JPH1066725A

JPH1066725A - 選択透過性中空糸膜

Info

Publication number: JPH1066725A
Application number: JP24397296A
Authority: JP
Inventors: Koji Soga; 宏治曽我; Shingo Emi; 慎悟江見; Shoji Mizutani; 昭治水谷
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1998-03-10
Anticipated expiration: 2016-08-28
Also published as: JP3253861B2

Abstract

(57)【要約】【課題】血液処理時の性能劣化が少なく、中分子量物
質の除去性が高いセルロース誘導体系中空糸膜。【解決手段】内径が１００〜３００μｍ、膜厚が３０
〜６０μｍ、空孔率が６０〜９０％、純水ＵＦＲ２００
〜８５０ｍｌ／ｍ²・ｍｍＨｇ・Ｈｒ，β₂―ＭＧのＳ
Ｃ０．５以上であり、上記ＵＦＲ及びβ₂―ＭＧのＳＣ
の保持率が８０％以上の、セルロース誘導体系中空糸
膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血液浄化中空糸膜
に関する。例えば、腎不全患者用の人工透析膜、特に最
近透析患者の長期合併症との関係で注目されている分子
量１０，０００以上のβ₂―マイクログロブリン（β₂
―ＭＧと称する）に代表される中高分子量物質の除去に
適している中空糸膜に関する。また単に血液透析濾過、
血液濾過にも適している中空糸膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、透析患者の長期合併症と関連し
て、透析アミロイドシスの原因物質と考えられているβ
₂―ＭＧ（分子量１１，８００）、掻痒感、高脂血症と
関係すると考えられる副甲状腺ホルモン（分子量約９，
５００）、関節痛、骨痛に係わると考えられる分子量２
〜４万の物質、など比較的中高分子量領域の有害物質の
除去の必要性がさけばれている。一方、人体に必須のア
ルブミン（分子量６６，０００）の損失は極力避けなけ
ればならない。

【０００３】すなわち、分子量４〜５万以下の物質の透
過性に優れ、一方分子量６万以上の物質の阻止性のよい
分画分子量のシャープカット性の良好な選択透過性膜が
望まれている。

【０００４】しかるに、従来、ポリサルホンなどの合成
高分子では、例えば特公平２―１８６９５号や特公平５
―５４３７３号各公報に見られるように、比較的上記要
求を満たしたものが得られている。しかし、セルロース
誘導体、特にセルローストリアセテートでは、例えば特
に特公昭５８―２４１６５号公報に見られるように、中
空糸を湿式紡糸するときの芯剤として流動パラフィン、
高級アルコール、イソプロピルミリステートなど、トリ
アセテート紡糸原液に対して凝固性のないものを使用す
るため、紡糸時の曵糸性を高くするためには紡糸原液に
おけるトリアセテートの濃度を高めざるを得ず、また紡
糸原液の凝固は必然的にノズルから出糸後、中空糸外面
から凝固液で固化させることになるため、中空糸外面に
緻密構造層が形成される。

【０００５】これらの理由により、従来セルロース誘導
体中空糸は、合成ポリマーの膜に比べて、緻密層と多孔
層の密度差が小さく、全体として均一層に近く、物質の
透過性能が十分とはいえなかった。

【０００６】一方特開平８―９７０号公報には、芯剤に
Ｎ₂ガスを使用することにより、トリアセテートであり
ながら透過性を向上させた中空糸膜が開示されている。

【０００７】これによると、純水の限外濾過係数１０〜
２００ｍｌ／ｍ²・ｍｍＨｇ・Ｈｒで、β₂―ＭＧの篩
係数０．２以上の中空糸膜であって、血液濾過開始後４
時間経過しても膜の血液透水性とβ₂―ＭＧの篩係数が
血液濾過開始時の値に比べて９０％以上を示すことを特
徴とする血液透析膜が得られている。

【０００８】しかし、該公報に開示されている気体を芯
剤としたトリアセテートの紡糸法では、紡糸が難しいた
め低ポリマー濃度での紡糸が困難であり、水の限外濾過
係数は実施例に示されている如く、１０〜１２０ｍｌ／
Ｈｒ・ｍｍＨｇ・ｍ²と比較的低く、高い限外濾過係数
の中空糸膜が得がたい。また、芯剤として気体を用いる
場合は、芯剤に凝固性がないため、内面緻密層の形成は
難しく、膜構造としては緻密層と、多孔層との密度差が
小さく、透過性の優れた合成ポリマーの様な２層構造の
膜が得られない。そのため血液透析での長期合併症で問
題になっているβ₂―ＭＧに代表される中高分子量物質
の除去を大幅に改善することが困難である。

【０００９】この様に、膜構造の緻密層と多孔層の密度
差が不明確なために、透過性及び分画性においても改良
の余地がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、限外
濾過係数とβ₂―ＭＧの篩係数とが共に大きい値であ
る、セルロース誘導体からなる高性能の選択透過性中空
糸膜であり、かつ血液濾過透析における透水性保持率及
びβ₂―ＭＧの篩係数の保持率が高く、しかして濾過性
能の経時的劣化の少ない選択透過性中空糸膜を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる目標
を達成するために鋭意研究した結果、内面に極薄の緻密
層を有し、支持層に多孔層を有する２層構造の中空糸膜
で、特定の水透過性能を有する場合に、血液処理時の透
水性保持率及びβ₂―ＭＧの篩係数の保持率の優れた低
劣化性のセルロース誘導体選択透過性中空糸膜が得られ
ることを見出し、本発明に到達した。

【００１２】即ち本発明は、内径が１００〜３００μ
ｍ、膜厚が３０〜６０μｍ、空孔率が６０〜９０％、純
水の限外濾過係数が２００〜８５０ｍｌ／ｍ²・ｍｍＨ
ｇ・Ｈｒ，β₂―ミクログロブリンの篩係数が０．５以
上の選択透過性中空糸膜であって、該選択透過性中空糸
膜の血液の透水性保持率及びβ₂―ミクログロブリンの
篩係数の保持率が共に８０％以上であることを特徴とす
る実質的にセルロース誘導体より成る選択透過性中空糸
膜である。

【００１３】以下、本発明について更に詳細に説明す
る。本発明における中空糸膜を形成する素材は、セルロ
ース誘導体であり、特にアセチルセルロースである。

【００１４】その中でも一般的に使用されるものとして
は、実質的にセルロースジアセテート、セルローストリ
アセテートからなるポリマーである。これらの中でもセ
ルローストリアセテートが特に好ましい。なお、実質的
とは、このセルロース誘導体の特性を損わない範囲で、
他の高分子量物質や添加物を含有してもよいことを意味
する。

【００１５】本発明の中空糸膜の膜壁の構造は、内面に
物質の分離透過特性を決定する極薄の緻密層を有し、そ
の外側に膜の機械特性を分担する支持層を有するもので
あり、該支持層は、対象物質の透過抵抗の殆んどない多
孔層である、２層又は多層構造が好ましい。

【００１６】血液濾過透析で血液透水性能の経時変化及
びβ₂―ＭＧの篩係数の経時変化を少なくするために
は、膜内面に緻密層を有する膜構造が必須である。この
際、緻密層の構造をより緻密にする反面、緻密層の厚さ
を１〜２μｍと極薄とすることにより、透過・濾過性能
を損わないで、血液濾過透析の際の膜の目詰りによる中
空糸膜の経時的性能低下を抑制することができる。

【００１７】中空糸の膜厚は、本発明に係わるような２
層の構造のものでは、多孔層を有するため、機械的強度
の面より３０μｍ以上が必要である。膜厚が厚くなる
程、透析器に充填できる中空糸本数が減少し透析器の膜
面積が低下するため、膜厚は３０〜６０μｍが好まし
い。

【００１８】なお、中空糸膜の内径は１００〜３００μ
ｍ、とりわけ１５０〜２５０μｍが好ましい。

【００１９】本発明の中空糸膜の水透過性能（ＵＦＲ）
は２００〜８５０ｍｌ／ｍ²・ｍｍＨｇ・Ｈｒである。
従来の比較的均一構造の膜では、このような高レベルの
水透過性能は得られ難かった。このようなＵＦＲをもた
せることで、一定量の除水をするためのＴＭＰ（中空糸
膜の両側にかかる差圧）を低めることができ、中空糸膜
への血中蛋白質の付着を抑えることができる。また、本
発明の中空糸膜は、内面に緻密層を有する多孔層の２層
構造であり、内面をより緻密な２μｍ以下の緻密層にす
ることにより血液濾過透析での血液透水性能の経時変化
及びβ₂―ＭＧの篩係数の経時変化を少なくすることが
可能になった。尚内面緻密層の厚さ、及び緻密度（ポラ
ス性）は、紡糸条件特にポリマー濃度、芯剤の水分率、
紡糸温度等により決めることが出来る。

【００２０】本発明の中空糸膜の空孔率は６０〜９０％
である。空孔率が６０％以下の場合は、目的とする透過
性能が得られない。９０％以上では、中空糸膜の機械強
度が低下して、製造時の取扱いによるリーク等の問題が
発生する。空孔率の測定は、中空糸膜を１時間水洗した
後、中空糸表面及び中空糸管内の水を除き、重量を測定
し（重量Ｗ₁）、次に、中空糸膜を絶乾して重量を測定
し（重量Ｗ₂）、次式により求める。空孔率＝（１−Ｗ₂／Ｗ₁）×１００％絶乾とは、１３０℃の熱風乾燥機中で３．５時間乾燥し
た状態をいう。

【００２１】本発明の中空糸膜のβ₂―ＭＧの篩係数
は、０．５以上が必要である。透析アミロイドシスの原
因物質のβ₂―ＭＧ（分子量１１，８００）、関節痛、
骨痛に係わると考えられている分子量２〜４万の物質な
ど、比較的中高分子量領域の有害物質の除去の必要性か
ら、高い方が好ましい。なおβ₂―ＭＧの篩係数は大き
いほど好ましいが、通常は０．９５以下である。

【００２２】本発明の中空糸膜の純水の限外濾過係数は
２００〜８５０ｍｌ／ｍ²・ｍｍＨｇ・Ｈｒが必要であ
る。さらに該中空糸膜を用いて製作したモジュールの膜
面積１ｍ²当りの濾過速度１０ｍｌ／分で血液濾過する
場合、本発明の透水性保持率は、８０％以上が必要で、
９５％以上であればなお好ましい。透水性保持率が８０
％以下では、目詰りによる濾過効率の低下が大きい上
に、低分子量物質のクリアランスの低下を起こすため好
ましくない。

【００２３】本発明の中空糸膜を用いて作製したモジュ
ール膜面積１ｍ²当りの濾過速度１０ｍｌ／分とする血
液濾過を行う時、該中空糸膜のβ₂―ＭＧの篩係数の保
持率は８０％以上が必要で、９５％以上であればなお好
ましい。β₂―ＭＧの篩係数の保持率は８０％以下の場
合は、β₂―ＭＧの除去効率の低下でなく、２〜４万の
中高分子量領域の有害物質の除去効率も低下するので、
好ましくない。

【００２４】なお、本発明において保持率とは、上記の
血液濾過開始後１５分経過時点の血液の限外濾過係数及
びβ₂―ＭＧの篩係数に対する、血液濾過開始後４時間
経過時点の血液の限外濾過係数及びβ₂―ＭＧの篩係数
の比である。保持率＝血液濾過開始後４時間経過時点の特性／血液濾
過開始後１５分経過時点の特性なお本発明の中空糸膜の製造において、中空糸紡糸原液
に使用できる溶剤としては、Ｎ―メチルピロリドン、ジ
メチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル
アミド、ジメチルアセトアミド等である。

【００２５】非溶剤としては、プロピレングリコール、
エチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエ
チレングリコール等の多価アルコールが使用できる。

【００２６】該中空糸の凝固浴は、上記の溶剤と非溶剤
の水溶液を用いる。また内面に緻密層を有する非対称膜
構造にするため、芯剤はより低濃度の溶剤と非溶剤の水
溶液を使用し、中外層部での相分離を促進することが必
要である。

【００２７】紡糸原液の組成は、一般的にセルロース誘
導体１０〜２０重量％、溶剤５５〜７５重量％、非溶剤
１０〜３０重量％であり、好ましくはセルロース誘導体
１０〜１５重量％、溶剤６０〜７０重量％、非溶剤１５
〜２５重量％である。

【００２８】凝固浴の組成は、溶剤／非溶剤／水の重量
比で一般的に３０〜５５／５〜２０／３０〜６５好まし
くは３５〜４５／１０〜１５／４０〜５５である。

【００２９】芯剤の組成は、溶剤／非溶剤／水の重量比
で、５〜２５／２〜１５／７０〜９５好ましくは１０〜
２０／３〜１０／８０〜９０である。

【００３０】紡糸口金の温度は、原液組成により異なる
が３０〜１００℃であり、凝固浴の温度は１０〜７０
℃、好ましく３０〜６０℃である。紡糸方式としては半
乾半湿式紡糸法が好ましい。

【００３１】

【作用】かかる本発明によれば、極めた高て透水性と優
れた分離特性とを有する中空糸膜が得られ、血液透析の
分野において極めて有益である。

【００３２】

【実施例】以下、本発明について、実施例をあげて更に
具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって
何ら限定されるものではない。

【００３３】なお実施例及び比較例中において、評価項
目の測定は、下記の方法で行った。即ち、血液濾過透析
における中空糸膜の透水性保持率、及びβ₂―ＭＧの篩
係数保持率の測定は日本透析医学会学術委員会の血液浄
化器の牛血漿ｉｎｖｉｔｒｏ評価プロトコールと機能
分類（’９４．１１．１２）による測定に基づき、下記
式で求めた。

【００３４】

【数１】

【００３５】ＵＦＲ＝限外濾過係数［ｍｌ／ｍ²・ｍｍＨｇ・Ｈｒ］Ｐ_Bi＝血液側入口圧力［ｍｍＨｇ］Ｐ_Bo＝血液側出口圧力［ｍｍＨｇ］Ｐ_F＝濾過側浄化器内圧力［ｍｍＨｇ］

【００３６】

【数２】

【００３７】ＳＣ：篩係数Ｃ_F：濾液側溶液濃度Ｃ_Bi：血液側入口溶液濃度Ｃ_Bo：血液側出口溶液濃度

【００３８】［実施例１〜５、比較例１〜２］セルロー
ストリアセテート１３部とトリエチレングリコール２０
部をジメチルスルホキシド６７部に均一溶解したものを
紡糸原液とし、ジメチルスルホキシド／トリエチレング
リコール＝３７／１３（ｗｔ／ｗｔ）の８０ｗｔ％の水
溶液を芯剤として２重管ノズルより空気中（約５ｃｍ）
に吐出した後、４０℃の凝固液（ジメチルスルホキシド
／トリエチレングリコール＝３７／１３（ｗｔ／ｗｔ）
の５０ｗｔ％水溶液）の中に導入し、固化させ、水洗、
グリセリン付着処理後、捲取った。得られた中空糸膜を
乾燥後束状にし、円管状の容器内に挿入充填して、両端
をポリウレタンで接着固定し、有効面積が約１．５ｍ²
の中空糸膜透析器を作成し、血液濾過での性能評価に供
した。結果を表―１に示す。

【００３９】［比較例３］セルローストリアセテート２
０部とプロピレングリコール２３部とをＮ―メチルピロ
リドン５７部に均一に溶解したものを紡糸原液とし、流
動パラフィンを芯剤として、２重管ノズルより空気中に
吐出させた後、水：プロピレングリコール：Ｎ―メチル
ピロリドン＝８０：８：１２の重量比で混合した２５℃
の凝固浴に導いて、固化させ、水洗、グリセリン付着処
理後、捲取った。得られた中空糸膜中の芯剤を抜取り、
洗浄後、得られた中空糸膜を円管状の容器内に挿入充填
して、乾燥後、両端をポリウレタンで接着固定し、有効
面積が約１．５ｍ²の血液透析器を製作し、血液濾過で
の性能評価に供した。結果を表―１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】実施例１〜３では、実施例１の中空糸膜断
面の電顕写真に示す通り、内面に約１μｍの極薄緻密層
を有し、多孔層の支持層からなる２層構造の膜で、純水
の限外濾過係数が２０５．２〜８１２．４ｍｌ／ｍ²・
ｍｍＨｇ・Ｈｒの範囲で、血液の限外濾過係数およびβ
₂―ＭＧの篩係数の保持率は共に８０％以上で、中空糸
膜の濾過性能の劣化は極めて少ない。

【００４２】実施例４〜５で、限外濾過速度を１０ｍｌ
／ｍｉｎから２０及び４０ｍｌ／ｍｉｎに増した場合に
も、血液の限外濾過係数およびβ₂―ＭＧの篩係数の保
持率は共に８０％以上で、中空糸膜の濾過性能の劣化は
極めて少ない。

【００４３】比較例１及び２では、純水の限外濾過係数
が２００ｍｌ／ｍ²・ｍｍＨｇ・Ｈｒ以下の場合は、血
液濾過における濾過性能の保持率が８０％以下で、低下
が大きい。

【００４４】比較例３では、芯剤に流動パラフィンを使
用した従来技術の均一緻密膜構造の中空糸での血液の限
外濾過係数および、β₂―ＭＧの篩係数の保持率を示す
が、血液濾過における濾過係数の保持率が６８．２％と
低下が大きい。

【００４５】

【発明の効果】本発明の中空糸膜は、血液透析に使用し
た場合に膜の目詰りによる、濾過性能の経時変化が極め
て少なく、透析患者の長期合併症と関連して透析アミロ
イドシスの原因物質のβ₂―ＭＧを除去するのに優れた
選択透過性中空糸膜である。本発明の膜は血液の限外濾
過係数が従来の中空糸膜より非常に高く、β₂―ＭＧ篩
係数も高いことから、骨痛、関節痛に係わると考えられ
る分子量２〜４万の物質など比較的中高分子量領域の有
害物質の除去にも効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２で得られた中空糸膜断面部（緻密層と
多孔層を含む）の電子顕微鏡写真（×２０，０００）で
ある。

【図２】比較例３で得られた中空糸膜層断面部の電子顕
微鏡写真（×２０，０００）である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内径が１００〜３００μｍ、膜厚が３０
〜６０μｍ、空孔率が６０〜９０％、純水の限外濾過係
数が２００〜８５０ｍｌ／ｍ²・ｍｍＨｇ・Ｈｒ，β₂
―ミクログロブリンの篩係数が０．５以上の選択透過性
中空糸膜であって、該選択透過性中空糸膜の血液の透水
性保持率及びβ₂―ミクログロブリンの篩係数の保持率
が共に８０％以上であることを特徴とする実質的にセル
ロース誘導体より成る選択透過性中空糸膜。
【請求項２】該選択透過性中空糸膜のβ₂―ミクログ
ロブリンの篩係数が０．５以上０．９５以下であること
を特徴とする請求項１記載の選択透過性中空糸膜。
【請求項３】該選択透過性中空糸膜の血液の透水性保
持率及びβ₂―ミクログロブリンの篩係数の保持率が共
に９０％以上であることを特徴とする請求項１記載の選
択透過性中空糸膜。
【請求項４】該選択透過性中空糸膜が実質的にセルロ
ーストリアセテートより成ることを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の選択透過性中空糸膜。