JP3400852B2 - タンパク質回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微生物を含む溶液からタ
ンパク質、またはホルモン類を回収する装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から微生物の殺菌は種々の分野にお
いて必要となっている。例えば、医薬品工業、発酵工
業、食品工業の分野では、微生物に汚染されていない製
品を供給しなければならないため、必ず殺菌水が使用さ
れる。また、河川に放流される下水中の大腸菌数は一定
値以下に制限されているため、放流前に下水に殺菌処理
を施さなければならない。

【０００３】この種の殺菌処理として複数の従来例が存
在する。例えば、熱処理による方法、塩素等の酸化剤あ
るいは抗生物質のような薬剤を添加する方法である。こ
のうち、熱処理による殺菌では、熱源としてのボイラー
や複数のバーナーを必要とするので装置が大型化する。
また、酸化剤等の薬剤を用いた従来例では、その残留に
基づく二次汚染の問題がある。そこで、処理液を通電し
て殺菌を行うことが行われており、特開昭６１ー１３６
４８４号のように処理水に高電圧を加える電気的殺菌方
法が存在する。

【０００４】しかしながら、高電圧を加える電気的殺菌
方法では、エネルギーの損失の問題があるため、最近で
は、薬剤と交流電流の通電とを併用して殺菌を行う従来
例が存在する（環境工学、ｖｏｌ６３、Ｎｏ３、１９８
９年）。また、微生物に対して不透過性を有する中空糸
膜を用いて処理液をろ過することにより、微生物を処理
液から取り除くようにした従来例も存在する。この従来
例では、中空糸膜そのものに殺菌性がないため、中空糸
膜の表面または内部に微生物がトラップされて増殖する
問題がある。そこで、例えば特開昭６０−２６１５０２
号、特開昭６１−８１０４号、特開昭６４−５６１０６
号、および特開平１−１５６５７号のように中空糸膜に
銀をコーティングしてトラップされた微生物を殺菌する
ようにした従来例も存在する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電気的殺菌方法では十分な殺菌性能が得られず、通電時
間が長くなる問題がある。また、殺菌後の菌体を除去す
ることの配慮はなく、殺菌後の菌体の混入も許されな
い、例えば極力清浄な殺菌水を必要とする分野、すなわ
ち、発熱物質の混入を禁止しなければならない注射剤の
製造の分野等にはそのまま適用できない問題があった。
また、前記中空糸膜を用いて除菌することについて、銀
を十分量コートできないことや、銀の殺菌能力が十分で
ないことにより所望の殺菌性能を得ることができない問
題があった。

【０００６】一方、近年、医療産業における遺伝子組み
替え技術の発達により、生物製剤の製造は遺伝子組み替
えにより行われつつある。例えば、ヒトインシュリンや
肝炎の治療に普及しつつあるインターフェロン、または
抗癌剤として期待されているインターロイキン等、多く
のタンパク液性因子が難治疾患の治療薬として使用され
ている。これらタンパク質因子は、人の遺伝子を大腸菌
に組み込み、菌にこれらを産生させその後、目的物を菌
体の外に放出する遺伝子を別に組み込むか、または菌体
を別の酵素で溶かし内容物を回収する方法により製造さ
れている。

【０００７】しかし、これらの方法は、数回の操作段階
を必要とするため、連続的にタンパク質を回収できない
という問題点がある。そこで、本発明は、一回の操作に
よってタンパク質および各種ホルモンの回収を可能とす
ることにより、連続的にタンパク質および各種ホルモン
を回収できるタンパク質回収装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のタンパク質回収装置は、導電性金属が被膜
された中空糸膜と、この中空糸膜の導電性金属に通電す
る通電装置と、前記中空糸膜に微生物を含む溶液を供給
する手段と、を備えることを特徴とする。この金属は中
空糸膜に化学的に結合していることが好ましい。なお、
本発明における微生物を含む溶液として、例えば大腸
菌、古枯菌等を含む溶液がある。

【０００９】

【作用】本発明者はタンパク質およびホルモン類の回収
について検討した結果、微生物を含む溶液に通電を行
い、該溶液から連続的に微生物含有タンパク質を回収で
きるとの知見を得た。すなわち、微生物を通電するとそ
の細胞膜は部分的に誘電破壊され、細胞内原形質が流出
する。この細胞内原形質には、微生物の活性に特に重要
であるタンパク質およびホルモン類が含まれていること
から、この細胞内原形質を回収することにより回収目的
物であるタンパク質およびホルモン類を回収することが
できる。特に、本発明者が検討した結果、インパルス波
によって通電することにより、効率良くタンパク質およ
びホルモン類を回収できるとの結果に至った。

【００１０】中空糸膜への金属の被覆方法としては、従
来のメッキ法、蒸着法、スパッタリング法等公知の方法
が挙げられる。特に、本願出願人が先に提案したように
（特願平３ー５９３５７号）、金属を中空糸膜に化学的
に結合させる方法によることが望ましい。この方法によ
れば、金属の被覆量が多く導電性に優れ、その結果良好
な殺菌性能を得ることができるからである。本発明にお
いて、金属は導電性のものであれば特に限定されない。
そして、銀のように殺菌性のある金属であればより好ま
しい。

【００１１】この出願の発明者は、中空糸膜をエッチン
グして金属塩の溶液で処理すると、金属が中空糸膜を形
成する多孔質樹脂に化学的に結合して接着強度が高い金
属層を形成でき、この結果十分な量の金属の被覆が可能
になることを見出すに到った。すなわち、好ましくは高
濃度のエッチング処理を樹脂について行うと、樹脂の脱
水素化、樹脂の酸化、樹脂の開裂、加水分解等により、
樹脂側に炭素ラジカル，カルボキシル基（−ＣＯＯ
Ｈ），カルボニル基（−Ｃ＝Ｏ），水酸基（−ＯＨ）
基、スルホン基（−ＳＯ₃ Ｈ）、ニトリル基（−ＣＮ）
等、金属と化学結合可能な官能基を生じる。これらの官
能基が、金属原子又は金属イオン（Ｍ）と結合すること
により、例えば、−ＣＭ，−ＣＯＯＭ，−ＣＯＭ，−Ｏ
Ｍ、−ＳＯ₃Ｍ，−ＣＭＮを形成して金属が樹脂に化学
的に結合する。ここで、例えば高濃度のクロム酸・硫酸
混合液を使用してポリプロピレンをエッチングした場合
の考えられる機構について説明する。高濃度クロム酸・
硫酸溶液では、次に示す化１の反応式のように、発生期
の酸素が生ずる。

【００１２】

【化１】

【００１３】そして、次に示す化２の反応式のように、
この発生期の酸素はポリプロピレンの三級炭素を酸化し
て、これを水酸基にする。この水酸基は、アンモニア水
中でアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺）とイオン結合を形成
し、次いで、金属原子又は金属イオンと反応すると、金
属（Ｍ）はアンモニウムイオンと置換し、金属が配位又
は電気的に酸素原子に結合する。したがって、−ＣＯＭ
の化学結合が生じ、この結果、樹脂に金属が化学的に結
合することになる。

【００１４】

【化２】

【００１５】クロム酸・硫酸濃度がさらに高くなった
り、反応温度が高くなった場合等エッチング条件がより
厳しいものになると、次の化３の反応式のようにポリプ
ロピレンが開裂して、カルボキシル基が発生する。この
場合でも、化２の反応と同様の機構により、カルボキシ
ル基に金属原子又は金属イオンが配位又は電気的に結合
して、−ＣＯＯＭが生じることにより樹脂に金属が化学
的に結合する。したがって、金属層と樹脂との境界では
樹脂−金属の化学的な結合が生じているために、樹脂に
金属を確実に被覆することができるとともに、金属層の
接着強度を従来技術に比較して格段に大きくできる。

【００１６】

【化３】

【００１７】エッチング処理液としては、樹脂に金属と
化学結合可能な官能基を形成できるものであり、高濃度
のクロム酸・硫酸溶液、高濃度の硫酸・硝酸混合液、高
濃度の水酸化ナトリウム，水酸化カリウム等の強塩基、
フッ化水素アンモニウム・硝酸等が挙げられる。エッチ
ング処理液は樹脂に前記官能基を形成する必要から、高
濃度であることが好ましく、具体的には、クロム酸濃度
が３０〜５０％で硫酸濃度が１０〜４０％のクロム酸・
硫酸溶液、１０〜３０％の強アルカリ、１０〜３０％硫
酸と１０〜３０％硝酸とからなる硫酸・硝酸混液、１０
〜４０％フッ化水素アンモンと４０〜７０％の硝酸とか
らなるフッ化水素アンモン・硝酸混液が挙げられる。

【００１８】また、樹脂はエッチング処理液により金属
と化学結合可能な官能基を形成できる反応領域を有する
ことが望ましく、特に、三級炭素を有するポリプロピレ
ン、不飽和結合を有するＡＢＳ、スルホニル結合（Ｏ＝
Ｓ＝Ｏ）を有するポリスルフォン，ポリエーテルスルフ
ォン、(-O-Si(CH₃)²-O-)_n を有するシリコーン系樹脂、
(-C-O-C-)nのエーテル結合を有するポリエーテルイミ
ド、ポリエーテルスルフォン、エーテル基及びＯＨ基を
有するフェノキシ樹脂およびセルロース樹脂、−ＣＮ基
を有するポリアクリロニトリルであることが望ましい。
そして、高濃度アルカリエッチングで加水分解されてカ
ルボキシル基を生じるポリアリレート等のエステル樹
脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、アク
リルウレタン等のポリウレタン系樹脂、ポリエーテルイ
ミド系樹脂も望ましい。

【００１９】もっとも、ポリエチレン等のようにこれら
の反応領域を有しない樹脂であっても、エッチング条件
をより厳しくすることにより炭素−炭素結合が開裂した
り、炭素が酸化される等により、前記官能基を発生する
ものでも良い。以上のように、いかなるエッチング処理
液が使用されるかは、樹脂の種類に応じて決定される。
尚、予め金属と化学結合可能な前記各種の官能基を有す
る樹脂（例えば、ニトリル基を有するポリアクリルロト
リル）では、エッチング工程を省略しても金属を樹脂に
結合することができる。

【００２０】金属を樹脂に化学的に結合するためには、
無電解処理によることが好ましい。この時、金属の還元
反応を促進する触媒を介在させてこの金属を化学的に結
合することが望ましく、特に、無電解処理の触媒となる
Ｐｄ又はＰｄ，Ｓｎのような触媒金属を介在させること
が望ましい。この場合、樹脂に一旦触媒金属が結合す
る。

【００２１】前記エッチング処理を多孔質樹脂について
行うと、多孔質樹脂の金属の溶液に対する濡れ性が向上
して触媒金属の溶液が多孔質内に浸透し、かつ前記化
１，化２に示す反応式により触媒金属が樹脂と化学的に
結合する。このような触媒金属が結合した樹脂を金属イ
オン、錯形成剤、及び還元剤を含有する金属の溶液で処
理すると、触媒金属表面で金属イオンの還元反応が生
じ、他の金属が触媒金属に結合する等の理由により、触
媒金属を核にして金属層が均一に形成される。

【００２２】触媒金属は多孔質樹脂に化学的に結合して
いるために、触媒金属量も多くなり、この結果、金属層
の無電解処理層の量を大きくすることができる。金属の
結合量は、エッチング処理液の濃度、エッチング処理時
間、金属原子または金属イオンの量を変更することによ
って制御することが可能である。

【００２３】無電解処理に際して金属イオンを発生させ
るための金属塩としては、硫酸塩，塩化物，硝酸塩の如
く水溶性のものであれば良く特に限定されない。無電解
処理されて中空糸膜に被覆される導電性金属としては、
例えば、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｕ，Ｒｅ，Ａ
ｕ，Ａｇの少なくとも一種が挙げられる。この金属の析
出量は、金属イオン濃度，温度，反応時間を変えること
によって制御可能である。樹脂膜に被覆する金属の合計
量の下限は、通電を可能にするために必要な導電性を付
与する観点から決定され、そして、その上限は、樹脂膜
の空孔を必要以上に閉塞しない観点から制限されること
が望ましい。還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム等
のリン化合物、ホウ素化水素等のボロン化合物の他、ホ
ルマリン、ブドウ糖等公知のものが使用される。また、
錯化剤としては、金属イオンと安定した錯体を形成でき
るものであるなら良くアンモニア、クエン酸、酒石酸、
シュウ酸等公知のものが挙げられる。

【００２４】本発明によれば、処理液が中空糸膜の開孔
内に進入しながら、金属が樹脂に化学的に結合し、金属
が樹脂の表面ばかりでなく内部にまで進入し、金属層の
厚さを樹脂の肉厚に対して１０〜１００％にもでき、金
属層の被覆量を、２．２×１０^-3〜１５．０×１０^-3モ
ル／ｍ程度まで増大することもできる。金属層の量が多
いと、中空糸膜の剛性を向上することができ、必要とさ
れる耐圧性能を向上できる。そして、金属の量が多いこ
とにより、導電性を向上することができる。

【００２５】このような導電性を有するようになった中
空糸膜は、さらに電解処理が可能となり、前記金属層
（無電解処理金属層）上に電解処理される金属、例え
ば、Ｃｒ，Ｚｎ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｂ
ｉ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｔｉ，Ｎｉを被覆するこ
とができる。

【００２６】樹脂に金属層が化学的に結合すると十分な
量の金属層が確実に形成できることから、中空糸膜同志
および中空糸膜と金属とのハンダ付けが可能となる。そ
して、中空糸膜と金属層との結合力が強いために、中空
糸膜とハンダとの界面における剥離を防止することがで
き、中空糸膜の固定をより完全かつ確実なものにでき
る。このことは、多数の中空糸膜をモジュール化し、除
菌のための処理量が大きい徐菌装置を提供することを意
味する。

【００２７】本発明によれば、十分な量の金属を中空糸
膜に確実に被覆できるから、中空糸膜の導電性を一層向
上できることは、先に述べた通りである。本発明により
比抵抗が１〜２０Ω／ｃｍの極めて導電性が良好な中空
糸膜が得られる。そして、結合力が十分高く、かつ十分
な量の金属層を中空糸膜に被覆できることは、中空糸膜
の耐熱性を向上することにもなる。耐熱温度が低い中空
糸膜（特に、オレフィン系）でも、本発明のような金属
層を形成できることにより、耐熱温度を大幅に向上でき
る。したがって、通電による殺菌と熱処理による殺菌と
を併用することができるようになる。例えば、金属層が
形成されていない未処理の膜の耐熱温度が７０℃程度で
あると仮定した場合、金属層を形成することにより耐熱
温度をさらに５０℃以上に高めることができる。

【００２８】本発明において、中空糸膜の内径は例えば
２０〜３０００μｍ、好ましくは５〜１０００μｍであ
る。膜厚は例えば５〜１０００μｍ、空孔率は３〜１５
％、好ましくは、５〜７％である。

【００２９】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。図１
は本発明に係わる除菌装置のモデル構成を示すものであ
り、微生物が含まれた処理液１０が容器１２内に蓄えら
れており、この容器はスタンド１４に装着されたクラン
プ１６に固定されている。容器１２内には正負の電極
（例えば銀−塩化銀電極）１８が処理液１０に浸るよう
に配設され、これらの電極にパルス波を発振可能なパル
ス発振装置２０が接続されている。符号２４はパルス電
流計を示し、符号２６はパルス電圧計を示すものであ
り、殺菌処理の過程でパルス電流およびパルス電圧の値
を監視して投入電流、電圧の値を制御することができ
る。なお、符号２８は容器内のスタラチップを回転させ
るためのマグネティックスタラを示す。

【００３０】前記パルス発振装置２０は、図２の機能ブ
ロック図に示すように、パルス波を発振するパルス発振
源６０と、そのパルス波を増幅する第１のパルス増幅器
６２と、パルス波を微分する微分回路６４と、微分回路
６４を経たパルス波を増幅する第２のパルス増幅器６６
と、パルス波を成形するパルス成形器６８と、を備えて
いる。なお、本実施例においては、微分回路６４を経て
パルス発振装置２０から発信するパルス波をインパルス
波といい、微分回路６４を経ないでパルス発振装置２０
から発振するパルス波を単にパルス波という。

【００３１】除菌装置の第２の実施例について、図３に
基づき説明する。この実施例は比較的多量の処理水を連
続的に処理できる除菌装置であって、対向する電極１８
を備えた殺菌槽３０を有し、この殺菌槽３０には処理水
の導入管３２と通電した後の処理水の送出管３４とが接
続されている。前記送出管３４の途中には先端がエポキ
シ樹脂で封止され、基端が開放された中空糸膜３６の複
数がモジュール化された中空糸膜モジュール３８が配設
されている。

【００３２】また、前記電極１８には、図１の説明と同
様なパルス発振装置２０が接続されている。この実施例
によれば、通電殺菌された処理水は中空糸膜モジュール
３８を通過する際、処理水中に残存する殺菌後の菌体は
中空糸膜の開孔を通過できず、殺菌後の菌体が除去され
た処理水が得られる。なお、符号４０、４２は処理水の
流量を制御するためのバルブであり、符号４４は処理水
を吸引するポンプを示すものである。処理水が殺菌槽３
０内で十分通電されるように、前記バルブ４０、４２の
開度、ポンプ４４の吸引圧、通電量等が適宜制御され
る。この実施例において、殺菌槽３０と中空糸膜モジュ
ール３８とを別に構成したが、これを一体に構成するこ
ともできる。このように構成することにより、装置をコ
ンパクトにすることができる。

【００３３】次に中空糸膜への金属Ｎｉ層の形成につい
て説明する。内径６００μ，空孔率６％の多孔質ポリプ
ロピレン製中空糸膜（アクゾ社製）を、クロム酸（Ｃｒ
Ｏ3）３０〜５０％、硫酸１０〜４０％の混合液（液温
５０〜６５℃）に数分間浸漬することにより中空糸膜を
エッチング処理した。次いで、クロム酸・硫酸溶液から
中空糸膜を取り出して十分水洗した後、塩酸の弱酸溶液
（塩酸濃度数％）、アンモニア・苛性ソーダの弱アルカ
リ溶液を順に浸漬して中和する。この後、塩化パラジウ
ム（ＰｄＣｌ₂ ）０．２〜５％、塩酸２０％、塩化第二
錫（ＳｎＣｌ₂）１５〜４０％溶液（液温３０〜５０
℃）に中空糸膜を２〜数分浸漬することによりＰｄを中
空糸膜に化学的に結合させた。次いで、中空糸膜を水洗
の後、塩酸の弱酸溶液（塩酸濃度数％、液温４０℃）に
１〜２分浸漬して再度水洗する。次いで、ＮｉＳＯ
₄ （Ｎｉ１〜７％）、クエン酸ソーダ０．１〜０．３ｍ
ｏｌ、次亜リン酸ソーダ０．２〜０．５ｍｏｌ、アンモ
ニア水でｐＨを９．０〜１０．０にした弱アルカリ性の
Ｎｉイオン溶液に中空糸膜を１〜１５分間浸漬して無電
解メッキ処理を行った。この後中空糸膜を取り出して水
洗したところ、金属Ｎｉ層が形成された中空糸膜を得る
ことができた。

【００３４】このようにして得られた中空糸膜を径方向
に切断して調べたことろ中空糸膜を形成する多孔質樹脂
の表面から内部に向かって金属Ｎｉ層１が連続して、均
一、かつ厚膜状に形成されていることがエッチング処理
および金属処理がされていない生の中空糸膜と比較して
分かった。

【００３５】この中空糸膜について、金属層厚を計測し
たところ、中空糸膜肉厚の平均２０〜３０％であった。
そして、金属の被覆量は、平均６×１０^-3ｍｏｌ／ｍで
あった。さらに、これらの中空糸膜の比抵抗を測定した
ところ、平均１Ω／ｃｍであった。

【００３６】図４は一端が封止された中空糸を備えた除
菌装置の構成を示すものであり、容器としてビーカー１
２を使用し、この中に金属被覆中空糸膜５０を備え、こ
の中空糸膜に二つのターミナル５２、５４を装着して中
空糸膜５０に直接通電するようにしている。この実施例
において中空糸膜５０としては前記ニッケル被覆の中空
糸膜を使用した。融点が６８℃である低融点ハンダを使
用して中空糸膜には導線を固定させた。この中空糸膜５
０は除菌試験に先立ち７０％のエタノールおよびイオン
交換水で置換を施した後、大腸菌が入ったビーカー１２
に入れた。

【００３７】次に除菌試験について説明する。微生物と
して直径２〜７μｍ、短径１〜２μｍ程度のグラム陰性
桿菌である大腸菌（ＡＨＵ１７１９株）を選択した。大
腸菌は一般に汚染の指標細菌となっているものである。
大腸菌の培養は、定法通り普通寒天培地で維持した菌
を、一白金耳ほどブイヨン培地に接種し、３７℃恒温器
中で約２０時間培養した。この培養した菌を生理食塩水
（０．７５％）で二回洗浄し、さらに生理食塩水で希釈
して一定菌数に調整して菌液とした。次いで、この菌液
を殺菌ビーカー１２内に入れた。

【００３８】次に前記金属被覆中空糸膜５０の上端に注
射器を接続し、この注射器のピストンを上方に引いて注
射器内に５ｍｌの菌液を吸引した。この時、大腸菌は中
空糸膜の微細な開孔を通過できないので、中空糸膜の表
面あるいはその開孔内にトラップされることになる。次
いで、この中空糸膜にターミナル５２、５４を装着し、
ブイヨン培地の入ったビーカー１２に入れ、前記パルス
発振器６０から１００ｍＡ／ｃｍ² の５０Ｈｚ（Ｄ＝
０．５）のインパルス波を中空糸膜の金属層に２時間お
よび４時間それぞれ通電した。

【００３９】各通電時間が終了した中空糸膜５０を前記
ビーカー１２から取り出し、中空糸膜の上端に生理食塩
水５ｍｌが入った注射器を接続し、それぞれ予め滅菌済
みのビーカー内に向けて生理食塩水を押し出した。この
時中空糸膜内にトラップされていた大腸菌は生理食塩水
とともにビーカー内に洗い出される。最終的な菌数が１
０〜１００（セル／ｍｌ）になるまで段階的に生理食塩
水を用いて希釈し、それぞれの希釈段階から０．５ｍｌ
ずつの菌液を一枚のシャーレに入れて加温した普通寒天
培地１０ｍｌを流し込み静かに攪拌した後固定化させ
た。その後、３７℃の恒温槽に入れ２４時間および４８
時間培養した。これら一連の操作は常に無菌条件下で行
った。培養終了後、コロニーを形成している菌数を計測
し、これに希釈倍率を乗じて各通電時間後の生菌数を算
出した。最終的な菌数は各希釈段階の平均値とした。通
電時間と通電後の生菌数との関係を図５に示す。なお、
本実験例では同一電流密度の直流通電および５０Ｈｚの
交流通電をインパルス通電と同様の方法により、それぞ
れ行った。各通電における通電時間および通電後の生菌
数を前記図５に示す。対照群は、中空糸膜に通電しなか
っただけで、それ以外は通電群と同じ条件である。

【００４０】ここで、生菌率とは各通電時経過後の生菌
数が未通電の場合の生菌数に対してなす１００分率で示
される。なお、未通電の場合の大腸菌数は、通電しない
こと以外、通電後の菌数の測定の場合と同様にして算出
される。図５に示す結果によれば、対照群の２時間と比
較して、パルス通電群２時間では生菌率が４．１％とな
っており、実測の生菌数で見ると約１／２５に減少して
いる。この結果は、直流電流１００ｍＡ／ｃｍ² を４時
間通電した場合とほぼ同じ殺菌効果を示している。

【００４１】さらに、パルス通電群４時間では生菌率が
１．３％まで減少し、生菌数は対照群のおよそ１／１０
０となっている。つまり、パルス電流通電による殺菌
は、通電時間および殺菌効率の面で直流通電および交流
通電のいずれよりもはるかに優れており、しかも金属被
覆中空糸膜を用いて殺菌を行うのは非常に効果的であっ
た。さらにインパルス通電の時間が長いほど、すなわち
通電量が大きいほど殺菌性能が高くなり通電後の生菌率
を低くすることができた。

【００４２】また、図７および図１６はインパルス通電
後の中空糸膜の査定型電子顕微鏡写真を示し、図８は対
照群の中空糸膜の査定型顕微鏡写真を示す。これらの写
真は中空糸膜の壁の中間付近を撮影したものであり、こ
れらの写真によれば、通電群の中空糸膜の孔が対照群の
ものに比し隠れてしまうほどの大腸菌が密に接触してい
ることが確認される。なお、これらの写真から、上記方
法により金属処理された中空糸膜に孔がニッケルによっ
て埋まっていないこと、中空糸膜に大腸菌がトラップさ
れていること、中空糸膜にトラップされた状態で大腸菌
が通電されること、等が分かる。

【００４３】次に通電群および対照群の２４時間および
４８時間培養群の試料の濁度を分光光度計により測定し
通電後の大腸菌の増殖の度合を判定した。なお、光度計
の測定波長は５９５ｎｍとした。

【００４４】図６は各通電群および対照群の濁度を示す
ものであり、通電群の濁度は対照群のものを基準として
相対値で表わした。インパルス通電の場合の濁度は培養
時間が長くなるほど最も低くなっていることが分かる。
この結果は先の図５の結果と合致しており、通電による
効果は大腸菌数を減少させるだけでなく、通電後の大腸
菌の増殖を抑制する効果もあることが明らかとなった。

【００４５】次に、図４に示す装置を使用した他の実験
例について説明する。本実験においては、微生物として
上記と同様に大腸菌（ＡＨＵ１７１９株）を選択する。
この大腸菌を含む大腸菌懸濁液を中空糸膜を介して吸引
し、膜中に大腸菌を捕捉して、この状態のまま１０％栄
養培地の入ったビーカー１２に移す。

【００４６】次に、前記パルス発振器６０から１００ま
たは５００ｍＡ／ｃｍ² の５０Ｈｚ（Ｄ＝０．５）のパ
ルス波およびインパルス波を中空糸膜の金属層に２時間
および４時間それぞれ通電する。通電後、中空糸膜中か
ら大腸菌を取り出し、これを適宜希釈してからシャーレ
に移す。その後、シャーレに普通寒天培地を流し込み固
定化させる。次に恒温器中で約２０時間培養し、これに
より生じた細菌のコロニー数を数えてこれに前記希釈率
を乗じて菌数を算定する。これら一連の操作は常に無菌
条件下で行われる。通電時間と通電後の菌数との関係を
通電値１００ｍＡ／ｃｍ2 については図９に、５００ｍ
Ａ／ｃｍ2 については図１０にそれぞれ示す。なお、同
一電流密度の直流通電および５０Ｈｚの交流通電につい
てインパルス通電と同様の方法により通電実験をそれぞ
れ行い、その結果も図９乃至１０に示す。

【００４７】図９に示すように、通電値１００ｍＡ／ｃ
ｍ² の５０Ｈｚのパルス波の場合、４時間の通電によっ
て大腸菌の生菌率は０．４％となり、実際の生菌数を確
認すると１．８×１０³ 個まで減少している。また、図
１０に示すように、通電値５００ｍＡ／ｃｍ² の５０Ｈ
ｚのパルス波の場合、４時間の通電によって大腸菌の生
菌率は０．０２％となり、実際の生菌数は９．２×１０
個まで減少している。さらに、通電値１００および５０
０ｍＡ／ｃｍ² の５０Ｈｚのインパルス波の場合も同様
な結果が得られている。

【００４８】以上のことから、直流電流で殺菌を行った
場合に比し、１００ｍＡ／ｃｍ² の場合は１６倍、５０
０ｍＡ／ｃｍ² の場合は１１倍殺菌効率が優れているこ
とが分かる。また、５０Ｈｚのパルス波およびインパル
ス波のいずれにおいても、通電値５００ｍＡ／ｃｍ² の
場合は、１００ｍＡ／ｃｍ² の場合に比し２０倍の大腸
菌を殺菌できることが分かる。

【００４９】図１１は本発明の除菌装置の他の実施例を
示すものである。前記実施例で示されたニッケル被覆さ
れ、終端がエポキシ樹脂で封止された中空糸膜５０の複
数が正負のターミナル５２、５４にはんだ付けされるこ
とにより、中空糸膜５０の先端寄りとその後端寄りが固
定された中空糸膜モジュール３８が形成され、このモジ
ュールが殺菌槽３０内に配設されている。各ターミナル
５２、５４にはパルス発振装置２０が接続され、パルス
波通電を行えるようになっている。

【００５０】この実施例では、ポンプ４０、４２によっ
て処理液を吸引すると、微生物は各中空糸膜を通過でき
ず、その表面または内部の開孔内にトラップされる。各
金属被覆中空糸膜にはターミナル５２、５４を介して通
電されることにより、中空糸膜にトラップされた微生物
は所定時間の通電により殺菌される。したがって本実施
例によれば、殺菌と同時に殺菌後の菌体の除去を一つの
殺菌槽内で同時に行うことができる。また、図３の実施
例と同様に、比較的多量の処理液を連続的に通電殺菌す
ることができる。またさらに、中空糸膜に直接通電でき
ることにより、殺菌槽と中空糸膜モジュールとを一体化
することが可能となり、装置をコンパクトにすることが
できる。以上説明した図４、図１１の実施例では、金属
被覆がされた中空糸膜にターミナルを接続したが、いず
れか一方のターミナルを中空糸膜に接続し、他方のター
ミナルを接地するような構成でも良い。

【００５１】図１２は、本発明に係わるタンパク質を回
収する装置を示すものである。本装置は、ほとんど図４
に示す殺菌装置と同様な構造をしており、この殺菌装置
と異なる点は、前記中空糸膜５０の内部にある微生物が
含まれた溶液を吸引する吸引器５６を、前記中空糸膜５
０の上端に装着している点である。

【００５２】次に、本装置を使用したタンパク質回収方
法について説明する。先ず、上記殺菌装置で使用したも
のと同様な大腸菌（ＡＨＵ１７１９株）が多量に含まれ
ている溶液５８を容器１２内に入れ、この溶液５８内に
前記吸引器５６が装着した中空糸膜５０を浸す。次に、
パルス発振器２０からターミナル５２、５４を介して１
００乃至５００ｍＡ／ｃｍ² の５０Ｈｚのインパルス波
を中空糸膜５０に通電し、それと同時に吸引器５６によ
って中空糸膜５０内の溶液を吸引する。この吸引は、１
ｍｌ／分の速度で行い、吸引した溶液のタンパク質の量
を測定した。また、この吸引した溶液に大腸菌が含まれ
ているか否かを検査したところ、大腸菌が含まれていな
いことが判明した。このことから、大腸菌を含む溶液に
インパルス波を通電し、その後中空糸膜を通過させると
大腸菌を連続的に分解しながらタンパク質を回収できる
ことが分かる。吸引量とタンパク質の量との関係を図１
３に示す。この図に示すように、大腸菌を含む溶液にパ
ルス波を通電した後に、中空糸膜を介してこの溶液を吸
引すると連続的にタンパク質の回収量が増加することが
分かる。なお、吸引器５６によって吸引した溶液を、タ
ンパク質を分画する装置、例えば高速液体クロマトグラ
フに接続することにより、タンパク質を連続的に分画す
ることができる。

【００５３】以上のように、従来複数の操作によってタ
ンパク質を回収していたのに対し、本実施例によれば大
腸菌を殺菌した直後にタンパク質を回収できるので、タ
ンパク質の連続回収が可能となる。なお、本実施例にお
いては、大腸菌を含む溶液にインパルス波を通電した
が、これに限定する必要はなく、例えば直流電流または
交流電流を通電しても良い。また、本実施例においては
大腸菌を含む溶液を使用したが、これに限定する必要は
なく、遺伝子組換えの宿主となる他の微生物、例えば枯
草菌等を使用しても良い。

【００５４】図１４は、本発明に係わる黄色ぶどう球菌
を含むを処理液を殺菌する殺菌装置の概略図を示すもの
である。この図において、符号７０は中空糸膜５０に接
続されたターミナル５２、５４に直流電流を通電する電
源装置であり、符号７２は直流電流用の電流計、符号７
４は直流電流用の電圧計である。その他の符号は、図４
に示す殺菌装置と同様である。

【００５５】次に、本装置を使用した実験方法について
説明する。先ず、微生物として黄色ぶどう球菌を選択
し、黄色ぶどう球菌を生理食塩水で一定の菌数に調整し
た後、減菌済みのビーカーに入れ均一に攪拌する。次
に、ターミナル５２、５４が接続された中空糸膜５０を
ビーカーに浸し、この中空糸膜５０の上端に注射器を接
続する。この注射器により、黄色ぶどう球菌を含む溶液
を中空糸膜５０を介して吸引し、中空糸膜５０に黄色ぶ
どう球菌を捕捉させる。この黄色ぶどう球菌を捕捉させ
た中空糸膜５０を５％ブイヨン培地が入ったビーカー１
２中に入れ、電源装置７０からターミナル５２、５４を
介して中空糸膜５０に１００ｍＡ／ｃｍ² の直流電流を
流す。２または４時間後、中空糸膜５０から菌を生理食
塩水で押し出し一定濃度に希釈してからシャーレに移
す。次に、このシャーレに普通寒天培地を加え、恒温器
中で一晩培養する。翌日シャーレ中の黄色ぶどう球菌の
数を計測し、これに希釈倍率を乗じて通電後の生菌数を
算出した。通電時間と通電後の生菌数との関係を図１５
に示す。なお、図中対照群とは、中空糸膜に直流電流を
通電しなかっただけで、それ以外は通電群と同じ条件で
ある。

【００５６】この図に示すように、黄色ぶどう球菌を含
む溶液に２時間通電することにより、対照群に対して生
菌率が１８．４％となっており、菌数が約１／５に減少
したことが分かる。また４時間通電することにより、対
照群に対して生菌率が２０．１％となっており、菌数が
１／５に減少したことが分かる。

【００５７】以上のことから、大腸菌より細胞膜が硬質
な黄色ぶどう球菌を含む処理液に直流電流を通電するこ
とにより、黄色ぶどう球菌を殺菌することがでいる。な
お、本実施例においては、直流電流を通電することによ
り、黄色ぶどう球菌の殺菌を行ったが、これに限定する
必要はなく、例えば交流電流またはパルス波電流を通電
することにより黄色ぶどう球菌の殺菌を行っても良い。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、微
生物を含む溶液にパルス波を通電することにより、単一
な操作で、かつ連続にタンパク質を回収することができ
る。また、パルス波を通電した溶液の微生物をろ過し、
そのろ過した溶液を吸引することにより、容易にタンパ
ク質のみを回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の発明にかかわる除菌装置の第１の実施
例の構成図である。

【図２】 パルス発振装置のブロック構成図である。

【図３】 第１の発明に係わる除菌装置の第２の実施例
の構成図である。

【図４】 第２の発明にかかわる除菌装置の構成図であ
る。

【図５】 通電時間と生菌数との関係を示す特性図であ
る。

【図６】 培養時間と濁度との関係を示す特性図であ
る。

【図７】 インパルス通電後の中空糸膜の査定型電子顕
微鏡写真である（倍率：１５７００）。

【図８】 対照群の中空糸膜の査定型電子顕微鏡写真で
ある（倍率：１５７００）。

【図９】 通電値１００ｍＡ／ｃｍ² の場合の通電時間
と生菌数との関係を示す特性図である。

【図１０】 通電値５００ｍＡ／ｃｍ² の場合の通電時
間と生菌数との関係を示す特性図である。

【図１１】 第２の発明に係わる除菌装置の実施例を示
す構成図である。

【図１２】 本発明に係わるタンパク質回収装置の構成
図である。

【図１３】 溶液の吸引量とタンパク質の回収量との関
係を示す特性図である。

【図１４】 本発明に係わる黄色ぶどう球菌を殺菌する
装置の構成図である。

【図１５】 通電時間と生菌数との関係を示す特性図で
ある。

【図１６】 インパルス通電後の中空糸膜の査定型電子
顕微鏡写真である（倍率：９２００）。

【符号の説明】

１ 金属Ｎｉ層 １０ 微生物が含有された溶液 １２ 容器 １８ 電極 ２０ パルス発振装置 ５０ 金属被覆中空糸膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 治 神奈川県相模原市西橋本２丁目23番３号 日幸工業株式会社 Ｒ＆Ｄセンター内 (72)発明者 中山 敦 神奈川県相模原市西橋本２丁目23番３号 日幸工業株式会社 Ｒ＆Ｄセンター内 (56)参考文献 特開 平４−276254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−82666（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−284689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−169098（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−123242（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−130498（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C12M 1/00 C02F 1/48 C02F 1/44 B01D 63/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性金属が被膜された中空糸膜と、こ
   の中空糸膜の導電性金属に通電する通電装置と、前記中
   空糸膜に微生物を含む溶液を供給する手段と、を備える
   タンパク回収装置。
2. 【請求項２】 前記金属は中空糸膜に化学的に結合して
   いる請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記通電装置はインパルス波を発振する
   請求項１又は２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記タンパク質は、ホルモン類である請
   求項１乃至３のいずれか記載の装置。