JP2004121608A - 透析液清浄化用中空糸膜およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】疎水性高分子、溶媒、非溶媒の3成分系からなる製膜溶液中の非溶媒にトリエチレングリコールを用い、溶媒に対する非溶媒の割合を70%〜130%、ノズル吐出温度を60℃以上90℃以下、乾湿式紡糸におけるエアギャップ長を5cm以上60cm以下、凝固浴の温度を50℃以上80℃以下とすることによって、中空糸内径が150μm以上400μm以下、膜厚が25μm以上100μm以下の中空糸膜を得ることで達成される。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空糸膜、特に血液透析治療で使われる透析液の清浄化用の中空糸膜およびその製造方法に関する。より詳しくは、特定のモデル溶質の透過性能をある一定範囲内に制御することで、膜抵抗が少なく、かつ安全性の高い透析液を供給できる中空糸膜およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
血液透析は、末期慢性腎不全患者の治療に用いられる。患者より導き出した血液は、ダイアライザー内で血液透析膜を介して、透析液と接触し、老廃物が透析液へ移動することにより血液は浄化され、浄化された血液は患者体内に戻される。透析液は、血液透析膜を介するものの、血液と接触するため、古くから透析液の清浄化にはさまざまな努力が為されてきた。
【0003】
例えば、透析液を作製する水道水に含まれるアルミニウムが、体内に流入することにより、透析脳症を引き起こす危険性があるとして、透析液を作製する水道水は、現在では逆浸透膜、活性炭、イオン交換樹脂などにより処理され、極めて純度の高い純水として供給されるようになっている。
【0004】
また、1980年代後半より、透析アミロイドーシスの原因物質であるβ2ミクログロブリンを積極的に除去するため、一般にハイパフォーマンスメンブレンと呼ばれる細孔径の大きな血液透析膜が普及している。さらに、拡散を原理とする透析では、β2ミクログロブリンなどの中・高分子量物質の除去に限界があるため、透析にろ過を組合わせた血液透析ろ過も多くの施設で実施されている。近年、血液透析ろ過において、ろ過により濃縮された血液を透析液により希釈するオンライン血液透析ろ過と呼ばれる手法が確立された。
【0005】
このような、ハイパフォーマンスメンブレンを使った血液透析や、オンライン血液透析ろ過では、従来にも増して、安全性の高い、清浄化された透析液が必要である。透析液作製に用いられる水道水は、逆浸透膜、イオン交換樹脂、活性炭などにより処理されるが、透析液を作製する段階でのさまざまなコンタミが問題となっている。透析液は、電解質や糖を含むため、菌の温床になり易く、せっかく純粋な水が供給されても、透析液を作製し、貯蔵、送液する部分で、菌が繁殖してしまう。菌体そのものは、血液透析膜を通過することはできないが、菌体の死骸とその分解物は、分子量が数千から百万程度であり、その一部が透析膜を通って、透析患者体内に流入し、発熱等の副作用を引き起こすことが知られている。
【0006】
エンドトキシンと呼ばれるこれらの、菌体の死骸および細胞膜の構成成分を除去し、清浄化され、安全性の高い透析液を供給するため、透析液のエンドトキシン濃度のガイドラインが作成された。一般の血液透析ではエンドトキシン濃度は50EU/L以下、オンライン血液透析では1EU/L以下が目標とされている。
【0007】
このように、高度に清浄化された透析液は、透析液作製タンクやポンプ、ベッドサイドまでの回路、透析装置の消毒や清掃だけでは達成が困難であり、ダイアライザーに供給される直前に透析液清浄化フィルターを設置し、患者に入る直前で、エンドトキシンをカットすることが広く行われている。
【0008】
この透析液清浄化フィルターには、ダイアライザーをそのまま転用したり、一般的に使われている限外濾過フィルターが多く用いられている。しかしながら、血液透析治療における透析液流量は500mL/minであり、使用する膜の透水性が低いと、透析液清浄化フィルターによる圧力損失が大きく、透析装置のポンプ容量を越えてしまい、ポンプの故障や、異常背圧による装置の停止トラブルを起すことがあった。
【0009】
従来、透析液清浄化フィルターとしても使用可能と思われるポリスルホン中空繊維膜およびその製造方法が開示されている。(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、この中空繊維膜は、内表面の緻密層の細孔径が小さく、透析液ろ過を長時間実施すると目詰まりを起こし、圧力損失が大きくなる問題がある。また、ポリエチレングリコールを非溶媒として使用しているため、製膜溶液の粘度が高くなりすぎ、ノズルからの吐出異常が発生しやすい。また、比較的分子量の高いポリエチレングリコールを使用するため、出来上がった中空糸膜にポリエチレングリコールが残留しやすく、これを洗浄除去することが困難である等の問題があった。
【0010】
【特許文献1】
特許第2703266号公報(第1−6頁)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、透析液清浄化用中空糸膜において、透析装置のポンプ負荷が少く、高い透水性と吸着による高いエンドトキシン除去性能を有し、安全性の高い透析液を供給できる透析液清浄化中空糸膜およびその製造方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、高い透水性とエンドトキシン除去性能を有する下記(1)乃至(2)の透析液清浄化中空糸膜およびその製造方法である。
(1)疎水性高分子よりなり、内径が150μm以上400μm以下、膜厚が25μm以上100μm以下、透水性が800mL/m2・hr・mmHg以上1600mL/m2・hr・mmHg以下、アルブミンのふるい係数が0.04以上、0.3以下であり、かつ分子量7万のデキストランの篩い係数が0.5以上1.0以下であり、濃度1万〜10万EU/Lのエンドトキシン水溶液を膜面積1m2あたり500mL/minで10L全量ろ過させたときの、ろ液エンドトキシン濃度が1EU/L以下であることを特長とする透析液清浄化用中空糸膜。
(2)疎水性高分子、溶媒、非溶媒からなる3成分系製膜溶液を、芯液に水溶液を用いる乾湿式紡糸により得られる中空糸膜の製造方法において、製膜溶液中の非溶媒にトリエチレングリコールを使用し、溶媒に対する非溶媒の割合を70重量%〜130重量%とし、ノズル吐出温度を60℃以上90℃以下とし、乾湿式紡糸におけるエアギャップ長を5cm以上60cm以下とし、凝固浴の温度を50℃以上80℃以下とすることを特徴とする(1)の透析液清浄化中空糸膜の製造方法、である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【0014】
エンドトキシンは疎水性高分子表面に吸着する性質を有しており、本発明の透析液清浄化用中空糸膜は、エンドトキシンを吸着させるために疎水性高分子よりなる。疎水性高分子としては、ポリスルホン系ポリマー、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレートなどが挙げられるが、ポリスルホンやポリエーテルスルホンなどのポリスルホン系ポリマーが、成型性、エンドトキシン吸着性に優れ好適に使用できる。また、ポリスルホン系ポリマーの中では、ガラス転移温度がより高く、耐熱性、耐薬品性に優れるポリエーテルスルホンが、特に好ましい。一方、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコールなどの親水性高分子を添加すると水濡れ性は向上するが、エンドトキシンの吸着性が低下するため、本発明の中空糸膜およびその製造においては添加しない方が好ましい。
【0015】
使用する中空糸膜モジュールの形状により、中空糸膜の内径の最適値は異なる。小型モジュールの場合、単位モジュール体積あたりの膜面積が大きく出来る点で中空糸内径が小さい方が有利である。モジュールが大きくなると、それに従って中空糸膜が長くなり、中空糸膜内部を通過する透析液の圧力損失が大きくなり、分離効率が低下するので中空糸内径を大きくする必要がある。本発明において、中空糸膜の内径は150μm以上400μm以下である。さらに、180μm以上とすることで、中空糸内部を通過する透析液の圧力損失を低下させることができるので好ましく、300μm以下とすることで、単位モジュール体積あたりの膜面積を大きく出来るので好ましい。
【0016】
本発明において、中空糸膜の膜厚は25μm以上100μm以下である。透析液清浄化用中空糸膜の場合、通常外圧式濾過(中空糸膜の外側から内側に濾過)が用いられることが多く、膜厚を25μmより大きくすることで、外圧により中空糸膜が潰れてしまうことを防ぐことができる。また、膜厚を100μm以下にすることで、単位モジュール体積あたりの膜面積を大きく出来るので好ましい。膜厚を大きくすることで透析液が膜内部を通過する時の接触面積を増加させ、エンドトキシン除去性能を向上することが出来、中空糸膜の耐圧性も向上することができるが、一方中空糸外径が太くなり、単位モジュール体積あたりに充填できる中空糸本数が少なくなり濾過面積が小さくなるので、中空糸膜の膜厚は35μm以上80μm以下がさらに好ましい。45μm以上60μm以下が特に好ましい。
【0017】
本発明において、中空糸膜の透水性は300mL/m2・hr・mmHg以上、1600mL/m2・hr・mmHg以下である。中空糸膜の透水性が300mL/m2・hr・mmHgより小さいと、透析液をろ過する時の圧力損失が大きくなり、透析装置のポンプ負荷が大きくなる。また、圧力損失を下げるために膜面積を大きくすると、モジュールが大型化する。一方、中空糸の透水性が1600mL/m2・hr・mmHgを超えると、圧力損失は低下し膜面積を小さくすることができるが、膜細孔径がエンドトキシンの阻止可能な範囲を超えて大きくなり、エンドトキシンが透過しやすくなる。中空糸膜の透水性は400mL/m2・hr・mmHg以上がより好ましく、500mL/m2・hr・mmHg以上が特に好ましい。
【0018】
本発明の中空糸膜のアルブミンの篩い係数は0.04以上0.3以下である。アルブミンは分子量67000の球状たんぱく質であるが、アルブミンの篩い係数を、小さくすることは、膜の細孔径を小さくすることを意味し、エンドトキシンの透過を防ぐ点から好ましいが、細孔径を小さくすると、透水性も一緒に下がる傾向にある。アルブミンの篩い係数を0.04以上とすることで、中空糸膜の透水性を容易に前記範囲(300mL/m2・hr・mmHg以上)とすることができる。一方、細孔径を大きくすると透水性は向上するが、エンドトキシンが透過しやすくなることがある。エンドトキシンの透過を防ぐためには、アルブミンの篩い係数を0.3以下とすることが好ましい。一般にエンドトキシンの分子量は数千から100万程度と言われており、アルブミンが通過できる膜では、細孔のサイズ的にエンドトキシンが通過できると考えられるが、本発明の中空糸膜の場合、エンドトキシンの除去のほとんどが吸着による効果である。細孔径を大きくすることで、透水性も向上するので、アルブミンの篩い係数は0.06以上がより好ましく、0.10以上とすることが特に好ましい。
【0019】
本発明の中空糸膜の分子量7万のデキストランの篩い係数は0.5以上1.0以下である。分子量7万のデキストランとアルブミン(分子量67000)は分子量が近いにも拘らず、篩い係数が2つの溶質間で異なる。その理由はわからないが、本発明の中空糸膜において透水性が高く、かつエンドトキシン除去性能が高い特長を発揮する原因と考える。分子量7万のデキストランの篩い係数を小さくするとは、膜の細孔径を小さくすることを意味するが、同時に透水性が低下するため、分子量7万のデキストランのふるい係数を0.5以上とすれば透水性を前記範囲(300mL/m2・hr・mmHg以上)に設定しやすくなる。なお篩い係数は、その定義から1.0を超えることはない。
【0020】
本発明の中空糸膜は濃度1万〜10万EU/Lのエンドトキシン水溶液を膜面積1m2あたり500mL/minで10L全量ろ過させたときの、ろ液エンドトキシン濃度が1EU/L以下であることを特徴とする。ろ液のエンドトキシン濃度が1EU/L以下であるとは、ろ液中に実質的にエンドトキシンを含まないことを意味し、安全な透析液を供給できるので好ましい。
【0021】
また、本発明は疎水性高分子、溶媒、非溶媒からなる3成分系製膜溶液を、芯液に水溶液を用いる乾湿式紡糸により得られる中空糸膜の製造方法において、製膜溶液中の非溶媒にトリエチレングリコールを使用し、溶媒に対する非溶媒の割合を70重量%〜130重量%とし、ノズル吐出温度を60℃以上90℃以下とし、乾湿式紡糸におけるエアギャップ長を5cm以上60cm以下とし、凝固浴の温度を50℃以上80℃以下とすることにより得られる透析液清浄化中空糸膜の製造方法である。
【0022】
溶媒は、非プロトン系有機溶媒が好ましく、例えばN−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどが使用できる。
【0023】
非溶媒は、溶媒とは混じりあうが、疎水性高分子を溶解しない物質であり、一般的にアルコール類や水が用いられるが、本発明ではトリエチレングリコールを使用する。前記溶媒を使用した際、トリエチレングリコールは、製膜溶液中に高い比率で混入できる。本発明において、トリエチレングリコールの製膜溶液中の溶媒に対する割合を70重量%〜130重量%とすることで、出来上がった膜の細孔径を小さくしてエンドトキシンの通過を防ぎ、かつ多孔度を高めることで、透水性を高めることが出来る。また、トリエチレングリコールは、一般的に非溶媒に用いられるポリエチレングリコールに比べ分子量が低く、製膜溶液の粘度を低くできるため可紡性が高い。また、紡糸後の中空糸膜に残留した場合の洗浄による除去効率が高い。
【0024】
製膜溶液のポリマー濃度は、疎水性高分子の種類や重合度により一概に決まらないが、ポリスルホン系ポリマーの場合は20重量%前後、特に15重量%から25重量%の範囲が好ましい。
【0025】
本発明の中空糸膜は、一般的な乾湿式紡糸法により製造されるが、製膜溶液をノズルから押し出す際の、ノズル温度は、中空糸の可紡性や出来上がった中空糸膜の性能に大きな影響を与える。本発明の場合、ノズル温度は60℃以上90℃以下が好ましい。ノズル温度を高くすることで、中空糸膜内表面のスキン層部分の厚みを下げ、出来上がった膜の細孔径を大きくし、透水性を高めることができるが、芯液に水溶液を使用するので、ノズル温度を100℃以上とすると、芯液が沸騰してしまい紡糸ができなくなる。また90℃を超えると、沸騰はしないが、芯液中に溶け込んでいる気体が泡となって発生し、紡糸中の糸切れの原因となることがある。また、本発明の製膜溶液は、非溶媒であるトリエチレングリコールを多量に含むため、製膜溶液の粘度が比較的高く、ノズル温度が60℃を下回ると、製膜溶液の粘度が高いためノズルからの吐出状態が不良となりやすい。
【0026】
芯液は、水あるいは、水と溶媒および非溶媒の混合溶液を用いることが出来る。芯液は、ノズルから製膜溶液と一緒に吐出されるので、芯液の組成は中空糸膜内表面のスキン層形成と、出来上がった中空糸膜の性能と構造に大きな影響を与える。一般的に芯液の溶媒濃度を高めることで、細孔径は大きくなる。本発明の場合、使用する疎水性高分子の種類、製膜溶液の組成、ノズル温度により、同じ芯液濃度でも得られた中空糸膜の性能は異なるので、目標性能によって最適な芯液濃度を決定することが好ましいが、水の比率を50重量%以下とすると、内表面の凝固が極端に遅くなり、内表面の細孔径が大きくなり、エンドトキシン除去性能が低下することがある。
【0027】
乾湿式紡糸におけるエアギャップ長は、出来上がった膜の構造と性能に大きな影響を与える。本発明におけるエアギャップ長は5cm以上60cm以下である。エアギャップ長を5cmより長くすることで、中空糸膜外側表面のスキン層形成を防ぐことができ、アルブミンの篩い係数を低く保ったまま、透水性を高めることができる。これは外表面スキン層が透水性に対して抵抗となるためと考えられる。ただし、60cmを超えると、重力によってノズル直下の糸切れが増え、また複数本の中空糸を同時に紡糸するときに、エアギャップ部で、吐出した中空糸が融着することがある。
【0028】
本発明において、凝固浴の温度もまた、中空糸の性能に大きな影響を与える重要な因子である。本発明の凝固浴温度は50℃以上80℃以下である。凝固浴の温度を50℃以上に高めることでアルブミンの篩い係数を低く保ったまま透水性の高い膜を得ることが出来る。凝固浴温度は、エアギャップ部での中空糸膜形成に影響を与えると考えられる。すなわち、凝固浴温度を高くすることでエアギャップ部温度も上昇し、これにより吐出された製膜溶液の相分離が促進され、中空糸膜外側表面のスキン層の形成を抑制するとともに、中空糸膜内部の支持層部分の抵抗を下げる効果があると考えられる。80℃を超えると、作業効率や安全性が低下する可能性がある。
【0029】
本発明で得られた中空糸膜は、中空糸膜内表面にスキン層を有するが、SEMによる一万倍による観察で、細孔を認める。すなわち、膜の細孔サイズとしては、比較的大きな分子を透過させることができる膜である。このことは、分子量7万のデキストランの篩い係数が0.5を超える値を持つことからも明らかである。それにも拘らず、高いエンドトキシンの除去性能を有することから、この膜のエンドトキシン分離機構が篩い分けではなく、主に膜への吸着によるためと考えることが出来る。また、本発明の中空糸膜は、膜断面中にスポンジ構造とボイド構造の両方を持ち、外表面には0.1μm程度の細孔を認める。このような構造を持つことが、高い透水性とエンドトキシン除去性能を両立した中空糸膜を得るための好適な条件である。さらに透水性、アルブミンふるい係数、分子量7万のデキストランのふるい係数、エンドトキシンの除去性能を本発明の範囲とするために、芯液の濃度、ノズル温度、エアギャップ長、凝固浴温度の最適化が必要となるが、当業者であれば本明細書の記載内容によって最適条件の探索は容易に実施できる。
【0030】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されない。
【0031】
(中空糸の内径、外径、膜厚の測定)
本発明において、中空糸膜の内径、外径および膜厚は、使用状態、すなわち水に濡れた状態で測定する。5本以上の中空糸の内径を測定し、これの平均値を中空糸内径とする。同時に同一中空糸の外径を測定し、平均外径と平均内径の差の1/2を膜厚とする。
【0032】
(中空糸膜の透水性の測定)
透水性の測定に関しては、以下の手順で実施する。
中空糸膜を所定本数充填した中空糸膜モジュールを作製する。計算に用いる中空糸膜面積は、測定方法を前記した中空糸外径(OD)基準とし、接着部分を除いた有功長(L)から有効膜面積を計算する。中空糸膜外側にFeed液入口を一箇所、中空糸膜内側に濾液出口を一箇所設ける。予め純水にて、中空糸膜およびモジュール内に充填し、内部の空気を除去する。37℃に加温したモジュールに、37℃純水を、500±10mL/minで送液する。濾液出口を大気開放し、Feed液入口の圧力を測定する(P1)。この時、圧力測定ポイントで水頭圧差が生じないように、大気開放した濾液出口、Feed液入口圧力測定ポイントの高さを調節する。次に、中空糸膜を充填していないモジュール(P1測定と同一のケース)と同一回路を接続し、同様に500±10mL/minで37℃純水を送液し、この時のFeed液入口圧力を測定する(P2)。ここで、(P1−P2)は、中空糸膜で純水をろ過した時の正味の膜間圧力差である。次に下記式により中空糸膜の透水性(UFR)を計算する。
UFR=500(mL/min)×60(min/hr)÷A(m2)÷(P1−P2)(mmHg)
ここでA(m2)=OD×L×中空糸本数
【0033】
(ふるい係数の測定)
ふるい係数は以下の方法により測定する。
中空糸膜を所定本数充填した中空糸膜モジュールを準備する。中空糸膜内側にFeed液の入口、出口を設け、中空糸膜外側に濾液出口を設け、測定前に予め純水でプライミングし、モジュール内の空気を除去した後37℃で保温する。Feed側に、37℃溶液を膜面積1m2あたり200mL/minで送液し、膜面積1m2あたり30mL/minの割合でろ過する。ろ過されなかったFeed液はモジュールの中空糸内側に設けたFeed液出口から外部に流出する。ろ過開始後30min後に、Feed液入口濃度(Ci)、Feed液出口濃度(Co)、濾液濃度(Cf)を測定し、以下の式によりふるい係数(S.C.)を測定する。
S.C.=2×Cf÷(Ci+Co)
溶質や膜の種類により、溶質が膜に吸着し、物質収支が合わないことがあるが、本発明の目的上、濾液中に含まれる溶質濃度が重要であり、ふるい係数の測定は上記式で行う。
溶質にアルブミンを用いる時にはpHを7.5±1に調整したリン酸バッファーに1.0重量%の濃度となるようアルブミン(例えば、ナカライテスク 牛血製アルブミン(F−V))を溶解する。濃度は、波長280nmのUV吸光度により測定する。
分子量7万のデキストランを溶質に用いる時は0.01 重量%の濃度となるように純水に溶解し濃度はアンズロン硫酸法により測定する。
【0034】
(エンドトキシン阻止性能の測定)
エンドトキシン除去性能は以下のように測定する。
中空糸膜を所定本数充填したモジュールを準備する。モジュールの中空糸外側にFeed液入口を1箇所、モジュールの中空糸内側に濾液出口を一箇所設け、測定前に予め純水でプライミングし、モジュール内の空気を除去した後。37℃で保温する。Feed側に、37℃の純水を、膜面積1m2あたり500mL/minの割合で送液し、全量ろ過する。回路やケースに付着したエンドトキシンによる測定誤差を無くすため、5時間ろ過を続ける。エンドトキシン濃度を1万〜10万EU/Lになるように純水に溶解したエンドトキシン水溶液を、中空糸膜面積1m2あたり、500mL/minの濾過速度で、10Lろ過させた時の濾液中のエンドトキシン濃度を測定する。エンドトキシン濃度は、リムルステストワコー(和光純薬)を使用して測定する。
【0035】
(実施例1)
ポリエーテルスルホン(住友化学工業(株)製4800P)20重量部、トリエチレングリコール(三井化学(株)製)40重量部、及びN−メチル2−ピロリドン(三菱化学(株)製)40重量部を混合、5時間攪拌して均一透明な製膜溶液を調製した。この時のN−メチル2−ピロリドンに対するトリエチレングリコールの比率は100重量%である。この製膜溶液を減圧脱泡後、外径300μm、内径200μmの環状ノズルより3.0ml/minの速度で、ノズル温度70℃、内部凝固液(RO水90重量部、トリエチレングリコール5重量部、N−メチル2−ピロリドン5重量部)2.5ml/minを導入しながら、エアギャップ管内に押し出した。300mmの空中走行後、75℃の凝固浴に導いて凝固させ、60m/minの速度で中空糸を巻き取った。この時のノズルドラフトは0.8であった。その後80℃、1時間の遠心熱水洗浄で残存溶媒とトリエチレングリコールを除去し、外径298μm、内径195μm、膜厚51.5μmの中空糸を得た。可紡性は良好で、24時間の紡糸中、吐出不良、糸切れなどの問題はなかった。得られた中空糸膜1.5gを100mLの純水中に70℃、1hr浸漬し、得られた溶出液をガスクロマトグラフィーで分析したが、溶媒であるN−メチル2−ピロリドンおよびトリエチレングリコールは検出されなかった。
【0036】
該中空糸をSEMで観察したところ、中空糸の内表面には1万倍で細孔が認められ、断面観察では、内表面に緻密なスキン層が存在し、該緻密層に接してスポンジ構造とボイド構造が認められた。外表面は0.1μm程度の細孔が認められた。
【0037】
(比較例1)
非溶媒をポリエチレングリコール(分子量600)に変更した以外は、実施例1と同じ条件で紡糸した。非溶媒をポリエチレングリコールとしたため、製膜溶液の粘度が上昇し、24時間の紡糸中、ノズルからの吐出不良のため、糸切れが合計5回発生したが、外径294μm、内径192μm、膜厚51μmの中空糸を得た。実施例1と同様に溶出試験を実施したところ、N−メチル2−ピロリドンは検出されなかったが、中空糸重量あたり6ppmのポリエチレングリコールが検出された。非溶媒にポリエチレングリコールを使用すると、分子量が大きいため同条件で中空糸を洗浄しても残留しやすく、また、紡糸原液の粘度が高くなるためノズル背圧が上昇し、紡糸性が低下した。
該中空糸をSEMで観察したところ、中空糸の内表面には1万倍でも細孔が認められず、断面観察では、内表面に緻密なスキン層が存在し、該緻密層の外側には、ボイドを認めず、全体がスポンジ構造であった。外表面は0.1μm程度の細孔が認められた。
【0038】
(比較例2)
ポリエーテルスルホン20重量部、トリエチレングリコール30重量部、及びN−メチルピロリドン(三菱化学(株)製)50重量部を混合した以外は、実施例1と同様に紡糸を行い、外径302μm、内径200μm、膜厚51μmの中空糸を得た。可紡性は良好で、24時間の紡糸中、吐出不良、糸切れなどの問題はなかった。溶出物試験ではN−メチル2−ピロリドンおよびトリエチレングリコールは検出されなかった。
【0039】
該中空糸をSEMで観察したところ、中空糸の内表面には1万倍でも細孔が認められず、断面観察では、内表面に緻密なスキン層が存在し、該緻密層に接してフィンガーライク構造のボイドが認められた。外表面は0.1μm程度の細孔が認められた。
【0040】
(比較例3)
凝固浴温度を40℃とした以外は、実施例1と同様に紡糸を行った。外径298μm、内径202μm、膜厚48μmの中空糸を得た。溶出物試験ではN−メチル2−ピロリドンおよびトリエチレングリコールは検出されなかった。該中空糸をSEMで観察したところ、中空糸の内表面には1万倍で細孔が認められ、断面観察では、内表面と外表面に緻密なスキン層が存在し、該緻密層に接してフィンガーライク構造のボイドが認められた。外表面は1万倍でも細孔は認められなかった。
【0041】
(比較例4)
エアギャップ長を3cmとした以外は、実施例1と同様に紡糸を行った。外径299μm、内径199μm、膜厚50μmの中空糸を得た。溶出物試験ではN−メチル2−ピロリドンおよびトリエチレングリコールは検出されなかった。該中空糸をSEMで観察したところ、中空糸の内表面には1万倍で細孔が認められ、断面観察では、内表面と外表面に緻密なスキン層が存在し、該緻密層に接してフィンガーライク構造のボイドが認められた。外表面は1万倍でも細孔は認められなかった。
【0042】
(比較例5)
芯液の組成をRO水40重量部、N−メチルー2−ピロリドン30重量部、トリエチレングリコール30重量部とした以外は、実施例1と同様に紡糸を行った。外径300μm、内径199μm、膜厚50.5μmの中空糸を得た。溶出物試験ではN−メチル2−ピロリドンおよびトリエチレングリコールは検出されなかった。該中空糸をSEMで観察したところ、中空糸の内表面には1万倍で0.1μmの大きさの細孔が認められ、断面観察では、明確なスキン層は認められず、断面はほぼ全域にわたってスポンジ構造であった。
【0043】
(参考例1)
ポリエーテルスルホン20重量部、トリエチレングリコール50重量部、及びN−メチルピロリドン(三菱化学(株)製)30重量部を混合し、5時間攪拌したが、均一透明な製膜溶液を得ることができず紡糸が出来なかった。非溶媒の比率が高すぎるため、相分離し、均一な溶液にならなかったためと考えられた。
【0044】
(参考例2)
ノズル温度を95℃とした以外は実施例1と同様に紡糸を実施したが、ノズル吐出部でエアーが発生し、頻繁にノズル直下で糸切れが発生し、中空糸膜を採取できなかった。ノズル温度が高すぎ、芯液から溶解していた気体が発生したため可紡性が著しく低下したと考えられた。
【0045】
(参考例3)
エアギャップを1mとした以外は実施例1と同様に紡糸を実施したが、ノズル直下で頻繁に糸切れが発生し中空糸膜を採取できなかった。エアギャップが長すぎ、糸が重力に耐え切れなかったためと考えられた。
【0046】
(実施例2)
実施例1で得られた中空糸膜を約1万本充填したモジュールを作製した。外径基準の膜面積は1.7m2であった。膜性能を評価したところ、透水性(UFR)は700ml/hr・m2・mmHg、アルブミンの篩係数は0.15、分子量7万のデキストランのふるい係数は0.89、エンドトキシン阻止実験の濾液側ET濃度は≦1.0EU/Lであり、濾液側にエンドトキシンは検出されなかった。
【0047】
(比較例6〜10)
比較例1から5で得られた中空糸膜を用い、実施例2と同様にモジュールを作製し、膜性能を評価した。結果を表1に示す。
【0048】
(比較例11)
市販の血液透析膜である、セルローストリアセテート製ダイアライザー(FB−150F、ニプロ(株))を用い、実施例2と同様に膜性能を評価した。結果を表1に示す。
【0049】
(比較例12)
市販の透析膜である、ポリスルホン製ダイアライザー(PS−1.6UW、川澄化学(株))を用い、実施例2と同様に膜性能を評価した。結果は表1に示す通り、エンドトキシン阻止実験において、濾液側にエンドトキシンの通過が認められた。市販のポリスルホン製ダイアライザーは親水性高分子であるポリビニルピロリドンが含まれており、疎水性が低いため、エンドトキシンの吸着性能が低いと考えられた。
【0050】
【表1】
【0051】
(実施例3および比較例13〜17)
実施例2および比較例5から12の膜性能評価のエンドトキシン阻止実験において、濾液側にエンドトキシンが検出されなかった6種類のモジュールを使用して、エンドトキシン除去ランニングテストを実施した。0.2μmの微粒子カットフィルターにてろ過した水道水を、それぞれのモジュールに37℃で1000mL/minの割合で送液し、全量ろ過を1週間連続して行った。実験中、毎日、送液中、濾液中のエンドトキシン濃度を測定し、エンドトキシン阻止性能を評価すると共に、Feed液入口圧力を測定し、モジュールの目詰まりを評価した。送液中のエンドトキシン濃度は期間中、2000〜3000EU/Lで安定していた。また、ろ過を開始してから入口圧が200mmHgを超えるまでの時間を測定した。これは一般の透析液供給装置のポンプに負荷を与えない安定運転時の圧力上限を意味する。また、入口圧力が750mmHgを超えた時点で実験を中止した。結果を表2に示す。この中で、実施例3は一週間の連続ろ過実験中、入口圧力は200mmHg以下に保たれ、ろ液ET濃度も検出限界以下であった。一方、比較例14〜17は、ろ液ET濃度は低いものの、入口圧力が750mmHgを超えたため一週間の連続ろ過ができなかった。比較例13は、一週間後の入口圧力は750mmHg以下であったが、125時間後に入口圧力が200mmHgを超えてしまった。
【0052】
【表2】
【0053】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜は、透水性能、エンドトキシン除去性能が高く、透析装置に負担を与えることなく、高度に清浄化された透析液を供給することができる。また、本発明の中空糸膜製造方法により、前記特徴を有する中空糸膜の製造が可能となる。
Claims (2)
- 疎水性高分子よりなり、内径が150μm以上400μm以下、膜厚が25μm以上100μm以下、透水性が300mL/m2・hr・mmHg以上1600ml/m2・hr・mmHg以下、アルブミンのふるい係数が0.04以上0.3以下であり、分子量7万のデキストランのふるい係数が0.5以上1.0以下であり、濃度1万〜10万EU/Lのエンドトキシン水溶液を膜面積1m2あたり500mL/minで10L全量ろ過させたときの、ろ液エンドトキシン濃度が1EU/L以下であることを特徴とする透析液清浄化用中空糸膜。
- 疎水性高分子、溶媒、非溶媒からなる3成分系製膜溶液を、芯液に水溶液を用いる乾湿式紡糸により得られる中空糸膜の製造方法において、製膜溶液中の非溶媒にトリエチレングリコールを使用し、溶媒に対する非溶媒の割合を70重量%〜130重量%とし、ノズル吐出温度を60℃以上90℃以下とし、乾湿式紡糸におけるエアギャップ長を5cm以上60cm以下とし、凝固浴の温度を50℃以上80℃以下とすることを特徴とする請求項1記載の透析液清浄化中空糸膜の製造方法。
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