nm 정도)는 제거가 어렵지만, 본 발명의 다공질 중공사막을 사용했을 경우, 항체와 항체의 응집체를 사이즈의 차이에 의해 분리할 수 있다. 또한, 항체의 정제 공정에 있어서, 항체와 항체의 응집체를 분리하는 공정에 본 발명의 중공사막 또는 중공사막 모듈을 적용할 수 있다.

또한, 상술한 바이오 의약품의 제조 공정의 최종단계에 있어서, 본 발명의 중공사막을 바이러스 제거막으로서 사용하는 것도 바람직하다. 또한, 상기 제조 공정의 각 단계에 있어서의 제거 대상 물질의 사이즈에 맞춘 여러가지 구멍지름의 분리막을 사용해서 세포분리, 항체 회수, 정제 등의 공정을 행한 후에, 본 발명의 중공사막을 바이러스 제거막으로서 사용할 수도 있다.

특히, 현재의 바이오 의약품의 제조 공정에 있어서는 각 공정을 배치식으로 행하고 있기 때문에 효율이 나쁘다고 하는 과제가 있다. 본 발명의 다공질 중공사막 또는 중공사막 모듈을 정제 시스템으로서 이용함으로써, 그 과제를 해결할 수 있다. 구체적으로는 세포 및 단백질을 함유하는 용액으로부터 소망의 세포 또는 단백질을 얻기 위한 정제 시스템으로서, 본 발명의 중공사막과 본 발명의 중공사막보다 지름이 작은 구멍을 갖는 분리막을 갖고, 상기 용액이 본 발명의 다공질 중공사막과 상기 분리막에 의해 연속적으로 처리되도록 상기 다공질 중공사막과 상기 분리막이 배치되어 있는 정제 시스템이다. 이 정제 시스템을 사용하면, 구멍지름이 다른 분리막을 연속적으로 배치함으로써, 세포 및 단백질을 함유하는 용액을 연속적으로 처리하고, 소망의 세포 또는 단백질을 정제 및 회수할 수 있으므로, 생산성이 높아 바람직하다.

또한, 본 발명의 중공사막은 바이오 의약품의 제조 공정 이외에도 혈액제제의 바이러스 제거 공정에도 사용할 수 있다.

<다공질 중공사막의 제조 방법＞

본 발명의 다공질 중공사막의 제막 방법으로서는 상분리법이 바람직하다. 상분리법으로서는 빈용매로 상분리를 유기하는 소위 비용매 유기 상분리법이나, 비교적 용해성이 낮은 용매를 사용한 고온의 제막원액의 냉각에 의해 상분리를 유기하는 소위 열유기 상분리법 등을 사용할 수 있지만, 그 중에서도, 빈용매로 상분리를 유기하는 방법으로의 제막이 특히 바람직하다.

이 제막과정에 있어서, 제막원액과 빈용매의 접촉에 의해 상분리가 진행되어 다공질 중공사막의 구조가 결정된다. 특히, 2중관 구금의 내측에 심액으로서 빈용매를 포함하는 액체를 토출하고, 외측에 제막원액을 흘려서 제막할 경우, 제막원액과 빈용매가 접촉하는 중공사막의 내측(내표면)으로부터 상분리가 시작된다. 그 후, 막두께 방향으로 빈용매가 확산되어 연속적으로 상분리가 진행된다. 이 때, 가장 빈용매의 농도가 높은 다공질막 중공사막의 내표면의 구멍지름이 가장 작고, 내표면측이 치밀한 구조가 되고, 중공사막의 외표면측을 향함에 따라서 구멍지름이 큰 성긴 구조가 된다. 내표면의 구멍지름이나 치밀층의 두께는 상술한 상분리 속도를 제어함으로써 조정하는 것이 가능하다. 구체적으로는 심액의 빈용매 농도나 제막원액의 토출온도, 제막원액 중의 폴리술폰계 고분자의 농도 등의 조정을 들 수 있다. 특히, 구멍지름이나 치밀층의 조정에는 심액의 빈용매 농도를 변경하는 것이 효과적이다. 심액의 빈용매의 농도를 조정함으로써, 빈용매의 확산 속도가 변화되고, 중공사막 표면의 구멍지름과 치밀층의 두께를 제어할 수 있다. 또한, 제막원액 중의 폴리술폰계 고분자의 농도를 증가시킴으로써, 중공사막의 주성분인 폴리술폰계 고분자가 빈틈없이 존재하므로, 치밀층의 두께를 증대시킬 수 있다.

제막원액에 배합하는 폴리술폰계 고분자로서는 상술의 것을 사용할 수 있고, 1종류만으로도, 2종류 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.

제막원액 중의 폴리술폰계 고분자의 농도를 높게 함으로써, 중공사막의 기계적 강도를 높일 수 있다. 한편, 폴리술폰계 고분자의 농도가 지나치게 높으면, 용해성의 저하나 제막원액의 점도증가에 의한 토출불량 등의 문제가 생길 수 있다. 또한, 폴리술폰계 고분자의 농도에 의해 투수성 및 분획 분자량을 조정할 수 있다. 폴리술폰계 고분자의 농도를 지나치게 높게 하면, 중공사막 내표면에 있어서의 동 폴리머의 밀도가 오르므로, 투수성 및 분획 분자량은 저하된다. 이상의 점에서 제막원액 중의 폴리술폰계 폴리머의 농도는 30질량% 이하가 바람직하다. 한편, 제막원액 중의 폴리술폰계 폴리머의 농도의 하한으로서는 10질량% 이상이 바람직하다.

폴리술폰계 고분자를 용매에 용해할 때는 고온에서 용해하는 것이 용해성 향상을 위해서 바람직하지만, 열에 의한 고분자의 변성이나 용매의 증발에 의한 조성 변화의 우려가 있다. 그 때문에, 용해 온도는 30℃ 이상, 120℃ 이하가 바람직하다. 단, 폴리술폰계 고분자 및 첨가제의 종류에 의해 이들의 최적범위는 다른 것이 있다.

또한, 제막원액에 친수성 고분자를 배합함으로써, 상술한 대로 조공제로서 투수성을 향상시키는 효과나, 친수성을 향상시키는 것에 의한 단백질의 부착 억제 효과를 기대할 수 있다. 또한, 친수성 고분자의 배합에 의해, 제막원액의 점도의 조정을 행하는 것이 가능하며, 막의 강도저하의 요인이 되는 매크로 보이드의 생성을 억제하는 것이 가능하다. 단, 제막원액 중의 친수성 고분자의 배합량이 지나치게 많으면, 제막원액의 점도증가에 의한 용해성의 저하나 토출불량이 일어나는 일이 있고, 또한, 중공사막 중에 다량의 친수성 고분자가 잔존함으로써, 투과 저항의 증대에 의한 투수성의 저하 등이 일어날 우려가 있다. 친수성 고분자로서는 상술의 것을 사용할 수 있고, 1종류만으로도, 2종류 이상을 혼합해서 사용해도 좋다. 친수성 고분자의 최적인 제막원액에의 첨가량은 그 종류나 목적의 성능에 따라 다르지만, 제막원액 전체에 대해서 1질량% 이상, 20질량% 이하가 바람직하다.

또한, 비교적 저분자량(중량 평균 분자량 1000∼200000)의 친수성 고분자를 사용함으로써 조공작용이 강해지므로, 중공사막의 투수성을 향상시킬 수 있다. 한편, 비교적 고분자량(중량 평균 분자량 200000∼1200000)의 친수성 고분자를 사용한 경우, 분자쇄가 길고, 폴리술폰계 고분자와의 상호작용이 커지므로, 중공사막에 잔존하기 쉽고, 중공사막의 친수성 향상에 기여한다. 그 때문에, 저분자량과 고분자량의 친수성 고분자를 블렌드해서 사용하는 것이 보다 바람직하다.

2중관 구금의 내관으로부터 토출 하는 액(심액)은 폴리술폰계 고분자에 대한 양용매와 빈용매의 혼합액이며, 그 비율에 의해 중공사막의 투수성 및 분획 분자량 즉 구멍지름을 조정할 수 있다. 빈용매로서는 특별히 한정되지 않지만, 물이나 에탄올, 이소프로필알콜 등의 알콜계 용매가 사용되며, 그 중에서도 물이 적합하게 사용된다. 양용매로서는 특별히 한정되지 않지만, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드 등이 적합하게 사용된다.

상술의 제막원액과 심액이 접촉함으로써, 빈용매의 작용에 의해 제막원액의 상분리가 유기되어 응고가 진행된다. 심액에 있어서의 빈용매 비율을 지나치게 높게 하면, 막의 투수성 및 분획 분자량이 저하된다. 한편, 빈용매 비율이 지나치게 낮으면, 액체인 채 적하되게 되므로, 중공사막을 얻을 수 없는 일이 있다. 심액에 있어서의 적정한 양용매와 빈용매의 비율은 양자의 종류에 따라 다르지만, 빈용매가 양자의 혼합액 중 10질량% 이상, 80질량% 이하인 것이 바람직하다.

토출시의 2중관 구금의 온도는 제막원액의 점도, 상분리 거동, 및 심액의 제막원액에의 확산 속도에 영향을 줄 수 있다. 일반적으로, 2중관 구금의 온도가 높을수록 빈용매의 확산 속도가 향상되므로, 상분리가 진행되고, 얻어지는 중공사막의 투수성과 분획 분자량은 커진다. 단, 2중관 구금의 온도가 지나치게 높으면, 제막원액의 점도의 저하나 응고성의 저하에 의해, 토출이 불안정해지므로 방사성이 저하된다. 한편, 2중관 구금의 온도가 낮으면, 결로에 의해 2중관 구금에 수분이 부착되는 일이 있다. 그 때문에, 2중관 구금의 온도는 20℃ 이상, 90℃ 이하가 바람직하다.

상술한 대로, 분리 성능은 중공사막 내표면에 존재하는 구멍의 단경에 의존하므로, 구멍의 형상을 타원 형상으로 하고, 개공률을 상승시킴으로써, 고분리 성능과 고투수성을 양립하는 것이 가능해진다. 중공사막 내표면의 구멍을 타원 형상으로 하는 방법으로서는 다공질막이 고화한 후에 잡아 늘리는 연신법이나, 드래프트비를 크게 해서 다공질막이 고화되기 전에 잡아 늘리는 방법이 있다. 이 중, 드래프트비를 크게 하는 방법이 다공질막의 제조 방법이나 소재의 한정을 받지 않고, 광범위하게 적용 가능하기 때문에, 바람직하다. 드래프트비란 다공질막의 인취 속도를, 제막원액을 토출하는 슬릿으로부터의 토출선 속도로 나눈 값이다. 토출선 속도는 토출량을 구금의 원액이 토출되는 부분인 슬릿의 단면적으로 나눈 값이다. 따라서, 드래프트비를 올리기 위해서는 인취 속도를 크게 하거나, 또는 슬릿의 토출부분의 단면적을 크게 하면 좋다. 그 중에서도, 슬릿의 단면적을 크게 하는 방법은 다공질막의 형상을 바꾸지 않고 드래프트비를 올리는 것이 용이한 점에서 바람직하다.

제막원액은 2중관 구금으로부터 토출된 후, 응고 배스에 들어가기 전에, 건식부라고 불리는 소정 구간에 있어서, 공기 중을 주행하는 것이 바람직하다. 건식부에서는 토출된 제막원액의 외표면이 공기와 접촉함으로써, 공기 중의 수분을 받아들이고, 이것이 빈용매가 되므로 상분리가 진행된다. 그 때문에, 건식부의 노점을 제어함으로써, 얻어지는 중공사막의 외표면의 개공률을 조정할 수 있다. 건식부의 노점이 낮으면 상분리가 충분히 진행되지 않는 일이 있고, 외표면의 개공률이 저하되고, 중공사막의 마찰이 커져서 방사성이 악화될 수 있다. 한편, 건식부의 노점이 지나치게 높아도, 외표면이 응고되므로 개공률이 저하되는 일이 있다. 건식부의 노점은 60℃ 이하, 10℃ 이상이 바람직하다.

건식부의 거리(건식길이)가 지나치게 짧으면 상분리가 충분히 진행되기 전에 응고되어 버려, 투수성능이나 분획성능이 저하되므로 건식길이는 50mm 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100mm 이상이다. 한편, 건식길이가 지나치게 길면 실흔들림 등에 의해 방사 안정성이 저하될지도 모르므로, 건식길이는 600mm 이하가 바람직하다.

제막원액은 건식부를 주행한 후, 폴리술폰계 고분자에 대한 빈용매를 주성분으로 하는 응고 배스에 제공된다. 응고 배스의 빈용매로서는 물이 적합하게 사용된다. 제막원액이 응고 배스에 들어가면, 응고 배스 중의 다량의 빈용매에 의해 제막원액은 응고되고, 막구조가 고정화된다. 또한, 응고 배스에는 필요에 따라 양용매가 첨가되어 있어도 좋다. 응고 배스의 온도를 높게 할수록, 또는 응고 배스 중의 양용매의 농도를 높게 할수록 응고가 억제되고, 상분리가 진행되므로, 투수성과 분획 분자량은 커진다.

응고 배스에서 응고시킴으로써 얻어진 중공사막은 용매나 원액에 유래하는 잉여의 친수성 폴리머를 포함하고 있기 때문에, 또한 세정에 제공되는 것이 바람직하다. 세정 방법으로서는 폴리술폰계 고분자가 용해되지 않고, 잉여의 친수성 폴리머가 용해되는 조성의 용매 중을 통과시키는 방법이 바람직하다. 이러한 용매의 예로서는 에탄올 등의 알콜류나 폴리술폰계 고분자가 용해되지 않을 정도로 양용매를 혼합한 수용액, 또는 물을 들 수 있다. 그 중에서도 취급성의 관점에서 물이 바람직하다. 또한, 세정에 사용하는 용매의 온도를 올림으로써 세정 효율을 높일 수 있으므로, 세정 온도는 50∼100℃가 바람직하다.

이렇게 해서 얻어진 다공질 중공사막의 표면에 코팅 고분자를 담지시키는 방법으로서는 코팅 고분자를 제막시의 원액이나 심액에 첨가하는 방법이나, 제막후에 표면에 코팅 고분자 용액을 접촉시키는 방법을 들 수 있다. 그 중에서도, 제막조건에 영향을 주지 않는 점에서, 제막후에 중공사막에 코팅 고분자 용액을 접촉시키는 방법이 바람직하다. 이러한 방법으로서는 코팅 고분자 용액에 중공사막을 침지하는 방법이나, 중공사막에 코팅 고분자 용액을 통액시키는 방법, 또는 중공사막에 스프레이 등으로 코팅 고분자 용액을 분사하는 방법 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 중공사막의 내부로부터 외표면측까지 코팅 고분자를 부여하는 것이 가능한 점에서 중공사막에 코팅 고분자 용액을 통액시키는 방법이 바람직하다.

코팅 고분자 용액을 중공사막에 통액시키는 경우에는 용액 중의 상기 고분자의 농도가 지나치게 작으면 충분한 양의 고분자가 표면에 도입되지 않는다. 따라서, 코팅 고분자 용액 중의 코팅 고분자의 농도는 10ppm 이상이 바람직하고, 100ppm 이상이 보다 바람직하고, 300ppm 이상이 더욱 바람직하다. 단, 농도가 지나치게 크면, 모듈로부터의 용출물이 증가하는 것이나, 구멍지름이 변화되는 것이 우려되므로, 상기 수용액 중의 코팅 고분자의 농도는 100,000ppm 이하가 바람직하고, 10,000ppm 이하가 보다 바람직하다.

코팅 고분자 용액의 조제에 사용하는 용매로서는 물이 바람직하다. 단, 사용하는 코팅 고분자의 물에 대한 용해성이 낮은 경우는 중공사막을 용해하지 않는 유기 용매, 또는 물과 상용하고, 또한 중공사막을 용해하지 않는 유기 용매와 물의 혼합 용매에 코팅 고분자를 용해시켜도 좋다. 상기 유기 용매 또는 혼합 용매에 사용할 수 있는 유기 용매로서는 예를 들면, 메탄올, 에탄올 또는 프로판올 등의 알콜계 용매를 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

중공사막에 코팅 고분자 용액을 통액시키는 방향은 중공사막의 내측으로부터 외측, 외측으로부터 내측 중 어느 것이라도 좋다. 단, 사용하는 코팅 고분자의 크기가 중공사막 내표면의 구멍지름보다 큰 경우, 내측으로부터 통액시키면 코팅 고분자가 구멍을 통과하지 않고, 내표면측에 농축되고, 중공사막 내부 및 외표면에 코팅 고분자를 담지시킬 수 없다. 그러한 경우는 별도 중공사막의 외측에도 코팅 고분자 용액을 흘림으로써, 중공사막 전체에 코팅 고분자를 담지시킬 수 있다. 중공사막의 분획 분자량을, 후술하는 「(11)덱스트란을 사용한 분획 분자량 측정」의 측정 결과에 의거해서 측정하고, 그 결과에 의거해서 중공사막 내표면의 구멍지름보다 코팅 고분자의 사이즈가 작아지도록 코팅 고분자의 분자량을 설정하는 것이 가능하다.

또한, 상술과 같이, 코팅 고분자는 화학적인 결합에 의해 중공사막에 고정화되는 것이 바람직하다. 화학적인 결합에 의해 코팅 고분자를 고정화하는 방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 중공사막에 코팅 고분자를 접촉시킨 후에 방사선을 조사하는 방법이나, 코팅 고분자 및 고정화하는 중공사막 표면의 양쪽에 아미노기나 카르복실기 등의 반응성기를 도입하고, 양자를 반응시키는 방법을 들 수 있다.

중공사막 표면에 반응성기를 도입하는 방법으로서는 반응성기를 갖는 모노머를 중합해서 표면에 반응성기를 갖는 기재를 얻는 방법이나, 중합 후, 오존 처리, 플라즈마 처리에 의해 반응성기를 도입하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 방사선을 조사하는 방법을 사용할 경우, 방사선으로서는 α선, β선, γ선, X선, 자외선 및 전자선 등을 사용할 수 있다. 중공사막 모듈내의 중공사막에 코팅 고분자를 용해한 용액을 접촉시킨 상태, 또는 중공사막의 표면에 코팅 고분자를 도입한 후에 중공사막 모듈내의 용액을 제거한 상태나 중공사막을 건조시킨 상태로 방사선을 조사한다. 이 방법을 사용한 경우, 코팅 고분자의 고정화와 동시에 중공사막 모듈의 멸균도 달성할 수 있으므로 바람직하다. 그 경우, 방사선의 조사선량은 15kGy 이상이 바람직하고, 25kGy 이상이 보다 바람직하다. 한편, 조사선량이 지나치게 높은 경우, 고분자의 열화 및 분해가 촉진되므로, 조사선량은 100kGy 이하가 바람직하다.

또한, 방사선의 조사에 의한 코팅 고분자의 가교 반응을 억제하기 위해서 항산화제를 사용해도 좋다. 항산화제란 다른 분자에 전자를 부여하기 쉬운 성질을 갖는 물질을 의미한다. 예를 들면, 비타민 C 등의 수용성 비타민류, 폴리페놀류 또는 메탄올, 에탄올 또는 프로판올 등의 알콜계 용매 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이들 항산화제는 단독으로 사용해도 좋고, 2종류 이상 혼합해서 사용해도 좋다. 안전성을 고려할 필요가 있는 경우는 에탄올이나 프로판올 등, 독성이 낮은 항산화제가 적합하게 사용된다.

본 발명의 중공사막 모듈은 본 발명의 중공사막이 하우징에 내장된 것이다. 바람직한 형태로서는 도 6에 나타낸 바와 같이, 필요한 길이로 절단된 중공사막(2)의 다발이 통형상의 하우징(1)에 수용되어 있는 것이 바람직하다. 이 때, 중공사막의 양단부는 포팅재(60) 등에 의해, 통형상의 하우징(1)의 양단부에 고정화되어 있는 것이 바람직하다. 이 때, 중공사막의 양단이 개구되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 중공사막 모듈은 하우징(1)의 양단에 헤더(3A 및 3B)를 구비하는 것이 바람직하다. 헤더(3A 및 3B)는 액체를 투과할 수 있는 주입구(4A 및 4B)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 중공사막 모듈은 도 6에 나타낸 바와 같이, 하우징의 측면부에 노즐(5A와 5B)을 구비하는 것이 바람직하다.

피처리액은 주입구(4A 또는 4B)로부터 도입되고, 중공사막 내표면측으로부터 외표면측으로 투과한 후, 노즐(5A 또는 5B)로부터 배출된다. 이 때, 피처리액은 주입구(4A 및 4B)의 양측으로부터 흘려도 좋고, 편측만으로부터 흘려도 좋다. 또한, 피처리액은 노즐(5A 또는 5B)로부터 도입되고, 중공사막 외표면측으로부터 내표면측으로 투과한 후 주입구(4A 또는 4B)로부터 배출되도록 해도 좋다. 이 때, 피처리액은 노즐(5A 및 5B)의 양측으로부터 흘려도 좋고, 편측만으로부터 흘려도 좋다.

다른 바람직한 중공사막 모듈의 형태로서는 도 7에 나타낸 바와 같이 U자형상으로 한 중공사막(2)이 통형상의 하우징(7)에 내장되어 있는 형상이어도 좋다. 이 때, 중공사막의 단부는 포팅재(60) 등에 의해, 통형상 하우징의 편측에 고정화되어 있다. 피처리액은 중공사막 개구부(8)를 입구로 해서 흘려도 좋고, 출구로 해서 흘려도 좋다.

본 발명의 다공질 중공사막을 모듈화하는 방법으로서는 중공사막을 원심하면서 하우징에 고정화하는 방법이나, 중공사막을 U자형상으로 하고, 중공사막의 개구부측만을 하우징에 고정화하는 방법을 들 수 있다. 특별히 한정되지 않지만, 일례를 나타내면 다음과 같다. 우선, 중공사막을 필요한 길이로 절단하고, 필요개수를 묶은 후, 통형상의 하우징에 넣는다. 그 후, 양단에 임시 캡을 하고, 중공사막 양단부에 포팅재를 넣는다. 이 때 원심기로 모듈을 회전시키면서 포팅재를 넣으면, 포팅재를 균일하게 충전할 수 있으므로 바람직하다. 포팅재가 고화된 후, 중공사막의 양단이 개구하도록 양단부를 절단한다. 하우징의 양단에 피처리액 유입 포트(헤더)를 부착하고, 헤더 및 하우징의 노즐 부분에 마개를 함으로써 중공사막 모듈을 얻는다.

실시예

(1)중공사막 모듈의 작성

중공사막 20개를 직경 약 5mm, 길이 약 17cm의 하우징에 충전하고, 양단을 코니시(주)제 에폭시 수지계 화학반응형 접착제 "퀵멘더(등록상표)"로 포팅한 후, 잘라서 개구함으로써, 중공사막 모듈을 제작했다.

(2)투수성의 측정

(1)에서 작성한 중공사막 모듈에 대해서, 각 실시예, 비교예에 기재한 바와 같이, 중공사막에의 공중합체의 코팅을 실시했다. 코팅 처리후의 중공사막 모듈에 대해서 투수성의 평가를 실시했다. 상기 중공사막 모듈의 중공사막 내측 및 외측을 증류수로 30분간 세정했다. 중공사막 내측에 수압 16kPa를 가하고, 중공사막 외측으로 유출해 오는 물의 단위시간당 여과량을 측정했다. 투수성(UFR)은 하기 식으로 산출하고, 소수점 제1위치를 사사 오입한 값을 사용했다. 이 때, 하우징에 충전한 중공사막 중, 접착제가 부착되어 있지 않은 부분의 길이를 측정하고, 막면적의 산출에 사용했다.

UFR(L/hr/kPa/㎡)=Qw/(P×T×A)

여기에서, Qw:여과량(L), T:유출 시간(hr), P:압력(kPa), A:막면적(㎡).

(3)바이러스 제거 성능의 측정

(2)의 평가를 마친 모듈을 사용해서 평가했다. 증류수 또는 인산 완충액 중에 크기가 약 27nm인 박테리오파지 MS-2(Bacteriophage MS-2 ATCC 15597-B1)를 약 1.0×10⁶PFU/㎖의 농도로 함유하도록 바이러스 원액을 조제했다. 여기에서 증류수 또는 인산 완충액은 121℃에서 20분간 고압 증기 멸균한 것을 사용했다. 온도 약 20℃, 인가 압력 50kPa의 조건으로 바이러스 원액을 중공사막 내표면으로부터 외표면 또는 중공사막 외표면으로부터 내표면을 향해서 송액하고, 전량 여과 방식에 의한 여과를 행하여 투과액을 얻었다. 여과를 개시한 직후의 투과액의 10㎖를 파기한 후, 측정용의 투과액을 10㎖ 채취했다. Overlay agar assay, Standard Method 9211-D(APHA, 1998, Standard methods for the examination of water and wastewater, 18th ed.)의 방법에 의거해서 필요에 따라 증류수로 적당히 희석한 투과액 1㎖를 검정용 샬레에 접종하고, 플라크를 계수함으로써 박테리오파지 MS-2의 농도를 구했다. 플라크란 바이러스가 감염되어 사멸한 세균의 집단으로, 점상의 용균반으로서 계수할 수 있다. 바이러스 제거 성능을 바이러스 대수 제거율(LRV)로 나타냈다. 예를 들면, LRV2란 -log10x=2 즉 0.01이며, 바이러스 원액 중의 바이러스의 농도에 대한 투과액 중의 바이러스의 농도가 100분의 1(제거율 99%)인 것을 의미한다. 또 투과액 중에 플라크가 전혀 계측되지 않는 경우, LRV＞6.0으로 했다.

(4)표면 구멍지름의 측정

중공사막을 물에 5분간 담가서 적신 후에 액체질소로 동결하고, 동결 건조시킨 중공사막을 측정 시료로서 사용했다. 중공사막을 반통형상으로 절단하고, 내표면이 노출되어 있는 상태로 했다. 중공사막 내표면을 주사형 전자현미경(SEM)(S-5500, 가부시키가이샤 히타치 하이테크놀로지사제)을 사용해서 배율 50000배로 관찰하고, 화상을 컴퓨터에 입력했다. 입력한 화상의 사이즈는 640픽셀×480픽셀이었다. 중공사막 내표면의 1㎛×1㎛의 범위의 구멍에 대해서 화상 처리 소프트(ImageJ, 개발처 미국 국립 위생 연구소)를 사용해서 각 구멍을 타원형상으로 피팅을 행하고, 단경과 장경을 측정했다. 계측한 구멍의 총수가 50개 이상이 될 때까지 1㎛×1㎛의 범위의 계측을 반복해서 데이터를 추가했다. 구멍이 깊이 방향으로 2중으로 관찰된 경우는 깊은 쪽의 구멍의 노출부를 측정했다. 구멍의 일부가 계측 범위로부터 벗어나는 경우는 그 구멍을 제외했다. SEM 화상을 2치화 처리하고, 공공부가 흑색, 구조부분이 백색이 된 화상을 얻었다. 해석 화상 내의 콘트라스트의 차에 의해, 공공부와 구조부분을 깔끔하게 2치화할 수 없는 경우는 공공부를 검게 빈틈없이 칠하고나서 화상처리를 행하고, 구멍을 타원형상으로 피팅하고, 각 구멍의 단경, 장경을 측정하고, 단경의 평균값을 산출했다. 구멍지름은 소수점 제2자리를 사사 오입한 값을 사용했다. 이 때, 노이즈를 자르기 위해서 연속된 픽셀수가 5픽셀 이하인 면적의 구멍을 데이터로부터 제외했다. 장경과 단경의 비율은 각 구멍의 평균값으로부터 산출하고, 소수점 제2위치를 사사 오입한 값을 사용했다.

중공사막 외표면의 표면 구멍지름에 대해서는 상기와 마찬가지로 해서 배율 1500배로 관찰하고, 컴퓨터에 입력하고, 50㎛×50㎛의 범위의 구멍에 대해서 마찬가지로 단경과 장경을 측정했다.

(5)개공률의 측정

(4)와 마찬가지로 시료의 표면을 SEM(S-5500, 가부시키가이샤 히타치 하이테크놀로지사제)을 사용해서 배율 50000배로 관찰하고, 화상을 컴퓨터에 입력했다. 입력한 화상의 사이즈는 640픽셀×480픽셀이었다. SEM 화상을 1㎛×1㎛의 범위로 잘라내고, 화상 처리 소프트를 사용해서 화상해석을 행했다. 2치화 처리에 의해 구조체 부분을 명휘도로, 그 이외의 부분이 암휘도가 되도록 역치를 정하고, 명휘도 부분을 백색, 암휘도 부분을 흑색으로 한 화상을 얻었다. 화상 내의 콘트라스트의 차에 의해, 구조체 부분과 그 이외의 부분을 나눌 수 없는 경우, 콘트라스트가 같은 부분에서 화상을 나누어 잘라서 각각 2치화 처리를 한 후에, 원래대로 서로 연결시켜서 1매의 화상으로 되돌렸다. 또는 구조체 부분 이외를 흑색으로 빈틈없이 칠해서 화상해석을 해도 좋다. 화상에는 노이즈가 포함되고, 연속한 픽셀수가 5개 이하인 암휘도 부분에 대해서는 노이즈와 구멍의 구별이 생기지 않으므로, 구조체로서 명휘도 부분으로서 취급했다. 노이즈를 지우는 방법으로서는 연속한 픽셀수가 5 이하인 암휘도 부분을 픽셀수의 계측시에 제외했다. 또는 노이즈 부분을 희게 빈틈없이 칠해도 좋다. 암휘도 부분의 픽셀수를 계측하고, 해석 화상 형성하는 총 픽셀수에 대한 암휘도 부분의 픽셀수의 백분률을 산출해서 개공률로 했다. 5매의 화상에 대해서 같은 측정을 행하고, 평균값을 산출하고, 소수점 제2위치를 사사 오입한 값을 사용했다.

중공사막 외표면의 표면 구멍지름에 대해서는 상기와 마찬가지로 해서 배율 1500배로 관찰하여 컴퓨터에 입력하고, 50㎛×50㎛의 범위에 대해서 마찬가지로 개공률을 산출했다.

(6)치밀층의 두께의 측정

중공사막을 물에 5분간 담가서 적신 후에 액체질소로 동결해서 신속하게 접고, 동결 건조를 실시한 중공사막을 관찰 시료로 했다. 상기 중공사막의 단면을 SEM(S-5500, 가부시키가이샤 히타치 하이테크놀로지사제)을 사용해서 배율 10000배로 관찰하고, 화상을 컴퓨터에 입력했다. 입력한 화상의 사이즈는 640픽셀×480픽셀이었다. SEM으로 관찰해서 단면의 구멍이 폐쇄되어 있는 경우는 시료작성을 다시 했다. 구멍의 폐쇄는 절단 처리시에 응력 방향으로 중공사막이 변형되어 일어나는 경우가 있다.

SEM 화상을 다공질막의 표면과 평행하게 1㎛, 막두께 방향으로 임의의 길이가 되도록 잘라내고, 화상 처리 소프트를 사용해서 화상해석을 행했다. 해석 범위의 막방향의 길이는 치밀층이 안정되는 길이이면 좋다. 측정 배율의 관찰 시야에서 치밀층이 안정되지 않은 경우는 치밀층이 안정되도록 2매 이상의 SEM상을 합성했다. 2치화 처리에 의해 구조체 부분을 명휘도로, 그 이외의 부분이 암휘도가 되도록 역치를 정하고, 명휘도 부분을 백색, 암휘도 부분을 흑색으로 한 화상을 얻었다. 화상내의 콘트라스트의 차에 의해, 구조체 부분과 그 이외의 부분을 나눌 수 없는 경우, 콘트라스트가 같은 부분에서 화상을 나누어 잘라 각각 2치화 처리를 한 후에, 원래대로 서로 연결시켜서 1매의 화상으로 되돌렸다. 또는 구조체 부분 이외를 흑색으로 빈틈없이 칠해서 화상해석을 해도 좋다. 구멍이 깊이 방향으로 2중으로 관찰된 경우는 얕은 쪽의 구멍을 측정했다. 구멍의 일부가 계측 범위로부터 벗어나는 경우는 그 구멍을 제외했다. 화상에는 노이즈가 포함되고, 연속한 픽셀수가 5개 이하인 암휘도 부분에 대해서는 노이즈와 구멍의 구별이 생기지 않으므로, 구조체로서 명휘도 부분으로서 취급했다. 노이즈를 지우는 방법으로서는 연속한 픽셀수가 5 이하인 암휘도 부분을 픽셀수의 계측시에 제외했다. 또는 노이즈 부분을 희게 빈틈없이 칠해도 좋다. 화상 내에서 기지의 길이를 나타내고 있는 스케일바의 픽셀수를 계측하고, 1픽셀수당 길이를 산출했다. 구멍의 픽셀수를 계측하고, 구멍의 픽셀수에 1픽셀수당 길이의 2승을 곱함으로써 구멍면적을 구했다. 하기 식으로 구멍면적에 상당하는 원의 직경을 산출하고, 구멍지름으로 했다. 구멍지름 130nm가 되는 구멍면적은 1.3×10⁴(n㎡)이다.

구멍지름=(구멍면적÷원주율)^1/2×2

구멍지름이 130nm 이상인 구멍을 특정하고, 그 구멍이 관찰되지 않는 층을 치밀층으로 해서 중공사막의 내표면으로부터 수직 방향으로 치밀층의 두께를 측정했다. 표면에 대해서 수선을 그리고, 그 수선 상의 표면으로부터 구멍지름 130nm 이상의 구멍까지의 거리 중 가장 짧은 거리(즉, 표면으로부터 가장 가까운 구멍지름 130nm 이상의 구멍과 표면의 거리)를 구했다. 같은 화상 중에서 5개소 측정을 행했다. 또한 5매의 화상으로 같은 측정을 행하고, 총 25의 측정 데이터의 평균값을 산출하고, 소수점 제3위치를 사사 오입한 값을 치밀층의 두께로 했다.

(7)TOF-SIMS 측정

중공사막을 편날로 반원통형상으로 깎아 자르고, 중공사막 내표면 또는 외표면의 상이한 개소를 3점 측정했다. 측정 샘플은 초순수로 린스한 후, 실온, 0.5Torr로 10시간 건조시킨 후, 측정에 제공했다. 측정 장치 및 조건은 이하와 같다.

측정 장치:TOF．SIMS 5(ION-TOF사제)

1차 이온:Bi₃ ⁺⁺

1차 이온 가속 전압:30kV

펄스폭:5.9ns

2차 이온 극성:부

스캔수:64scan/cycle

Cycle Time:140μs

측정 범위:200×200㎛²

질량범위(m/z):0∼1500.

얻어진 질량 m/z의 스펙트럼으로부터 중공사막 표면에 있어서의 카르복실산 이온의 존재의 유무를 확인했다. 단, 총 2차 이온 강도에 대한 카르복실산 이온 강도가 0.4% 이하인 경우는 노이즈라고 판단하고, 카르복실산은 존재하지 않는 것으로 한다.

(8)X선 전자 분광법(XPS) 측정

중공사막을 편날로 반원통형상으로 깎아 자르고, 중공사막 내표면 또는 외표면의 다른 개소를 2점 측정했다. 측정 샘플은 초순수로 린스한 후, 실온, 0.5Torr로 10시간 건조시킨 후, 측정에 제공했다. 측정 장치 및 조건은 이하와 같다.

측정 장치:ESCALAB220iXL(VG사제)

여기 X선: monochromatic Al Kα1, 2선(1486.6eV)

X선 지름:0.15mm

광전자 탈출 각도:90°(시료 표면에 대한 검출기의 기울기).

C1s의 피크는 주로 CHx, C-C, C=C 및 C-S 유래의 성분, 주로 C-O 및 CN 유래의 성분, π-π＊ 새틀라이트 유래의 성분, C=O 유래의 성분, 및 COO 유래의 성분의 5개의 성분으로 구성된다. 이상의 5개 성분으로 피크 분할을 행한다. COO 유래의 성분은 CHx나 C-C의 메인 피크(285eV 부근)로부터 +4.0∼4.2eV의 위치에 나타나는 피크이다. 이 각 성분의 피크 면적비를, 소수점 제2위치를 사사 오입하고, 탄소 유래의 전피크 면적을 100(원자수%)으로 했을 때의 에스테르기 유래의 탄소 피크의 면적 백분률을 산출했다. 또한, 피크 분할의 결과, 피크 면적 백분률이 0.4% 이하이면, 검출 한계 이하로 했다.

(9)현미 ATR법

중공사막을 편날로 반원통형상으로 깎아 자르고, 초순수로 린스한 후, 실온, 0.5Torr로 10시간 건조시키고, 표면측정용 시료로 했다. 이 건조 중공사막의 각 표면을 JASCO사제 IRT-3000을 사용하고, 현미 ATR법에 의해 측정했다. 측정은 시야(애퍼쳐)를 100㎛×100㎛로 하고, 측정 범위는 3㎛×3㎛로 적산 횟수를 30회, 종횡 각 5점의 총 25점 측정했다. 얻어진 스펙트럼에 대해서, 파장 1549∼1620cm^-1로 기준선을 그리고, 그 기준선과 스펙트럼의 정부분으로 둘러싸여진 부분을 폴리술폰 유래 벤젠환 C=C 유래의 피크 면적(A_CC)으로 했다. 마찬가지로 파장 1711∼1759cm^-1로 기준선을 그리고, 그 기준선과 스펙트럼의 정부분으로 둘러싸여진 부분을 에스테르기 유래의 피크 면적(A_COO)으로 했다. 상기 조작을 동일 중공사의 다른 3개소를 측정하고, (A_COO)/(A_CC)의 평균값을 산출했다. 또한, 다른 3개의 중공사로 같은 측정을 행하고, 각 중공사막의 (A_COO)/(A_CC)의 평균값으로부터 (A_COO)/(A_CC)의 평균값을 산출하고, 소수점 제3위치를 사사 오입한 값을 사용했다.

(10)항체 회수 시험

IgG(인간 혈청 유래, 오리엔탈 코보 고교) 2.0g/L의 Tris-buffer 용액을 조제하여 원액으로 했다. 상기 (1)에서 작성하고, 각 실시예, 비교예에 기재한 바와 같이, 공중합체의 코팅을 실시한 후의 중공사막 모듈에 대해서, 중공사 내표면으로부터 외표면의 방향, 또는 중공사막 외표면으로부터 내표면의 방향으로 인가 압력 50kPa로, 상기 원액 10mL를 흘리고, 여과액을 회수하고, 액량을 측정했다. 그 후, Tris-buffer 용액을 중공사막 모듈에 중공사 내표면으로부터 외표면, 또는 중공사막 외표면으로부터 내표면의 방향의 방향으로 인가 압력 50kPa로 5mL 흘리고, 세정액을 회수하고, 액량을 측정했다. IgG의 회수율(항체 회수율)을(여과액과 세정액에 포함되는 IgG의 합계 중량)/(원액에 포함되는 IgG의 중량)×100%로 산출했다. IgG의 중량은 ELISA 키트(후나코시사제)를 사용해서 IgG 농도를 측정하고, IgG 농도와 액량을 곱함으로써 산출했다. 소수점 제2위치를 사사 오입한 값을 사용했다.

(11)덱스트란을 사용한 분획 분자량 측정

(1)에서 제작한 중공사막 모듈에 대해서, 증류수로 중공사막의 내측과 외측을 30분간 세정하고나서 측정에 사용했다. SIGMA-Aldrich사제 덱스트란(제품번호:No. 31394, No. 31388, No. 31387, No. 31389, No. 31397, No. 31398, No. 95771) 및 PHARMACOSMOS사제, Dextran T500을 각각 0.5m/mL(용질 전체에서는 4.0mg/mL)가 되도록 증류수로 용해하고, 덱스트란 수용액(원액)을 조제했다.

중공사막의 내측에 상기 원액을 흘리고, 중공사막의 외측에 걸쳐서 여과를 행했다. 원액의 온도는 37℃로 하고, 원액유량이 1.8mL/min, 여과 유량이 0.36mL/min이 되도록 유속을 조정했다. 원액을 통액하고나서 15분후부터 23분후의, 중공사막 모듈의 원액 입구액, 원액 출구액, 및 여과액을 각각 채취하고, 세공 지름 0.45㎛의 필터로 여과하고, 그 여과액을 측정 샘플로 해서 GPC를 사용해서 덱스트란의 농도측정을 행했다. GPC는 GPC용 컬럼(토소 TSK-gel-GMPW_XL), 컬럼 온도 40℃, 이동상으로서 액체 크로마토그래피용 증류수를 사용하고, GPC 시스템(토소사제, HLC-8220GPC)을 사용하고, 샘플 유속 1mL/min, 레퍼런스 유속 0.5mL/min, 샘플 타입량 100μL로 분석을 행했다. 검출기로서는 시차 굴절률의 측정을 사용했다. 샘플의 측정전에 단분산의 덱스트란(SIGMA-Aldrich사제 덱스트란 스탠다드 No. 31416, No. 31417, No. 31418, No. 31420, No. 31422, No. 31424, No. 49297)을 사용하고, 덱스트란의 중량 평균 분자량의 검량선을 작성했다. 이 검량선을 사용해서 상기 측정을 행하고, 원액 입구액, 원액 출구액 및 여과액의 각각에 대해서 덱스트란의 중량 평균 분자량과 덱스트란 농도의 분포 곡선을 구했다. 어떤 중량 평균 분자량에 있어서의 시브 계수(SC)는 원액 입구액의 덱스트란 농도(Ci), 원액 출구액의 덱스트란 농도(Co), 여과액의 덱스트란 농도(Cf)로부터 하기 식으로 산출했다.

SC=2Cf/(Ci+Co)

SC가 0.5가 되는 중량 평균 분자량을 분획 분자량으로 하고, 백의 위치 이하를 잘라 버렸다.

(12)항체 투과성 유지율의 측정

농도 2.0g/L의 IgG(인간 혈청 유래, 오리엔탈 코보 고교) 인산 완충 용액을 조제하여 원액으로 했다. 상기 (1)에서 작성하고, 각 실시예, 비교예에 기재한 바와 같이, 공중합체의 코팅을 실시한 후의 중공사막 모듈에 대해서, 중공사 내표면으로부터 외표면의 방향, 또는 중공사막 외표면으로부터 내표면의 방향으로 인가 압력 50kPa로, 상기 원액을 30mL 흘렸다. 그 때, 5mL씩 여과액을 샘플링하고, 항체원액, 처음의 0∼5mL의 여과액, 마지막의 25∼30mL의 여과액에 있어서 자외가시 분광법으로 파장 280nm의 광의 흡광도를 측정했다. 항체 투과성의 유지율은 항체 원액의 흡광도를 Abs(원액), 처음의 0∼5mL의 여과액의 흡광도를 Abs(5mL), 마지막의 25∼30mL의 여과액의 흡광도를 Abs(30mL)로 해서 하기 식으로 산출했다.

항체 투과성 유지율(%)=[Abs(30mL)/Abs(원액)]/[Abs(5mL)/Abs(원액)]×100.

(13)폴리머의 수 평균 분자량의 측정

물/메탄올=50/50(체적비)의 0.1NLiNO₃용액을 조정하고, GPC 전개 용액으로 했다. 이 용액 2㎖에 공중합체 2mg을 용해시켰다. 이 공중합체 용액 100μL를 컬럼(토소 GMPW_XL)을 접속한 GPC에 주입하고, 유속 0.5mL/min으로 측정했다. 측정 시간은 30분간이었다. 검출은 시차 굴절률(RI) 검출기에 의해 행하고, 용출시간 15분 부근에 나타나는 공중합체 유래의 피크로부터 수 평균 분자량을 산출했다. 수 평균 분자량은 백의 위치를 사사 오입해서 산출했다. 검량선 작성에는 Agilent사제 폴리에틸렌옥사이드 표준 샘플(0.1kD∼1258kD)을 사용했다.

[실시예 1]

폴리술폰(SOLVAY사제 유델(등록상표) P-3500) 18중량부, 폴리비닐피롤리돈(ASHLAND LCC사제 포비돈(PLASDONE) K29/K32) 6중량부 및 폴리비닐피롤리돈(ASHLAND LCC사제 포비돈(PLASDONE) K90) 3중량부를 N,N-디메틸아세트아미드 72중량부 및 물 1중량부로 이루어지는 용매에 첨가해서 90℃에서 14시간 가열해서 용해하고, 제막원액을 얻었다. 이 제막원액을 40℃로 조정한 오리피스형 2중 원통형 구금으로부터 토출하고, 동시에 심액으로서 N,N-디메틸아세트아미드 72중량% 및 물 28중량%로 이루어지는 액을 내측의 관으로부터 토출했다. 토출된 제막원액을 건식길이 350mm의 공간을 통과시킨 후, 물이 들어간 50℃의 응고 배스로 안내하고, 중공사막을 얻었다. 얻어진 중공사막은 내경 281㎛, 막두께 52㎛이며, 중공사막 내표면측이 치밀, 외표면측이 조대한 비대칭 구조였다. 상기 (1)의 방법으로 중공사막 모듈을 제작하고, 상기 (11)의 방법으로 덱스트란 분획 분자량을 측정했다. 그 결과에 의거해서 중공사막 내표면의 구멍지름보다 사이즈가 작은 비닐피롤리돈/프로판산 비닐 랜덤 공중합체(프로판산 비닐 유닛의 몰분률 40%, 수 평균 분자량 16,500)를 선정했다. 상기 공중합체를 농도 50ppm, 에탄올을 농도 200ppm이 되도록 용해한 수용액을 중공사막 내측으로부터 외측으로 통액하고, 막 전체에 코팅을 행했다. 계속해서, 25kGy의 γ선을 조사해서 중공사막 모듈 1을 얻었다.

[실시예 2]

비닐피롤리돈/프로판산 비닐 랜덤 공중합체(프로판산 비닐 유닛의 몰분률 40%, 수 평균 분자량 16,500)의 농도를 200ppm으로 한 이외는 실시예 1과 동일한 조작으로 중공사막 모듈 2를 얻었다.

[실시예 3]

코팅 용액에 사용하는 고분자를 비닐피롤리돈/아세트산 비닐 랜덤 공중합체(BASF사제 "KOLLIDON”(등록상표) VA64)로 한 이외는 실시예 1과 같은 조작으로 중공사막 모듈 3을 얻었다.

[실시예 4]

제막원액을 45℃로 조정한 오리피스형 2중 원통형 구금으로부터 토출한 이외는 실시예 1과 같은 조작으로 중공사막을 얻었다. 얻어진 중공사막은 내경 278㎛, 막두께 50㎛이며, 중공사막 내표면측이 치밀, 외표면측이 조대한 비대칭 구조였다. 실시예 1과 같은 조작으로 중공사막 모듈 4를 얻었다.

[비교예 1]

비닐피롤리돈/프로판산 비닐 랜덤 공중합체(프로판산 비닐 유닛의 몰분률 40%, 수 평균 분자량 16,500)의 수용액을 통액하지 않는 이외는 실시예 1과 같은 조작으로 중공사막 모듈 5를 얻었다.

[비교예 2]

심액으로서 N,N-디메틸아세트아미드 63중량%, 물 37중량%로 이루어지는 용액을 사용한 이외는 실시예 1과 같은 조작으로 중공사막을 얻었다. 얻어진 중공사막은 내경 201㎛, 막두께 41㎛이며, 중공사막 내표면측이 치밀, 외표면측이 조대한 비대칭 구조였다. 실시예 1과 같은 조작으로 중공사막 모듈 6을 얻었다.

[비교예 3]

심액으로서 N,N-디메틸아세트아미드 74중량%, 물 26중량%로 이루어지는 용액을 사용하고, 응고 배스의 온도를 60℃로 한 이외는 실시예 1과 같은 조작으로 중공사막을 얻었다. 얻어진 중공사막은 내경 283㎛, 막두께 48㎛이며, 중공사막 내표면측이 치밀, 외표면측이 조대한 비대칭 구조였다. 실시예 1과 같은 조작으로 중공사막 모듈 7을 얻었다.

[실시예 5]

폴리술폰(SOLVAY사제 유델(등록상표) P-3500) 20중량부, 폴리비닐피롤리돈(ASHLAND LCC사제 포비돈(PLASDONE) K29/K32) 6중량부 및 폴리비닐피롤리돈(ASHLAND LCC사제 포비돈(PLASDONE) K90) 3중량부를 N,N-디메틸아세트아미드 72중량부 및 물 1중량부로 이루어지는 용매에 추가해서 90℃에서 14시간 가열해서 용해하고, 제막원액을 얻었다. 이 제막원액을 40℃로 조정한 오리피스형 2중 원통형 구금으로부터 토출하고, 동시에 심액으로서 N,N-디메틸아세트아미드 72중량% 및 물 28중량%로 이루어지는 용액을 내측의 관으로부터 토출했다. 토출된 제막원액을 건식길이 350mm의 공간을 통과시킨 후, 물이 들어간 40℃의 응고 배스에 안내하여 중공사막을 얻었다. 얻어진 중공사막은 내경 276㎛, 막두께 52㎛이며, 중공사막 내표면측이 치밀, 외표면측이 조대한 비대칭 구조였다. 상기 (1)의 방법으로 중공사막 모듈을 제작하고, 상기 (11)의 방법으로 덱스트란 분획 분자량을 측정했다. 그 결과에 의거해서 중공사막 내표면의 구멍지름보다 사이즈가 작은 비닐피롤리돈/프로판산 비닐 랜덤 공중합체(프로판산 비닐 유닛의 몰분률 40%, 수 평균 분자량 16,500)를 선정했다. 상기 공중합체를 농도 200ppm, 에탄올을 농도 1000ppm이 되도록 용해한 수용액을 중공사막 내측으로부터 외측으로 통액하고, 막 전체에 코팅을 행했다. 계속해서, 25kGy의 γ선을 조사해서 중공사막 모듈 8을 얻었다.

각 실시예 및 비교예에서 얻어진 중공사막 모듈의 구성 및 각종 평가 결과를 표 1, 2에 나타낸다.

A 외표면측
B 내표면측
1 통형상의 하우징
2 중공사막
3A 헤더
3B 헤더
4A 주입구
4B 주입구
5A 노즐
5B 노즐
6 포팅재
7 통형상의 하우징
8 중공사막 개구부

Claims

폴리술폰계 고분자를 주성분으로 하는 다공질 중공사막으로서,
내표면측이 치밀하고 외표면측이 조대한 비대칭 구조를 갖고, 내표면의 구멍의 단경의 평균값이 20nm 이상 40nm 이하이며, 내표면의 개공률이 5% 이상 30% 이하이며,
또한 외표면 및 내표면의 양쪽의 표면에 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 함유하는 고분자가 담지되어서 이루어지는 다공질 중공사막.
제 1 항에 있어서,
구멍지름 130nm 이상의 구멍이 존재하지 않는 내표면측의 치밀층의 두께가 1㎛ 이하인 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 내표면의 구멍의 단경에 대한 장경의 비가 2 이상 6 이하인 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
막두께가 20㎛ 이상 100㎛ 이하인 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛이 「-CH(OCO-R)-CH₂-」(R은 지방족 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기)로 나타내어지는 유닛인 다공질 중공사막.
제 5 항에 있어서,
상기 R이 탄소수 1∼20의 지방족 탄화수소기인 다공질 중공사막.
제 6 항에 있어서,
상기 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛이 아세트산 비닐 유닛, 프로판산 비닐 유닛, 부티르산 비닐 유닛, 펜탄산 비닐 유닛, 피발산 비닐 유닛, 및 헥산산 비닐 유닛으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 함유하는 고분자가 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 포함하는 소수성 유닛과, 친수성 유닛으로 이루어지는 공중합체인 다공질 중공사막.
제 8 항에 있어서,
상기 친수성 유닛이 비닐피롤리돈 유닛인 다공질 중공사막.
제 9 항에 있어서,
상기 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 함유하는 고분자가 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛과 비닐피롤리돈 유닛으로 이루어지는 공중합체인 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 다공질 중공사막의 외표면 또는 내표면 중 적어도 한쪽의 표면을 X선 광전자 분광법으로 측정했을 때, 탄소 유래의 전피크 면적을 100(원자수%)으로 했을 때의 에스테르기 유래의 탄소 피크의 면적 백분률이 0.1(원자수%) 이상 25(원자수%) 이하인 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 다공질 중공사막의 외표면 또는 내표면 중 적어도 한쪽의 표면을 현미 적외 분광 분석법으로 측정했을 때, 에스테르기 유래의 적외 흡수 스펙트럼의 피크 면적(A_COO)과 폴리술폰계 폴리머의 벤젠환 유래의 적외 흡수 스펙트럼의 피크 면적(A_CC)의 비(A_COO)/(A_CC)의 평균값이 0.01 이상 1 이하인 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모노카르복실산 비닐에스테르 유닛을 함유하는 고분자의 수 평균 분자량이 1,000 이상 1,000,000 이하인 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 다공질 중공사막을 하우징에 수용해서 이루어지는 다공질 중공사막 모듈.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
바이러스 제거 공정용에 사용되는 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
항체를 산생하는 세포와 항체를 분리하는 공정에서 사용되는 다공질 중공사막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
항체와 항체의 응집체의 분리 공정에서 사용되는 다공질 중공사막.
세포 및 단백질을 함유하는 용액으로부터 소망의 세포 또는 단백질을 얻기 위한 정제 시스템으로서, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 다공질 중공사막과, 상기 중공사막보다 지름이 작은 구멍을 갖는 분리막을 갖고, 상기 다공질 중공사막과 상기 분리막이, 상기 용액이 상기 다공질 중공사막과 상기 분리막에 의해 연속적으로 처리되도록 배치되어 이루어지는 정제 시스템.
제 14 항에 있어서,
바이러스 제거 공정용에 사용되는 다공질 중공사막 모듈.
제 14 항에 있어서,
항체를 산생하는 세포와 항체를 분리하는 공정에서 사용되는 다공질 중공사막 모듈.
제 14 항에 있어서,
항체와 항체의 응집체의 분리 공정에서 사용되는 다공질 중공사막 모듈.