WO2015156401A1 - ウイルス除去膜 - Google Patents

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WO2015156401A1
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removal membrane
virus
diameter
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亮 浜本
智子 本郷
雄介 近
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旭化成メディカル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a virus removal membrane for removing viruses from a solution.
  • the virus removal method by filtration using a virus removal membrane is an effective method that can reduce viruses without denaturing useful proteins.
  • parvoviruses In particular, have been reported as examples of infection with human parvovirus B19 in the field of plasma fractionation and in cases of contamination of mouse parvovirus CHO (Chinese Hamster Ovary) cells in the biopharmaceutical field. It is coming. Parvovirus, which is a small virus, has no envelope, so it is physicochemically stable and resistant to heating, low pH, chemical treatment, which is an inactivation step commonly used in pharmaceutical manufacturing processes. And resistant. For this reason, there is an increasing need for removal of parvovirus by a virus removal membrane as a virus removal method having a different mechanism of action from the inactivation method.
  • Patent Document 1 discloses a pore structure (hereinafter referred to as “grass structure”) in which the in-plane porosity initially decreases as it advances from the inner wall surface to the inside of the membrane and passes through at least one minimum portion, and then increases again at the outer wall portion.
  • a polymer porous hollow fiber membrane having a “gent structure” is also disclosed, and a virus removal method for filtering an aqueous protein solution using the membrane is disclosed.
  • a virus removal membrane with such a gradient structure and a specific average pore size removes virus from a protein aqueous solution at a high removal rate and removes the protein without denaturing the protein. It is said that it is suitable for recovering.
  • it exhibits a medium size (35 nm to 55 nm) virus removability it cannot guarantee the virus removability of small viruses (such as parvovirus).
  • Patent Document 2 discloses a hollow fiber membrane in which a copper ammonia cellulose solution is coagulated in a U-shaped tube, thereby suppressing structural breakage due to stretching during the formation of a microphase-separated structure and achieving high virus removability. A manufacturing method is disclosed. However, although it is effective in removing medium-sized (JEV) viruses, sufficient removal is not secured for small viruses.
  • JEV medium-sized
  • Patent Document 3 discloses that parvovirus, which is a small virus, can be removed by adjusting the ratio (BP / ⁇ ) of bubble point BP (MPa) and surface tension ⁇ (N / m) of the virus removal membrane. Has been.
  • Patent Document 4 the characteristics of the virus removal membrane are evaluated using viruses and proteins.
  • viruses and proteins are stained with a fluorescent dye, and a membrane structure necessary for high virus removal performance and protein permeability is described.
  • the conditions for assuring virus removability have not been sufficiently studied, and studies for improving filtration efficiency (filtration amount and filtration rate) have not been made.
  • JP-A-1-148305 Japanese Patent Laid-Open No. 4-371221 International Publication No. 01/14047 JP 2010-14564 A
  • virus removal membranes that have high virus removal properties for small viruses (eg, parvovirus) that are close in size to useful proteins, and that have high protein filtration efficiency.
  • small viruses eg, parvovirus
  • the demand for is getting stricter year by year.
  • the total amount of virus loaded on the virus removal membrane (spike amount for virus protein preparation or total filtration amount) should be increased. It has become.
  • the conditions for clearing the virus removal membrane evaluation test are becoming stricter year by year.
  • an object of the present invention is to provide a virus removal membrane having high virus removability and high filtration efficiency.
  • a virus removal membrane for removing a virus from a solution containing a protein, the surface on the primary side to which the solution containing the protein is supplied, and the permeation that has passed through the virus removal membrane.
  • a virus removal film having a secondary side surface from which the liquid is discharged, wherein a solution containing a gold colloid with a diameter of 20 nm is supplied from the primary side to the virus removal film, and the gold colloid is formed on the virus removal film.
  • the thickness of the site where the gold colloid having a diameter of 20 nm to 30 nm is captured is 10.0 ⁇ m or more in a wet state. 0.0 ⁇ m or less, the virus removal membrane of cellulose is provided.
  • the site where gold colloid with a diameter of 30 nm is captured is 15% to 60% of the thickness of the virus removal membrane from the primary side, and the diameter of 20 nm is 20 nm.
  • the part where the gold colloid is captured is 25% to 85% of the film thickness from the primary side, and the part where the gold colloid with a diameter of 15 nm is captured is 60% to 90% of the film thickness from the primary side. Is at.
  • the virus removal membrane does not capture gold colloid with a diameter of 10 nm.
  • the logarithmic removal rate of a gold colloid with a diameter of 30 nm by the virus removal membrane is 1.00 or more
  • the logarithmic removal rate of a gold colloid with a diameter of 20 nm is 1.00 or more
  • the removal rate is 0.10 or more
  • the logarithmic removal rate of the gold colloid having a diameter of 10 nm is less than 0.10.
  • the average pore size of the virus removal membrane is 13 nm or more and 21 nm or less.
  • the pore diameter decreases and then increases from the primary side toward the secondary side.
  • the site where the gold colloid is captured includes a site where the pore diameter is minimized.
  • the film thickness of the virus removal film is 24 ⁇ m or more and 41 ⁇ m or less in a dry state.
  • the bubble point of the virus removal membrane is 1.2 MPa or more and 1.8 MPa or less, and the pure water permeation rate is 30 L / m 2 /hrs/0.1 MPa or more and 120 L / m 2 /hrs/0.1 MPa or less.
  • the virus removal membrane may be a hollow fiber membrane or a flat membrane.
  • a value obtained by dividing the standard deviation of the area value of the luminance displacement spectrum by the average value of the area values of the luminance displacement spectrum may be 0.01 or more and 1.20 or less.
  • the thickness of the portion where the gold colloid having a diameter of 20 nm or more and 30 nm or less is captured may be 13.0 ⁇ m or more and 20.0 ⁇ m or less in a wet state.
  • the present invention it is possible to provide a virus removal membrane having high virus removability and high filtration efficiency.
  • a virus removal membrane 10 for removing a virus from a protein-containing solution includes a primary-side surface 1 to which a protein-containing solution is supplied, and the virus removal membrane. 10 and the secondary surface 2 from which the permeate that has passed through 10 is discharged.
  • the small virus removed by the virus removal film 10 has a diameter of, for example, 10 to 30 nm, or 18 to 24 nm.
  • a specific example of the virus is parvovirus. Parvovirus has a diameter of about 20 nm.
  • the virus removal membrane 10 has a virus capture site where the virus is captured in its cross section. In the virus removal membrane 10, it is preferable that the amount of virus trapped at the virus trapping site is uniform in the cross section regardless of the location on the filtration surface (primary side surface 1) through which the solution enters. This is because, when the virus trapping amount of the virus removal membrane 10 is non-uniform depending on the location on the filtration surface, the solution concentrates on a certain location on the filtration surface, and the virus load on that location partially.
  • the virus removal membrane 10 has a hollow fiber membrane shape, the amount of virus trapped at the virus trapping site is not uneven as shown in FIG. It is preferable that it is uniform.
  • the thickness of the site where the virus is captured is uniform within the virus capture site.
  • the virus removal membrane 10 has a hollow fiber membrane shape, it is preferable that the thickness of the virus capturing site is uniform in the circumferential direction. This is because if the thickness of the virus-capturing site is uniform, the solution spreads uniformly in the circulation direction and the possibility of virus leakage decreases.
  • the structure of the virus removal membrane 10 is preferably an asymmetric structure that starts to increase after the pore diameter decreases from the primary side to the secondary side.
  • the virus capturing site includes a site where the pore diameter is minimum.
  • a structure including a site where the pore diameter is minimum is effective in improving virus removability.
  • colloidal gold is easy to visually detect because it has the same diameter as a virus but does not transmit light. Therefore, for example, after the solution containing the gold colloid is filtered through the virus removal film 10, the relative luminance of the gold colloid capturing portion of the virus removal film 10 that has captured the gold colloid in the cross section of the virus removal film 10 is measured. Thus, the characteristics of the virus removal film 10 can be evaluated.
  • a solution containing a gold colloid with a diameter of 20 nm is supplied from the primary surface 1 to the virus removal membrane 10 to capture the gold colloid with the virus removal membrane 10.
  • the value obtained by dividing the standard deviation of the area value of the luminance displacement spectrum by the average value of the area value of the luminance displacement spectrum is 0.01 or more and 1.50 or less. This value indicates the coefficient of variation of the amount of gold colloid trapped in the virus removal membrane 10, and the smaller the value, the higher the uniformity of the gold colloid trapping amount at the gold colloid trapping site in the virus removal membrane 10. .
  • the values indicating the coefficient of variation are 0.01 or more and 1.50 or less, 0.01 or more and 1.40 or less, 0.01 or more and 1.30 or less, 0.01 It is 1.20 or less, 0.01 or more and 1.10 or less, or 0.01 or more and 1.00 or less.
  • less than 0.01 is the measurement limit.
  • the coefficient of variation is greater than 1.50, the solution may concentrate in at least one place in the circulation direction of the membrane, and thus viruses may leak.
  • the virus is uniformly trapped at the virus trapping site of the membrane (circular direction for the hollow fiber membrane), and the virus is loaded on the virus removal membrane. High virus removal performance can be maintained even when the total amount (spike amount or total filtration amount for the virus protein preparation) is increased.
  • the above coefficient of variation is measured, for example, by the following method.
  • a section is cut out from the virus removal membrane after the colloidal gold solution is filtered, and the luminance profile of a plurality of portions of the section stained with the gold colloid is measured with an optical microscope. Since colloidal gold absorbs light, the luminance displacement depends on the amount of colloidal gold captured. Note that background noise may be removed from the luminance profile as necessary. Thereafter, a graph having a film thickness on the horizontal axis and a luminance displacement on the vertical axis is created, and the area of the spectrum of the luminance displacement appearing on the graph is calculated.
  • the value obtained by dividing the standard deviation of the area of the luminance displacement spectrum at a plurality of locations by the average of the area of the luminance displacement spectrum at the plurality of locations is the amount of gold colloid trapped at the gold colloid capturing site in the virus removal film 10. Is calculated as a value indicating the coefficient of variation.
  • the thickness of the site for capturing the gold colloid having a diameter of 20 nm to 30 nm is 10.0 ⁇ m to 30.0 ⁇ m, 10.0 ⁇ m to 25.0 ⁇ m, 10.0 ⁇ m or more. 22.0 ⁇ m or less, 10.0 ⁇ m or more and 20.0 ⁇ m or less, preferably 11.0 ⁇ m or more and 20.0 ⁇ m or less, more preferably 12.0 ⁇ m or more and 20.0 ⁇ m or less, and further preferably 13.0 ⁇ m or more and 20.0 ⁇ m or less. .
  • the thickness of the colloidal gold capture site is larger than 30.0 ⁇ m, not only the colloidal gold-containing solution but also the filtration efficiency of the virus-containing solution tends to decrease.
  • the thickness is less than 10 ⁇ m, the virus may leak when the total amount of virus loaded on the virus removal membrane (the spike amount or the total filtration amount with respect to the virus protein preparation) increases, which is not preferable.
  • the thickness of the colloidal gold capture site having a diameter of 20 nm or more and 30 nm or less is obtained by, for example, the following method.
  • a section is cut out from a virus removal membrane obtained by filtering colloidal gold solutions having a diameter of 20 nm and 30 nm, respectively.
  • the luminance profile of a plurality of portions stained with colloidal gold in the section of the section is measured with an optical microscope.
  • a first distance a from the primary surface 1 of the virus removal film 10 to a portion closest to the primary surface of the gold colloid capturing site is measured.
  • a second distance b from the primary surface 1 of the virus removal membrane 10 to the portion closest to the secondary surface 2 of the gold colloid capture site is measured.
  • the average value of the values A is calculated as the first achievement level.
  • the average value of B is calculated as the second achievement level.
  • a value obtained by multiplying the average value CAVE of the average value C30 of the film thickness is 20 nm to 30 nm in diameter in the section of the virus removal film 10. It is calculated as the thickness T of the site where the gold colloid is captured.
  • the thickness T of the colloidal gold capture site is also expressed as the thickness T of the dense layer of the virus removal membrane.
  • the colloidal gold capturing site having a diameter of 20 nm or more and a diameter of 30 nm or less, the first arrival position in the virus removal film obtained by filtering the gold colloid having a diameter of 30 nm, and the virus removal film obtained by filtering the gold colloid having a diameter of 20 nm are obtained. It is calculated as the thickness of the region between the second arrival position and the gold colloid with a diameter of 20 nm or more and 30 nm or less except for the error range, and confirmed that it is captured in the above range. is doing.
  • the site where the gold colloid with a diameter of 30 nm is captured in the cross section of the virus removal membrane 10 in a wet state is measured with an optical microscope. From the surface 1 on the primary side, it is 15% to 60% or less, or 20% to 55% of the film thickness. In a film where gold colloid with a diameter of 30 nm is captured from the primary surface at a site of less than 15% of the film thickness, viruses and impurities are captured near the primary surface of the film, which may cause clogging. Increases nature.
  • the target virus is captured at a position close to the secondary surface of the film, and the virus May not be captured.
  • a constant (255) can be obtained by observation with an optical microscope. If the absolute value of the spectrum is 10% or less of the maximum value of the absolute value of the spectrum, the displacement of the luminance obtained by subtracting the luminance profile measured from The capture of colloidal gold can be regarded as within error. Therefore, in this case, the site where the gold colloid with a diameter of 30 nm is captured can be regarded as being 15% to 60% of the film thickness from the surface 1 on the primary side.
  • the site where the gold colloid is captured is intermittently different from the case where the gold colloid is continuously formed in the thickness direction depending on the film structure when the gold colloid is passed from the primary side surface to the secondary side surface in the film thickness direction. May be formed.
  • the site where the gold colloid is captured is continuously formed from the inner side of the primary side surface to the inner side of the secondary side surface. If the site where the gold colloid is captured in the liquid passing direction is continuously formed without interruption, clogging is less likely to occur.
  • the site where the gold colloid with a diameter of 20 nm is captured in the cross section of the virus removal membrane 10 in a wet state is measured with an optical microscope. It is 25% or more and 85% or less, or 30% or more and 80% or less of the film thickness from the surface 1 on the primary side.
  • viruses and impurities are captured at a position close to the primary surface of the film, which may cause clogging. Increases nature.
  • the target virus is captured at a position close to the secondary surface of the film, and the virus May not be captured.
  • a gold colloid with a diameter of 30 nm even if the gold colloid is observed in a region less than 25% or more than 85% of the film thickness from the surface 1 on the primary side, a constant is obtained by observation with an optical microscope.
  • the luminance displacement obtained by subtracting the luminance profile measured from (255) if the absolute value of the spectrum is 10% or less of the maximum value of the absolute value of the spectrum, it can be regarded as within the error range.
  • the site where the gold colloid with a diameter of 20 nm is captured may be continuously formed in the film thickness direction from the inner surface of the primary side to the inner surface of the secondary side. preferable.
  • the site where the gold colloid with a diameter of 15 nm is captured in the cross section of the virus removal membrane 10 in a wet state is measured with an optical microscope. It is 60% or more and 90% or less, preferably 60% or more and 89% or less, 60% or more and 88% or less, and 60% or more and 87% or less of the film thickness from the surface 1 on the primary side. In particular, it is preferably 87% or less in capturing viruses. Furthermore, it is more preferable that it is 86% or less.
  • viruses and impurities are captured at a position close to the primary surface of the film, which may cause clogging. Becomes higher.
  • the target virus is captured at a position close to the secondary side surface of the film, and the virus is May not be captured.
  • the site layer where the gold colloid with a diameter of 15 nm is captured is continuously formed in the film thickness direction from the inner surface of the primary side to the inner surface of the secondary side. Is preferred.
  • the measurement is performed only for the gold colloid captured on the film. Therefore, the gold colloid that was not captured by the membrane and permeated through the membrane was not measured. That is, the capture position is not measured for all the gold colloids permeated through the film, but the capture position on the film is measured for the gold colloid captured by the film.
  • the gold colloid with a diameter of 10 nm is hardly captured on the cross section of the virus removal membrane 10. This can be confirmed from the fact that the luminance spectrum cannot be detected as a significant value by observation using an optical microscope (Biozero, BZ8100, manufactured by Keyence Corporation). It can also be confirmed from the fact that the logarithmic removal rate is low. In addition, the fact that gold colloid having a diameter of 10 nm is not captured indicates that high permeability of useful proteins such as IgG having a diameter of about 10 nm can be achieved.
  • the material of the virus removal membrane 10 is made of cellulose.
  • cellulose regenerated cellulose, natural cellulose, cellulose acetate and the like can be used.
  • the method for producing regenerated cellulose include a method of preparing from a copper ammonia cellulose solution (copper ammonium method) and a method of preparing cellulose acetate by saponification with alkali (saponification method).
  • the virus removal membrane 10 has, for example, a hollow fiber membrane shape.
  • the virus removal membrane 10 may have a flat membrane shape as shown in FIG. If it is a hollow fiber membrane, even if the membrane area is large, it is possible to make a small filter by loading the membrane into a container.
  • the film thickness of the virus removal membrane 10 shown in FIG. 1 is, for example, 24 ⁇ m or more and 41 ⁇ m or less in a dry state, preferably 24 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, more preferably 24 ⁇ m or more and 35 ⁇ m or less, and even more preferably 24 ⁇ m or more. 30 ⁇ m or less. If the film thickness is less than 24 ⁇ m, the strength of the film may be reduced, and the filtration pressure may not be able to be tolerated. If the film thickness is greater than 41 ⁇ m, the filtration rate may be decreased.
  • the average pore diameter of the pores of the virus removal membrane 10 is, for example, 13 nm or more and 21 nm or less, preferably 13 nm or more and 20.5 nm or less, more preferably 13.5 nm or more and 20.5 nm or less. If the average pore size is smaller than 13 nm, the filtration rate may decrease, and if it is larger than 21 nm, the virus may leak. In the cross section of the virus removal film 10, the pore diameter decreases from decreasing to increasing from the primary side to the secondary side. For example, in the cross section of the virus removal film 10, the virus capturing site includes a site where the pore diameter is minimum.
  • the logarithmic removal rate (LRV) of the virus removal membrane 10 is 4.00 or more, the virus is sufficiently removed by membrane filtration, and is preferably 4.50 or more and 5.00 or more. Or it is more preferable if it is 6.00 or more. If the logarithmic removal rate of the virus is 6.00 or more, it is considered that the virus is removed and the virus hardly leaks.
  • the logarithmic removal rate (LRV) of the gold colloid with a diameter of 30 nm by the virus removal film 10 is, for example, 1.00 or more, preferably 1.20 or more.
  • the logarithmic removal rate of the gold colloid having a diameter of 20 nm by the virus removal film 10 is, for example, 1.00 or more, preferably 1.20 or more.
  • the logarithmic removal rate of the gold colloid having a diameter of 15 nm by the virus removal film 10 is, for example, 0.10 or more, preferably 0.15 or more, more preferably 0.20 or more.
  • the logarithmic removal rate of the colloidal gold having a diameter of 10 nm by the virus removal film 10 is, for example, less than 0.10.
  • the colloidal gold capture site includes a site where the pore diameter is minimized.
  • the bubble point measured by the virus removal film 10 is, for example, 1.2 MPa or more and 1.8 MPa or less.
  • the pure water permeation rate measured by the virus removal membrane 10 is 30 L / m 2 /hrs/0.1 MPa or more and 120 L / m 2 /hrs/0.1 MPa or less, 40 L / m 2 /hrs/0.1 MPa or more and 115 L / m 2 /hrs/0.1MPa less, or 50L / m 2 /hrs/0.1MPa or 110L / m is 2 /Hrs/0.1MPa less.
  • the virus removal membrane according to the embodiment having the characteristics described above is manufactured, for example, by the method described below.
  • cellulose is dissolved in a copper ammonia solution, and a cellulose copper ammonia solution having a cellulose concentration of, for example, about 7.0 wt% or more and about 8.0 wt% or less.
  • an inorganic salt is added thereto to obtain a spinning dope.
  • the inorganic salt may be added before the cellulose is dissolved in the copper ammonia solution.
  • inorganic salts sodium, potassium, calcium, and magnesium sulfates, sulfites, and carbonates can be used.
  • sodium and potassium sulfates and sulfites are preferred, and sodium sulfate and sodium sulfite are more preferred.
  • the addition amount of the inorganic salt is 0.02% by weight or more and 0.90% by weight or less, 0.03% by weight or more and 0.80% by weight or less, or 0.04% by weight or more and 0.70% by weight or less.
  • microphase separation can be performed on a cellulose copper ammonia solution which does not have a hydroxyl group, has a solubility in a 28 wt% ammonia aqueous solution of 10 wt% or more, and contains at least one organic solvent which does not swell cellulose.
  • the resulting solution is prepared as a coagulation liquid.
  • the microphase separation will be described later.
  • the coagulation liquid consists of acetone, ammonia, and water.
  • the acetone concentration is about 30 wt% or more and about 50 wt% or less, and the ammonia concentration is about 0.5 wt% or more and about 1.0 wt% or less.
  • the acetone concentration is about 20 wt% or more and about 40 wt% or less, and the ammonia concentration is about 0 wt% or more and about 0.2 wt% or less.
  • the spinning stock solution is discharged from the annular double nozzle at a fixed amount of 1.5 cc / min to 8.0 cc / min, and at the same time, from the central nozzle provided in the center of the annular double nozzle.
  • the coagulation liquid is discharged.
  • the discharged spinning solution and the internal coagulation liquid are immediately immersed in the external coagulation liquid in the coagulation bath.
  • microphase separation occurs in the spinning dope due to the action of the internal and external coagulating liquids.
  • Microphase separation means that a cellulose concentrated phase is separated from a solvent or a cellulose diluted phase as particles having a diameter of 0.01 to several ⁇ m, and dispersed and stabilized.
  • Microphase separation initially occurs at the interface between the spinning dope and the internal and external coagulating liquids, and gradually occurs inside the spinning dope.
  • Particles formed by microphase separation form large particles while repeating collision and fusion.
  • the particles are gradually solidified by the action of the coagulation liquid, and a hollow fiber membrane having a polymer porous structure in which the particles are three-dimensionally connected is formed.
  • the formed hollow fiber membrane is wound up.
  • the flow rate of the spinning solution in the coagulation bath is, for example, 5 m / min to 20 m / min, 8 m / min to 15 m / min, or 9 m / min to 12 m / min. It is.
  • the flow rate of the spinning solution in the coagulation bath is equal to the winding speed (spinning speed) of the formed hollow fiber membrane.
  • the flow rate of the external coagulation liquid fed to the coagulation bath is, for example, 50 cc / min to 500 cc / min, 100 cc / min to 300 cc / min, or 130 cc / min to 200 cc / min.
  • the flow rate of the external coagulation liquid in the coagulation bath obtained by dividing the flow rate of the external coagulation liquid by the cross-sectional area of the narrow tube constituting the coagulation bath is, for example, 1.8 m / min to 10.4 m / min, 3.2 m / Min to 7.8 m / min, or 3.5 m / min to 5.4 m / min.
  • the ratio of the flow rate of the external coagulation liquid to the flow rate of the spinning dope in the coagulation bath is, for example, 0.32 or more and 0.54 or less, or 0.33 or more and 0.53 or less. If the ratio of the flow rate of the external coagulation liquid to the flow rate of the spinning stock solution is within the above range, the absolute values of the flow rate of the spinning stock solution and the flow rate of the external coagulation liquid are arbitrary.
  • the wound hollow fiber membrane is immersed in 2% by weight or more and 10% by weight or less of dilute sulfuric acid, and then washed with pure water. Thereby, cellulose is regenerated. Furthermore, the moisture of the hollow fiber membrane is replaced with an organic solvent. As the organic solvent, methanol, ethanol, acetone and the like can be used. Thereafter, both ends of the hollow fiber membrane bundle are fixed and stretched by 1% to 8%, followed by drying under a reduced pressure of 30 ° C. or higher and 60 ° C. or lower and 5 kPa or lower to remove the hollow fiber membrane-like virus according to the embodiment. A membrane is obtained.
  • the present inventors have found for the first time that by adding an inorganic salt to the spinning dope, the diffusion rate of the particles formed by the cellulose concentrated phase is changed, which affects the progress rate of the microphase separation. Can be given. Therefore, it becomes possible to control the membrane structure such as the size of the pores from the surface to the inside of the virus removal membrane and the degree of change (gradient) of the pore size in the film thickness direction. The thickness can be controlled to an appropriate thickness.
  • inorganic salt stabilizes the solubility of cellulose, the progress of microlayer separation progresses uniformly in the circumferential direction, and the amount of virus trapping is uniform within the virus trapping site regardless of the location on the filtration surface. Can be formed.
  • the present inventors suppress the bath resistance in the coagulation bath in the solidification process of the polymer porous membrane in order to make the virus capture site or the colloidal gold capture site of the virus removal membrane homogeneous and dense. Has also been found effective.
  • the bath resistance in the coagulation bath can be suppressed by appropriately setting the relationship between the flow rate of the spinning dope and the flow rate of the coagulation liquid. Specifically, the bath resistance in the coagulation bath is suppressed by setting the ratio of the coagulation liquid flow rate to the spinning dope flow rate in the above range.
  • the flat membrane-like virus removal membrane is produced by, for example, the following method.
  • An inorganic salt is added to and mixed with the copper ammonia cellulose solution to obtain a film forming solution. Subsequently, the film forming solution is filtered and degassed.
  • the kind of inorganic salt used is the same as described above.
  • the film-forming solution is cast and cast on a support that runs in a coagulation bath to coagulate it.
  • the moving speed of the support is about 1.0 to 10.0 m / min.
  • the formed flat membrane is regenerated with an acid, drawn through an additional water bath, and then dried using a dryer.
  • the casting speed and the moving speed of the coagulation liquid are set to an appropriate relationship. Specifically, the ratio of the moving speed of the coagulating liquid to the moving speed of the support is set within a certain range.
  • the hollow fiber produced by the above-described method and the flat membrane virus removal membrane create a filter in which the primary space on the filtrate inlet side and the secondary space on the filtrate outlet side are partitioned by a membrane. Can be used.
  • Cotton linter (average molecular weight 1.44 ⁇ 10 5 ) and sodium sulfate (Kishida Chemical Co., Ltd.) are dissolved in a copper ammonia solution prepared by a known method, filtered and defoamed, and are cellulose concentration and inorganic salt.
  • the spinning dope is discharged at 3.0 cc / min or 3.65 cc / min from the outer spout of the annular double nozzle, and at the same time, consists of acetone / ammonia / water in the weight ratio shown in FIGS.
  • the internal coagulation liquid was discharged at 1.8 cc / min from the central spinning outlet of the annular double spinning nozzle.
  • the spinning dope and the internal coagulation liquid discharged from the annular double nozzle are introduced into a coagulation bath made of acetone / ammonia / water having a weight ratio shown in FIGS.
  • a yarn film was formed and wound at a winding speed (spinning speed) of 10 m / min.
  • a U-shaped funnel capillary having a diameter of 7 mm described in JP-A-4-371221 was used.
  • the average flow rate of the external coagulation liquid in the funnel tubule was as shown in FIGS.
  • the ratio of the average flow rate of the external coagulation liquid to the winding speed (spinning speed) was as shown in FIGS.
  • the winding of the hollow fiber membrane was performed in water at 30 ° C. After winding the hollow fiber membrane for 60 minutes, the wound hollow fiber membrane was immersed in another 30 ° C. water for 60 minutes. Thereafter, the cellulose of the hollow fiber membrane was regenerated with a 5% by weight sulfuric acid aqueous solution and further washed with water. The water content of the obtained hollow fiber membrane bundle was replaced with methanol for Examples 1 to 4, Comparative Examples 1, 2 and 4, and ethanol for Examples 5 to 9, and then both ends of the bundle were fixed. The film was vacuum-dried under the conditions of 50 ° C. and 3 kPa with 0% stretched. The hollow fiber membrane obtained by the above method was used as a virus removal membrane according to Examples or Comparative Examples.
  • the film itself could not be manufactured under the conditions according to Comparative Example 3 and Comparative Example 5 shown in FIGS.
  • the inner diameter, film thickness, average pore diameter, bubble point, and pure water permeation rate before sterilization of the obtained virus removal membrane were as shown in FIGS.
  • colloidal gold solution A solution (manufactured by Cytodiagnostics) containing colloidal gold particles having particle sizes of 10, 15, 20, and 30 nm was purchased. Next, the colloidal gold solution was injected so that the absorbance at the maximum absorption wavelength according to the colloidal gold of each colloidal gold solution measured with an ultraviolet / visible spectrophotometer UVmini-1240 (manufactured by Shimadzu Corporation) was 0.25. Diluted with distilled water, polyoxyethylene-naphthyl ether (1.59 vol%), and poly (sodium 4-styrenesulfonate) (0.20 vol%).
  • a value obtained by dividing the standard deviation of the area of the luminance displacement spectrum at 16 locations by the average of the area of the luminance displacement spectrum at 16 locations is the gold colloid capturing site in the virus removal membrane according to the example and the comparative example. This was calculated as a value indicating the coefficient of variation of the amount of gold colloid trapped.
  • the results when only a gold colloid with a diameter of 20 nm is flowed are shown in FIGS.
  • the virus removal membrane according to the example tended to have a smaller coefficient of variation. Therefore, it was shown that the gold colloid trapping amount at the gold colloid trapping site in the virus removal membrane according to the example is highly uniform.
  • Measurement of thickness of gold colloid capture site A section (thickness: 8 ⁇ m) was cut out from a wet virus removal membrane obtained by filtering the gold colloid solution of 20 and 30 nm, respectively. The luminance profile of 16 portions stained with colloidal gold in the cross section of the wet section was measured with an optical microscope (Biozero, BZ8100, manufactured by Keyence Corporation).
  • a first distance a from the primary side surface of the virus removal membrane to the portion closest to the primary side surface of the site where the gold colloid was captured was measured.
  • a second distance b from the primary side surface of the virus removal membrane to the portion closest to the secondary side surface of the site where the gold colloid was captured was measured.
  • the first distance a is divided by the film thickness c of the wet virus removal membrane, and a value A (expressed as a percentage of a / c) expressed as a percentage is calculated.
  • the average value of the values A was calculated as the first achievement level.
  • the average value of the values B was calculated as the second achievement level.
  • the achievement average value a 30 of the difference in the viral removal wet filtration of the colloidal gold film mean C 20 and diameter 30nm thick virus removal membrane in a wet state was filtered colloidal gold with a diameter of 20nm
  • a value obtained by multiplying the average value C AVE of the average value C 30 of the film thickness was calculated as the thickness T of the colloidal gold capture site in the virus removal film.
  • the thickness T of the colloidal gold capture site is also expressed as the thickness T of the dense layer of the virus removal membrane.
  • the thickness of the dense layer was measured using at least two virus removal membranes, a virus removal membrane obtained by filtering a gold colloid having a diameter of 20 nm and a virus removal membrane obtained by filtering a gold colloid having a diameter of 30 nm. .
  • the gold colloid solution containing both 20 nm and 30 nm diameter gold colloid is filtered using one virus removal membrane.
  • a colloidal gold solution having a diameter of 20 nm is filtered using a single virus removal membrane, and then a colloidal gold solution having a diameter of 30 nm is filtered.
  • a section was cut out from the virus removal membrane obtained by filtering the colloidal gold solution having a diameter of 20 nm and 30 nm, and the luminance profile of 16 portions stained with the colloidal gold in the section of the section was measured with an optical microscope (Biozero, BZ8100, manufactured by Keyence Corporation). taking measurement.
  • an optical microscope Biozero, BZ8100, manufactured by Keyence Corporation.
  • a first distance a1 from the primary side surface of the virus removal membrane to the portion closest to the primary side surface of the gold colloid capture site is measured.
  • the second distance b 1 from the primary side surface of the virus removal membrane to the portion closest to the secondary side surface of the gold colloid capture site is measured.
  • the value A (%) expressed as a percentage is calculated by dividing the first distance a by the film thickness c of the wet virus removal membrane, and the value A (%) at 16 locations is calculated. The average value was calculated as the first achievement level. Further, at each of the 16 locations, the second distance b is divided by the film thickness c of the wet virus removal membrane to calculate a value B (%) expressed as a percentage, and the average of the values B (%) at the 16 locations The value was calculated as the second achievement level.
  • FIG. 7 and FIG. 8 show the average value of the first achievement and the average value of the second achievement for each of the gold colloids having a diameter of 15 nm, 20 nm, and 30 nm.
  • the numerical value on the left side represents the average value of the first degree of achievement
  • the numerical value on the right side represents the average value of the second degree of achievement.
  • acquisition position of the gold colloid of diameter 30nm, 20nm, and 15nm it measured only about the gold colloid captured by the film
  • virus removal ability of virus removal membrane (1) Preparation of virus-containing protein solution Antibody solution diluted with water for injection (Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd.) using a polyclonal antibody (human IgG) (Venoglobulin-IH, manufactured by Venesys) to an antibody concentration of 1 mg / mL Got. Further, the salt concentration was adjusted to 0.1 mol / L using a 1 mol / L NaCl aqueous solution. Furthermore, the hydrogen ion exponent (pH) was adjusted to 4.0 using 0.1 mol / L HCl or 0.1 mol / L NaOH, and this was used as a protein solution. To the resulting protein solution, 1.0 vol% of porcine parvovirus (PPV, Animal Biological Formulation Association) was added and stirred well to obtain a virus-containing protein solution.
  • porcine parvovirus diluted with water for injection
  • a polyclonal antibody human IgG
  • Venoglobulin-IH manufactured by Vene
  • PK-13 cells obtained from the American Cultured Cell Line Conservation Organization (ATCC) and cultured were prepared. Furthermore, 3 vol% of bovine serum (Upstate) 3 vol% after heating for 30 minutes in a 56 ° C. water bath and 1 vol% of penicillin / streptomycin (+10000 Units / mL penicillin, +10000 ⁇ g / mL streptomycin, Invitrogen) D -A mixed solution of MEM (manufactured by Invitrogen, high glucose) was prepared. Hereinafter, this mixed solution is referred to as 3 vol% FBS / D-MEM.
  • PK-13 cells were diluted with 3 vol% FBS / D-MEM to prepare a diluted cell suspension having a cell concentration of 2.0 ⁇ 10 5 (cells / mL).
  • ten 96-well round bottom cell culture plates (Falcon) were prepared, and 100 ⁇ L of the diluted cell suspension was dispensed into all wells.
  • TCID50 tissue culture infection value
  • C 0 represents the infection titer in the previous Motoeki (virus-containing protein solution) which is filtered with a virus removal membrane
  • C F represents the infectivity titer in the filtrate after filtration with the virus removal membrane.
  • Bubble point measurement method (measurement method described in International Publication No. 2001/014047) After wetting the membrane with a liquid with surface tension ⁇ (N / m), if pressure is gradually applied to the membrane with gas, bubbles will be generated continuously from the membrane surface at a certain pressure. The gas pressure at this time is measured. The gas pressure at this time is called a bubble point (MPa).
  • the pressure (MPa) at the time when a quantitative continuous bubble generation of 3.0 mL / min per 1 cm 2 of membrane area was generated was defined as the bubble point. Further, perfluorocarbon having a surface tension of 0.012 (N / m) was used as the wetting liquid, and nitrogen was used as the pressurized gas.
  • ⁇ a is the apparent density (g / cm 3 ) of the hollow fiber
  • Wd is the absolute dry weight (g) of the hollow fiber
  • Vw is the apparent volume of the hollow fiber (cm 3 )
  • l is the length of the hollow fiber (cm )
  • Do represents the outer diameter (cm) of the hollow fiber
  • Di represents the inner diameter (cm) of the hollow fiber
  • ⁇ p represents the density (g / cm 3 ) of cellulose.
  • the average pore diameter was calculated by the following method. Ten modules were bundled and a module was made to have an effective length of 16 cm. One end of this module was closed, a pressure of 200 mmHg was applied to the other end, and water was passed at 37 ° C. At this time, the amount of water coming out through the membrane was measured as the water permeability. *
  • the inner diameter and film thickness were measured in advance in a dry state.
  • the membrane area was calculated from this value.
  • the average pore diameter (nm) was calculated by formula (7).
  • 2r 2 ⁇ 10 3 ⁇ ⁇ (V ⁇ d ⁇ ⁇ / P ⁇ A ⁇ Pr) (7)
  • V the water permeability (mL / min)
  • d the film thickness ( ⁇ m)
  • the viscosity of water
  • P is the pressure difference (mmHg)
  • A is the membrane area.
  • Cm 2 ) and Pr indicate porosity (%).

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Abstract

 タンパク質を含有する溶液からウイルスを除去するためのウイルス除去膜10であって、当該ウイルス除去膜10は、タンパク質を含有する溶液が供給される一次側の表面1と、当該ウイルス除去膜10を透過した透過液が排出される二次側の表面2と、を有し、一次側から当該ウイルス除去膜に直径20nmの金コロイドを含有する溶液を供給して当該ウイルス除去膜10で金コロイドを捕捉し、当該ウイルス除去膜10の断面において輝度を測定すると、輝度の変位のスペクトルの面積値の標準偏差を同面積値の平均値で除した値が0.01以上1.5以下であり、当該ウイルス除去膜10の断面において、直径20nm以上直径30nm以下の金コロイドが捕捉される部位の厚さが湿潤状態で10.0μm以上30.0μm以下である、セルロースからなるウイルス除去膜。

Description

ウイルス除去膜
 本発明は、溶液からウイルスを除去するためのウイルス除去膜に関する。
 近年、人血液由来の血漿分画製剤に加え、バイオ医薬品においても、ウイルス安全性を向上させる対策が必要となってきた。そのため医薬品製造メーカーにおいては製造工程中にウイルス除去/不活化工程を導入する検討を行っている。中でも、ウイルス除去膜を用いたろ過によるウイルス除去法は、有用なタンパク質を変性させることなく、ウイルスを低減することができる有効な方法である。
 ウイルスのなかでも、特にパルボウイルスは、血漿分画製剤分野において、ヒトパルボウイルスB19による感染の事例やバイオ医薬品分野でマウスのパルボウイルスのCHO(Chinese Hamster Ovary)細胞への汚染の事例が報告されてきている。小ウイルスであるパルボウイルスは、エンベロープを持たないことから、物理化学的に安定で、医薬品の製造プロセス中で一般的に行われている不活化工程である加熱、低pH、化学薬品処理に対して耐性がある。そのため、不活化法とは異なる作用機序のウイルス除去方法として、ウイルス除去膜によるパルボウイルス除去のニーズが高まっている。
 例えば特許文献1には、膜内壁面より壁内部に進むに従って面内空孔率が当初減少し、少なくとも1個の極小部を経過した後、外壁部で再び増大する孔構造(以下、「グラジェント構造」ともいう。)を有する高分子多孔質中空糸膜、及びこの膜を用いてタンパク質水溶液をろ過するウイルス除去方法が開示されている。このようなグラジェント構造を持ち、特定の平均孔径を有するウイルス除去膜は、タンパク水溶液からウイルスを除去するにあたり、高い除去率でウイルスを除去し、タンパク質を変性させることなく、高透過効率でタンパク質を回収するのに好適であるとされている。しかしながら、中程度のサイズ(35nm~55nm)のウイルス除去性は示しても、小ウイルス(パルボウイルスなど)のウイルス除去性は担保できていない。
 特許文献2には、銅アンモニアセルロース溶液をU字管中で凝固させることで、ミクロ相分離の構造形成中に、延伸による構造破壊を限りなく抑制し、高いウイルス除去性を達成できる中空糸膜の製造方法が開示されている。しかし、中程度のサイズ(JEV)のウイルス除去には効果があるが、小ウイルスについては、充分な除去性が担保できていない。
 特許文献3には、ウイルス除去膜のバブルポイントBP(MPa)と表面張力γ(N/m)との比(BP/γ)を調整することで、小ウイルスであるパルボウイルスを除去できることが開示されている。
 特許文献4では、ウイルスやタンパク質を用いてウイルス除去膜の特性評価が行われている。この文献では、ウイルスとタンパク質を蛍光色素によって染色し、高いウイルス除去性能とタンパク質透過性に必要な膜構造について記述してある。しかし、ウイルス除去性を担保するための条件について充分に検討されておらず、また、ろ過効率(ろ過の処理量やろ過速度)を向上させるための検討はされていない。
特開平1-148305号公報 特開平4-371221号公報 国際公開第01/14047号 特開2010-14564号公報
 医薬品製造の現場では、有用なタンパク質とサイズが近い、小ウイルス(例としてパルボウイルス)に対する高いウイルス除去性を備えると共に、タンパク質の高いろ過効率を有するウイルス除去膜が求められており、ウイルス除去膜に対する要求は年々厳しくなっている。
 これを受け、製造プロセス中のウイルス除去工程の能力を示すウイルス除去膜の評価試験では、ウイルス除去膜に負荷するウイルスの総量(ウイルスのタンパク製剤に対するスパイク量または、総ろ過量)を増加させるようになっている。このように、ウイルス除去膜の評価試験をクリアするための条件は年々厳しくなっている。
 しかし、高いウイルス除去性能を維持しつつ、ろ過効率を高く維持することは、従来、困難であった。そこで、本発明は、ウイルス除去性及びろ過効率が高いウイルス除去膜を提供することを課題の一つとする。
 本発明の態様によれば、タンパク質を含有する溶液からウイルスを除去するためのウイルス除去膜であって、タンパク質を含有する溶液が供給される一次側の表面と、当該ウイルス除去膜を透過した透過液が排出される二次側の表面と、を有するウイルス除去膜であって、一次側から当該ウイルス除去膜に直径20nmの金コロイドを含有する溶液を供給して当該ウイルス除去膜で金コロイドを捕捉し、当該ウイルス除去膜の断面において輝度を測定すると、輝度の変位のスペクトルの面積値の標準偏差を輝度の変位のスペクトルの面積値の平均値で除した値が0.01以上1.50以下であり、当該ウイルス除去膜の断面において、直径20nm以上30nm以下の金コロイドが捕捉される部位の厚さが、湿潤状態で、10.0μm以上30.0μm以下である、セルロースからなるウイルス除去膜が提供される。
 例えば、湿潤状態の当該ウイルス除去膜の断面において、直径30nmの金コロイドが捕捉される部位は、一次側から当該ウイルス除去膜の膜厚の15%以上60%以下のところにあり、直径20nmの金コロイドが捕捉される部位は、一次側から膜厚の25%以上85%以下のところにあり、直径15nmの金コロイドが捕捉される部位は、一次側から膜厚の60%以上90%以下のところにある。
 例えば、当該ウイルス除去膜は、直径10nmの金コロイドを捕捉しない。また、例えば、当該ウイルス除去膜による直径30nmの金コロイドの対数除去率は1.00以上であり、直径20nmの金コロイドの対数除去率は1.00以上であり、直径15nmの金コロイドの対数除去率は0.10以上であり、直径10nmの金コロイドの対数除去率は0.10未満である。例えば、当該ウイルス除去膜の平均孔径は13nm以上21nm以下である。例えば、当該ウイルス除去膜の断面において、一次側から二次側に向けて、孔径は、減少した後増加に転じる。例えば、当該ウイルス除去膜において、金コロイドが捕捉される部位は、孔径が最小となる部位を含む。
 例えば、当該ウイルス除去膜の膜厚は、乾燥状態で24μm以上41μm以下である。また、例えば、当該ウイルス除去膜のバブルポイントは1.2MPa以上1.8MPa以下であり、純水透過速度は30L/m/hrs/0.1MPa以上120L/m/hrs/0.1MPa以下である。当該ウイルス除去膜は、中空糸膜であってもよいし、平膜であってもよい。
 例えば、輝度の変位のスペクトルの面積値の標準偏差を輝度の変位のスペクトルの面積値の平均値で除した値が0.01以上1.20以下であってもよい。また、例えば、当該ウイルス除去膜の断面において、直径20nm以上直径30nm以下の金コロイドが捕捉される部位の厚さが、湿潤状態で、13.0μm以上20.0μm以下であってもよい。
 本発明によれば、ウイルス除去性及びろ過効率が高いウイルス除去膜を提供可能である。
本発明の実施の形態に係る中空糸膜の形状を有するウイルス除去膜の模式図である。 本発明の参考例に係る中空糸膜の形状を有するウイルス除去膜におけるウイルス捕捉部位の模式図である。 本発明の実施の形態に係る中空糸膜の形状を有するウイルス除去膜におけるウイルス捕捉部位の模式図である。 本発明の実施の形態に係る平膜の形状を有するウイルス除去膜の模式図である。 本発明の実施例に係るウイルス除去膜の製造条件を示す表である。 本発明の比較例に係るウイルス除去膜の製造条件を示す表である。 本発明の実施例に係るウイルス除去膜の評価結果を示す表である。 本発明の比較例に係るウイルス除去膜の評価結果を示す表である。
 以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、具体的な寸法等を正確に示したものではない。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
 図1に示すように、実施の形態に係るタンパク質を含有する溶液からウイルスを除去するためのウイルス除去膜10は、タンパク質を含有する溶液が供給される一次側の表面1と、当該ウイルス除去膜10を透過した透過液が排出される二次側の表面2と、を有する。
 ウイルス除去膜10で除去される小ウイルスは、例えば10ないし30nm、あるいは18ないし24nmの直径を有する。ウイルスの具体例としては、パルボウイルスが挙げられる。パルボウイルスは、約20nmの直径を有する。ウイルス除去膜10は、その断面において、ウイルスが捕捉されるウイルス捕捉部位を有する。ウイルス除去膜10においては、溶液が進入するろ過面(一次側の表面1)上の場所によらず、断面において、ウイルス捕捉部位におけるウイルス捕捉量が均一であることが好ましい。これは、ウイルス除去膜10のウイルス捕捉量が、ろ過面上の場所によって不均一である場合、ろ過面上のある箇所に溶液が集中することとなり、部分的にその箇所へのウイルスの負荷量が増えることになるため、高圧条件下で大容量のろ過を行うと、その箇所からウイルスが漏れる可能性があるからである。また、ウイルス除去膜10が中空糸膜の形状を有する場合は、周回方向において、ウイルス捕捉部位におけるウイルス捕捉量が、図2に示すように不均一であることがなく、図3に示すように均一であることが好ましい。
 さらに、ウイルス除去膜10は、ウイルスが捕捉される部位の厚みが、ウイルス捕捉部位内で均一であることが好ましい。また、ウイルス除去膜10が中空糸膜の形状を有する場合は、周回方向において、ウイルス捕捉部位の厚みが均一であることが好ましい。ウイルス捕捉部位の厚みが均一であると、周回方向に均一に溶液が広がって、ウイルスが漏れる可能性が低下するためである。
 ウイルス除去膜10の構造は、一次側から二次側に向けて、空孔の孔径が減少した後、増加に転じる非対称構造であることが好ましい。ウイルス除去膜10の断面において、ウイルス捕捉部位は、空孔の孔径が最小となる部位を含む。空孔の孔径が最小となる部位を含む構造は、ウイルス除去性の向上に効果的である。
 ここで、ウイルス除去膜10に捕捉されたウイルスを視覚的に検出することは、困難である場合がある。これに対し、金コロイドは、ウイルスと同程度の直径を有しながら光を透過させないことから、視覚的に検出することが容易である。そのため、例えば、金コロイドを含有する溶液をウイルス除去膜10でろ過した後、ウイルス除去膜10の断面における、金コロイドを捕捉したウイルス除去膜10の金コロイド捕捉部位の相対的な輝度を測定することにより、ウイルス除去膜10の特性を評価することが可能である。
 実施の形態に係るウイルス除去膜10について、一次側の表面1からウイルス除去膜10に直径20nmの金コロイドを含有する溶液を供給してウイルス除去膜10で金コロイドを捕捉し、ウイルス除去膜10の断面において輝度を測定するとき、輝度の変位のスペクトルの面積値の標準偏差を輝度の変位のスペクトルの面積値の平均値で除した値は、0.01以上1.50以下である。この値は、ウイルス除去膜10における金コロイドの捕捉量の変動係数を示しており、小さいほど、ウイルス除去膜10における金コロイド捕捉部位における金コロイドの捕捉量の均一性が高いことを示している。
 実施の形態に係るウイルス除去膜10について、上記の変動係数を示す値は、0.01以上1.50以下、0.01以上1.40以下、0.01以上1.30以下、0.01以上1.20以下、0.01以上1.10以下、あるいは0.01以上1.00以下である。変動係数について、0.01未満は測定限界である。また、変動係数が1.50より大きいと、膜の周回方向の少なくともある一箇所に溶液が集中しうるため、ウイルスが漏れる可能性がある。
 上記の変動係数が0.01以上1.50以下であれば、膜のウイルス捕捉部位(中空糸膜については周回方向)において、ウイルスが均一に捕捉されることとなり、ウイルス除去膜に負荷するウイルスの総量(ウイルスのタンパク製剤に対するスパイク量または、総ろ過量)が増加した場合においても、高いウイルス除去性能を保つことができる。
 上記の変動係数は、例えば以下の方法により測定される。金コロイド溶液をろ過した後のウイルス除去膜から切片を切り出し、切片の断面において金コロイドによって染まった部分の複数箇所の輝度プロファイルを、光学顕微鏡で測定する。金コロイドは光を吸収するため、輝度の変位は、金コロイドの捕捉量に依存する。なお、必要に応じて、輝度プロファイルからバックグランドノイズを除去してもよい。その後、横軸に膜厚、縦軸に輝度の変位を有するグラフを作成し、グラフに現れた輝度の変位のスペクトルの面積を算出する。さらに、複数箇所における輝度の変位のスペクトルの面積の標準偏差を、複数箇所における輝度の変位のスペクトルの面積の平均で除した値を、ウイルス除去膜10における金コロイド捕捉部位の金コロイドの捕捉量の変動係数を示す値として算出する。
 湿潤状態のウイルス除去膜10の断面において、直径20nm以上30nm以下の金コロイドを捕捉する部位の厚さは、10.0μm以上30.0μm以下、10.0μm以上25.0μm以下、10.0μm以上22.0μm以下、10.0μm以上20.0μm以下、好ましくは11.0μm以上20.0μm以下、より好ましくは12.0μm以上20.0μm以下、さらに好ましくは13.0μm以上20.0μm以下である。金コロイド捕捉部位の厚さが30.0μmより厚いと、金コロイド含有溶液のみならず、ウイルス含有溶液のろ過の効率が低下する傾向にある。また10μmよりも薄いとウイルス除去膜に負荷するウイルスの総量(ウイルスのタンパク製剤に対するスパイク量又は総ろ過量)が増加した場合にウイルスが漏れる可能性があるので、好ましくない。
 直径20nm以上直径30nm以下の金コロイド捕捉部位の厚さは、例えば以下の方法により取得される。直径20nm及び30nmの金コロイド溶液をそれぞれろ過したウイルス除去膜から切片を切り出す。切片の断面において金コロイドによって染まった部分複数箇所の輝度プロファイルを、光学顕微鏡で測定する。ここで、膜厚方向において、ウイルス除去膜10の一次側の表面1から、金コロイド捕捉部位の最も一次側の表面に近い部分までの第1の距離aを測定する。また、膜厚方向において、ウイルス除去膜10の一次側の表面1から、金コロイド捕捉部位の最も二次側の表面2に近い部分までの第2の距離bを測定する。
 次に、複数箇所のそれぞれにおいて、第1の距離aを湿潤したウイルス除去膜の膜厚cで除して百分率で表した値A(=a/cの百分率表示)を算出し、複数箇所における値Aの平均値を第1の到達度として算出する。また、複数箇所のそれぞれにおいて、第2の距離bを湿潤したウイルス除去膜の膜厚cで除して百分率で表した値B(=b/cの百分率表示)を算出し、複数箇所における値Bの平均値を第2の到達度として算出する。
 さらに、下記(1)式に示すように、直径20nmの金コロイドをろ過したウイルス除去膜における第2の到達度の平均値B20と、直径30nmの金コロイドをろ過したウイルス除去膜における第1の到達度の平均値A30と、の差に、直径20nmの金コロイドをろ過した湿潤したウイルス除去膜の膜厚の平均値C20と直径30nmの金コロイドをろ過し、湿潤したウイルス除去膜の膜厚の平均値C30の平均値CAVEを乗じた値を、直径20nmの金コロイド及び直径30nmの金コロイドを流通させた時に、ウイルス除去膜10の断面において、直径20nm以上30nm以下の金コロイドが捕捉される部位の厚さTとして算出する。金コロイド捕捉部位の厚さTは、ウイルス除去膜の緻密層の厚さTとも表現される。
  T=(B20-A30)×CAVE          (1)
 なお、上記の方法では、直径20nm以上直径30nm以下の金コロイド捕捉部位を、直径30nmの金コロイドをろ過したウイルス除去膜における第1の到達位置と、直径20nmの金コロイドをろ過したウイルス除去膜における第2の到達位置と、の間の領域の厚みとして求めているが、誤差の範囲を除いて、直径20nm以上直径30nm以下の金コロイドであれば、上記の範囲に捕捉されることを確認している。
 直径30nmの金コロイドを含有する溶液をウイルス除去膜10でろ過した場合、湿潤状態のウイルス除去膜10の断面において、直径30nmの金コロイドが捕捉される部位は、光学顕微鏡で測定すると、例えば、一次側の表面1から膜厚の15%以上60%以下、あるいは20%以上55%以下のところにある。一次側の表面から膜厚の15%未満の部位で直径30nmの金コロイドが捕捉される膜では、ウイルスや不純物が膜の一次側の表面に近い位置で捕捉されてしまい、目詰まりを起こす可能性が高くなる。また、一次側の表面から膜厚の60%より遠い部位で直径30nmの金コロイドが捕捉される膜では、目的とするウイルスが膜の二次側の表面に近い位置で捕捉されてしまい、ウイルスが捕捉できない可能性がある。なお、一次側の表面1から、膜厚の15%未満、又は、60%より遠い領域に、直径30nmの金コロイドの少量が捕捉される場合であっても、光学顕微鏡による観察で定数(255)から測定した輝度プロファイルを引いた輝度の変位について、そのスペクトルの絶対値が、スペクトルの絶対値の最大値の10%以下の場合は、当該ウイルス除去膜のウイルス除去能の観点から当該領域における金コロイドの捕捉は誤差の範囲内とみなすことができる。したがって、この場合、直径30nmの金コロイドが捕捉される部位は、一次側の表面1から膜厚の15%以上60%以下のところにあるものとみなしうる。
 金コロイドが捕捉される部位は、金コロイドが一次側の表面から二次側の表面にかけて膜厚方向に通液した際、膜構造によって、厚み方向に連続的に形成される場合と断続的に形成される場合がある。実施の形態に係るウイルス除去膜では一次側の表面の内側から二次側の表面内側にかけて、金コロイドが捕捉される部位が、連続的に形成されることが好ましい。通液方向に対して金コロイドが捕捉される部位が途切れることなく連続に形成されると、目詰まりが生じにくくなる。
 直径20nmの金コロイドを含有する溶液をウイルス除去膜10でろ過した場合、湿潤状態のウイルス除去膜10の断面において、直径20nmの金コロイドが捕捉される部位は、光学顕微鏡で測定すると、例えば、一次側の表面1から膜厚の25%以上85%以下、あるいは30%以上80%以下のところにある。一次側の表面から膜厚の25%未満の部位で直径20nmの金コロイドが捕捉される膜では、ウイルスや不純物が膜の一次側の表面に近い位置で捕捉されてしまい、目詰まりを起こす可能性が高くなる。また、一次側の表面から膜厚の85%より遠い部位で直径20nmの金コロイドが捕捉される膜では、目的とするウイルスが膜の二次側の表面に近い位置で捕捉されてしまい、ウイルスが捕捉できない可能性がある。なお、直径30nmの金コロイドの場合と同様に、一次側の表面1から膜厚の25%未満、又は、85%より遠い領域で、金コロイドが観察されたとしても、光学顕微鏡による観察で定数(255)から測定した輝度プロファイルを引いた輝度の変位について、そのスペクトルの絶対値が、スペクトルの絶対値の最大値の10%以下の場合は、誤差の範囲内とみなしうる。なお、実施の形態に係るウイルス除去膜では、直径20nmの金コロイドが捕捉される部位が、一次側の表面内側から二次側の表面内側にかけて、膜厚方向に連続して形成されることが好ましい。
 直径15nmの金コロイドを含有する溶液をウイルス除去膜10でろ過した場合、湿潤状態のウイルス除去膜10の断面において、直径15nmの金コロイドが捕捉される部位は、光学顕微鏡で測定すると、例えば、一次側の表面1から膜厚の60%以上90%以下好ましくは60%以上89%以下、60%以上88%以下、60%以上87%以下である。特に87%以下にあると、ウイルスの捕捉において好ましい。さらに、86%以下であるとより好ましい。一次側の表面から膜厚の60%未満の部位で直径15nmの金コロイドが捕捉される膜では、ウイルスや不純物が膜の一次側表面に近い位置で捕捉されてしまい、目詰まりを起こす可能性が高くなる。また、一次側の表面から膜厚の90%より遠い部位で直径15nmの金コロイドが捕捉される膜では、目的とするウイルスが膜の二次側表面に近い位置で捕捉されてしまい、ウイルスが捕捉できない可能性がある。なお、直径30nm、20nmの金コロイドの場合と同様に、一次側の表面1から膜厚の60%未満、又は、90%より遠い領域で、金コロイドが観察されたとしても、光学顕微鏡による観察で定数(255)から測定した輝度プロファイルを引いた輝度の変位について、スペクトルの絶対値の最大値の10%以下の場合は誤差の範囲内とみなしうる。なお、実施の形態に係るウイルス除去膜では、直径15nmの金コロイドが捕捉される部位層が、一次側の表面内側から二次側の表面内側にかけて、膜厚方向に連続して形成されることが好ましい。
 また、なお、直径30nm、20nm及び15nmの金コロイドの捕捉位置の測定については、あくまで、膜に捕捉された金コロイドについて、測定を行っている。したがって、膜に捕捉されず、膜を透過した金コロイドについては測定していないものである。つまり、膜に透過させた金コロイドの全てについて捕捉位置を測定したものではなく、膜に捕捉された金コロイドについて、その膜上の捕捉位置を測定したものである。
 直径10nmの金コロイドを含有する溶液をウイルス除去膜10でろ過する場合、ウイルス除去膜10の断面には直径10nmの金コロイドは、ほぼ捕捉されない。このことは、光学顕微鏡(Biozero、BZ8100、キーエンス社製)を用いた観察で、輝度のスペクトルを有意な値として検出できないことから確認できる。また、対数除去率が低くなることからも確認できる。なお、直径10nmの金コロイドが捕捉されないことは、IgGなどの直径10nm程度の有用なタンパクの高い透過性を達成できることを示している。
 ウイルス除去膜10の材質は、セルロースからなる。セルロースとしては、再生セルロース、天然セルロース、酢酸セルロース等を用いることができる。再生セルロースを製造する方法としては、銅アンモニアセルロース溶液から作成する方法(銅安法)や、酢酸セルロースをアルカリでケン化させて作成する方法(ケン化法)が挙げられる。
 ウイルス除去膜10は、例えば、中空糸膜の形状を有している。あるいは、ウイルス除去膜10は、図4に示すように、平膜の形状を有していてもよい。中空糸膜であれば、膜面積が大きくても、膜を容器に装填して小型のフィルターを作成できる。
 図1に示すウイルス除去膜10の膜厚は、例えば、乾燥状態で24μm以上41μm以下であり、好ましくは24μm以上40μm以下であり、より好ましくは24μm以上35μm以下であり、よりさらに好ましくは24μm以上30μm以下である。膜厚が24μmより薄いと膜の強度が低下し、ろ過圧に耐えられなくなる可能性があり、また41μmより厚いとろ過速度が低下する可能性がある。
 ウイルス除去膜10が有する空孔の平均孔径は、例えば、13nm以上21nm以下であり、好ましくは13nm以上20.5nm以下であり、より好ましくは13.5nm以上20.5nm以下である。平均孔径が13nmより小さいとろ過速度が低下する可能性があり、また、21nmより大きいとウイルスが漏れる可能性がある。ウイルス除去膜10の断面において、一次側から二次側に向けて、空孔の孔径は、減少した後増加に転じる。例えば、ウイルス除去膜10の断面において、ウイルス捕捉部位は、空孔の孔径が最小となる部位を含む。
 ウイルス除去膜10によるウイルスの対数除去率(LRV:Logarithmic Reduction Value)は、例えば4.00以上であれば、膜ろ過によりウイルスが十分に除去されるため好ましく、4.50以上、5.00以上あるいは6.00以上であれば、より好ましい。ウイルスの対数除去率が6.00以上であれば、ウイルスが除去され、ほとんどウイルスが漏れないと考えられる。
 ウイルス除去膜10による直径30nmの金コロイドの対数除去率(LRV)は、例えば1.00以上、好ましくは1.20以上である。ウイルス除去膜10による直径20nmの金コロイドの対数除去率は、例えば1.00以上、好ましくは1.20以上である。ウイルス除去膜10による直径15nmの金コロイドの対数除去率は、例えば0.10以上、好ましくは0.15以上、より好ましくは0.20以上である。ウイルス除去膜10による直径10nmの金コロイドの対数除去率は、例えば、0.10未満である。
 例えば、ウイルス除去膜10の断面において、金コロイド捕捉部位は、孔径が最小となる部位を含む。
 ウイルス除去膜10で測定されるバブルポイントは、例えば、1.2MPa以上1.8MPa以下である。ウイルス除去膜10で測定される純水透過速度は、30L/m/hrs/0.1MPa以上120L/m/hrs/0.1MPa以下、40L/m/hrs/0.1MPa以上115L/m/hrs/0.1MPa以下、あるいは50L/m/hrs/0.1MPa以上110L/m/hrs/0.1MPa以下である。
 以上説明した特性を有する実施の形態に係るウイルス除去膜は、例えば、以下で説明する方法により製造される。中空糸膜状のウイルス除去膜を製造する際には、まず、セルロースを銅アンモニア溶液に溶解させた、セルロース濃度が例えば約7.0重量%以上約8.0重量%以下のセルロース銅アンモニア溶液を用意し、これに無機塩を添加して、紡糸原液とする。なお、無機塩の添加は、セルロースを銅アンモニア溶液に溶解させる前でもよい。無機塩としては、ナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの硫酸塩、亜硫酸塩、並びに炭酸塩を用いることができる。これらのうち、ナトリウム及びカリウムの硫酸塩、並びに亜硫酸塩が好ましく、硫酸ナトリウム及び亜硫酸ナトリウムがより好ましい。無機塩の添加量は、0.02重量%以上0.90重量%以下、0.03重量%以上0.80重量%以下、あるいは0.04重量%以上0.70重量%以下である。
 また、水酸基を有さず、28重量%のアンモニア水溶液への溶解度が10重量%以上であり、かつ、セルロースを膨潤させない有機溶媒を少なくとも1種含む、セルロース銅アンモニア溶液に対してミクロ相分離を生じさせる溶液を凝固液として用意する。ミクロ相分離については、後に説明する。例えば、凝固液は、アセトン、アンモニア、及び水からなる。中空糸膜を製造する際には、後述するように、内部凝固液と、外部凝固液と、を用意する。内部凝固液においては、例えば、アセトン濃度が約30重量%以上約50重量%以下であり、アンモニア濃度が約0.5重量%以上約1.0重量%以下である。外部凝固液においては、例えば、アセトン濃度が約20重量%以上約40重量%以下であり、アンモニア濃度が約0重量%以上約0.2重量%以下である。
 次に、紡糸原液を環状二重紡口より1.5cc/分以上8.0cc/分以下の一定量で吐出し、同時に、環状二重紡口の中央部に設けられた中央紡出口より内部凝固液を吐出する。吐出された紡糸原液及び内部凝固液を、直ちに凝固浴槽中の外部凝固液に浸漬する。ここで、内部及び外部凝固液の作用で、紡糸原液においてミクロ相分離が生じる。ミクロ相分離とは、セルロース濃厚相が、直径0.01から数μmの粒子として、溶媒又はセルロース希釈相から分離し、分散して安定化することをいう。ミクロ相分離は、最初、紡糸原液と内部及び外部凝固液との界面で生じ、次第に紡糸原液の内部でも生じていく。ミクロ相分離によって形成された粒子は、衝突や融合を繰り返しながら大きな粒子を形成していく。同時に、凝固液の作用により、粒子は次第に固化され、粒子が三次元的につながった高分子多孔質構造を有する中空糸膜が形成されていく。形成された中空糸膜は、巻き取られる。
 凝固浴槽が細管で構成されている場合、凝固浴槽中における紡糸原液の流速は、例えば、5m/分以上20m/分以下、8m/分以上15m/分以下、あるいは9m/分以上12m/分以下である。なお、凝固浴槽中における紡糸原液の流速は、形成される中空糸膜の巻き取り速度(紡速)に等しい。また、凝固浴槽に送液する外部凝固液の流量は、例えば、50cc/分以上500cc/分以下、100cc/分以上300cc/分以下、あるいは130cc/分以上200cc/分以下である。外部凝固液の流量を凝固浴槽を構成する細管の断面積で除して求められる凝固浴槽中における外部凝固液の流速は、例えば、1.8m/分以上10.4m/分以下、3.2m/分以上7.8m/分以下、あるいは3.5m/分以上5.4m/分以下である。さらに、凝固浴槽中における紡糸原液の流速に対する外部凝固液の流速の比は、例えば、0.32以上0.54以下、あるいは0.33以上0.53以下である。なお、紡糸原液の流速に対する外部凝固液の流速の比が上記範囲内にあれば、紡糸原液の流速及び外部凝固液の流速のそれぞれの絶対値は、任意である。
 巻き取られた中空糸膜は、2重量%以上10重量%以下の希硫酸に浸漬され、次いで純水で水洗される。これにより、セルロースが再生される。さらに、中空糸膜の水分を有機溶媒で置換する。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、及びアセトン等を用いることができる。その後、中空糸膜束の両端を固定し、1%から8%延伸した後、30℃以上60℃以下、5kPa以下の減圧下で乾燥を行い、実施の形態に係る中空糸膜状のウイルス除去膜が得られる。
 従来においては、紡糸原液に無機塩は添加されていない。これに対し、本発明者らが初めて見出したことであるが、紡糸原液に無機塩を添加することにより、セルロース濃厚相が形成する粒子の拡散速度を変化させ、ミクロ相分離の進行速度に影響を与えることが可能となる。そのため、ウイルス除去膜の表面から内部にかけての空孔の大きさ、及び膜厚方向における空孔の大きさの変化の程度(勾配)等の膜構造を制御することが可能となり、ウイルス捕捉部位の厚みを適切な厚みにコントロールすることができる。また、無機塩の添加によりセルロースの溶解性が安定し、ミクロ層分離の進行が円周方向で均一に進み、ウイルス捕捉量が、ろ過面上の場所によらず、ウイルス捕捉部位内で均一となる構造を形成できる。
 さらに、本発明者らは、ウイルス除去膜のウイルス捕捉部位ないしは金コロイド捕捉部位を均質かつ緻密にするためには、高分子多孔質膜の凝固過程において、凝固浴中での浴抵抗を抑えることが効果的であることも見出した。凝固浴中での浴抵抗を抑えることにより、延伸による膜構造の破壊が抑制され、膜の円周方向に均一な膜構造を形成することができる。凝固浴中での浴抵抗は、紡糸原液の流速と、凝固液の流速と、の関係を適切に設定することにより、抑制することが可能である。具体的には、紡糸原液の流速に対する凝固液の流速の比を、上記範囲に設定することにより、凝固浴中での浴抵抗が抑制される。
 以上説明したように、製造工程において、ミクロ相分離を制御し、かつ凝固浴中での浴抵抗を抑えることにより、ウイルス除去性が高い、中空糸膜状のウイルス除去膜を製造することが可能となる。
 また、平膜状のウイルス除去膜は、例えば、以下の方法により製造される。銅アンモニアセルロース溶液に無機塩を添加して混合し、製膜溶液を得る。続いて、製膜溶液をろ過及び脱ガス処理する。使用される無機塩の種類は、上記と同様である。
 次に、製膜溶液を凝固浴中を走行する支持体上にキャスティングして流延し、凝固させる。支持体の移動速度は毎分約1.0~10.0mとする。形成した平膜を酸で再生処理後、追加の水浴に通して引き出し、その後、乾燥機を使用して乾燥させる。ここで、製造される平膜状のウイルス除去膜のウイルス捕捉部位ないしは金コロイド捕捉部位を均質かつ緻密にするために、注型速度及び凝固液の移動速度を適切な関係に設定する。具体的には、支持体の移動速度に対する凝固液の移動速度の比を一定範囲に設定する。
 上述した方法で製造される中空糸、及び平膜状のウイルス除去膜は、被ろ過液入り口側の一次側空間とろ過液出側の2次側空間が膜によって仕切られたフィルターを作成するのに用いることができる。
 上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
 (ウイルス除去膜の製造)
 コットンリンター(平均分子量1.44×10)と硫酸ナトリウム(キシダ化学株式会社)を公知の方法で調製した銅アンモニア溶液中に溶解せしめ、ろ過脱泡を行ない、セルロース濃度、及び無機塩である硫酸ナトリウム濃度が図5及び図6に記載のとおりであり、アンモニア濃度が4.4重量%、銅濃度が2.7重量%の紡糸原液を得た。次に、紡糸原液を環状二重紡口の外側紡出口より3.0cc/分あるいは3.65cc/分で吐出し、同時に、図5及び図6に示す重量比のアセトン/アンモニア/水から成る、内部凝固液を、環状二重紡口の中央紡出口より1.8cc/分で吐出した。 
 環状二重紡口から吐出された紡糸原液及び内部凝固液を、図5及び図6に示す重量比のアセトン/アンモニア/水から成る、外部凝固液で満たされた凝固浴槽中に導入して中空糸膜を形成し、巻き取り速度(紡速)10m/分で巻き取った。凝固浴槽には、特開平4-371221号公報に記載される直径7mmのU字型漏斗細管を用いた。漏斗細管内における外部凝固液の平均流速は、図5及び図6に示すとおりであった。また、巻き取り速度(紡速)に対する外部凝固液の平均流速の比は、図5及び図6に示すとおりであった。
 中空糸膜の巻き取りは、30℃の水中で行った。60分間中空糸膜を巻き取った後、巻き取った中空糸膜を別の30℃の水に60分間浸漬した。しかる後に、5重量%の硫酸水溶液で中空糸膜のセルロースを再生し、さらに水洗した。得られた中空糸膜束の水分を実施例1~4、比較例1,2,4についてはメタノールで、実施例5~9についてはエタノールで置換し、その後、束両端を固定し、5.0%延伸した状態で、50℃、3kPaの条件下で真空乾燥させた。以上の方法で得られた中空糸膜を、実施例又は比較例に係るウイルス除去膜とした。ただし、図5及び図6に示す比較例3及び比較例5に係る条件では、膜そのものを製造することはできなかった。得られたウイルス除去膜の内径、膜厚、平均孔径、バブルポイント、及び滅菌前の純水透過速度は、図5及び図6に示すとおりであった。
 (金コロイドを用いたウイルス除去膜の評価)
(1)金コロイド溶液の調製
 粒径が10、15、20、及び30nmの金コロイドをそれぞれ含む溶液(Cytodiagnostics社製)を購入した。次に、紫外・可視分光光度計UVmini-1240(島津製作所製)にて測定した各金コロイド溶液の金コロイドに応じた最大吸収波長における吸光度が0.25になるよう、金コロイド溶液を、注射用蒸留水、ポリオキシエチレン-ナフチルエーテル(1.59vol%)、及びポリ(4-スチレンスルホン酸ナトリウム)(0.20vol%)で希釈した。
(2)金コロイド溶液のろ過
 調製した金コロイド溶液のそれぞれ40mLを、78.4kPaの加圧下にて、製造した実施例及び比較例に係るウイルス除去膜でろ過した。ウイルス除去膜のろ過面積は、0.001mであった。
(3)ウイルス除去膜による金コロイドの除去率の測定
 紫外・可視分光光度計UVmini-1240(島津製作所製)を用いて、金コロイド溶液のそれぞれについて、金コロイドの最大吸収波長におけるろ過前の金コロイド溶液の吸光度Aと、ろ液の吸光度Bと、を測定し、下記(2)式で与えられる、実施例及び比較例に係るウイルス除去膜による金コロイドの対数除去率(LRV)を算出した。結果を、図7及び図8に示す。
  LRV=log10(A/B)   (2)
(4)金コロイド捕捉部位の均一性の測定
 金コロイド溶液をろ過した後の実施例及び比較例に係るウイルス除去膜から切片(厚みは8μm)を切り出し、切片の断面において金コロイドによって染まった部分16カ所の輝度プロファイルを、光学顕微鏡(Biozero、BZ8100、キーエンス社製)で測定した。次に、定数(255)から測定した輝度プロファイルを引いた。その後、横軸に膜厚(100分率)、縦軸に輝度の変位を有するグラフを作成し、グラフに現れた輝度の変位のスペクトルの面積を算出した。さらに、16カ所における輝度の変位のスペクトルの面積の標準偏差を、16カ所における輝度の変位のスペクトルの面積の平均で除した値を、実施例及び比較例に係るウイルス除去膜における金コロイド捕捉部位の金コロイドの捕捉量の変動係数を示す値として算出した。直径20nmの金コロイドのみを流したときの結果を、図7及び図8に示す。比較例に係るウイルス除去膜と比較して、実施例に係るウイルス除去膜のほうが、変動係数の値が小さい傾向にあった。よって、実施例に係るウイルスの除去膜における金コロイド捕捉部位における金コロイドの捕捉量の均一性が高いことが示された。また、実施例のなかでも、硫酸ナトリウム添加量が多いほど、また、紡速に対する外部凝固液の平均流速の比が大きいほど、金コロイド捕捉部位における金コロイドの捕捉量の均一性が高くなる傾向にあった。
(5)金コロイド捕捉部位の厚さの測定
 20及び30nmの金コロイド溶液をそれぞれろ過した湿潤状態のウイルス除去膜から切片(厚みは8μm)を切り出した。湿潤状態の切片の断面において金コロイドによって染まった部分16カ所の輝度プロファイルを、光学顕微鏡(Biozero、BZ8100、キーエンス社製)で測定した。ここで、膜厚方向において、ウイルス除去膜の一次側の表面から、金コロイドが捕捉された部位の最も一次側の表面に近い部分までの第1の距離aを測定した。また、膜厚方向において、ウイルス除去膜の一次側の表面から、金コロイドが捕捉された部位の最も二次側の表面に近い部分までの第2の距離bを測定した。
 次に、16カ所のそれぞれにおいて、第1の距離aを湿潤状態のウイルス除去膜の膜厚cで除して百分率で表した値A(=a/cの百分率表示)を算出し、16カ所における値Aの平均値を第1の到達度として算出した。また、16カ所のそれぞれにおいて、第2の距離bを湿潤状態のウイルス除去膜の膜厚cで除して百分率で表した値B(=b/cの百分率表示)を算出し、16カ所における値Bの平均値を第2の到達度として算出した。
 さらに、下記(3)式に示すように、直径20nmの金コロイドをろ過したウイルス除去膜における第2の到達度の平均値B20と、直径30nmの金コロイドをろ過したウイルス除去膜における第1の到達度の平均値A30と、の差に、直径20nmの金コロイドをろ過した湿潤状態のウイルス除去膜の膜厚の平均値C20と直径30nmの金コロイドをろ過した湿潤状態のウイルス除去膜の膜厚の平均値C30の平均値CAVEを乗じた値を、ウイルス除去膜における金コロイド捕捉部位の厚さTとして算出した。金コロイド捕捉部位の厚さTは、ウイルス除去膜の緻密層の厚さTとも表現される。結果を図7及び図8に示す。比較例に係るウイルス除去膜と比較して、実施例に係るウイルス除去膜のほうが、緻密層の厚さTが、20μm以下の範囲内で厚い傾向にあった。また、実施例のなかでも、硫酸ナトリウム添加量が多いほど、また、紡速に対する外部凝固液の平均流速の比が大きいほど、緻密層の厚さが厚くなる傾向にあった。
  T=(B20-A30)×CAVE          (3)
 上記方法においては、直径20nmの金コロイドをろ過したウイルス除去膜と、直径30nmの金コロイドをろ過したウイルス除去膜と、の少なくとも2つのウイルス除去膜を用いて、緻密層の厚さを測定した。しかし、1つのウイルス除去膜のみを用いて、緻密層の厚さを測定することも可能である。この場合、1つのウイルス除去膜を用いて、直径20nm及び30nmの両方の金コロイドを含む金コロイド溶液をろ過する。あるいは、1つのウイルス除去膜を用いて、直径20nmの金コロイド溶液をろ過した後、直径30nmの金コロイド溶液をろ過する。
 その後、直径20nm及び30nmの金コロイド溶液をろ過したウイルス除去膜から切片を切り出し、切片の断面において金コロイドによって染まった部分16カ所の輝度プロファイルを、光学顕微鏡(Biozero、BZ8100、キーエンス社製)で測定する。ここで、膜厚方向において、ウイルス除去膜の一次側の表面から、金コロイド捕捉部位の最も一次側の表面に近い部分までの第1の距離aを測定する。また、膜厚方向において、ウイルス除去膜の一次側の表面から、金コロイド捕捉部位の最も二次側の表面に近い部分までの第2の距離bを測定する。
 次に、16カ所のそれぞれにおいて、第1の距離a1を湿潤したウイルス除去膜の膜厚cで除して百分率で表した値A(=a/cの百分率表示)を算出し、16カ所における値Aの平均値を第1の到達度として算出する。また、16カ所のそれぞれにおいて、第2の距離bを湿潤したウイルス除去膜の膜厚cで除して百分率で表した値B(=b/cの百分率表示)を算出し、16カ所における値Bの平均値を第2の到達度として算出する。
 さらに、下記(4)式に示すように、ウイルス除去膜における第2の到達度の平均値Bと、ウイルス除去膜における第1の到達度の平均値Aと、の差に、湿潤したウイルス除去膜の膜厚の平均値Cを乗じた値を、ウイルス除去膜における金コロイド捕捉部位の厚さTとして算出する。(3)式で算出される厚さTと、(4)式で算出される厚さTと、の間に、大きな差は生じないことが確認されている。
  T=(B-A)×C             (4)
(6)ウイルス除去膜の金コロイド捕捉部位の粒径依存性の測定
 直径15nm、20nm及び30nmの金コロイド溶液をそれぞれろ過したウイルス除去膜から切片(厚みは8μm)を切り出した。切片の断面において金コロイドによって染まった部分16カ所の輝度プロファイルを、光学顕微鏡(Biozero、BZ8100、キーエンス社製)で測定した。ここで、膜厚方向において、ウイルス除去膜の一次側の表面から、金コロイドが捕捉された部位の最も一次側の表面に近い部分までの第1の距離aを測定した。また、膜厚方向において、ウイルス除去膜の一次側の表面から、金コロイドが捕捉された部位の最も二次側の表面に近い部分までの第2の距離bを測定した。
 次に、16カ所のそれぞれにおいて、第1の距離aを湿潤したウイルス除去膜の膜厚cで除して百分率で表した値A(%)を算出し、16カ所における値A(%)の平均値を第1の到達度として算出した。また、16カ所のそれぞれにおいて、第2の距離bを湿潤したウイルス除去膜の膜厚cで除して百分率で表した値B(%)を算出し、16カ所における値B(%)の平均値を第2の到達度として算出した。直径15nm、20nm及び30nmの金コロイドのそれぞれについて、第1の到達度の平均値と、第2の到達度の平均値と、を、図7及び図8に示す。なお、図7及び図8において、左側の数値が第1の到達度の平均値を表し、右側の数値が第2の到達度の平均値を表している。なお、直径30nm、20nm及び15nmの金コロイドの捕捉位置の測定について、あくまで、膜によって捕捉された金コロイドに関して測定したものであり、膜に捕捉されていない金コロイドについて測定するものではない。
 (ウイルス除去膜のウイルス除去能)
 (1)ウイルス含有タンパク質溶液の調製
 ポリクローナル抗体(ヒトIgG)(ヴェノグロブリン-IH、ベネシス社製)を用いて、抗体濃度が1mg/mLになるように注射用水(大塚製薬)で希釈した抗体溶液を得た。また、1mol/L NaCl水溶液を用いて塩濃度を0.1mol/Lに調整した。さらに、0.1mol/L HCl又は0.1mol/L NaOHを用いて、水素イオン指数(pH)を4.0に調整し、これをタンパク質溶液とした。得られたタンパク質溶液に、ブタパルボウイルス(PPV、社団法人動物用生物学的製剤協会)を1.0vol%添加し、よく攪拌して、ウイルス含有タンパク質溶液を得た。
 (2)ウイルス含有タンパク質溶液のろ過
 78.4 kPaのろ過圧力で、製造した膜面積0.001mのウイルス除去膜を用いて、ろ過量が75L/mに到達するまで、ウイルス含有タンパク質溶液のデッドエンドろ過を行った。ろ過圧力は供給液容器側に圧力計を設置して測定した。次いで、ウイルス含有タンパク質溶液のろ液について、3vol%FBS/D-MEMによる10倍、10倍、10倍、10倍及び10倍希釈液を調製した。また、ろ過直前に採取した元液(ウイルス含有タンパク質溶液)についても、3vol%FBS/D-MEMによる10倍、10倍、10倍、10倍、10倍及び10倍希釈液を調製した。
(3)ウイルス除去率の測定
 アメリカ培養細胞系統保存機関(ATCC)より入手し、培養したPK-13細胞(ATCC No.CRL-6489)を用意した。また、56℃の水浴で30分間加熱し非働化させた後の牛血清(Upstate社製)3vol%と、ペニシリン/ストレプトマイシン(+10000 Units/mL ペニシリン、+10000μg/mL ストレプトマイシン、インビトロジェン製)1vol%含有D-MEM(インビトロジェン製、高グルコース)と、の混合液を用意した。以下、この混合液を、3vol%FBS/D-MEMという。次に、PK-13細胞を3vol%FBS/D-MEMで希釈し、細胞濃度2.0×10(細胞/mL)の希釈細胞懸濁液を調製した。次に、96ウェル丸底細胞培養プレート(Falcon社製)を10枚準備し、全てのウェルに、希釈細胞懸濁液を100μLずつ分注した。
 希釈細胞懸濁液を分注した細胞培養プレートの8ウェルごとに、ウイルス含有タンパク質溶液のろ液及び同ろ液の10倍、10倍、10倍、10倍及び10倍希釈液と、元液の10倍、10倍、10倍、10倍、10倍及び10倍希釈液と、のそれぞれを、100μLずつ分注した。その後、37℃、5%二酸化炭素雰囲気下にあるインキュベーターの中に細胞培養プレートを配置し、細胞を10日間培養した。  
 10日間培養した細胞に対し、以下説明する赤血球吸着法(ウイルス実験学 総論 国立予防衛生研究所学友会編、p.173参照)を用いて、50%組織培養感染値(TCID50)の測定を行った。まず、ニワトリ保存血(日本バイオテスト製)をPBS(-)(日水製薬株式会社製、製品に添付の説明書に記載の方法で調製)で5倍に希釈した後、希釈したニワトリ保存血を2500rpm、4℃で5分間遠心して赤血球を分離し、沈殿させた。その後、上清を吸引除去して、得られた赤血球を含む沈殿物を、再度PBS(-)で200倍に希釈した。
 次に、赤血球沈殿物のPBS(-)希釈液を、細胞培養プレートの全ウェルに100μLずつ分注し、2時間静置した。その後、培養した細胞組織の表面に対する赤血球の吸着の有無を目視で確認し、吸着が確認されたものをウイルス感染が起きたウェル、吸着が確認されなかったものをウイルス感染が起きなかったウェルとして数えた。さらに、ウイルス含有タンパク質溶液のろ液及び同ろ液の希釈液と、元液希釈液のそれぞれが分注されたウェルごとに、ウイルス感染の割合を確認し、Reed-Muench法(ウイルス実験学総論、国立予防衛生研究所学友会編、p.479-480参照)により、感染価としてlog10(TCID50/mL)を算出し、下記(5)式を用いてウイルスの対数除去率(LRV)を算出した。結果を、図7及び図8に示す。比較例に係るウイルス除去膜と比較して、実施例に係るウイルス除去膜のほうが、ウイルス除去率が高い傾向にあった。また、実施例のなかでも、硫酸ナトリウム添加量が多いほど、また、紡速に対する外部凝固液の平均流速の比が大きいほど、ウイルス除去率が高くなる傾向にあった。
  LRV=log10(C/C)          (5)
 ここで、Cは、ウイルス除去膜でろ過する前の元液(ウイルス含有タンパク質溶液)中の感染価を表し、Cはウイルス除去膜でろ過した後のろ過液中の感染価を表す。
(4)バブルポイントの測定方法(国際公開2001/014047号に記載の測定方法)
 膜を表面張力γ(N/m)の液体で湿潤させた後、その膜に、気体で徐々に圧力をかけていくと、ある圧力で膜表面から連続的に気泡が発生するようになるため、この時の気体圧力を測定するというものである。このときの気体圧力をバブルポイント(MPa)と呼んでいる。
 公知の測定方法はいずれも、連続気泡の発生を目視確認した時点での圧力をバブルポイントとしている。しかし、この判定法は、膜面積が小さい場合には気泡の発生量が少なく、見過ごす恐れがあること、及び、加圧以前から膜表面に付着していた気泡(界面破壊現象によって生じたものではない)の膜表面からの離脱を界面破壊現象による気泡であると見誤る恐れがあることから、誤差がでやすい。
 本実施例では、より測定誤差を小さくするために、膜面積1cm当たり3.0mL/minの定量的な連続気泡の発生があった時点の圧力(MPa)をもってバブルポイントと定義した。また、湿潤液体には表面張力0.012(N/m)のパーフルオロカーボンを用い、加圧気体には窒素を用いた。
(5)内径及び膜厚の測定方法(乾燥中空糸)
 本実施例では、乾燥中空糸の断面切片を投影機(V‐12B、Nikon社製)で観察し、一つの中空糸断面に対し垂直方向及び水平方向の内径2カ所及び膜厚4ヶ所を測定し、それぞれ平均したものを内径及び膜厚の測定値とした。
(6)膜厚の測定方法(湿潤中空糸)
 本実施例で、湿潤状態の中空糸の膜厚を測定する際は、直径30nm、20nm及び15nmの金コロイドを40L/mろ過した際の湿潤中空糸について、光学顕微鏡(Biozero、BZ8100、キーエンス社製)用いて測定を行っている。
(7)平均孔径の測定方法(特許第2707274号公報に記載の測定方法)
 本実施例において、空孔率Prは以下の方法で算出した。膜厚、面積、重量測定から中空糸の見掛け密度ρaを求め、空孔率を式(6)で求めた。
  ρa=Wd/Vw=4Wd/πl(Do-Di
  Pr(%)=(1-ρa/ρp)×100          (6)
 ここで、ρaは中空糸の見掛け密度(g/cm)、Wdは中空糸の絶乾重量(g)、Vwは中空糸の見かけ体積(cm)、lは中空糸の長さ(cm)、Doは中空糸の外径(cm)、Diは中空糸の内径(cm)、ρpはセルロースの密度(g/cm)を示す。
 平均孔径は以下の方法で算出した。10本の糸を束ね、16cmの有効長さになるようにモジュールを作成した。このモジュールの一端を閉とし、他端に200mmHgの圧力をかけ、37℃で水を通した。このとき膜を通して出てくる水の量を透水量として測定した。   
 あらかじめ、乾燥状態で内径と膜厚を測定した。この値から膜面積を算出した。
平均孔径(nm)は式(7)で算出した。
  2r=2×10×√(V・d・μ/P・A・Pr)   (7)
 ここで、2rは平均孔径(nm)、Vは透水量(mL/分)、dは膜厚(μm)、μは水の粘度(cp)、Pは圧力差(mmHg)、Aは膜面積(cm)、Prは空孔率(%)を示す。
(8)平均分子量の測定方法
 本実施例では、特公昭59-204912号公報に記載の方法と同一の方法で測定した。
(9)滅菌前の純水透過速度の測定方法
 膜の液供給側である一次側とろ液が排出される二次側の両方を純水で満たし、その後温度37℃の純水を35kPaの膜間差圧でろ過して、一次側から二次側に出てくる純水透過量を乾燥中空糸の膜面積1m当たりL/hrs/0.1MPaの単位に換算した値である。また純水とは、限外ろ過により精製した水をいう。
1  一次側の表面
2  二次側の表面
10 ウイルス除去膜

Claims (14)

  1.  タンパク質を含有する溶液からウイルスを除去するためのウイルス除去膜であって、
     当該ウイルス除去膜は、
     前記タンパク質を含有する溶液が供給される一次側の表面と、
     当該ウイルス除去膜を透過した透過液が排出される二次側の表面と、
     を有し、
     前記一次側から当該ウイルス除去膜に直径20nmの金コロイドを含有する溶液を供給して当該ウイルス除去膜で前記金コロイドを捕捉し、当該ウイルス除去膜の断面において輝度を測定すると、前記輝度の変位のスペクトルの面積値の標準偏差を前記輝度の変位のスペクトルの面積値の平均値で除した値が0.01以上1.50以下であり、
     当該ウイルス除去膜の断面において、直径20nm以上直径30nm以下の金コロイドが捕捉される部位の厚さが、湿潤状態で、10.0μm以上30.0μm以下である、
     セルロースからなるウイルス除去膜。
  2.  湿潤状態の当該ウイルス除去膜の断面において、
     直径30nmの金コロイドが捕捉される部位が、前記一次側から当該ウイルス除去膜の膜厚の15%以上60%以下のところにあり、
     直径20nmの金コロイドが捕捉される部位が、前記一次側から前記膜厚の25%以上85%以下のところにあり、
     直径15nmの金コロイドが捕捉される部位が、前記一次側から前記膜厚の60%以上90%以下のところにある、
     請求項1に記載のウイルス除去膜。
  3.  直径10nmの金コロイドが捕捉されない、請求項1又は2に記載のウイルス除去膜。
  4.  直径30nmの金コロイドの対数除去率が1.00以上であり、
     直径20nmの金コロイドの対数除去率が1.00以上であり、
     直径15nmの金コロイドの対数除去率が0.10以上であり、
     直径10nmの金コロイドの対数除去率が0.10未満である、
     請求項1ないし3のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
  5.  平均孔径が13nm以上21nm以下である、請求項1ないし4のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
  6.  当該ウイルス除去膜の断面において、前記一次側から前記二次側に向けて、孔径が減少した後増加に転じる、請求項1ないし5のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
  7.  前記金コロイドが捕捉される部位が、前記孔径が最小となる部位を含む、請求項6に記載のウイルス除去膜。
  8.  乾燥状態で膜厚が24μm以上41μm以下である、請求項1ないし7のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
  9.  バブルポイントが1.2MPa以上1.8MPa以下である、請求項1ないし8のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
  10.  純水透過速度が、30L/m/hrs/0.1MPa以上120L/m/hrs/0.1MPa以下である、請求項1ないし9のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
  11.  中空糸膜である、請求項1ないし10のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
  12.  平膜である、請求項1ないし11のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
  13.  前記輝度の変位のスペクトルの面積値の標準偏差を前記輝度の変位のスペクトルの面積値の平均値で除した値が0.01以上1.20以下である、請求項1ないし12のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
  14.  当該ウイルス除去膜の断面において、直径20nm以上直径30nm以下の金コロイドが捕捉される部位の厚さが、湿潤状態で、13.0μm以上20.0μm以下である、請求項1ないし13のいずれか1項に記載のウイルス除去膜。
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