CN112074340A

CN112074340A - 多孔质中空纤维膜

Info

Publication number: CN112074340A
Application number: CN201980030075.5A
Authority: CN
Inventors: 林昭浩; 赤池薰; 鹈城俊; 上野良之
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-12-11
Also published as: SG11202010151SA; JPWO2019225730A1; WO2019225730A1; US20210213394A1; JP7314797B2; KR20210011372A; EP3766567A1; US12172133B2; EP3766567A4

Abstract

本发明为以聚砜系高分子为主成分的多孔质中空纤维膜，所述多孔质中空纤维膜具有内表面侧致密、外表面侧疏松的非对称结构，内表面的孔的短径的平均值为20nm以上且40nm以下，内表面的开孔率为10％以上且30％以下，并且外表面或内表面中的至少一侧的表面担载有含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子。本发明提供病毒等分离对象物质的除去性能优异且能够用作在低压力下处理也具有高透过性的分离膜的多孔质中空纤维膜。

Description

多孔质中空纤维膜

技术领域

本发明涉及用于分离生物成分的多孔质中空纤维膜。

背景技术

近年来，生物医药品、特别是免疫球蛋白等抗体由于治疗效果高且副作用少而被广泛利用。抗体由动物细胞等生物产生，因此为了作为医药品使用，需要从许多杂质中仅对抗体进行分离·纯化。通常的分离·纯化工序中，在通过离心分离将用于产生抗体的细胞分离后，使用特异性吸附抗体的色谱柱(例如蛋白A柱)进行分离·纯化，最后进行病毒除去。

作为病毒除去方法，通过进行使用分离膜的膜过滤来进行基于筛分效果的分离是有效的，这是由于对抗体等有效成分的影响少、能够除去对能量、化学物质具有抗性的病毒。该病毒除去用的分离膜需要分离性能高、不使病毒泄漏，并且还要求有效成分即抗体的回收率高。

作为这样的病毒除去膜，中空纤维膜的使用日益扩大，其中该中空纤维膜也广泛应用于微滤和超滤等工业用途、血液透析等医疗用途。专利文献1公开了用于含蛋白质溶液的处理的包含聚砜系高分子和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的共混物的中空纤维膜。专利文献2公开了包含聚砜系高分子和乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯基酯共聚物这2种成分且外层具有致密层的多孔质中空纤维膜。专利文献3公开了包含聚砜系高分子和亲水性高分子且控制致密层厚度、孔径而得的多孔质中空纤维膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2011/111679号

专利文献2：国际公开第2013/012024号

专利文献3：国际公开第2016/113964号。

发明内容

发明要解决的课题

然而，专利文献1中记载的中空纤维膜实质上为均匀的结构，纯水的透过性也倾向于较低。

专利文献2和3中记载的中空纤维膜通过含有乙烯基吡咯烷酮与乙酸乙烯基酯的共聚物而抑制了由蛋白质附着引起的堵塞，但透过性均较低，因此需要在高压力下进行处理。

本发明的目的在于，提供病毒等分离对象物质的除去性能优异、并且能够用作在低压力下处理也具有高透过性的分离膜的多孔质中空纤维膜。

用于解决课题的手段

为解决上述课题，本发明为以聚砜系高分子为主成分的多孔质中空纤维膜，所述多孔质中空纤维膜具有内表面侧致密且外表面侧疏松的非对称结构，内表面的孔的短径的平均值为20nm以上且40nm以下，内表面的开孔率为5％以上且30％以下，并且外表面或内表面中的至少一侧的表面担载有含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子。

发明效果

通过本发明的多孔质中空纤维膜，能够以低压力在短时间内进行对生物成分的分离、特别是抗体等蛋白质与病毒等的分离。

附图说明

[图1]是以10000倍对实施例1中制作的多孔质中空纤维膜的截面拍摄而得的SEM图像。

[图2]是对图1的图像进行二值化处理而得的图像。

[图3]是将图2的图像的一部分中仅对130nm以上的孔进行提取处理而得的图像。

[图4]是以50000倍对中空纤维膜内表面拍摄而得的SEM图像。

[图5]是以3000倍对中空纤维膜外表面拍摄而得的SEM图像。

[图6]是中空纤维膜组件的优选方式的一例。

[图7]是中空纤维膜组件的优选方式的一例。

具体实施方式

以下，对本发明进行详细说明。需要说明的是，本说明书中，“～”表示包含其下限及上限在内的值的范围。

＜多孔质中空纤维膜＞

本发明的多孔质中空纤维膜(以下，有时简称为“中空纤维膜”。另外，为便于说明，有时将担载后述涂布高分子前的状态也称为“中空纤维膜”。)以聚砜系高分子作为主成分。

本发明中的所谓聚砜系高分子，是指主链上具有芳香环、磺酰基和醚基的高分子，具体而言，可举出聚砜、聚醚砜、聚烯丙基醚砜等。作为本发明中使用的聚砜系高分子，优选为具有从下述式(1)及(2)表示的重复单元中选择的重复单元的高分子。

[化学式1]

(1)

(2)

聚砜系高分子在具有上述式(1)或(2)表示的重复单元的同时，还可以在不妨碍本发明的效果的范围内具有其他重复单元。这种情况下，其他重复单元的含量优选为聚砜系高分子的10质量％以下。另外，聚砜系高分子的烃骨架的氢原子可以被烷基、官能团、卤素等其他原子取代，另外也可以为改性体。

本发明中，特别优选使用仅包含上述式(1)或(2)表示的重复单元的由下式(3)或(4)表示的聚砜系高分子，但不限于它们。

[化学式2]

(3)

(4)

式(3)和(4)中的n表示50以上的整数，优选为50～200的整数。

作为这样的聚砜系高分子的具体例，可举出Udel(注册商标)P-1700、P-3500(Solvay公司制)、Ultrason(注册商标)S3010、S6010(BASF公司制)等。

上述聚砜系高分子可以单独使用，也可以2种以上混合使用。

需要说明的是，所谓以聚砜系高分子作为主成分，是指在构成中空纤维膜的成分中，聚砜系高分子为整体的50％质量以上。聚砜系高分子的含量优选为构成中空纤维膜的成分的75％以上，更优选为90％以上。

根据优选的实施方式，本发明的中空纤维膜进一步含有亲水性高分子。即，本发明的中空纤维膜优选为由上述聚砜系高分子和亲水性高分子的混合树脂构成。亲水性高分子具有用聚砜系高分子制成多孔质中空纤维膜时的成孔剂及对制膜原液的粘度进行调节、赋予蛋白质附着抑制效果的作用。需要说明的是，本发明中的所谓亲水性高分子，是指可溶于水或乙醇的高分子，优选为在它们中溶解0.1g/mL以上的高分子。

作为亲水性高分子，优选为与聚砜系高分子的良溶剂及聚砜系高分子相溶的亲水性高分子。作为这样的亲水性高分子的例子，可举出聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、它们的共聚物，等等。作为共聚物的例子，可举出乙烯基吡咯烷酮与选自乙酸乙烯基酯、丙酸乙烯基酯及丁酸乙烯基酯的成分的共聚物，等等，但没有特别限定。其中，从与聚砜系高分子的相溶性的观点考虑，优选使用聚乙烯基吡咯烷酮或其共聚物。

从作为成孔剂的作用和蛋白质附着抑制效果的观点考虑，中空纤维膜中所含亲水性高分子的含量优选为0.5重量％以上，更优选为1.0重量％以上。另一方面，亲水性高分子的含量过多时，有制膜变得困难、从中空纤维膜溶出的可能，因此亲水性高分子的含量优选为10质量％以下，更优选为8重量％以下。

通常，中空纤维膜之中，包括具有膜厚方向上孔径大致没有变化的对称结构的所谓对称膜和具有膜厚方向上孔径变化的非对称结构的所谓非对称膜。本发明的多孔质中空纤维膜为具有内表面侧致密且外表面侧疏松的非对称结构的非对称膜。换言之，具有内表面侧的孔径小、外表面侧的孔径大的结构。这样的非对称膜具有容易控制致密层(其对物质分离是重要的)的孔径的优点。另外，非对称膜中，通过存在有助于病毒等除去对象物质的分离的孔径小的区域和水的透过阻力低的孔径大的区域，容易同时实现分离性能和透水性能。

根据优选的实施方式，本发明的中空纤维膜的内表面侧的不存在孔径为130nm以上的孔的层(以下，称为致密层)的厚度为1μm以下。致密层的厚度可通过如下方式求出：用扫描型电子显微镜(SEM)以10000倍下对中空纤维膜的垂直于轴方向的横截面进行观察，用图像处理软件对所拍摄的图像进行分析。具体而言，首先，针对所拍摄的图像，以使结构体部分为高亮度、除结构体部分以外的其他部分为低亮度的方式确定阈值并进行二值化处理。然后，在中空纤维膜中，将未观察到下述低亮度部分的区域特定为致密层，求出上述截面中的致密层的厚度的平均值，其中，该低亮度部分为在假定形状为正圆形的情况下其直径为130nm的面积为1.3×10⁴(nm²)以上的部分。更具体而言，致密层的厚度为通过后述“(6)致密层的厚度的测定”的方法而测得的值。

本发明的中空纤维膜中，主要通过该致密层进行物质的分离，致密层过厚时，水等处理液透过时的阻力变大。为获得高透过性，致密层的厚度优选为1μm以下，更优选为0.8μm以下，进一步优选为0.5μm以下，更进一步优选为0.2μm以下。另一方面，致密层的厚度极薄时，有根据处理条件而分离性能降低的可能，因此致密层的厚度优选为0.05μm以上，更优选为0.1μm以上。

本发明的中空纤维膜中的分离对象物质的尺寸取决于内表面的孔的形状。中空纤维膜内表面的孔多为椭圆状而非正圆状，为有助于物质的分离的是椭圆状的孔的较短直径(短径)，因此本发明中控制内表面的孔的短径是重要的。例如，生物医药品的制造中，需要将作为有用物质的抗体(8～10nm左右)与其多聚体进行分离、将抗体与各种病毒(30～100nm左右)进行分离。从作为有用物质的抗体的透过性的观点考虑，内表面的孔的短径的平均值优选为20nm以上，更优选为22nm以上，进一步优选为25nm以上。另一方面，从分离性能的观点考虑，内表面的孔的短径的平均值优选为40nm以下，更优选为38nm以下，进一步优选为35nm以下。另外，椭圆状的孔的较长直径(长径)变长时，能够提高膜表面的开孔率，因而优选。内表面的孔的长径与短径之比(长径/短径)优选为2以上，更优选为2.5以上。另一方面，长径与短径之比过大时，有膜的强度降低的可能，因此长径/短径优选为6以下，更优选为5以下。需要说明的是，此处所谓的致密层的孔的短径、长径为平均值，具体而言，为通过后述“(4)表面孔径的测定”的方法而测得的值。

对于中空纤维膜透过性而言，内表面的开孔率有较大的影响。开孔率较小时，物质能够透过的流路变少，因此透过阻力变大。因此，在本发明的中空纤维膜中，内表面的开孔率为5％以上，优选为10％以上，进一步优选为15％以上。另一方面，使内表面的开孔率增大时，孔径的控制变得困难、容易在施加压力时引起孔结构的变化，因此内表面的开孔率为30％以下，优选为25％以下。需要说明的是，中空纤维膜内表面的开孔率为通过后述“(5)开孔率的测定”的方法而测得的值。

本说明书中，将存在于本发明的中空纤维膜的致密层的外侧、即中空纤维膜中比致密层更靠外表面侧的致密层以外的其他层称为疏松层。为了使疏松层的透过阻力最小，疏松层优选为孔径随着从致密层侧向外表面侧逐渐扩大的结构。另外，从中空纤维膜的强度的观点考虑，优选为在疏松层观察不到大孔隙(macrovoid)，所述大孔隙为膜的实体部分以椭圆状或液滴状缺失的空孔区域。

从透过性的观点考虑，中空纤维膜外表面、即疏松层的外表面的孔的短径的平均值优选为0.2μm以上，更优选为0.3μm以上。另一方面，从中空纤维膜的强度的观点考虑，外表面的孔的短径的平均值优选为2μm以下，更优选为1.5μm以下。另外，从透过性的观点考虑，外表面的开孔率优选为1％以上，更优选为3％以上，进一步优选为5％以上。另一方面，从强度的观点考虑，外表面的开孔率优选为20％以下，更优选为15％以下。

中空纤维膜的破裂容易性与中空纤维膜的膜厚及内径相关。中空纤维膜的膜厚越薄，越能够降低边界膜传质系数(日文：境膜物質移動係数)，因此中空纤维膜的物质除去性能提高。另一方面，膜厚过薄时，容易发生断丝、干燥破裂，可能导致制造上的问题。因此，中空纤维膜的膜厚优选为20μm以上，进一步优选为30μm以上。另一方面，中空纤维膜的膜厚优选为100μm以下，更优选为80μm以下，进一步优选为60μm以下。另外，中空纤维膜的内径优选为150μm以上，更优选为200μm以上，进一步优选为220μm以上；另一方面，中空纤维膜的内径优选为500μm以下，更优选为400μm以下，进一步优选为300μm以下。所谓中空纤维膜的内径，是指用例如MICROWATCHER的1000倍镜(例如，VH-Z100；株式会社KEYENCE)对中空纤维膜的膜厚进行测定，并通过下述式计算而得的值。

中空纤维膜内径＝中空纤维膜外径-(膜厚×2)

所谓中空纤维膜外径，是指用激光位移计(例如，LS5040T；株式会社KEYENCE)对中空纤维膜的外径进行测定而求出的值。

关于本发明的多孔质中空纤维膜，含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子(以下，有时称为“涂布高分子”)担载于中空纤维膜的外表面及内表面中的至少一侧的表面。涂布高分子特别优选为至少担载于被处理液最初接触的内表面上，更优选为担载于内表面及外表面这两侧的表面上。进而，进一步优选为在中空纤维膜的多孔质层(上述致密层与疏松层的统称)的内部也担载有涂布高分子。通过在内表面、外表面、多孔质层内部担载涂布高分子，能够有效地抑制蛋白质等的附着。

所谓单羧酸，是指由1个羧基和与该羧基的碳原子键合的烃基形成的化合物，即由“R-COOH”(R为烃基)表示的化合物。烃基R可以是脂肪族烃基和芳香族烃基中的任意，但从合成的容易性等观点考虑，优选为脂肪族烃基，特别优选为饱和脂肪族烃基。另外，从羧酸的制造成本的观点考虑，饱和脂肪族烃基优选为直链结构或支链结构，更优选为直链结构。作为R为芳香族烃基的单羧酸，可举出苯甲酸、其衍生物等。另外，作为R为饱和脂肪族烃基的单羧酸的例子，可举出乙酸、丙酸、丁酸等。

饱和脂肪族烃基不仅可以为乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基等直链结构，也可以为异丙基、叔丁基这样的支链结构，环丙基、环丁基这样的环状结构。进而，可以在脂肪族链中包含醚键、酯键等。需要说明的是，烃基R中的氢原子可以被任意取代基取代，但末端的氢原子被磺酸基等阴离子性官能团取代时，会使蛋白质的结构不稳定，可能引起对中空纤维膜表面的附着，因此优选末端的氢原子不被阴离子性官能团取代。

当烃基R的碳原子数较少时，对于降低单羧酸的疏水性、减少与蛋白质的疏水性相互作用、防止附着而言是优选的。因此，R为脂肪族烃基或芳香族烃基时的碳原子数优选为1～20，更优选为1～9，进一步优选为2～5。需要说明的是，R为饱和脂肪族烃基时，碳原子数为1的化合物是乙酸，碳原子数为2的化合物是丙酸。

另外，本说明书中所谓的“单元”，是指单体聚合得到的均聚物或共聚物中的重复单元，所谓“羧酸乙烯基酯单元”，是指将羧酸乙烯基酯单体聚合而得到的重复单元、即由“-CH(OCO-R)-CH₂-”(R为脂肪族烃基或芳香族烃基)表示的重复单元。R与针对上述单羧酸的记载相同，优选例等也依照上述记载。

作为R为饱和脂肪族的单羧酸乙烯基酯单元的具体例，可举出丙酸乙烯基酯单元、新戊酸乙烯基酯单元、癸酸乙烯基酯单元、甲氧基乙酸乙烯基酯单元等。从优选疏水性不过强的方面考虑，作为优选例可举出：乙酸乙烯基酯单元(R：CH₃)、丙酸乙烯基酯单元(R：CH₂CH₃)、丁酸乙烯基酯单元(R：CH₂CH₂CH₃)、戊酸乙烯基酯单元(R：CH₂CH₂CH₂CH₃)、新戊酸乙烯基酯单元(R：C(CH₃)₃)、己酸乙烯基酯单元(R：CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃)。作为R为芳香族的单羧酸乙烯基酯单元的具体例，可举出苯甲酸乙烯基酯单元、其取代物。

关于含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子担载于中空纤维膜的外表面或内表面，可以通过将利用TOF-SIMS装置的成分分析和利用X射线光电子能谱法(XPS)的测定组合来确认。具体而言，首先，通过利用TOF-SIMS装置的成分分析而可检测出源自上述单羧酸乙烯基酯单元的羧酸离子的峰，因此，通过对其质量(m/z)进行分析，从而确定单羧酸的结构。

在利用TOF-SIMS装置的成分分析中，在超高真空中对试样表面照射经脉冲化的离子(1次离子)，从试样表面逸出的离子(2次离子)获得恒定的动能并被导入飞行时间型的质量分析仪。以相同能量被加速的2次离子各自以与质量对应的速度通过分析仪，但由于至检测器的距离是恒定的，因此到达检测器的时间(飞行时间)成为质量的函数，通过精密测量该飞行时间的分布，得到2次离子的质量分布、即质谱图。例如，作为1次离子物种使用Bi₃ ⁺⁺来检测2次负离子时，m/z＝59.02的峰对应于C₂H₃O₂ ^-、即乙酸(脂肪族链碳原子数：1)。此外，m/z＝73.04的峰对应于C₃H₅O₂ ^-、即丙酸(脂肪族链碳原子数：2)。

利用TOF-SIMS装置的成分分析的条件如下所述。将测定区域设为200μm×200μm，1次离子加速电压设为30kV，脉冲宽度设为5.9nm。本分析手段中的检测深度为数nm以下。此时，在相对于总2次离子强度而言的羧酸离子强度为0.4％以下的情况下，将其判断为噪声，判定为不存在羧酸离子。更详细而言，设为根据后述“(7)TOF-SIMS测定”而测得的值。

并且进一步地，进行XPS测定时，源自酯基(COO)的碳的峰在从CH_x、C-C的主峰(285eV附近)起至+4.0～4.2eV处出现，因此可知上述羧酸形成酯键。作为XPS的测定角度，使用以90°测得的值。在以测定角度为90°进行测定时，检测从表面起的深度至约10nm为止的区域。此时，相对于源自碳的总峰面积而言的源自酯基的峰面积的比例为0.4％以下时，判断为噪声，作为不存在酯基。更详细而言，设为根据后述的“(8)X射线电子能谱法(XPS)测定”而测得的值。

根据上述两个测定结果，可明确在多孔质中空纤维膜的表面等是否存在含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子。

进而，关于多孔质中空纤维膜的表面或多孔质层内部存在的涂布高分子的量，可以通过使用XPS对源自酯基的碳量进行测定而求得。

源自酯基(COO)的碳的峰能够通过对从在C1s的源自CH、C-C的主峰起至+4.0～4.2eV处出现的峰进行峰分割而求出。通过算出相对于源自碳的总峰面积而言的源自酯基的峰面积的比例，求出源自酯基的碳量(原子数％)。更具体而言，C1s的峰由主要源自CH_x、C-C、C＝C和C-S的成分、主要源自C-O和C-N的成分、源自π-π*卫星峰的成分、源自C＝O的成分、和源自COO的成分这5种成分构成。将峰分割为以上的5种成分。源自COO的成分是在从CH_x、C-C的主峰(285eV附近)起至+4.0～4.2eV处出现的峰。对于该各成分的峰面积而言，将小数点第2位进行四舍五入而算出。

为了发挥对蛋白质附着的抑制效果，用XPS对外表面或内表面中的至少一个表面进行测定时，将源自碳的总峰面积作为100(原子数％)时的源自酯基的碳峰的面积百分率为0.1(原子数％)以上，更优选为1.0(原子数％)以上，进一步优选为1.5(原子数％)以上。另一方面，在防止中空纤维膜的透过性能的降低方面，优选外表面或内表面上担载的含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子不要过多。从防止透过性能降低的观点考虑，该源自酯基的碳峰面积百分率优选为25(原子数％)以下，更优选为20(原子数％)以下，进一步优选为10(原子数％)以下。

需要说明的是，XPS测定时，对多孔质中空纤维膜的2个位置进行测定，使用该2个位置的值的平均值。

另外，多孔质中空纤维膜表面上的相对于聚砜系高分子而言的酯基的量可通过全反射红外光谱法(ATR)测定。具体而言，将1个位置中的测定范围设为3μm×3μm，使累算次数为30次以上，在多孔质中空纤维膜表面的25个点测定红外吸收光谱。红外吸收光谱中，在1711～1759cm^-1内画出基准线，将该基准线与谱图的正部分所包围的部分作为源自酯基的峰面积(A_COO)。同样地，在1549～1620cm^-1内画出基准线，将该基准线与谱图的正部分所包围的部分作为源自聚砜系高分子的苯环C＝C的峰面积(A_CC)。算出两者之比(A_COO)/(A_CC)，求出25处的平均值。进一步的，对1根中空纤维膜在其长度方向上的两端面附近和中央部附近的3个不同位置进行上述平均值的计算，将3处的平均值作为所测定中空纤维膜中(A_COO)/(A_CC)的平均值。更详细而言，设定为根据后述“(9)显微ATR法”而测得的值。该中空纤维膜的(A_COO)/(A_CC)的平均值优选为0.01以上，更优选为0.03以上，进一步优选为0.05以上。另一方面，酯基的比例过多时，表面的疏水性增强，有蛋白质附着的抑制效果降低的可能，因此(A_COO)/(A_CC)的平均值优选为1以下，更优选为0.5以下，进一步优选为0.3以下。

上述各测定中，例如，在对中空纤维膜内表面进行检测时，将中空纤维膜用单刃切削为半圆筒状，准备使中空纤维膜内表面露出的试样，对内表面进行测定。在对中空纤维膜外表面进行检测时，利用与内表面测定同样的试样对外表面进行测定。对中空纤维膜的内部进行测定时，将中空纤维膜在水中浸渍5分钟使其润湿后，用液氮冷冻并迅速折断，对经冷冻干燥的中空纤维膜的截面进行测定，或者对中空纤维膜的膜厚部分用单刃切削，对中空纤维膜的内部露出的部分进行测定。

从充分抑制蛋白质的附着的观点考虑，涂布高分子的数均分子量优选为1,000以上，更优选为5,000以上。另一方面，对于高分子的数均分子量的上限没有特别限制，但从避免向中空纤维膜的导入效率降低的观点考虑，优选为1,000,000以下，更优选为500,000以下，进一步优选为100,000以下。需要说明的是，均聚物或共聚物的数均分子量可通过凝胶渗透色谱法(GPC)进行测定。

涂布高分子优选为包含亲水性单元和疏水性单元的共聚物(以下，有时简称为“共聚物”)。以聚乙二醇、聚乙烯醇这样的亲水性高分子对中空纤维膜表面进行被覆后，可知对蛋白质等的附着的抑制效果不充分。这被认为是由于中空纤维膜表面的亲水性过强时，蛋白质的结构变得不稳定，因此无法充分地抑制蛋白质的附着。特别是近年来，高分子周围的水受到关注。对于亲水性强的高分子而言，高分子与水的相互作用强，高分子周围的水的运动性降低。另一方面，认为蛋白质的结构因被称为吸附水的水而变得稳定。因此，认为若蛋白质的吸附水与高分子周围的水的运动性接近，则蛋白质的结构变得不稳定，能够抑制蛋白质对中空纤维膜表面的附着。关于包含亲水性单元和疏水性单元的共聚物，认为通过控制所使用的亲水性基团、疏水性基团及共聚比率，能够控制高分子周围的水的运动性。此处，所谓亲水性单元，是指构成该单元的单体单独制造聚合物时，重均分子量为10000～1000000的聚合物可溶于水的单元。所谓“可溶”，是指在100g的20℃的水中的溶解度超过0.1g。

作为构成亲水性单元的单体，更优选为该溶解度超过10g的单体。作为这样的单体，可举出乙烯基醇单体、丙烯酰基吗啉单体、乙烯基吡啶单体、乙烯基咪唑单体、乙烯基吡咯烷酮单体等。其中，从与具有羧基或磺酸基的单体相比亲水性不会过强，易于与疏水性单体取得平衡的方面考虑，优选具有酰胺键、醚键或酯键的单体。特别更优选具有酰胺键的乙烯基乙酰胺单体、乙烯基吡咯烷酮单体、乙烯基己内酰胺单体。其中，从聚合物的毒性低的方面考虑，进一步优选为乙烯基吡咯烷酮单体。因此，根据本发明的优选实施方式，涂布高分子含有作为亲水性单元的乙烯基吡咯烷酮单元。

作为构成疏水性单元的单体，至少包含单羧酸乙烯基酯，但除此之外还可以包含选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基-ε-己内酰胺等的单元。

从抑制蛋白质附着的观点考虑，上述包含亲水性单元和疏水性单元的共聚物中的疏水性单元的摩尔分率优选为10％以上且90％以下，更优选为20％以上且80％以下，进一步优选为30％以上且70％以下。此时，疏水性单元可以仅为单羧酸乙烯基酯单元，也可以进一步包含其他疏水性单元。关于将疏水性单元的摩尔分率设定在上述上限以下，在抑制共聚物整体的疏水性上升、避免蛋白质附着的方面为优选。另外，关于将疏水性单元的摩尔分率设定在上述下限以上，在抑制共聚物整体的亲水性上升、避免蛋白质结构的不稳定化和改性、进而防止蛋白质的附着方面为优选。需要说明的是，关于上述摩尔分率的计算方法，例如，进行核磁共振(NMR)测定，由与各成分对应的峰的峰面积比计算。由于峰彼此重叠等理由而不能利用NMR测定计算上述摩尔分率时，也可以通过元素分析来计算上述摩尔分率。

作为涂布高分子，特别优选包含单羧酸乙烯基酯单元和乙烯基吡咯烷酮单元的共聚物。这种情况下，乙烯基吡咯烷酮单元与单羧酸乙烯基酯单元的摩尔比率优选为30：70～90：10，更优选为40：60～80：20，进一步优选为50：50～70：30。

作为上述共聚物中的单元的排列，例如可举出嵌段共聚物、交替共聚物或无规共聚物等。这些中，从亲水性单元和疏水性单元在共聚物整体中的分布不均小的观点考虑，优选为交替共聚物或无规共聚物。其中，从容易合成的观点考虑，更优选为无规共聚物。

需要说明的是，虽然不是必须的，但从避免涂布高分子在使用中溶出的观点考虑，优选将涂布高分子通过化学键固定在中空纤维膜上。关于固定方法，在后面叙述。

从处理时间的缩短、中空纤维膜组件及附属设备的小型化的观点考虑，本发明的多孔质中空纤维膜的透水性高为优选。作为透水性，优选为1L/(hr·kPa·m²)以上，更优选为3L/(hr·kPa·m²)以上，进一步优选为10L/(hr·kPa·m²)以上。另一方面，透水性过高时，中空纤维膜与蛋白质接触的速度加快，有蛋白质改性的可能，因此透水性优选为50L/(hr·kPa·m²)以下。

生物医药品的制造工序中，整个工序所要求的病毒清除率为99.9999999％以上(LRV＝9)。另外，优选对2种以上不同病毒的灭活和除去工序进行研究。因此，这样的多孔质中空纤维膜的病毒清除率优选至少为99.99％以上(LRV＝4)的病毒除去性能。

生物医药品中，抗体是昂贵的。制造工序中，进行各种分离·纯化，因此需要极力抑制抗体的损失。特别是对于分离膜等而言，由于表面积较大而容易为抗体所吸附，回收率容易降低。特别是连续使用多张分离膜进行处理时，由于对分离膜的附着而导致的抗体回收率降低成为较大的问题。因此，抗体回收率优选为80％以上，更优选为85％以上，进一步优选为90％以上。

另外，抗体、除去对象蛋白质附着于中空纤维膜时，引起处理液量随着处理时间的经过而降低，导致处理时间的延长和抗体回收率的降低。因此，优选不引起处理液量随着处理时间的经过而降低。例如，在20～50kPa的低压力下对被处理液进行处理时，相对于初始0～5分钟之间回收的处理液量而言在25～30分钟或者在55～60分钟之间回收的处理液量的比率优选为0.7以上，更优选为0.8以上，进一步优选为0.9以上。另外，在20～50kPa的低压力下对被处理液进行处理时，抗体透过性维持率(作为相对于初始0～5分钟之间抗体透过率而言的在25～30分钟之间的抗体透过率而算出)优选为80％以上，更优选为85％以上，进一步优选为90％以上。

抗体有时会在制造工序中产生由若干抗体结合而成的凝集物。这样的凝集物被视为没有药效的杂质，因此需要在制造工序中除去。相对于抗体单体而言，抗体凝集物的含有率优选为2％以下，进一步优选为1％以下，进一步优选为0％。抗体凝集物的含有率可通过光散射法、尺寸排阻色谱法等进行分析。

通常的生物医药品的制造工序包括培养产生抗体的细胞的工序、将细胞与抗体分离的工序、所产生抗体的回收和纯化工序、病毒灭活工序和病毒除去工序。在将细胞与抗体分离的工序中，可采用离心分离法、深度过滤法。对于所产生抗体的回收，主要使用固定有特异性吸附抗体的蛋白质A的蛋白A色谱柱。另外，纯化工序中，使用阳离子交换柱、阴离子交换柱以除去用于抗体的产生的源自动物细胞的蛋白质(Host Cell Protein)。病毒灭活的工序中，通常实施pH为4以下的低pH处理。

如上所述，本发明的中空纤维膜具有优异的抗体透过性，因此能够将本发明的中空纤维膜应用于培养细胞的工序后的、将抗体与产生抗体的细胞分离的工序中。用于产生抗体的细胞的尺寸一般为8～20μm，因此能够使用本发明的多孔质中空纤维膜进行分离。另外，也能够用于在抗体的回收工序中用蛋白A色谱柱难以除去的多个抗体聚集产生的抗体的凝集物等的除去。对于通过使用与抗体特异性相互作用来进行分离的蛋白A色谱柱而言，难以除去抗体的凝集物(约40～80nm左右)，但使用本发明的多孔质中空纤维膜时，能够根据尺寸差异将抗体与抗体的凝集物分离。另外，抗体的纯化工序中，将抗体与抗体的凝集物分离的工序中能够应用本发明的中空纤维膜或中空纤维膜组件。

另外，上述生物医药品的制造工序的最终阶段中，也优选使用本发明的中空纤维膜作为病毒除去膜。进而，根据上述制造工序的各阶段中的除去对象物质的尺寸来使用各种孔径的分离膜进行细胞分离、抗体回收、纯化等工序后，也能够使用本发明的中空纤维膜作为病毒除去膜。

特别是现在的生物医药品的制造工序中，由于批量式进行各工序而存在效率差的问题。通过利用本发明的多孔质中空纤维膜或中空纤维膜组件作为纯化系统，能够解决该问题。具体而言，是用于从含有细胞和蛋白质的溶液中获得所需的细胞或蛋白质的纯化系统，该纯化系统具有本发明的中空纤维膜和分离膜，所述分离膜具有直径比本发明的中空纤维膜小的孔，上述多孔质中空纤维膜和上述分离膜配置成使上述溶液被本发明的多孔质中空纤维膜和上述分离膜连续地处理。使用上述纯化系统时，通过连续配置孔径不同的分离膜，从而能够对含有细胞和蛋白质的溶液连续地进行处理，对所需细胞或蛋白质进行纯化和回收，因此生产率高而优选。

另外，本发明的中空纤维膜在使用于生物医药品的制造工序以外，也能够使用于血液制剂的病毒除去工序。

<多孔质中空纤维膜的制造方法>

作为本发明的多孔质中空纤维膜的制膜方法，优选为相分离法。作为相分离法，可使用利用不良溶剂诱导相分离的所谓非溶剂诱导相分离法、通过将使用了溶解性相对较低的溶剂的高温制膜原液进行冷却而诱导相分离的所谓的热诱导相分离法等，其中，特别优选通过利用不良溶剂诱导相分离的方法进行制膜。

上述制膜过程中，通过制膜原液与不良溶剂的接触而进行相分离，确定多孔质中空纤维膜的结构。特别是当从双重管喷丝头的内侧排出作为芯液的包含不良溶剂的液体，且使制膜原液在外侧流动而进行制膜时，从制膜原液与不良溶剂接触的中空纤维膜的内侧(内表面)开始相分离。然后，不良溶剂在膜厚方向上扩散且相分离连续进行。此时，不良溶剂的浓度最高的多孔质膜中空纤维膜的内表面的孔径最小，内表面侧形成致密的结构，随着朝向中空纤维膜的外表面侧而成为孔径大的疏松结构。内表面的孔径、致密层的厚度能够通过控制上述相分离速度而调节。具体而言，可举出芯液的不良溶剂浓度、制膜原液的排出温度、制膜原液中的聚砜系高分子浓度等的调节。特别是对于孔径、致密层的调节而言，变更芯液的不良溶剂浓度是有效的。通过调节芯液的不良溶剂的浓度，不良溶剂的扩散速度变化，能够控制中空纤维膜表面的孔径和致密层的厚度。另外，通过提高制膜原液中的聚砜系高分子的浓度，而使作为中空纤维膜的主成分的聚砜系高分子密集存在，因此能够增加致密层的厚度。

作为制膜原液中配合的聚砜系高分子，可使用上述高分子，可以仅使用1种，也可以混合2种以上使用。

通过提高制膜原液中的聚砜系高分子的浓度，能够提高中空纤维膜的机械强度。另一方面，聚砜系高分子的浓度过高时，有可能产生因溶解性降低、制膜原液的粘度增加而引起的排出不良等问题。另外，通过聚砜系高分子的浓度能够调节透水性和截留分子量。聚砜系高分子的浓度过高时，中空纤维膜内表面中该聚合物的密度增加，因此透水性和截留分子量降低。根据以上内容，制膜原液中的聚砜系高分子的浓度优选为30质量％以下。另一方面，作为制膜原液中的聚砜系聚合物的浓度的下限，优选为10质量％以上。

当将聚砜系高分子溶解在溶剂中时，优选在高温下将其溶解以提高溶解性，但是有因热而导致高分子改性、溶剂蒸发从而改变成分的可能。因此，溶解温度优选为30℃以上且120℃以下。但根据聚砜系高分子和添加剂的种类，它们的最佳范围有时会有所不同。

进而，通过在制膜原液中配合亲水性高分子，能够期待下述效果：如上所述的作为成孔剂的提高透水性的效果、通过提高亲水性而抑制蛋白质附着的效果。另外，通过配合亲水性高分子，能够对制膜原液的粘度进行调节，能够抑制成为膜强度降低的主要原因的大孔隙的生成。但制膜原液中的亲水性高分子的配合量过多时，有时引起因制膜原液的粘度增加而溶解性降低、排出不良，另外，由于中空纤维膜中残留大量亲水性高分子，而有引起透水性因透过阻力增大而降低等的可能。作为亲水性高分子，可以使用上述材料，可以仅使用1种，也可以混合2种以上来使用。亲水性高分子在制膜原液中的最佳添加量根据其种类、目标性能而不同，但优选相对于制膜原液整体而言为1质量％以上且20质量％以下。

需要说明的是，通过使用较低分子量(重均分子量1000～200000)的亲水性高分子而成孔作用增强，因此能够提高中空纤维膜的透水性。另一方面，使用较高分子量(重均分子量200000～1200000)的亲水性高分子时，分子链长、与聚砜系高分子的相互作用增大，因此容易残留在中空纤维膜中，有助于中空纤维膜的亲水性提高。因此，更优选将低分子量和高分子量的亲水性高分子共混来使用。

从双重管喷丝头的内管排出的溶液(芯液)为聚砜系高分子的良溶剂与不良溶剂的混合液，可根据其比率调节中空纤维膜的透水性和截留分子量、即孔径。作为不良溶剂，没有特别限定，可使用水，乙醇、异丙醇等醇系溶剂，其中，最优选使用水。作为良溶剂，没有特别限定，但优选使用N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺等。

通过使上述制膜原液与芯液接触，由于不良溶剂的作用而诱导制膜原液的相分离，从而凝固进行。过度增加芯液中的不良溶剂比率时，膜的透水性和截留分子量降低。另一方面，不良溶剂比率过低时，有时直接以液体的状态滴下，因此无法得到中空纤维膜。芯液中的良溶剂与不良溶剂的适当比率根据两者的种类而不同，但优选不良溶剂在两者的混合液中为10质量％以上且80质量％以下。

排出时的双重管喷丝头的温度会影响制膜原液的粘度、相分离行为和芯液向制膜原液的扩散速度。通常，双重管喷丝头的温度越高，不良溶剂的扩散速度越快，因此相分离进行，得到的中空纤维膜的透水性和截留分子量提高。但双重管喷丝头的温度过高时，由于制膜原液的粘度降低、凝固性降低而使得排出变得不稳定，因此纺丝性降低。另一方面，双重管喷丝头的温度较低时，有时因结露而使双重管喷丝头上附着水分。因此，双重管喷丝头的温度优选为20℃以上且90℃以下。

如上所述，分离性能取决于中空纤维膜内表面存在的孔的短径，因此通过使孔的形状为椭圆状并提高开孔率，能够兼具高分离性能和高透水性。作为将中空纤维膜内表面的孔制成椭圆状的方法，包括将多孔质膜固化后进行拉伸的拉伸法、增加牵伸比并在多孔质膜固化前进行拉伸的方法。其中，增加牵伸比的方法不受多孔质膜的制造方法、原材料的限定，能够广泛地应用，因而优选。所谓牵伸比，是将多孔质膜的牵引速度除以从排出制膜原液的狭缝的排出线速度而得的值。排出线速度是排出量除以狭缝(喷丝头的排出原液的部分)的截面积而得的值。因此，为了提高牵伸比，可以加快牵引速度，或者增加狭缝的排出部分的截面积。其中，增加狭缝的截面积的方法由于容易提高牵伸比而不改变多孔质膜的形状，因而优选。

优选的是，制膜原液在从双重管喷丝头排出后、进入凝固浴前在被称为干式部的规定区间内在空气中行进。干式部中，排出的制膜原液的外表面与空气接触从而吸收空气中的水分，其成为不良溶剂，因而发生相分离。因此，通过控制干式部的露点能够调节所得中空纤维膜的外表面的开孔率。干式部的露点较低时，则有时相分离不能充分进行，外表面的开孔率降低，中空纤维膜的摩擦增大，纺丝性会恶化。另一方面，干式部的露点过高时，则有时外表面也会凝固因而开孔率降低。干式部的露点优选为60℃以下且10℃以上。

干式部的距离(干式长度)过短时，在相分离充分进行前凝固，导致透水性能、截留性能降低，因此干式长度优选为50mm以上，进一步优选为100mm以上。另一方面，干式长度过长时，可能因丝摇动等而使得纺丝稳定性降低，因此干式长度优选为600mm以下。

制膜原液在干式部行进后，被供给至以聚砜系高分子的不良溶剂作为主成分的凝固浴。作为凝固浴的不良溶剂，优选使用水。制膜原液进入凝固浴时，制膜原液由于凝固浴中大量的不良溶剂而凝固，固定成膜结构。另外，凝固浴中也可以根据需要添加良溶剂。凝固浴的温度越高，或者凝固浴中的良溶剂的浓度越高，越能抑制凝固而进行相分离，因此透水性和截留分子量提高。

通过凝固浴凝固而得到的中空纤维膜包含源自溶剂、原液的多余的亲水性聚合物，因此优选进一步进行洗涤。作为洗涤方法，优选为在溶解多余的亲水性聚合物而不溶解聚砜系高分子的成分的溶剂中通过的方法。作为这样的溶剂的例子，可举出乙醇等醇类、在不溶解聚砜系高分子的程度内混合了良溶剂的水溶液、或者水。其中，从操作性的观点考虑，优选为水。另外，通过提高用于洗涤的溶剂的温度，能够提高洗涤效率，因此洗涤温度优选为50～100℃。

作为在这样得到的多孔质中空纤维膜的表面担载涂布高分子的方法，可举出将涂布高分子添加于制膜时的原液、芯液中的方法；制膜后使表面与涂布高分子溶液接触的方法。其中，从不影响制膜条件的方面考虑，优选为在制膜后使中空纤维膜与涂布高分子溶液接触的方法。作为这样的方法，可举出将中空纤维膜浸渍于涂布高分子溶液的方法、使涂布高分子溶液通过中空纤维膜的方法、或者通过喷涂等将涂布高分子溶液吹喷至中空纤维膜的方法，等等。其中，由于能够从中空纤维膜的内部至外表面侧为止赋予涂布高分子，因此优选为使涂布高分子溶液通过中空纤维膜的方法。

使涂布高分子溶液通过中空纤维膜时，溶液中的该高分子的浓度过小时，不能对表面导入充分量的高分子。因此，涂布高分子溶液中的涂布高分子的浓度优选为10ppm以上，更优选为100ppm以上，进一步优选为300ppm以上。但是，浓度过大时，有来自组件的溶出物增加、孔径变化的可能，因此上述水溶液中的涂布高分子的浓度优选为100,000ppm以下，更优选为10,000ppm以下。

作为涂布高分子溶液的制备中使用的溶剂，优选为水。但是，使用的涂布高分子对水的溶解性较低时，也可以将涂布高分子溶解于不溶解中空纤维膜的有机溶剂，或者与水相溶且不溶解中空纤维膜的有机溶剂与水的混合溶剂中。作为上述有机溶剂或能够用于混合溶剂的有机溶剂，例如可举出甲醇、乙醇或丙醇等醇系溶剂，但不限于这些。

关于使涂布高分子溶液通过中空纤维膜的方向，可以是从中空纤维膜的内侧向外侧、从外侧向内侧中的任意。但是，使用的涂布高分子的大小大于中空纤维膜内表面的孔径的情况下，从内侧进行通液时，涂布高分子不能从孔中通过而被浓缩在内表面侧，从而无法将涂布高分子担载于中空纤维膜内部和外表面。这种情况下，可通过另外在中空纤维膜的外侧也流动涂布高分子溶液，使涂布高分子担载于中空纤维膜整体。中空纤维膜的截留分子量基于后述“(11)使用葡聚糖的截留分子量测定”的测定结果而测得，根据其结果，能够设定涂布高分子的分子量以使涂布高分子的尺寸小于中空纤维膜内表面的孔径。

另外，如上所述，优选涂布高分子通过化学键而固定于中空纤维膜。作为通过化学键固定涂布高分子的方法，没有特别限定，可举出在中空纤维膜与涂布高分子接触后照射放射线的方法，对于涂布高分子和待固定的中空纤维膜表面这两者导入氨基、羧基等反应性基团而使两者反应的方法。

作为对中空纤维膜表面导入反应性基团的方法，可举出聚合具有反应性基团的单体从而得到表面具有反应性基团的基材的方法；聚合后，通过臭氧处理、等离子体处理导入反应性基团的方法；等。

另外，使用照射放射线的方法的情况下，作为放射线，可使用α射线、β射线、γ射线、X射线、紫外线及电子束等。在如下状态下照射放射线：中空纤维膜组件内的中空纤维膜与溶解有涂布高分子的溶液接触的状态，或者向中空纤维膜的表面导入涂布高分子后除去了中空纤维膜组件内的溶液的状态、已将中空纤维膜干燥后的状态。使用该方法时，能够在固定涂布高分子的同时实现中空纤维膜组件的灭菌，因而优选。这种情况下，放射线的照射量优选为15kGy以上，更优选为25kGy以上。另一方面，照射量过高时，促进高分子的劣化及分解，因此照射量优选为100kGy以下。

另外，可以使用抗氧化剂以抑制由放射线的照射而引起的涂布高分子的交联反应。所谓抗氧化剂，是指具有容易向其他分子赋予电子的性质的物质。例如，可举出维生素C等水溶性维生素类、多酚类或甲醇、乙醇或丙醇等醇系溶剂等，但并不限于这些。这些抗氧化剂可以单独使用，也可以混合2种以上使用。在需要考虑安全性的情况下，优选使用乙醇、丙醇等毒性低的抗氧化剂。

本发明的中空纤维膜组件是将本发明的中空纤维膜内置于壳体中得到的。作为优选的实施方式，如图6所示，将切断成所需长度的中空纤维膜2的束收纳于筒状的壳体1中。此时，优选中空纤维膜的两端部通过灌封材料6等固定于筒状的壳体1的两端部。此时，优选中空纤维膜的两端开口。另外，中空纤维膜组件优选壳体1的两端具备集水管(header)3A和3B。优选集水管3A和3B具备液体能够透过的注入口4A和4B。进而，如图6所示，中空纤维膜组件优选在壳体的侧面部具备喷嘴5A和5B。

被处理液从注入口4A或4B导入，从中空纤维膜内表面侧向外表面侧透过后，从喷嘴5A或5B排出。此时，被处理液可以从注入口4A和4B的两侧流入，也可以仅从单侧流入。另外，被处理液也可以从喷嘴5A或5B导入，从中空纤维膜外表面侧向内表面侧透过后，从注入口4A或4B排出。此时，被处理液可以从喷嘴5A和5B的两侧流入，也可以仅从单侧流入。

作为其他优选的中空纤维膜组件的实施方式，如图7所示，可以是将制成U字形状的中空纤维膜2内置于筒状的壳体7中而成的形状。此时，中空纤维膜的端部通过灌封材料6等而固定于筒状壳体的单侧。被处理液可以将中空纤维膜开口部8作为入口而流入，也可以将其作为出口而流出。

作为将本发明的多孔质中空纤维膜制成组件的方法，可举出：将中空纤维膜进行离心分离的同时固定于壳体的方法，将中空纤维膜制成U字形状并仅将中空纤维膜的开口部侧固定于壳体的方法。尽管没有特别限定，但举出一例如下。首先，将中空纤维膜切断成所需长度，将所需根数捆扎后放入筒状的壳体中。然后，在两端安放临时的盖，向中空纤维膜两端部注入灌封材料。此时，一边利用离心机旋转组件一边注入灌封材料时，能够均匀地填充灌封材料，因而优选。灌封材料固化后，以使中空纤维膜的两端开口的方式切断两端部。通过在壳体的两端安装被处理液流入端口(集水管)，并对集水管及壳体的喷嘴部分加盖，由此得到中空纤维膜组件。

实施例

(1)中空纤维膜组件的制作

将20根中空纤维膜填充至直径约5mm、长度约17cm的壳体中，并用Konishi(株)制环氧树脂系化合物反应型粘合剂“QUICK MENDER(注册商标)”对两端进行罐封后，进行切割而实施开口，制作中空纤维膜组件。

(2)透水性的测定

关于通过(1)中制作的中空纤维膜组件，如各实施例、比较例所记载，对中空纤维膜实施共聚物的涂布。对于涂布处理后的中空纤维膜组件，实施透水性评价。通过蒸馏水对该中空纤维膜组件的中空纤维膜内侧和外侧进行30分钟洗涤。向中空纤维膜内侧施予16kPa的水压，测定从中空纤维膜外侧流出来的水的每单位时间的过滤量。透水量(UFR)通过下述式算出，使用将小数点后第1位四舍五入后的值。此时，壳体中填充的中空纤维膜之中，对没有附着粘合剂的部分的长度进行测定，用于膜面积的计算。

UFR(L/hr/kPa/m²)＝Qw/(P×T×A)

此处，Qw：过滤量(L)、T：流出时间(hr)、P：压力(kPa)、A：膜面积(m²)。

(3)病毒除去性能的测定

使用结束了(2)的评价的组件进行评价。按照在蒸馏水或磷酸缓冲液中，以约1.0×10⁶PFU/ml的浓度含有大小约27nm的噬菌体MS-2(Bacteriophage MS-2ATCC 15597-B1)的方式制备病毒原液。此处，蒸馏水或磷酸缓冲液使用121℃下高压蒸气灭菌20分钟后的溶液。在温度约20℃、施加压力为50kPa的条件下将病毒原液从中空纤维膜内表面向外表面，或者从中空纤维膜外表面向内表面进行送液，通过全量过滤方式进行过滤，得到滤液。丢弃过滤刚开始后的10ml滤液，然后收集10ml测定用的滤液。基于Overlay agar assay(叠加琼脂法),Standard Method 9211-D(APHA,1998,Standard methods for the examinationof water and wastewater(水和废水的标准检测方法),18th ed.)的方法，通过将根据需要用蒸馏水适当稀释过的1ml的滤液接种于检测用培养皿，计数噬菌斑而求出噬菌体MS-2的浓度。所谓噬菌斑，是指感染病毒并死亡的细菌群，能够作为点状的溶菌斑而计数。病毒除去性能通过病毒对数除去率(LRV)表示。例如，所谓LRV2，是指-log10x＝2，即0.01，意为相对于病毒原液中的病毒的浓度而言，透过液中的病毒的浓度为100分之1(除去率99％)。另外，透过液中完全无法测量到噬菌斑的情况下，作为LRV＞6.0。

(4)表面孔径的测定

将中空纤维膜在水中浸渍5分钟使其润湿后，用液氮冷冻，将冷冻干燥后的中空纤维膜作为测定试样使用。将中空纤维膜切断成半圆筒状，成为内表面露出的状态。使用扫描型电子显微镜(SEM)(S-5500、Hitachi High-Technologies Corporation制)以50000倍的倍率对中空纤维膜内表面进行观察，将图像导入到计算机中。导入的图像的尺寸为640像素×480像素。关于中空纤维膜内表面的1μm×1μm范围的孔，使用图像处理软件(ImageJ，开发商美国国立卫生研究所)，将各孔拟合为椭圆形状，测定短径和长径。反复测量1μm×1μm的范围并追加数据，直至测量的孔的总数达到50个以上。在深度方向上以双层观察到孔时，测定较深的孔的露出部。孔的一部分不在测量范围内时，将该孔排除。将SEM图像进行二值化处理，得到空孔部为黑、结构部分为白的图像。由于分析图像内的对比度差异而无法将空孔部与结构部分清晰地二值化时，先将空孔部涂黑后再进行图像处理，将孔拟合成椭圆形状，测定各孔的短径、长径，计算出短径的平均值。使用将小数点后第2位四舍五入的值作为孔径。此时，将连续像素数为5像素以下的面积的孔从数据中除去以排除噪声。关于长径和短径的比率，根据各孔的平均值而算出，使用小数点后第2位四舍五入后的值。

关于中空纤维膜外表面的表面孔径，与上述相同地在1500倍的倍率下进行观察，导入到计算机中，对于50μm×50μm范围的孔，同样地测定短径和长径。

(5)开孔率的测定

与(4)同样地，使用SEM(S-5500、Hitachi High-Technologies Corporation制)以50000倍的倍率对试样的表面进行观察，将图像导入到计算机中。导入的图像的尺寸为640像素×480像素。对于SEM图像，切取1μm×1μm的范围，使用图像处理软件进行图像分析。以通过二值化处理使结构体部分成为高亮度、除此以外的部分成为低亮度的方式确定阈值，得到高亮度部分为白、低亮度部分为黑的图像。在由于图像内的对比度差异而无法将结构体部分与除此以外的部分分开的情况下，在对比度相同的部分将图像切分开，分别进行二值化处理，然后如初始那样接在一起而恢复成一张图像。或者，也可以将结构体部分以外涂黑来进行图像分析。对于图像中包含噪声、连续的像素数为5个以下的低亮度部分，因无法区分噪声与孔，因此作为结构体而视为高亮度部分处理。作为消除噪声的方法，在像素数的测量时，将连续的像素数为5个以下的低亮度部分排除。或者，也可以将噪声部分涂白。对低亮度部分的像素数进行测量，计算出相对于分析图像形成的总像素数而言的低亮度部分的像素数的百分率，作为开孔率。对5张图像进行同样的测定，计算出平均值，使用小数点后第2位四舍五入后的值。

对于中空纤维膜外表面的表面孔径，与上述同样地在1500倍的倍率下进行观察，导入到计算机中，对于50μm×50μm的范围同样地计算出开孔率。

(6)致密层的厚度的测定

将中空纤维膜在水中浸渍5分钟使其润湿后，用液氮冷冻并迅速折断，将经冷冻干燥的中空纤维膜作为观察试样。使用SEM(S-5500、Hitachi High-TechnologiesCorporation制)以10000倍的倍率对该中空纤维膜的截面进行观察，将图像导入到计算机中。导入的图像的尺寸为640像素×480像素。当用SEM进行观察而截面的孔闭塞时，重新制作试样。孔的闭塞有时是中空纤维膜在切断处理时在应力方向上变形而引起的。

按照与多孔质膜的表面平行为1μm、膜厚方向上为任意长度的方式切取SEM图像，使用图像处理软件进行图像分析。分析范围的膜方向的长度只要是将致密层包括在内的长度即可。在测定倍率的观察视野中不能将致密层包括在内时，将2张以上的SEM图像合成以将致密层包括在内。以通过二值化处理使结构体部分成为高亮度、除此以外的部分成为低亮度的方式确定阈值，得到高亮度部分为白、低亮度部分为黑的图像。在由于图像内的对比度差异而无法将结构体部分与除此以外的部分分开的情况下，以对比度相同部分将图像切分开，分别进行二值化处理，然后如初始那样接在一起而恢复成一张图像。或者，也可以将结构体部分以外涂黑来进行图像分析。在深度方向上双重地观察到孔时，对较浅的孔进行测定。孔的一部分不在测量范围内时，将该孔排除。对于图像中包含噪声、连续的像素数为5个以下的低亮度部分，因无法区分噪声与孔，因此作为结构体而视为高亮度部分处理。作为消除噪声的方法，在像素数的测量时，将连续的像素数为5以下的低亮度部分排除。或者，也可以将噪声部分涂白。对在图像内显示已知长度的比例尺的像素数进行测量，算出每1像素数的长度。测量孔的像素数，通过将孔的像素数与每1像素数的长度的平方相乘，从而求出孔面积。利用下述式计算出与孔面积相当的圆的直径，作为孔径。孔径为130nm的孔面积为1.3×10⁴(nm²)。

孔径＝(孔面积÷圆周率)^1/2×2

选定孔径为130nm以上的孔，将观察不到该孔的层作为致密层，测定垂直于中空纤维膜的内表面的方向上的致密层的厚度。相对于表面引出垂线，求出从该垂线上的表面直至孔径130nm以上的孔为止的距离中的最短距离(即、离表面最近的孔径130nm以上的孔与表面的距离)。在相同图像中对5个位置进行测定。进而，对5张图像进行同样的测定，计算出合计25组测定数据的平均值，将小数点后第3位四舍五入后的值作为致密层的厚度。

(7)TOF-SIMS测定

将中空纤维膜用单刃切削为半圆筒状，测定中空纤维膜内表面或外表面的3个不同位置。测定样品用超纯水漂洗后，在室温、0.5Torr的条件下干燥10小时，然后供于测定。测定装置和条件如下所述。

测定装置：TOF.SIMS 5(ION-TOF公司制)

1次离子：Bi₃ ⁺⁺

1次离子加速电压：30kV

脉冲宽度：5.9ns

2次离子极性：负

扫描数：64扫描/循环

循环时间：140μs

测定范围：200×200μm²

质量范围(m/z)：0～1500。

由所得质量m/z的谱图，确认在中空纤维膜表面是否存在羧酸离子。但是，相对于总2次离子强度而言的羧酸离子强度为0.4％以下时，判断为噪声，作为不存在羧酸。

(8)X射线电子能谱法(XPS)测定

将中空纤维膜用单刃切削为半圆筒状，测定中空纤维膜内表面或外表面的2个不同位置。测定样品用超纯水漂洗后，在室温、0.5Torr的条件下干燥10小时，然后供于测定。测定装置和条件如下所述。

测定装置：ESCALAB220iXL(VG公司制)

激发X射线：单色Al Kα1,2射线(1486.6eV)

X射线直径：0.15mm

光电子逃逸角度：90°(检测器相对于试样表面的倾斜度)。

C1s的峰由主要源自CHx、C-C、C＝C和C-S的成分、主要源自C-O和CN的成分、源自π-π*卫星峰的成分、源自C＝O的成分、和源自COO的成分这5个成分构成。对以上的5个成分进行峰分割。源自COO的成分是在从CHx、C-C的主峰(285eV附近)起至+4.0～4.2eV处出现的峰。将该各成分的峰面积比的小数点后第2位进行四舍五入，计算出将源自碳的总峰面积作为100(原子数％)时的源自酯基的碳峰的面积百分率。需要说明的是，进行峰分割，如果峰面积百分率为0.4％以下，则作为检测限以下。

(9)显微ATR法

将中空纤维膜用单刃切削为半圆筒状，用超纯水漂洗后，在室温、0.5Torr的条件下干燥10小时，制成表面测定用的试样。将该干燥中空纤维膜的各表面使用JASCO公司制IRT-3000，通过显微ATR法进行测定。测定中，将视野(光圈)设为100μm×100μm，测定范围为3μm×3μm，积分次数30次，纵横各5处进行共计25处测定。关于所得谱图，在波长1549～1620cm^-1内画出基准线，将该基准线与谱图的正部分所包围的部分作为源自聚砜的苯环C＝C的峰面积(A_CC)。同样地，在波长1711～1759cm^-1内画出基准线，将该基准线与谱图的正部分所包围的部分作为源自酯基的峰面积(A_COO)。对于同一中空纤维的3个不同位置进行上述操作而测定，计算出(A_COO)/(A_CC)的平均值。进而，对3根不同的中空纤维进行同样的测定，由各中空纤维膜的(A_COO)/(A_CC)的平均值计算出(A_COO)/(A_CC)的平均值，使用小数点后第3位四舍五入后的值。

(10)抗体回收试验

制备IgG(源自人体血清，Oriental Yeast Co.,Ltd.)2.0g/L的Tris-buffer溶液，作为原液。对于通过上述(1)制作并如各实施例、比较例所述实施了共聚物的涂布后的中空纤维膜组件，在50kPa的施加压力下使10mL上述原液从中空纤维内表面向外表面的方向，或者从中空纤维膜外表面向内表面的方向流动并回收滤液，测定液量。然后，在50kPa的施加压力下使5mL的Tris-buffer溶液在中空纤维膜组件中从中空纤维内表面向外表面，或者从中空纤维膜外表面向内表面的方向流动，并回收洗涤液，测定液量。将IgG的回收率(抗体回收率)通过(滤液与洗涤液中所含的IgG的合计重量)/(原液中所含的IgG的重量)×100％而算出。IgG的重量使用ELISA试剂盒(Funakoshi公司制)测定IgG浓度，并通过IgG浓度乘以液量而算出。使用小数点后第2位四舍五入后的值。

(11)使用葡聚糖的截留分子量测定

对于由(1)制作的中空纤维膜组件，用蒸馏水对中空纤维膜的内侧和外侧洗涤30分钟之后，用于测定。将SIGMA-Aldrich公司制葡聚糖(产品编号：No.31394、No.31388、No.31387、No.31389、No.31397、No.31398、No.95771)和PHARMACOSMOS公司制Dextran T500以各自成为0.5m/mL(溶质整体为4.0mg/mL)的方式溶解于蒸馏水，制备葡聚糖水溶液(原液)。

使该原液流入中空纤维膜的内侧，向中空纤维膜的外侧进行过滤。使原液温度为37℃，并调整流速使原液流量为1.8mL/min、过滤流量为0.36mL/min。分别收集将原液进行通液后的15分钟后至23分钟后的中空纤维膜组件的原液入口溶液、原液出口溶液和滤液，并用细孔径为0.45μm的过滤器进行过滤，将其滤液作为测定样品，使用GPC进行葡聚糖的浓度测定。关于GPC，在如下条件下进行分析：GPC用色谱柱(Tosoh，TSK-gel-GMPW_XL)、色谱柱温度40℃、使用液相色谱用蒸馏水作为流动相，使用GPC系统(Tosoh公司制，HLC-8220GPC)，样品流速1mL/min、参比流速0.5mL/min、样品进样量00μL。作为检测器，使用差示折射率的测定。在样品测定前，使用单分散葡聚糖(SIGMA-Aldrich公司制葡聚糖标准No.31416、No.31417、No.31418、No.31420、No.31422、No.31424、No.49297)，制作葡聚糖的重均分子量的校准曲线。使用该校准曲线进行上述测定，分别对于原液入口溶液、原液出口溶液和滤液，求出葡聚糖的重均分子量和葡聚糖浓度的分布曲线。重均分子量的筛分系数(SC)由原液入口溶液的葡聚糖浓度(Ci)、原液出口溶液的葡聚糖浓度(Co)、滤液的葡聚糖浓度(Cf)通过下述式而算出。

SC＝2Cf/(Ci+Co)

将SC为0.5时的重均分子量作为截留分子量，并将百位以下的数字舍去。

(12)抗体透过性维持率的测定

制备浓度为2.0g/L的IgG(源自人体血清，Oriental Yeast Co.,Ltd.)磷酸缓冲溶液作为原液。对于通过上述(1)制作并如各实施例、比较例所述实施了共聚物的涂布后的中空纤维膜组件，在50kPa的施加压力下使30mL上述原液从中空纤维内表面向外表面的方向，或者从中空纤维膜外表面向内表面的方向流动。此时，以每5mL对滤液进行采样，使用紫外可见光谱法测定抗体原液、初始0～5mL的滤液、最后25～30mL的滤液中波长为280nm的光的吸光度。对于抗体透过性的维持率，将抗体原液的吸光度设为Abs(原液)、初始0～5mL的滤液的吸光度设为Abs(5mL)、最后25～30mL的滤液的吸光度设为Abs(30mL)，通过下述式而算出。

抗体透过性维持率(％)＝[Abs(30mL)/Abs(原液)]/[Abs(5mL)/Abs(原液)]×100。

(13)聚合物的数均分子量的测定

制备水/甲醇＝50/50(体积比)的0.1N LiNO₃溶液，作为GPC展开溶液。在2ml该溶液中溶解2mg共聚物。将100μL该共聚物溶液注入连接了色谱柱(Tosoh GMPW_XL)的GPC中，以流速0.5mL/min进行测定。测定时间为30分钟。检测通过差示折射率(RI)检测器而进行，由溶出时间为15分钟附近处出现的源自共聚物的峰算出数均分子量。数均分子量将百位四舍五入而算出。标准曲线制作中，使用Agilent公司制聚环氧乙烷标准样品(0.1kD～1258kD)。

[实施例1]

将18重量份的聚砜(SOLVAY公司制Udel(注册商标)P-3500)、6重量份的聚乙烯基吡咯烷酮(ASHLAND LCC公司制Povidone(PLASDONE)K29/K32)和3重量份的聚乙烯基吡咯烷酮(ASHLAND LCC公司制Povidone(PLASDONE)K90)加入包含72重量份的N，N-二甲基乙酰胺和1重量份的水的溶剂中，在90℃加热14小时进行溶解，得到制膜原液。将该制膜原液从已调整为40℃的孔型(orifice type)双重圆筒型喷丝头排出，同时，将作为芯液的包含72重量％的N，N-二甲基乙酰胺和28重量％的水的溶液从内侧的管排出。将排出的制膜原液在干式长度为350mm的空间通过后，导入加有水的50℃的凝固浴，得到中空纤维膜。所得中空纤维膜为内径281μm、膜厚52μm，为中空纤维膜内表面侧致密且外表面侧疏松的非对称结构。通过上述(1)的方法制作中空纤维膜组件，通过上述(11)的方法测定葡聚糖截留分子量。根据其结果，选择尺寸小于中空纤维膜内表面的孔径的乙烯基吡咯烷酮/丙酸乙烯基酯无规共聚物(丙酸乙烯基酯单元的摩尔分率为40％，数均分子量为16,500)。将溶解有浓度为50ppm的该共聚物和浓度为200ppm的乙醇的水溶液从中空纤维膜内侧向外侧进行通液，对膜整体进行涂布。接着，照射25kGy的γ射线，得到中空纤维膜组件1。

[实施例2]

除乙烯基吡咯烷酮/丙酸乙烯基酯无规共聚物(丙酸乙烯基酯单元的摩尔分率为40％，数均分子量为16,500)的浓度为200ppm以外，通过与实施例1同样的操作，得到中空纤维膜组件2。

[实施例3]

除涂布溶液中使用的高分子为乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯基酯无规共聚物(BASF公司制“KOLLIDON”(注册商标)VA64)以外，通过与实施例1同样的操作，得到中空纤维膜组件3。

[实施例4]

除将制膜原液从已调整为45℃的孔型双重圆筒型喷丝头排出以外，通过与实施例1同样的操作，得到中空纤维膜。所得中空纤维膜为内径278μm、膜厚50μm，为中空纤维膜内表面侧致密且外表面侧疏松的非对称结构。通过与实施例1同样的操作，得到中空纤维膜组件4。

[比较例1]

除不将乙烯基吡咯烷酮/丙酸乙烯基酯无规共聚物(丙酸乙烯基酯单元的摩尔分率为40％，数均分子量为16,500)的水溶液通液以外，通过与实施例1同样的操作，得到中空纤维膜组件5。

[比较例2]

除使用包含63重量％的N，N-二甲基乙酰胺、37重量％的水的溶液作为芯液以外，通过与实施例1同样的操作，得到中空纤维膜。所得中空纤维膜为内径201μm、膜厚41μm，为中空纤维膜内表面侧致密且外表面侧疏松的非对称结构。通过与实施例1同样的操作，得到中空纤维膜组件6。

[比较例3]

除使用包含74重量％的N，N-二甲基乙酰胺、26重量％的水的溶液作为芯液，并使凝固浴的温度为60℃以外，通过与实施例1同样的操作，得到中空纤维膜。所得中空纤维膜为内径283μm、膜厚48μm，为中空纤维膜内表面侧致密且外表面侧疏松的非对称结构。通过与实施例1同样的操作，得到中空纤维膜组件7。

[实施例5]

将20重量份的聚砜(SOLVAY公司制Udel(注册商标)P-3500)、6重量份的聚乙烯基吡咯烷酮(ASHLAND LCC公司制Povidone(PLASDONE)K29/K32)和3重量份的聚乙烯基吡咯烷酮(ASHLAND LCC公司制Povidone(PLASDONE)K90)加入包含72重量份的N，N-二甲基乙酰胺和1重量份的水的溶剂中，在90℃加热14小时进行溶解，得到制膜原液。将该制膜原液从已调整为40℃的孔型双重圆筒型喷丝头排出，同时，将作为芯液的包含72重量％的N，N-二甲基乙酰胺和28重量％的水的溶液从内侧的管排出。将排出的制膜原液在干式长度为350mm的空间通过后，导入加有水的40℃的凝固浴，得到中空纤维膜。所得中空纤维膜为内径276μm、膜厚52μm，为中空纤维膜内表面侧致密且外表面侧疏松的非对称结构。通过上述(1)的方法制作中空纤维膜组件，通过上述(11)的方法测定葡聚糖截留分子量。根据其结果，选择尺寸小于中空纤维膜内表面的孔径的乙烯基吡咯烷酮/丙酸乙烯基酯无规共聚物(丙酸乙烯基酯单元的摩尔分率为40％，数均分子量为16,500)。将溶解有浓度为200ppm的该共聚物和浓度为1000ppm的乙醇的水溶液从中空纤维膜内侧向外侧进行通液，对膜整体进行涂布。接着，照射25kGy的γ射线，得到中空纤维膜组件8。

各实施例和比较例所得中空纤维膜组件的构成及各种评价结果示于表1、2中。

[表1]

【表1】

[表2]

附图标记说明

A 外表面侧

B 内表面侧

1 筒状的壳体

2 中空纤维膜

3A 集水管

3B 集水管

4A 注入口

4B 注入口

5A 喷嘴

5B 喷嘴

6 灌封材料

7 筒状的壳体

8 中空纤维膜开口部。

Claims

1.多孔质中空纤维膜，其以聚砜系高分子为主成分，所述多孔质中空纤维膜具有内表面侧致密且外表面侧疏松的非对称结构，内表面的孔的短径的平均值为20nm以上且40nm以下，内表面的开孔率为5％以上且30％以下，并且在外表面或内表面中的至少一侧的表面担载有含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子。

2.根据权利要求1所述的多孔质中空纤维膜，其中，不存在孔径为130nm以上的孔的内表面侧的致密层的厚度为1μm以下。

3.根据权利要求1或2所述的多孔质中空纤维膜，其中，所述内表面的孔的长径与短径之比为2以上且6以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的多孔质中空纤维膜，其中，所述多孔质中空纤维膜的膜厚为20μm以上且100μm以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的多孔质中空纤维膜，其中，所述单羧酸乙烯基酯单元为由“-CH(OCO-R)-CH₂-”(R为脂肪族烃基或芳香族烃基)表示的单元。

6.根据权利要求5所述的多孔质中空纤维膜，其中，所述R为碳原子数1～20的脂肪族烃基。

7.根据权利要求6所述的多孔质中空纤维膜，其中，所述单羧酸乙烯基酯单元选自由乙酸乙烯基酯单元、丙酸乙烯基酯单元、丁酸乙烯基酯单元、戊酸乙烯基酯单元、新戊酸乙烯基酯单元和己酸乙烯基酯单元组成的组。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的多孔质中空纤维膜，其中，所述含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子为包含亲水性单元和含单羧酸乙烯基酯单元的疏水性单元的共聚物。

9.根据权利要求8所述的多孔质中空纤维膜，其中，所述亲水性单元为乙烯基吡咯烷酮单元。

10.根据权利要求9所述的多孔质中空纤维膜，其中，所述含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子为包含单羧酸乙烯基酯单元和乙烯基吡咯烷酮单元的共聚物。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的多孔质中空纤维膜，其中，用X射线光电子能谱法对所述多孔质中空纤维膜的外表面或内表面中的至少一个表面进行测定时，将源自碳的总峰面积作为100(原子数％)时，源自酯基的碳峰的面积百分率为0.1(原子数％)以上且25(原子数％)以下。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的多孔质中空纤维膜，其中，用显微红外光谱分析法对所述多孔质中空纤维膜的外表面或内表面中的至少一个表面进行测定时，源自酯基的红外吸收光谱的峰面积(A_COO)与源自聚砜系聚合物的苯环的红外吸收光谱的峰面积(A_CC)之比(A_COO)/(A_CC)的平均值为0.01以上且1以下。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的多孔质中空纤维膜，其中，所述含有单羧酸乙烯基酯单元的高分子的数均分子量为1,000以上且1,000,000以下。

14.多孔质中空纤维膜组件，其在壳体中收纳有权利要求1～13中任一项所述的多孔质中空纤维膜。

15.权利要求1～13中任一项所述的多孔质中空纤维膜或权利要求14所述的多孔质中空纤维膜组件，其用于病毒除去工序。

16.权利要求1～13中任一项所述的多孔质中空纤维膜或权利要求14所述的多孔质中空纤维膜组件，其用于将抗体与产生抗体的细胞分离的工序中。

17.权利要求1～13中任一项所述的多孔质中空纤维膜或权利要求14所述的多孔质中空纤维膜组件，其用于将抗体的凝集物与抗体分离的工序中。

18.纯化系统，其用于从含有细胞及蛋白质的溶液中获得所需的细胞或蛋白质，所述纯化系统具有权利要求1～13中任一项所述的多孔质中空纤维膜和分离膜，所述分离膜具有孔径比所述中空纤维膜小的孔，所述多孔质中空纤维膜和所述分离膜配置成使所述溶液被所述多孔质中空纤维膜和所述分离膜连续地处理。