JP5835659B2 - Porous hollow fiber membrane for protein-containing liquid treatment - Google Patents
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Description
本発明は、タンパク質溶液などの水性流体に含まれる有用回収物質とウィルス等の微粒子を効率良く分離することができるタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜に関する。 The present invention relates to a porous hollow fiber membrane for protein-containing liquid treatment that can efficiently separate a useful recovery substance contained in an aqueous fluid such as a protein solution and fine particles such as viruses.
水性流体の処理を目的とした中空糸膜は、精密濾過、限外濾過などの工業用途や、血液透析、血液濾過、血液透析濾過などの医療用途に広く利用されている。特に近年、バイオ医薬品や血液製剤の製造工程において、有用成分であるタンパク質の溶液からウィルスなどの病原性物質を除去し、安全性を高める技術が求められている。 Hollow fiber membranes intended for the treatment of aqueous fluids are widely used in industrial applications such as microfiltration and ultrafiltration, and medical applications such as hemodialysis, hemofiltration and hemodiafiltration. In particular, in recent years, in the manufacturing process of biopharmaceuticals and blood products, there is a demand for a technique for removing pathogenic substances such as viruses from protein solutions, which are useful components, and improving safety.
非特許文献1によると、血漿分画製剤のウィルス除去・不活化工程に関しては、二つ以上の異なるウィルス不活化および除去工程を取り組むことが望ましいとされている。非特許文献2の記載によれば、目標値としての達成すべきLRVを4程度とする、とある。さらに、非特許文献3では、『特にウィルス除去・不活化工程に関して、本邦では、「血漿分画製剤のウィルスに対する安全性確保に関するガイドラインについて」医薬発第1047号(平成11年8月30日)のなかで、「二つ以上の異なるウィルス不活化及び除去工程について検討することが望ましい」と明記されており、また特定のウィルスに対しては製造工程が持つウィルスクリアランス指数の合計(総ウィルスクリアランス指数)9以上が要求される。』との記載がある。なお、上記LRVとは、非特許文献1で次のように示されているウィルスクリアランス指数Rを意味する。
ウィルスクリアランス指数R=log((V1×T1)/(V2×T2))
V1 工程処理前の容量 T1 工程処理前のウィルス力価
V2 工程処理後の容量 T2 工程処理後のウィルス力価
According to Non-Patent Document 1, regarding the virus removal / inactivation process of the plasma fraction preparation, it is desirable to work on two or more different virus inactivation and removal processes. According to the description of Non-Patent Document 2, the LRV to be achieved as the target value is about 4. Further, in Non-Patent Document 3, “Especially regarding the virus removal / inactivation process in Japan,“ Guidelines for ensuring the safety of plasma fraction preparations against viruses ”, Medicinal Product No. 1047 (August 30, 1999) , It is stated that “it is desirable to consider two or more different virus inactivation and removal processes”, and for a specific virus, the total virus clearance index of the manufacturing process (total virus clearance). An index of 9 or more is required. Is described. The LRV means the virus clearance index R shown in Non-Patent Document 1 as follows.
Virus clearance index R = log ((V1 × T1) / (V2 × T2))
V1 Capacity before process treatment T1 Virus titer before process treatment V2 Capacity after process treatment T2 Virus titer after process treatment
ウィルス除去・不活化法は、加熱処理、ガンマ線や紫外線照射などの光学的処理、低pH処理などの化学処理、エタノール分画法や硫酸アンモニウム分画法などの沈殿分画、膜濾過による除去などがあるが、タンパク質溶液からのウィルス除去では、タンパク質の変性を招くことのない膜濾過法が注目されている。 Virus removal and inactivation methods include heat treatment, optical treatment such as gamma rays and ultraviolet irradiation, chemical treatment such as low pH treatment, precipitation fractionation such as ethanol fractionation and ammonium sulfate fractionation, and removal by membrane filtration. However, membrane removal methods that do not lead to protein denaturation have attracted attention in removing viruses from protein solutions.
一方、バイオ医薬品や血液製剤の製造工程においては、生産性の観点から、有用成分であるタンパク質が効率良く透過して回収されなければならない。ところが、分離除去の対象がパルボウィルスなど小径のウィルスである場合には特に、ウィルスの除去特性と有用タンパク質の透過特性を同時に満足するのは困難であった。 On the other hand, in the manufacturing process of biopharmaceuticals and blood products, proteins that are useful components must be efficiently permeated and recovered from the viewpoint of productivity. However, especially when the target of separation and removal is a small-sized virus such as parvovirus, it has been difficult to satisfy the virus removal characteristics and the permeation characteristics of useful proteins at the same time.
特許文献1では、特定の最大孔径を有し、単量体の占める割合が80wt%以上である3wt%ウシ免疫グロブリンを0.3MPaで定圧濾過した時の、濾過開始時から5分間の平均透過速度(グロブリン透過速度A)と、濾過開始後55分経過時から5分間の平均透過速度(グロブリン透過速度B)と、最大孔径の関係をパラメータ化した親水性微多孔質膜が開示されている。この膜の構成要件は、次のとおりである。
(1)最大孔径10〜100nm
(2)グロブリン透過速度A>0.0015×最大孔径(nm)2.75
(3)グロブリン透過速度B/グロブリン透過速度A>0.2
In Patent Document 1, an average permeation for 5 minutes from the start of filtration when 3 wt% bovine immunoglobulin having a specific maximum pore size and the proportion of the monomer is 80 wt% or more is filtered at a constant pressure of 0.3 MPa. A hydrophilic microporous membrane is disclosed in which the relationship between the rate (globulin permeation rate A), the average permeation rate (globulin permeation rate B) for 5 minutes from the lapse of 55 minutes after the start of filtration, and the maximum pore diameter is parameterized. . The constituent requirements of this film are as follows.
(1) Maximum pore diameter of 10 to 100 nm
(2) Globulin permeation rate A> 0.0015 × maximum pore size (nm) 2.75
(3) Globulin permeation rate B / globulin permeation rate A> 0.2
これらの(1)〜(3)の要件は、ウィルスが効率的に除去され、タンパク溶液の透過量が高いという、タンパク溶液からのウィルス除去を目的とする膜の目標特性を記載したにすぎず、高タンパク透過かつ高ウィルス除去の膜を得るという課題に対して、有用かつ具体的な情報を与えているわけではない。 These requirements (1) to (3) merely describe the target characteristics of the membrane for the purpose of removing viruses from protein solutions, in which viruses are efficiently removed and the permeation amount of protein solutions is high. However, it does not give useful and specific information on the problem of obtaining a membrane with high protein permeability and high virus removal.
(3)について詳細に考察すると、濾過開始55分経過後の透過速度と濾過開始直後の透過速度との比が高値となるだけでは、タンパク溶液の透過速度が経時的に低下しないことと必ずしも一致しない。例えば、濾過時間の経過とともにタンパク溶液の透過速度が徐々に低下しながら、ある時点で膜に欠陥が生じて透過速度が一転して上昇することも考えられる。この場合、結果として濾過開始55分後の透過速度が大きくなり、両者の比が0.2を超えることも考えられる。しかしながら、このような挙動を示す膜が高タンパク透過かつ高ウィルス除去の膜を得るという課題を達成しているとは到底言えない。 Considering in detail about (3), the permeation rate of the protein solution does not necessarily decrease with time if the ratio between the permeation rate after 55 minutes from the start of filtration and the permeation rate immediately after the start of filtration is high. do not do. For example, it is conceivable that the permeation rate of the protein solution gradually decreases as the filtration time elapses, and a defect occurs in the membrane at a certain point, and the permeation rate is reversed. In this case, as a result, the permeation speed 55 minutes after the start of filtration increases, and the ratio of both may exceed 0.2. However, it cannot be said that a membrane exhibiting such a behavior has achieved the problem of obtaining a membrane with high protein permeability and high virus removal.
特許文献1では、開孔率の大きい疎大構造層と、開孔率の小さい緻密層を有する微多孔膜についても開示されているが、そもそもここでは、熱誘起相分離によって均質構造を作りやすいポリフッ化ビニリデン(以下PVDFと略記する)製の中空糸膜について議論されており、例えば、透水性能が高いことなどから血液透析膜の素材として広く使用されているポリスルホン系樹脂などの素材に、この技術をそのまま適用するのは困難である。 Patent Document 1 also discloses a microporous membrane having a sparse structure layer with a high porosity and a dense layer with a low porosity, but here it is easy to make a homogeneous structure by heat-induced phase separation in the first place. A hollow fiber membrane made of polyvinylidene fluoride (hereinafter abbreviated as PVDF) has been discussed. For example, a material such as a polysulfone resin widely used as a material for hemodialysis membranes due to its high water permeability. It is difficult to apply the technology as it is.
特許文献2では、開孔率の大きい疎大構造層と、開孔率の小さい緻密層を有する微多孔膜について開示されているが、ここでも素材として想定されているのはPVDFである。PVDFは物理的強度に優れている反面、疎水性の素材であるためタンパク質等の吸着、膜の汚染や目詰まりが生じやすく、濾過速度が急激に低下してしまう。この好ましくない特性を改善するため、膜への親水性付与が必要となるが、一般的にPVDF素材の膜は製膜後の後処理によって親水性への改質を行わなければならず、親水性高分子とのブレンド状態で製膜することが一般的なポリスルホン系樹脂と比べて、煩雑な製造工程となってしまう短所がある。 Patent Document 2 discloses a microporous film having a sparse structure layer with a high porosity and a dense layer with a low porosity, but PVDF is also assumed as a material here. While PVDF is excellent in physical strength, it is a hydrophobic material, so that protein adsorption, membrane contamination and clogging are likely to occur, and the filtration rate is drastically reduced. In order to improve this unfavorable characteristic, it is necessary to impart hydrophilicity to the membrane. Generally, PVDF material membranes must be modified to hydrophilicity by post-treatment after film formation. As compared with a general polysulfone resin, forming a film in a blended state with a conductive polymer has a disadvantage in that it is a complicated manufacturing process.
特許文献3では、PhiX174に対する少なくとも4.0の初期LRVを有し、表面がヒドロキシアルキルセルロースで親水化されたウィルス保持限外ろ過膜が開示されている。ここで開示された技術では、親水化が特殊な親水性ポリマーによってなされており、汎用性に欠ける。ポリスルホンなどと、ポリビニルピロリドンなどの親水性ポリマーとのブレンドも例示されているが、ヒドロキシアルキルセルロースでの親水化処理は必須である。また、膜は中空糸型も許容されてはいるが、平膜型が想定されており、中空糸膜型を得るための十分な説明はなされていない。 Patent Document 3 discloses a virus-retaining ultrafiltration membrane having an initial LRV of at least 4.0 relative to PhiX174 and having a surface hydrophilized with hydroxyalkylcellulose. In the technique disclosed here, the hydrophilicity is made by a special hydrophilic polymer, and lacks versatility. A blend of polysulfone or the like and a hydrophilic polymer such as polyvinyl pyrrolidone is also exemplified, but hydrophilic treatment with hydroxyalkyl cellulose is essential. Further, although a hollow fiber type is allowed as the membrane, a flat membrane type is assumed, and a sufficient explanation for obtaining the hollow fiber membrane type is not made.
特許文献4では、工業的生産過程において、ウィルスを効果的に除去し、かつ凝集体や夾雑蛋白による除去膜の目詰まり等の濾過の障害が生じないような免疫グロブリン製剤の製造方法が開示されている。ここでは、平均孔径15〜20nmの多孔性膜を用いて免疫グロブリン溶液を濾過処理する工程が包含されており、多孔性膜の素材は、好ましくは再生セルロースが挙げられる、との記載がある。また、図1、図2、図3には、経過時間に対して積算濾液量がほぼ直線的に伸びているグラフが示されている。確かに、実施例1に記載されている再生セルロース製ウィルス除去膜プラノバ20N(旭化成ファーマ(株))を使用して濾過した場合には、このような挙動を示すことも考えられるが、これは非常に親水性の高い再生セルロース素材であることの影響が大きい。事実、疎水性高分子と親水性高分子とから成る合成膜でこのように直線的な濾過挙動を示す膜を得るのは非常に困難であった。セルロース膜は水にぬれた状態での強度が低いため、濾加圧を高く設定することが困難であり、高い透過速度を得ることができないという欠点を持っている。 Patent Document 4 discloses a method for producing an immunoglobulin preparation that effectively removes viruses in industrial production processes and does not cause filtration problems such as clogging of the removal membrane due to aggregates and contaminating proteins. ing. Here, there is a description that a step of filtering an immunoglobulin solution using a porous membrane having an average pore diameter of 15 to 20 nm is included, and the material of the porous membrane is preferably regenerated cellulose. Further, FIGS. 1, 2 and 3 show graphs in which the accumulated filtrate amount extends almost linearly with respect to the elapsed time. Certainly, when filtered using the regenerated cellulose virus-removing membrane Planova 20N (Asahi Kasei Pharma Co., Ltd.) described in Example 1, it may be considered that such behavior is exhibited. The effect of being a regenerated cellulose material having very high hydrophilicity is great. In fact, it has been very difficult to obtain a membrane having such a linear filtration behavior with a synthetic membrane composed of a hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer. Since the cellulose membrane has low strength when wet in water, it is difficult to set the filtration pressure high, and it has a drawback that a high permeation rate cannot be obtained.
特許文献5では、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を有する高分子多孔質中空糸膜、およびこの膜を用いてタンパク質水溶液を濾過するウィルス除去方法が開示されている。ここで開示された膜構造を端的に表現すれば、膜壁の孔径が、膜厚方向で疎−密−疎となる中空糸膜と言える。このような傾斜構造を持ち、特定の平均孔径を有するのが、高効率でウィルスを除去し、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。素材として種々の高分子物質が例示されてはいるが、再生セルロースを用いた技術であり、ここで開示された技術を多くの素材に汎用的に展開することは困難である。また、セルロース素材の欠点は既に述べたとおりである。 In Patent Document 5, a polymer porous hollow fiber having a pore structure in which the in-plane porosity initially decreases as it proceeds from the inner wall surface to the inside of the wall and passes through at least one minimum portion, and then increases again at the outer wall portion. A membrane and a virus removal method using this membrane to filter an aqueous protein solution are disclosed. If the membrane structure disclosed here is simply expressed, it can be said that the pore diameter of the membrane wall is a hollow fiber membrane that is sparse-dense-sparse in the film thickness direction. Having such a tilted structure and having a specific average pore size is said to be suitable for removing proteins with high efficiency and for recovering proteins with high permeability without denaturing the proteins. Although various polymer materials are exemplified as the material, it is a technology using regenerated cellulose, and it is difficult to apply the technology disclosed here to many materials for general use. Further, the disadvantages of the cellulose material are as already described.
特許文献6では、濾過下流側表面がドット状またはスリット状の開孔を有し、濾過上流側表面が網目構造または微粒子集合体構造からなり、膜厚部分の中心領域が実質的に均質な構造からなり、かつ膜厚部分が実質的にマクロボイドを持たない構造からなる多孔質膜が開示されている。この膜構造がウィルスの効率的除去と、タンパク質の効率的透過・回収に好適であるとされているが、実施例でのバクテリオファージφX174のクリアランス指数は、0.1%のBSA添加系溶液における濾過負荷量50L/m2で>5.1という実際のウィルス除去プロセスよりも甘い条件での結果であり、決してウィルスの効率的除去とは言い難いものであった。 In Patent Document 6, the surface on the downstream side of the filtration has a dot-like or slit-like opening, the surface on the upstream side of the filtration has a network structure or a fine particle aggregate structure, and the central region of the film thickness portion is substantially homogeneous And a porous membrane having a structure in which the film thickness portion has substantially no macrovoid is disclosed. This membrane structure is said to be suitable for efficient virus removal and efficient protein permeation / recovery, but the clearance index of bacteriophage φX174 in the examples is 0.1% in the BSA-added system solution. The result was a sweeter condition than the actual virus removal process of> 5.1 at a filtration load of 50 L / m 2 , and it was by no means an efficient virus removal.
本発明は、上述の従来技術の現状に鑑みなされたものであり、その目的は、タンパク質などの有用回収物質が効率良く透過しつつ、同時に、ウィルスなどの除去物質を高いファージクリアランス指数で分離除去することができる多孔質中空糸膜を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional state of the art, and its purpose is to separate and remove a removal substance such as a virus with a high phage clearance index while efficiently transmitting a useful collection substance such as a protein. An object of the present invention is to provide a porous hollow fiber membrane that can be used.
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、特定のサイズのウィルス等の微粒子を捕捉でき、それより小さい有用物質を透過できる特定の膜厚部分の構成を見出し、本発明の完成に至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found a structure of a specific film thickness part capable of capturing fine particles such as viruses of a specific size and permeating smaller useful substances, and the present invention. It was completed.
即ち、本発明は、以下の(1)〜(10)の構成を有するものである。
(1)疎水性高分子と親水性高分子を含んでなり、粒子径20nmの金コロイド粒子を定圧濾過した時、膜厚部分の内周近傍と外周近傍に捕捉層を有し、膜厚部分が内周近傍から外周近傍にかけて密−疎−密な構造からなること、及び粒子径10nmの金コロイド粒子を定圧濾過した時、膜厚部分に金コロイドが捕捉されないことを特徴とするタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
(2)前記内周近傍および外周近傍に存在する捕捉層の厚みが、1〜15μmであることを特徴とする(1)に記載のタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
(3)前記内周近傍および外周近傍が、それぞれ中空糸膜の内表面および外表面から膜厚の30%までの範囲を指すことを特徴とする(1)に記載のタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
(4)前記内周近傍および外周近傍が、それぞれ中空糸膜の内表面および外表面から膜厚の1〜30%の範囲を指すことを特徴とする(3)に記載のタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
(5)前記内周近傍および外周近傍に存在する捕捉層の孔径が、10〜40nmであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
(6)内径が150〜400μm、膜厚が50〜100μmであることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載のタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
(7)疎水性高分子がポリスルホン系高分子であることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載のタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
(8)親水性高分子がポリビニルピロリドンであることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載のタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
(9)タンパク質溶液からウィルスを分離するために使用される膜であることを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載のタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
(10)純水の透過速度が10〜400L/(h・m2・bar)であることを特徴とする(1)〜(9)のいずれかに記載のタンパク質含有液処理用多孔質中空糸膜。
That is, the present invention has the following configurations (1) to (10).
(1) When a colloidal gold particle comprising a hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer and having a particle diameter of 20 nm is subjected to constant pressure filtration, it has a trapping layer in the vicinity of the inner periphery and the outer periphery of the film thickness portion. Has a dense-sparse-dense structure from the inner periphery to the outer periphery, and when colloidal gold colloidal particles having a particle diameter of 10 nm are filtered under constant pressure, the colloidal gold is not trapped in the film thickness portion. Porous hollow fiber membrane for processing.
(2) The porous hollow fiber membrane for protein-containing liquid treatment as described in (1), wherein the thickness of the capturing layer existing in the vicinity of the inner periphery and in the vicinity of the outer periphery is 1 to 15 μm.
(3) The porous for protein-containing liquid treatment according to (1), wherein the vicinity of the inner periphery and the vicinity of the outer periphery refer to ranges from the inner surface and the outer surface of the hollow fiber membrane to 30% of the film thickness, respectively. Hollow fiber membrane.
(4) The vicinity of the inner periphery and the vicinity of the outer periphery refer to a range of 1 to 30% of the film thickness from the inner surface and the outer surface of the hollow fiber membrane, respectively. Porous hollow fiber membrane.
(5) The porous hollow for protein-containing liquid treatment according to any one of (1) to (4), wherein the pore diameter of the capturing layer existing in the vicinity of the inner periphery and in the vicinity of the outer periphery is 10 to 40 nm. Yarn membrane.
(6) The porous hollow fiber membrane for protein-containing liquid treatment according to any one of (1) to (5), wherein the inner diameter is 150 to 400 μm and the film thickness is 50 to 100 μm.
(7) The porous hollow fiber membrane for protein-containing liquid treatment according to any one of (1) to (6), wherein the hydrophobic polymer is a polysulfone polymer.
(8) The porous hollow fiber membrane for protein-containing liquid treatment according to any one of (1) to (7), wherein the hydrophilic polymer is polyvinylpyrrolidone.
(9) The porous hollow fiber membrane for protein-containing liquid treatment according to any one of (1) to (8), which is a membrane used for separating a virus from a protein solution.
(10) The porous hollow fiber for protein-containing liquid treatment according to any one of (1) to (9), wherein the permeation rate of pure water is 10 to 400 L / (h · m 2 · bar) film.
本発明の多孔質中空糸膜は、タンパク質などの有用回収物質が効率良く透過しつつ、同時に、ウィルスなどの除去物質を高いファージクリアランス指数で分離除去することができることから、バイオ医薬品や血液製剤の製造工程において、有用成分であるタンパク質の溶液からウィルスなどの病原性物質を除去するための膜として好適に利用することができる。 The porous hollow fiber membrane of the present invention allows a useful recovery substance such as a protein to permeate efficiently, and at the same time, removes a removal substance such as a virus with a high phage clearance index. In the production process, it can be suitably used as a membrane for removing pathogenic substances such as viruses from a solution of proteins that are useful components.
タンパク質などの有用回収物質が効率良く透過しつつ、同時に、ウィルスなどの除去物質を高いファージクリアランス指数で分離除去するためには、膜構造の設計が重要である。特に、分離除去の対象がパルボウィルスなど小径のウィルスである場合には、有用タンパク質と同じ分子サイズレベルであるため、これらを効率良く分離することが必要である。 Design of a membrane structure is important in order to separate and remove a removal substance such as a virus with a high phage clearance index while a useful collection substance such as a protein efficiently permeates. In particular, when the target of separation and removal is a small-sized virus such as a parvovirus, it is necessary to efficiently separate these because they are at the same molecular size level as useful proteins.
まず、基本的な要件としてバイオ医薬品や血液製剤の製造工程における濾過圧の最低レベル1Barに耐え得る耐圧強度が必要である。このためには、膜構造として、大きなボイドや欠陥部を持たずに、均一で且つある程度の厚みが必要になる。 First, as a basic requirement, a pressure strength that can withstand the lowest filtration pressure level 1 Bar in the manufacturing process of biopharmaceuticals and blood products is required. For this purpose, the film structure needs to have a uniform and certain thickness without having a large void or defect.
次に、ウィルス除去膜としての高いファージクリアランスを達成するには、直径20〜30nmのウィルスの透過を阻止し、同時にサイズのあまり変わらない直径10nm程度の有用タンパク質(免疫グロブリンなど)を透過させる必要がある。このためには、膜の構造として、極めて分画性の高い緻密な層が必要になる。また、この緻密な層は膜全体のファージクリアランスを向上させる狙いから、膜厚部において複数存在した方が良い。 Next, in order to achieve high phage clearance as a virus removal membrane, it is necessary to block the transmission of viruses with a diameter of 20 to 30 nm, and at the same time to pass through useful proteins (such as immunoglobulins) with a diameter of about 10 nm that do not change much in size. There is. For this purpose, a dense layer with extremely high fractionation is required as the film structure. In addition, it is preferable that a plurality of dense layers exist in the film thickness portion in order to improve the phage clearance of the entire film.
さらに、有用タンパク質を効率良く透過させる必要がある。このためには、膜の構造として、ウィルスを阻止する緻密な部分以外はある程度疎な構造で、しかしながら大きなボイドのような欠陥を持たないことが好ましい。 Furthermore, it is necessary to efficiently permeate useful proteins. For this purpose, it is preferable that the film has a structure that is somewhat sparse except for a dense part that prevents viruses, but does not have a large void-like defect.
以上の知見から、本発明者は、ウィルス除去膜として、膜厚部分の内周近傍と外周近傍にウィルスの捕捉層を有し、膜厚部分が内周近傍から外周近傍にかけて密−疎−密な構造をとることが必要であることを見出した。 From the above knowledge, the present inventor has a virus trapping layer in the vicinity of the inner periphery and the outer periphery of the film thickness portion as the virus removal film, and the film thickness portion is dense-sparse-dense from the inner periphery to the outer periphery. I found that it was necessary to take a simple structure.
具体的に、本発明の膜構造について、図を用いて説明する。
本発明の多孔質中空糸膜は、粒子径20nmの金コロイド粒子を定圧濾過した時、膜断面の濾過方向に対して、中空糸膜の内周近傍と外周近傍に2つの捕捉層が存在すること、及び粒子径10nmの金コロイド粒子を定圧濾過した時、膜厚部分に金コロイドが捕捉されないことを特徴とする。「2つの捕捉層」とは、内周近傍と外周近傍のそれぞれに金コロイドを捕捉する層があることを意味する。具体的には、図1にあるような構造が「2つの捕捉層を持つ構造」である。
Specifically, the film structure of the present invention will be described with reference to the drawings.
The porous hollow fiber membrane of the present invention has two trapping layers in the vicinity of the inner periphery and the outer periphery of the hollow fiber membrane with respect to the filtration direction of the membrane cross section when colloidal gold particles having a particle diameter of 20 nm are filtered at constant pressure. In addition, when colloidal gold particles having a particle diameter of 10 nm are filtered under constant pressure, the colloidal gold is not trapped in the film thickness portion. “Two capture layers” means that there are layers for capturing colloidal gold in the vicinity of the inner periphery and the vicinity of the outer periphery. Specifically, the structure as shown in FIG. 1 is a “structure having two acquisition layers”.
ここで内周近傍および外周近傍は、図12に示すように、それぞれ中空糸膜の内表面および外表面から膜厚の30%までの範囲、特に1〜30%の範囲を指す。例えば、膜厚が100μmである場合、内周近傍は内表面から深さ30μmまでの範囲となる。捕捉層が疎な構造を挟んで、内周近傍と外周近傍にそれぞれ1つずつ存在することは、ウィルス阻止と有用タンパク質の透過を両立するために重要である。例えば、内周近傍または外周近傍またはそれ以外の領域に2つの捕捉層が存在するなど、捕捉層同士が近接しすぎると、密な捕捉層が連続するような膜構造になり、有用タンパク質の透過にとって大きな抵抗となる。また、内周近傍及び外周近傍の捕捉層の厚みは1〜15μmであることが好ましい。厚みが1μm未満では、ウィルスの捕捉機能を十分に持てず、15μmを越えると、膜の透過特性の低下を招くおそれがある。 Here, the vicinity of the inner periphery and the vicinity of the outer periphery refer to a range of 30% of the film thickness from the inner surface and the outer surface of the hollow fiber membrane, respectively, particularly a range of 1 to 30%, as shown in FIG. For example, when the film thickness is 100 μm, the vicinity of the inner periphery ranges from the inner surface to a depth of 30 μm. It is important to have one each in the vicinity of the inner periphery and the periphery of the outer periphery of the structure where the trapping layer is sparse, in order to achieve both virus prevention and penetration of useful proteins. For example, if two capture layers exist in the vicinity of the inner periphery, the vicinity of the outer periphery, or other regions, if the capture layers are too close to each other, a membrane structure in which a dense capture layer is continuous is formed, and the permeation of useful proteins It ’s a big resistance for me. Moreover, it is preferable that the thickness of the acquisition layer of inner periphery vicinity and outer periphery vicinity is 1-15 micrometers. If the thickness is less than 1 μm, the virus capturing function cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 15 μm, the permeability of the membrane may be deteriorated.
本発明において、金コロイドを捕捉テストに用いる理由は、金コロイドと小径ウィルスの特性が非常に似通っているからである。ともに、剛直な球状体であり、20nmの粒子径の金コロイド粒子は、小径ウィルスのサイズ20〜30nmに極めて近い。従って、本発明の多孔質中空糸膜に20nmの粒子径の金コロイド粒子の捕捉層が2つあるということは、小径ウィルスの捕捉層が2つあることを意味する。これは、例えば1つの捕捉層での小径ウィルスの除去率が99.9%とした場合、捕捉層が2つあれば除去率は99.9999%まで高めることができ、膜全体としてウィルス除去能を向上することができる。また、本発明の多孔質中空糸膜に10nmの粒子径の金コロイド粒子が捕捉されないということは、直径10nm程度の有用タンパク質が透過されることを意味する。本発明では、これらの条件により、小径ウィルスと有用タンパク質の効率的な分離が可能となる。 In the present invention, the reason why the colloidal gold is used for the capture test is that the properties of the colloidal gold and the small-diameter virus are very similar. Both are rigid spheroids, and gold colloidal particles with a particle size of 20 nm are very close to the size of a small virus of 20 to 30 nm. Therefore, the fact that the porous hollow fiber membrane of the present invention has two capture layers of colloidal gold particles having a particle diameter of 20 nm means that there are two capture layers of small-diameter viruses. For example, when the removal rate of small-diameter virus in one capture layer is 99.9%, if there are two capture layers, the removal rate can be increased to 99.9999%. Can be improved. Moreover, the fact that gold colloidal particles having a particle diameter of 10 nm are not captured by the porous hollow fiber membrane of the present invention means that useful proteins having a diameter of about 10 nm are permeated. In the present invention, these conditions enable efficient separation of small-diameter viruses and useful proteins.
一方、図2は、粒子径20nmの金コロイド粒子を定圧濾過した時、外周近傍にしか金コロイドで染まった捕捉層が存在しない例を示す。これは、本発明においては好ましくない構造である。 On the other hand, FIG. 2 shows an example in which when a colloidal gold particle having a particle diameter of 20 nm is subjected to constant pressure filtration, a capturing layer dyed with colloidal gold exists only in the vicinity of the outer periphery. This is an unfavorable structure in the present invention.
また、本発明の多孔質中空糸膜は、図3に示すように、膜厚部分が内周近傍から外周近傍にかけて密−疎−密な構造からなる。具体的には、透過型電子顕微鏡画像では、膜厚部分は、図4のような内周近傍、図6のような外周近傍、図5のようなそれらの間の中央部の構造をとる。図の黒色部もしくは灰色部はポリマー部分を示し、白色部が膜孔による空隙を示している。膜厚の内周近傍、外周近傍は、画像全体に占める黒色部、灰色部の領域が多い「密な構造」であり、これがいわゆる「小型ウィルスの捕捉層」になっている。一方、膜厚の中央部は内周近傍、外周近傍に比べてポリマー部分が少ない「疎な構造」であり、有用タンパク質の透過性の向上及び膜全体の強度を保持する役割を担っている。 Further, as shown in FIG. 3, the porous hollow fiber membrane of the present invention has a dense-sparse-dense structure in which the film thickness portion extends from the vicinity of the inner periphery to the vicinity of the outer periphery. Specifically, in the transmission electron microscope image, the film thickness portion has a structure in the vicinity of the inner periphery as shown in FIG. 4, the vicinity of the outer periphery as shown in FIG. 6, and the central portion between them as shown in FIG. 5. The black part or the gray part in the figure indicates a polymer part, and the white part indicates a void due to a membrane hole. In the vicinity of the inner periphery and the outer periphery of the film thickness, there is a “dense structure” in which there are many black and gray regions in the entire image, and this is a so-called “small virus capturing layer”. On the other hand, the central part of the film thickness is a “sparse structure” in which the polymer part is smaller than the vicinity of the inner periphery and the vicinity of the outer periphery, and plays a role of improving the permeability of useful proteins and maintaining the strength of the entire film.
また、本発明の多孔質中空糸膜は、少なくとも中間層にマクロボイドを持たないことが好ましい。「マクロボイドを持たない」とは、膜厚部分の、異なる領域を5視野撮影したSEM像(1000倍)を目視で観察したとき、いずれの視野においても、均質な膜厚部分の構造と比較して明らかに円状または楕円状または雫型状に膜の実部分が欠落した空孔領域、すなわちマクロボイドが観察されないことを意味する。マクロボイドの存在は、中空糸膜全体の強度低下を導き、ひいては捕捉部の欠陥も招きかねないリスクがあり、好ましくない。 Moreover, it is preferable that the porous hollow fiber membrane of the present invention does not have macrovoids at least in the intermediate layer. “No macro voids” means that when a SEM image (1000x) of five different areas of the film thickness is observed with the naked eye, it is compared with the structure of the uniform film thickness in any field of view. Clearly, this means that a void region where a real part of the film is missing in a circular shape, an elliptical shape or a saddle shape, that is, a macro void is not observed. The presence of macrovoids is not preferable because it leads to a decrease in the strength of the entire hollow fiber membrane, which in turn may lead to defects in the capturing part.
本発明の多孔質中空糸膜は、疎水性高分子と親水性高分子を含んで構成される。疎水性高分子としては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリスルホン(以下PSfと略記する)、ポリエーテルスルホン(以下PESと略記する)、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、PVDFなどが例示される。中でも、下記の式[I]、式[II]で示される繰返し単位を有するPSf、PESなどのポリスルホン系高分子は高い透水性の膜を得るのに有利であり、好ましい。ここで言うポリスルホン系高分子は、官能基やアルキル基などの置換基を含んでいてもよく、炭化水素骨格の水素原子はハロゲンなど他の原子や置換基で置換されていてもよい。また、これらは単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。ここで、ポリスルホン系高分子は高分子量のものが好ましい。分子量が低いと中空糸膜製膜時に均質な構造が形成されず、ファージクリアランスが低下してしまう。具体的には、ポリエーテルスルホンの場合、還元粘度が0.49以上、好ましくは0.50以上、より好ましくは0.51以上である。還元粘度は大きい方が好ましいが、実質的に市販されているポリエーテルスルホン系高分子の還元粘度上限は0.60レベルである。ポリエーテルスルホンの場合、通常の分離膜は、還元粘度が0.47以下のポリマーを用いることが多い。 The porous hollow fiber membrane of the present invention comprises a hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer. Examples of the hydrophobic polymer include polyester, polycarbonate, polyurethane, polyamide, polysulfone (hereinafter abbreviated as PSf), polyethersulfone (hereinafter abbreviated as PES), polymethyl methacrylate, polypropylene, polyethylene, PVDF, and the like. The Among them, polysulfone polymers such as PSf and PES having repeating units represented by the following formulas [I] and [II] are advantageous and preferable for obtaining a highly water-permeable membrane. The polysulfone polymer referred to here may contain a substituent such as a functional group or an alkyl group, and the hydrogen atom of the hydrocarbon skeleton may be substituted with another atom such as halogen or a substituent. These may be used alone or in combination of two or more. Here, the polysulfone polymer preferably has a high molecular weight. When the molecular weight is low, a homogeneous structure is not formed at the time of forming the hollow fiber membrane, and the phage clearance is lowered. Specifically, in the case of polyethersulfone, the reduced viscosity is 0.49 or more, preferably 0.50 or more, more preferably 0.51 or more. Although it is preferable that the reduced viscosity is large, the upper limit of the reduced viscosity of a commercially available polyethersulfone polymer is about 0.60. In the case of polyethersulfone, a normal separation membrane often uses a polymer having a reduced viscosity of 0.47 or less.
親水性高分子としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン(以下PVPと略記する)、カルボキシメチルセルロース、デンプンなどの高分子炭水化物などが例示される。中でも、ポリスルホン系高分子との相溶性、水性流体処理膜としての使用実績から、PVPが好ましい。これらは単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。PVPの分子量としては、K値として17〜120のものが好ましく用いられる。具体的には、例えば、BASF社より市販されているLuvitec(商品名)K17、K30、K60、K80、K85、K90などが好ましく、Luvitec(商品名)K80、K85、K90などがより好ましい。 Examples of the hydrophilic polymer include high molecular carbohydrates such as polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone (hereinafter abbreviated as PVP), carboxymethyl cellulose, and starch. Among these, PVP is preferable from the viewpoint of compatibility with the polysulfone polymer and its use as an aqueous fluid treatment membrane. These may be used alone or in admixture of two or more. As the molecular weight of PVP, those having a K value of 17 to 120 are preferably used. Specifically, for example, Luvitec (trade names) K17, K30, K60, K80, K85, K90 and the like commercially available from BASF are preferable, and Luvitec (trade names) K80, K85, K90 and the like are more preferable.
本発明の多孔質中空糸膜は、純水の透過速度(以下純水Fluxと略記する)が10〜400L/(h・m2・bar)であることが好ましい。より好ましくは、50〜300L/(h・m2・bar)である。純水Fluxは、多孔質膜の孔径を示す目安となる。純水Fluxが上記の数値よりも小さいと、孔径が過度に小さくなり、効率良くタンパク質を透過させるのが困難になるおそれがある。また、透水量が小さいので濾液回収の効率が低下するおそれがある。純水Fluxが上記の数値よりも大きいと、孔径が過度に大きくなり、ウィルスなどの除去物質を効率良く分離除去するのが困難になるおそれがある。 The porous hollow fiber membrane of the present invention preferably has a pure water permeation rate (hereinafter abbreviated as pure water flux) of 10 to 400 L / (h · m 2 · bar). More preferably, it is 50-300L / (h * m < 2 > * bar). The pure water flux is a standard indicating the pore diameter of the porous membrane. If the pure water flux is smaller than the above numerical value, the pore diameter becomes excessively small, and it may be difficult to efficiently permeate the protein. Moreover, since the amount of water permeation is small, the efficiency of filtrate recovery may be reduced. If the pure water flux is larger than the above numerical value, the pore diameter becomes excessively large, and it may be difficult to efficiently remove and remove a removal substance such as a virus.
本発明の多孔質中空糸膜では、濾液に回収されるべき成分であるタンパク質に対しては、濾過プロセスを通じて高い透過率を示すことが好ましい。どの程度の透過率が必要であるかは、タンパク質の用途、種類、濃度などにより一概に決定することは困難であるが、本発明においては95%以上であることが好ましい。95%を下回ると、濾過によるタンパク質ロスが大きくなり、生産性が低下することとなる。透過率は時間とともに低下する可能性があること、透過率は濾過プロセス全体を通じて常に95%以上であることが好ましいことを考慮し、透過率の保持率は95%以上であることが好ましい。 In the porous hollow fiber membrane of the present invention, it is preferable that the protein, which is a component to be recovered in the filtrate, exhibits high permeability through the filtration process. It is difficult to determine what degree of transmittance is required depending on the use, type, concentration, etc. of the protein, but it is preferably 95% or more in the present invention. If it is less than 95%, protein loss due to filtration will increase and productivity will decrease. Considering that the transmittance may decrease over time, and that the transmittance is preferably at least 95% throughout the entire filtration process, the transmittance retention is preferably at least 95%.
また、タンパク質の実際の濾過プロセスにおいては、最大50〜200L/m2程度の濾過を実施するが、特に濾過開始から初期までの濾過速度が早い膜が好まれる。本発明の中空糸膜のタンパク質の濾過性試験においては、30L/m2濾過するまでにかかる時間をその指標とした。その理由は、単位膜面積に対するタンパク質溶液の濾過量が30L/m2より少ないと膜の実際のプロセスを考慮した時に過小評価になるリスクがあり、一方30L/m2より多いと実験レベルのミニモジュールを用いたとしても調製するタンパク質溶液が膨大となり、現実的でない。以上の点から膜のタンパク質の透過性評価の指標として30L/m2濾過するまでにかかる時間を選択した。 In the actual protein filtration process, filtration is performed at a maximum of about 50 to 200 L / m 2 , and a membrane having a high filtration rate from the start of filtration to the initial stage is particularly preferred. In the protein filterability test of the hollow fiber membrane of the present invention, the time taken for 30 L / m 2 filtration was used as the index. The reason is that if the filtration amount of the protein solution per unit membrane area is less than 30 L / m 2 , there is a risk of underestimation when considering the actual process of the membrane, while if it exceeds 30 L / m 2 , the experimental level mini Even if a module is used, the protein solution to be prepared becomes enormous, which is not realistic. From the above points, the time required for 30 L / m 2 filtration was selected as an index for evaluating the permeability of protein in the membrane.
本発明では、タンパク質溶液として0.25%免疫グロブリン溶液をデッドエンドで120分以上にわたり1.0barで定圧濾過し、膜の濾過実験を実施した。この時使用される免疫グロブリンは、入手の容易さ、品質の安定性から、静脈注射用免疫グロブリン製剤(以下IVIGと呼称する)を使用するのが好ましい。通常IVIGは5%程度の濃度の溶液、あるいは、凍結乾燥成分を溶解し5%程度の濃度の溶液を得られるキットとして供給されることが多いが、本発明ではモノクローナル抗体医薬の生産時の濃度0.1〜0.5%を考慮して、原液5%を希釈して0.25%として使用した。 In the present invention, a 0.25% immunoglobulin solution as a protein solution was filtered at a constant pressure of 1.0 bar over 120 minutes in a dead end, and a membrane filtration experiment was performed. The immunoglobulin used at this time is preferably an intravenous immunoglobulin preparation (hereinafter referred to as IVIG) from the viewpoint of availability and stability of quality. In general, IVIG is often supplied as a solution having a concentration of about 5% or a kit that can dissolve a lyophilized component to obtain a solution having a concentration of about 5%. Considering 0.1 to 0.5%, 5% of the stock solution was diluted and used as 0.25%.
本発明において、免疫グロブリン溶液の透過率と30L/m2の濾過時間を求めるための濾過実験は、次の測定条件により求めた。液温は25℃に調整した。
(1)IVIGをPBSで0.25%となるよう希釈し、pHを6.8に調整した。
(2)乾燥状態の中空糸膜にこの溶液を導入し、1.0barの濾過圧で、120分にわたって定圧濾過した。
(3)濾過開始から終了まで、20分、40分、60分、80分、100分、120分のポイントで濾過時間、濾液回収量を記録した。
In this invention, the filtration experiment for calculating | requiring the transmittance | permeability of an immunoglobulin solution and 30 L / m < 2 > filtration time was calculated | required on the following measuring conditions. The liquid temperature was adjusted to 25 ° C.
(1) IVIG was diluted to 0.25% with PBS, and the pH was adjusted to 6.8.
(2) The solution was introduced into the hollow fiber membrane in a dry state, and filtered at a constant pressure of 1.0 bar over 120 minutes.
(3) From the start to the end of filtration, the filtration time and the filtrate recovery amount were recorded at points of 20 minutes, 40 minutes, 60 minutes, 80 minutes, 100 minutes, and 120 minutes.
本発明の多孔質中空糸膜は、濾過上流側面が中空糸膜内腔側であっても、中空糸膜外壁側であってもよいが、濾過を実施する際に付与する圧力に対する耐久性から、中空糸膜内腔側を濾過上流側面とし、内側から外側に向けて濾過するのが好ましい。 In the porous hollow fiber membrane of the present invention, the upstream side surface of the filtration may be the hollow fiber membrane lumen side or the outer side of the hollow fiber membrane, but from the durability against the pressure applied when the filtration is performed. The hollow fiber membrane lumen side is preferably the upstream side of filtration, and filtration is preferably performed from the inside toward the outside.
本発明の多孔質中空糸膜の内径は150〜400μmが好ましく、より好ましくは170〜350μmであり、180〜300μmがさらに好ましい。また、膜厚は50〜100μmが好ましく、より好ましくは50〜90μmであり、55〜80μmがさらに好ましい。内径が上記範囲より小さいと、内側から外側に向けて濾過した場合、通液による圧力損失が大きくなり、中空糸膜の長さ方向で濾過圧が不均一になることがある。また、不純物や凝集成分が多く含まれる被処理液を導入した場合、被処理液中の成分により内腔の閉塞などが生じる可能性がある。内径が上記範囲より大きいと、中空糸膜のつぶれ、ゆがみなどを生じやすくなる。膜厚が上記範囲よりも小さいと、中空糸膜のつぶれ、ゆがみなどを生じやすくなる。膜厚が上記範囲より大きいと、被処理液が膜壁を通過する際の抵抗が大きくなり、透過性が低下することがある。 The inner diameter of the porous hollow fiber membrane of the present invention is preferably 150 to 400 μm, more preferably 170 to 350 μm, and further preferably 180 to 300 μm. The film thickness is preferably 50 to 100 μm, more preferably 50 to 90 μm, and further preferably 55 to 80 μm. When the inner diameter is smaller than the above range, when filtration is performed from the inside to the outside, the pressure loss due to liquid passage increases, and the filtration pressure may become non-uniform in the length direction of the hollow fiber membrane. In addition, when a liquid to be processed containing a large amount of impurities and agglomerated components is introduced, a lumen in the liquid may be blocked due to components in the liquid to be processed. When the inner diameter is larger than the above range, the hollow fiber membrane is liable to be crushed or distorted. When the film thickness is smaller than the above range, the hollow fiber membrane tends to be crushed or distorted. When the film thickness is larger than the above range, the resistance when the liquid to be treated passes through the film wall increases, and the permeability may decrease.
本発明の多孔質中空糸膜は、バクテリオファージクリアランス指数(LRV)が、4以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましい。このような特性を有することによって、タンパク質含有液からのウィルス除去用途に好ましく適用することができる。ここで言うバクテリオファージは、PP7、φX174など20〜30nmの径を有するバクテリオファージであることが好ましく、宿主細菌の取り扱いの簡便性から、φX174であることがより好ましい。 The porous hollow fiber membrane of the present invention preferably has a bacteriophage clearance index (LRV) of 4 or more, more preferably 5 or more. By having such characteristics, it can be preferably applied to virus removal from protein-containing liquids. The bacteriophage referred to here is preferably a bacteriophage having a diameter of 20 to 30 nm, such as PP7, φX174, and more preferably φX174 from the viewpoint of easy handling of host bacteria.
バクテリオファージクリアランス指数の測定時の濾過負荷量の設定にも留意が必要である。一般的に、膜に対する濾過負荷量が増えれば増えるほど膜が破過を起こし、ファージが漏れるリスクが増える。濾過負荷量が多いほど厳しい条件の評価になる。実際のバイオ医薬のプロセスにおいては、50〜200L/m2程度の濾過を実施するため、バクテリオファージクリアランス測定時にも、これ以上の濾過負荷量をかけてやることが好ましい。本発明では、この点を考慮してバクテリオファージクリアランス測定時の濾過負荷量は300L/m2とした。 Care should also be taken in setting the filtration load when measuring the bacteriophage clearance index. Generally, the greater the filtration load on the membrane, the greater the risk that the membrane will break through and the phage will leak. The more filtration load, the more severe the evaluation. In an actual biopharmaceutical process, filtration of about 50 to 200 L / m 2 is performed, and therefore it is preferable to apply a filtration load higher than this even when measuring bacteriophage clearance. In the present invention, considering this point, the filtration load at the time of bacteriophage clearance measurement is set to 300 L / m 2 .
本発明の多孔質中空糸膜の製造方法は、従来公知の方法を適宜採用することができるが、例えば疎水性高分子、親水性高分子、溶媒、非溶媒を混合溶解し、脱泡したものを製膜溶液として芯液とともに二重管ノズルの環状部、中心部から同時に吐出し、空走部(エアギャップ部)を経て凝固浴中に導いて中空糸膜を形成し(乾湿式紡糸法)、水洗後巻き取り、乾燥する方法が採用できる。 As the method for producing the porous hollow fiber membrane of the present invention, a conventionally known method can be appropriately employed. For example, a hydrophobic polymer, a hydrophilic polymer, a solvent, and a non-solvent are mixed and dissolved, and defoamed. Is simultaneously discharged from the annular part and center part of the double-tube nozzle together with the core liquid as a film-forming solution, and led to the coagulation bath through the idle part (air gap part) to form a hollow fiber membrane (dry wet spinning method) ), A method of winding and drying after washing with water.
製膜溶液に使用される溶媒は、N−メチル−2−ピロリドン(以下NMPと略記する)、N,N−ジメチルホルムアミド(以下DMFと略記する)、N,N−ジメチルアセトアミド(以下DMAcと略記する)、ジメチルスルホキシド(以下DMSOと略記する)、ε−カプロラクタムなど、使用される疎水性高分子、親水性高分子の良溶媒であれば広く使用することが可能であるが、疎水性高分子としてPSf、PESなどのポリスルホン系高分子を使用する場合には、NMP、DMF、DMAcなどのアミド系アプロティック溶媒が好ましく、NMPが特に好ましい。なお、本発明においてアミド系溶媒とは、構造中にN−C(=O)のアミド結合を含有する溶媒を意味し、アプロティック溶媒とは、構造中において炭素原子以外のヘテロ原子に直接結合した水素原子を含有していない溶媒を意味する。 Solvents used in the film-forming solution are N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP), N, N-dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF), N, N-dimethylacetamide (hereinafter abbreviated as DMAc). ), Dimethyl sulfoxide (hereinafter abbreviated as DMSO), ε-caprolactam, etc., can be widely used as long as they are good solvents for hydrophobic polymers and hydrophilic polymers. When a polysulfone polymer such as PSf or PES is used, an amide aprotic solvent such as NMP, DMF, or DMAc is preferable, and NMP is particularly preferable. In the present invention, the amide solvent means a solvent containing an N—C (═O) amide bond in the structure, and the aprotic solvent is directly bonded to a hetero atom other than a carbon atom in the structure. Means a solvent containing no hydrogen atom.
また、製膜溶液には非溶媒を添加するのが好ましい。使用される非溶媒としては、例えば、エチレングリコール(以下EGと略記する)、プロピレングリコール(以下PGと略記する)、ジエチレングリコール(以下DEGと略記する)、トリエチレングリコール(以下TEGと略記する)、ポリエチレングリコール(以下PEGと略記する)、グリセリン、水などが例示されるが、疎水性高分子としてPSf、PESなどのポリスルホン系高分子、親水性高分子としてPVPを使用する場合には、DEG、TEG、PEGなどのエーテルポリオールが好ましく、TEGが特に好ましい。なお、本発明においてエーテルポリオールとは、構造中に少なくとも一つのエーテル結合と、二つ以上の水酸基を有する物質を意味する。 Further, it is preferable to add a non-solvent to the film forming solution. Examples of the non-solvent used include ethylene glycol (hereinafter abbreviated as EG), propylene glycol (hereinafter abbreviated as PG), diethylene glycol (hereinafter abbreviated as DEG), triethylene glycol (hereinafter abbreviated as TEG), Examples include polyethylene glycol (hereinafter abbreviated as PEG), glycerin, water, and the like. When a polysulfone polymer such as PSf or PES is used as the hydrophobic polymer and PVP is used as the hydrophilic polymer, DEG, Ether polyols such as TEG and PEG are preferred, and TEG is particularly preferred. In the present invention, the ether polyol means a substance having at least one ether bond and two or more hydroxyl groups in the structure.
これらの溶媒、非溶媒を使用して調製した製膜溶液を使用することで、紡糸工程における相分離(凝固)が制御され、本発明の好ましい膜構造を形成するのに有利になると考えられる。なお、相分離の制御には、後述の芯液組成や凝固浴中の液(外部凝固液)の組成も重要である。 By using a membrane-forming solution prepared using these solvents and non-solvents, it is considered that phase separation (coagulation) in the spinning process is controlled, and it is advantageous to form a preferred membrane structure of the present invention. For controlling the phase separation, the composition of the core liquid described later and the composition of the liquid in the coagulation bath (external coagulation liquid) are also important.
製膜溶液中における溶媒/非溶媒の比は、紡糸工程における相分離(凝固)の制御に重要な要因となる。溶媒に対して非溶媒が同量かやや過剰気味であることが好ましく、具体的には、溶媒/非溶媒が重量比で25/75〜50/50であることが好ましく、30/70〜50/50であることがより好ましく、35/65〜50/50であることがさらに好ましい。溶媒の含有量が上記範囲よりも少ないと、凝固が進行し、膜構造が緻密化しすぎて透過性が低下しやすい。また、溶媒含有量が上記範囲よりも多いと、相分離の進行が過度に抑制され、大孔径の空孔が生じ、分離特性や強度の低下を招く可能性が大きくなる。 The solvent / non-solvent ratio in the film forming solution is an important factor for controlling phase separation (coagulation) in the spinning process. It is preferable that the non-solvent is the same amount or slightly excess with respect to the solvent. Specifically, the solvent / non-solvent is preferably 25/75 to 50/50 by weight, and 30/70 to 50 / 50 is more preferable, and 35/65 to 50/50 is still more preferable. If the content of the solvent is less than the above range, solidification proceeds, the membrane structure becomes too dense, and the permeability tends to decrease. Moreover, when there is more solvent content than the said range, advancing of phase-separation will be suppressed too much, a void | hole with a large pore diameter will arise, and the possibility of causing the fall of a separation characteristic and intensity | strength will become large.
製膜溶液における疎水性高分子の濃度は、該溶液からの製膜が可能であれば特に制限されないが、10〜40重量%が好ましく、10〜30重量%がより好ましく、15〜25重量%がさらに好ましい。高い透過性を得るには疎水性高分子の濃度は低いほうが好ましいが、過度に低いと強度の低下や、分離特性の悪化を招く可能性がある。親水性高分子の添加量は、製膜溶液からの製膜に支障をきたすことなく、中空糸膜に親水性を付与し、被処理液濾過時の非特異吸着を抑制するのに十分な量であれば特に制限されないが、製膜溶液における親水性高分子の濃度として2〜20重量%が好ましく、3〜15重量%がより好ましい。親水性高分子の添加量が少ないと、膜への親水性付与が不十分となり、膜特性の保持性が低下する可能性がある。また、多いと、親水性付与効果が飽和してしまい効率が良くなく、また、製膜溶液の相分離(または凝固)が過度に進行しやすくなり、操業性が悪化するのに加え、本発明の好ましい膜構造を形成するのに不利となる。 The concentration of the hydrophobic polymer in the film forming solution is not particularly limited as long as film formation from the solution is possible, but is preferably 10 to 40% by weight, more preferably 10 to 30% by weight, and 15 to 25% by weight. Is more preferable. In order to obtain high permeability, it is preferable that the concentration of the hydrophobic polymer is low. However, if the concentration is too low, strength may be lowered and separation characteristics may be deteriorated. The amount of hydrophilic polymer added is sufficient to impart hydrophilicity to the hollow fiber membrane and prevent non-specific adsorption during filtration of the liquid to be processed, without affecting the membrane formation from the membrane-forming solution. If it is, it will not restrict | limit in particular, However, 2-20 weight% is preferable as a density | concentration of the hydrophilic polymer in a film forming solution, and 3-15 weight% is more preferable. If the amount of the hydrophilic polymer added is small, hydrophilicity imparting to the film becomes insufficient, and the retention of film characteristics may be reduced. On the other hand, if the amount is too high, the hydrophilicity-imparting effect is saturated and the efficiency is not good, and the phase separation (or coagulation) of the film-forming solution is likely to proceed excessively, and the operability is deteriorated. It is disadvantageous to form a preferable film structure.
本発明の製膜溶液には、ラジカル発生の抑制のため酢酸銅を添加することが好ましい。製膜溶液に酢酸銅を添加しない場合はタンパク溶液のスループットもファージクリアランスも低下しやすい。これは、酢酸銅がないと製膜溶液時に熱の影響などでラジカルが発生し、これによって親水性高分子のポリビニルピロリドンが分解を受けて、膜の親水性が低下したり、膜の孔構造が変わり、スループットやファージクリアランスに悪影響するためと考えられる。酢酸銅の添加量は0.25〜5ppmが好ましく、より好ましくは0.5〜3ppmである。添加量がこれより少ないと前述の通りスループットとファージクリアランスが低下し、これより多いと中空糸膜中への残留量が増えて、医薬品製造に用いられる中空糸膜として好ましくない。 It is preferable to add copper acetate to the film forming solution of the present invention in order to suppress radical generation. When copper acetate is not added to the film-forming solution, the throughput of the protein solution and the phage clearance are likely to decrease. In the absence of copper acetate, radicals are generated due to the influence of heat during the film-forming solution, which causes the hydrophilic polymer polyvinylpyrrolidone to be decomposed, thereby reducing the hydrophilicity of the membrane and the pore structure of the membrane. This is thought to be due to a negative impact on throughput and phage clearance. The amount of copper acetate added is preferably 0.25 to 5 ppm, more preferably 0.5 to 3 ppm. If the addition amount is less than this, the throughput and phage clearance are lowered as described above, and if it is more than this, the residual amount in the hollow fiber membrane is increased, which is not preferable as a hollow fiber membrane used for pharmaceutical production.
製膜溶液は、疎水性高分子、親水性高分子、溶媒、非溶媒を混合、攪拌して溶解することで得られる。この際、適宜温度をかけることで効率的に溶解を行うことができるが、過度の加熱は高分子の分解を招く危険があるので、好ましくは30〜100℃、より好ましくは40〜80℃である。また、親水性高分子としてPVPを使用する場合、PVPは空気中の酸素の影響により酸化分解を起こす傾向にあることから、製膜溶液の調製は不活性気体封入下で行うのが好ましい。不活性気体としては、窒素、アルゴンなどが挙げられるが、窒素を用いるのが好ましい。このとき、溶解タンク内の残存酸素濃度は3%以下であることが好ましい。 The film-forming solution can be obtained by mixing a hydrophobic polymer, a hydrophilic polymer, a solvent, and a non-solvent, and dissolving them by stirring. At this time, the solution can be efficiently dissolved by appropriately applying the temperature, but excessive heating may cause decomposition of the polymer, so that it is preferably 30 to 100 ° C, more preferably 40 to 80 ° C. is there. When PVP is used as the hydrophilic polymer, PVP tends to undergo oxidative degradation due to the influence of oxygen in the air. Therefore, it is preferable to prepare the film-forming solution in an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen and argon, but nitrogen is preferably used. At this time, the residual oxygen concentration in the dissolution tank is preferably 3% or less.
欠陥のない中空糸膜を得るためには、製膜溶液から気泡を排除することが好ましい。気泡混入を抑える方法としては、製膜溶液の脱泡を行うのが有効である。製膜溶液の粘度にもよるが、静置脱泡や減圧脱泡を用いることができる。この場合、溶解タンク内を常圧−0.015〜常圧−0.090MPaに減圧した後、タンク内を密閉し30分〜180分間静置する。この操作を数回繰り返して脱泡処理を行う。減圧度が低すぎる場合には、脱泡の回数を増やす必要があるため処理に長時間を要することがある。また、減圧度が高すぎると、系の密閉度を上げるためのコストが高くなることがある。トータルの処理時間は5分〜5時間とするのが好ましい。処理時間が長すぎると、減圧の影響により製膜溶液の構成成分が分解、劣化することがある。処理時間が短すぎると脱泡の効果が不十分になることがある。また、製膜溶液をタンクからノズルまで導く流路に減圧部分を設け、製膜溶液を流動させながら脱泡を実施する方法を採ることもできる。このときの減圧度は、常圧−0.005〜常圧−0.080MPaであることが好ましい。 In order to obtain a hollow fiber membrane free from defects, it is preferable to exclude bubbles from the membrane forming solution. As a method for suppressing the mixing of bubbles, it is effective to defoam the film forming solution. Depending on the viscosity of the film-forming solution, static defoaming or vacuum defoaming can be used. In this case, the inside of the dissolution tank is depressurized to normal pressure −0.015 to normal pressure −0.090 MPa, and then the tank is sealed and left to stand for 30 minutes to 180 minutes. This operation is repeated several times to perform a defoaming process. If the degree of vacuum is too low, the treatment may take a long time because it is necessary to increase the number of defoaming times. Moreover, when the pressure reduction degree is too high, the cost for raising the sealing degree of a system may become high. The total treatment time is preferably 5 minutes to 5 hours. If the treatment time is too long, the components of the film-forming solution may be decomposed and deteriorated due to the effect of reduced pressure. If the treatment time is too short, the defoaming effect may be insufficient. Further, a method can be adopted in which a depressurization portion is provided in a flow path for guiding the film forming solution from the tank to the nozzle, and defoaming is performed while the film forming solution is flowing. The degree of reduced pressure at this time is preferably normal pressure−0.005 to normal pressure−0.080 MPa.
製膜を行うに際しては、中空糸膜への異物混入による膜構造の欠陥の生成を回避するために、異物を排除した製膜溶液を使用することが好ましい。具体的には、異物の少ない原料を用いる、製膜溶液を濾過し異物を低減する方法等が有効である。本発明では、中空糸膜束の膜厚よりも小さな孔径のフィルターを用いて製膜溶液を濾過してからノズルより吐出するのが好ましく、具体的には均一溶解した製膜溶液を溶解タンクからノズルまで導く間に設けられた孔径10〜50μmの焼結フィルターを通過させる。濾過処理は少なくとも1回行えば良いが、濾過処理を何段階かに分けて行う場合は、後段になるに従いフィルターの孔径を小さくしていくのが濾過効率およびフィルター寿命を延ばす意味で好ましい。フィルターの孔径は10〜45μmがより好ましく、10〜40μmがさらに好ましい。フィルター孔径が小さすぎると背圧が上昇し、生産性が落ちることがある。 When film formation is performed, it is preferable to use a film formation solution from which foreign matters are excluded in order to avoid generation of defects in the membrane structure due to foreign matters mixed into the hollow fiber membrane. Specifically, a method of using a raw material with less foreign matter, filtering the film forming solution, and reducing foreign matter is effective. In the present invention, it is preferable to filter the membrane-forming solution using a filter having a pore size smaller than the thickness of the hollow fiber membrane bundle and then discharge from the nozzle. Specifically, the uniformly-dissolved membrane-forming solution is discharged from the dissolution tank. A sintered filter having a pore diameter of 10 to 50 μm provided while being led to the nozzle is passed. The filtration treatment may be performed at least once. However, when the filtration treatment is performed in several stages, it is preferable to reduce the pore diameter of the filter as it is in the latter stage in order to extend the filtration efficiency and the filter life. The pore size of the filter is more preferably 10 to 45 μm, further preferably 10 to 40 μm. If the filter pore size is too small, the back pressure may increase and productivity may decrease.
中空糸膜の製膜時に使用される芯液の組成は、製膜溶液に含まれる溶媒および/または非溶媒を主成分とした液体を使用するのが好ましい。ただし、製膜溶液に含まれる溶媒のみでは、内腔壁面での凝固が過度に抑制されるため、好ましい表面構造を得ることができない。従って、溶媒と非溶媒の混合液、非溶媒のみ、溶媒と水の混合液、非溶媒と水の混合液、溶媒と非溶媒と水の混合液のいずれかを使用するのが好ましい。芯液に含まれる有機成分の量は、50〜100重量%が好ましく、60〜100重量%がより好ましい。より詳細には、芯液を溶媒と水の混合液とする場合は、有機成分の量が50〜65重量%、芯液を非溶媒と水の混合液とする場合は、有機成分の量が60〜100重量%、芯液を溶媒と非溶媒と水の混合液とする場合は、製膜溶液の溶媒/非溶媒比率と同一とした上でこれを水で希釈し、有機成分濃度を60〜98重量%とするのが好ましい。有機成分の含有量がこれよりも少ないと凝固が進行しやすくなり、膜構造が緻密化しすぎて透過性が低下してしまう。また、有機成分含有量がこれよりも多いと相分離の進行が過度に抑制され、大孔径の空孔が生じやすくなり、分離特性や強度の低下を招く可能性が大きくなる。 As the composition of the core liquid used for forming the hollow fiber membrane, it is preferable to use a liquid mainly composed of a solvent and / or a non-solvent contained in the membrane forming solution. However, with only the solvent contained in the film forming solution, coagulation on the inner wall surface of the lumen is excessively suppressed, so that a preferable surface structure cannot be obtained. Therefore, it is preferable to use any of a mixed solution of a solvent and a non-solvent, a non-solvent alone, a mixed solution of a solvent and water, a mixed solution of a non-solvent and water, or a mixed solution of a solvent, a non-solvent, and water. The amount of the organic component contained in the core liquid is preferably 50 to 100% by weight, and more preferably 60 to 100% by weight. More specifically, when the core liquid is a mixed liquid of a solvent and water, the amount of the organic component is 50 to 65% by weight. When the core liquid is a mixed liquid of the non-solvent and water, the amount of the organic component is When the core solution is a mixed solution of solvent, non-solvent and water, the same as the solvent / non-solvent ratio of the film-forming solution is diluted with water, and the organic component concentration is 60% by weight. It is preferable to set it to -98 weight%. If the content of the organic component is less than this, solidification tends to proceed, the membrane structure becomes too dense, and the permeability decreases. On the other hand, if the content of the organic component is larger than this, the progress of phase separation is excessively suppressed, and pores having a large pore diameter are likely to be generated, which increases the possibility of degrading separation characteristics and strength.
外部凝固液の組成は、製膜溶液に含まれる溶媒および非溶媒と、水との混合液を使用することが好ましい。この際、外部凝固液中に含まれる該溶媒と該非溶媒の比率は、製膜溶液の溶媒/非溶媒比率と同一であることが好ましい。製膜溶液に使用されるのと同一の溶媒および非溶媒を、製膜溶液中の比率と同一にして混合し、これに水を添加して希釈したものが好ましく用いられる。外部凝固液中の水の含量は、30〜90重量%、好ましくは40〜80量%である。水の含有量がこれよりも多いと凝固が進行しやすくなり、膜構造が緻密化しすぎて透過性が低下してしまう。また、水含有量がこれよりも少ないと相分離の進行が過度に抑制され、大孔径の空孔が生じやすくなり、分離特性や強度の低下を招く可能性が大きくなる。また、外部凝固液の温度は、低いと凝固が進行しやすくなり、膜構造が緻密化しすぎて透過性が低下することがある。また、高いと相分離の進行が過度に抑制され、大孔径の空孔が生じやすくなり、分離特性や強度の低下を招く可能性が大きくなってしまうので、15〜70℃、好ましくは45〜65℃である。 The composition of the external coagulation liquid is preferably a mixed liquid of a solvent and a non-solvent contained in the film forming solution and water. At this time, it is preferable that the ratio of the solvent and the non-solvent contained in the external coagulation liquid is the same as the solvent / non-solvent ratio of the film forming solution. The same solvent and non-solvent that are used for the film-forming solution are mixed in the same ratio as in the film-forming solution, and diluted by adding water to this is preferably used. The content of water in the external coagulation liquid is 30 to 90% by weight, preferably 40 to 80% by weight. If the water content is higher than this, solidification tends to proceed, the membrane structure becomes too dense, and the permeability decreases. On the other hand, if the water content is less than this, the progress of phase separation is excessively suppressed, and pores having a large pore diameter are likely to be generated, which increases the possibility of degrading separation characteristics and strength. On the other hand, when the temperature of the external coagulation liquid is low, coagulation tends to proceed, and the membrane structure may become too dense, resulting in a decrease in permeability. On the other hand, if it is high, the progress of the phase separation is excessively suppressed, and pores having a large pore diameter are likely to be generated, and the possibility of causing a reduction in separation characteristics and strength is increased. 65 ° C.
膜構造を制御する因子としては、ノズルの温度も挙げられる。ノズルの温度は、低いと凝固が進行しやすくなり、膜構造が緻密化しすぎて透過性が低下してしまう。また、高いと相分離の進行が過度に抑制され、大孔径の空孔が生じやすくなり、分離特性や強度の低下を招く可能性が大きくなってしまうので、30〜85℃、好ましくは40〜75℃である。 A factor controlling the film structure also includes the temperature of the nozzle. If the temperature of the nozzle is low, solidification tends to proceed, the membrane structure becomes too dense, and the permeability decreases. On the other hand, if it is high, the progress of phase separation is excessively suppressed, and pores having a large pore diameter are likely to be generated, and the possibility of causing a decrease in separation characteristics and strength is increased. Therefore, 30 to 85 ° C., preferably 40 to 40 ° C. 75 ° C.
本発明の多孔質中空糸膜の製造方法としては、芯液とともに二重管ノズルから吐出した製膜溶液を、エアギャップ部分を経て外部凝固液を満たした凝固浴中に導いて中空糸膜を形成する乾湿式紡糸法が例示されるが、ノズルから吐出された製膜溶液の、エアギャップ部分での滞留時間もまた膜構造を制御する因子となり得る。滞留時間が短いと、エアギャップ部分での相分離による凝集粒子の成長が抑制された状態で外部凝固液によりクエンチされるので、外表面が緻密化して透過性が低下してしまう。また、外表面の緻密化により、得られた中空糸膜が固着しやすい傾向となって好ましくない。滞留時間が長いと、大孔径の空孔が生じやすくなり、分離特性や強度の低下を招く可能性が大きくなってしまう。エアギャップにおける滞留時間の好ましい範囲は0.01〜2秒であり、0.02〜1秒がより好ましく、0.02〜0.5秒がさらに好ましい。 As a method for producing a porous hollow fiber membrane of the present invention, a membrane forming solution discharged from a double tube nozzle together with a core liquid is introduced into a coagulating bath filled with an external coagulating liquid through an air gap portion to form a hollow fiber membrane. The dry-wet spinning method to be formed is exemplified, but the residence time in the air gap portion of the film-forming solution discharged from the nozzle can also be a factor for controlling the film structure. If the residence time is short, the outer coagulating liquid quenches the growth of aggregated particles due to phase separation in the air gap portion, so that the outer surface becomes dense and the permeability is lowered. In addition, the densification of the outer surface is not preferable because the obtained hollow fiber membrane tends to stick. If the residence time is long, pores having a large pore diameter are likely to be generated, and the possibility of deteriorating separation characteristics and strength is increased. The preferable range of the residence time in the air gap is 0.01 to 2 seconds, more preferably 0.02 to 1 second, and further preferably 0.02 to 0.5 seconds.
エアギャップ部分および凝固浴におけるドラフト比、すなわち、凝固浴からの引き取り速度と二重管ノズルからの製膜溶液吐出線速度との比もまた、膜構造を制御する因子となり得る。ここで言うドラフト比は専らエアギャップ部分での延伸比と考えてよいが、相分離による凝集粒子の成長が抑制された状態にあるエアギャップで適度な延伸を加えることにより高分子鎖の配向が最適化され、これが膜の微細構造に影響を与えるものと考えられる。 The draft ratio in the air gap portion and the coagulation bath, that is, the ratio between the take-up speed from the coagulation bath and the film-forming solution discharge linear speed from the double tube nozzle can also be a factor controlling the film structure. The draft ratio mentioned here may be considered exclusively as the stretch ratio in the air gap part, but the orientation of the polymer chains can be adjusted by applying appropriate stretching in the air gap where the growth of the aggregated particles due to phase separation is suppressed. It is believed that this will affect the microstructure of the film.
中空糸膜の外周近傍の配向及び内周近傍の配向を同時に満たし、それぞれを緻密な膜構造へと導くためには、このドラフト比を4〜20、好ましくは4〜15にするのが好ましい。ドラフト比がこれよりも小さいと外周近傍にしか金コロイドの捕捉層は発現せず、結果として、ウィルスなどの被除去物質の除去効果が十分に発揮されない可能性がある。逆にドラフト比がこれよりも大きいと、適度な配向のレベルを越え、膜の孔が変形してしまい、フラックスの低下、有用タンパク質の透過性の低下を引き起こす可能性がある。これよりもさらにドラフト比を上げていくと、膜の骨格構造までが破壊され、強度が低下し、紡糸中の糸切れが発生しやすく操業性が低下するリスクが増える。 In order to simultaneously satisfy the orientation in the vicinity of the outer periphery and the orientation in the vicinity of the inner periphery of the hollow fiber membrane and lead each to a dense membrane structure, the draft ratio is preferably 4 to 20, preferably 4 to 15. When the draft ratio is smaller than this, the colloidal gold capturing layer appears only in the vicinity of the outer periphery, and as a result, there is a possibility that the removal effect of a substance to be removed such as a virus is not sufficiently exhibited. On the other hand, if the draft ratio is larger than this, the level of proper orientation is exceeded, and the pores of the membrane are deformed, which may cause a decrease in flux and a decrease in the permeability of useful proteins. If the draft ratio is further increased, even the skeleton structure of the membrane is destroyed, the strength is lowered, yarn breakage is likely to occur during spinning, and the risk that the operability is lowered increases.
また、上述の適度なドラフト比により中空糸膜の内周近傍、外周近傍に金コロイドの捕捉層が発現した膜を、その後の工程でできるだけ無延伸に近い状態で紡糸することが必要である。無延伸に近い紡糸とは、紡糸の最終段階で中空糸膜を捲上げる速度と凝固浴からの引取り速度の比が1に近いという意味である。このような無延伸紡糸により、金コロイドの捕捉層、いわゆる緻密層の膜構造が変形、破壊されるおそれがなくなる。具体的には、捲取り速度/引取り速度の比は0.99〜1.15が好ましい。これより高いとフラックス低下により、有用タンパク質の透過性が低下しうる。また、速度比はできるだけ低い方が良いが、あまりに低いと紡糸工程で走行する中空糸膜がたるんで紡糸が不可となる。なお、捲き上げ速度については、欠陥のない中空糸膜が得られ、生産性が確保できれば特に制限されないが、好ましくは、5〜40m/min、より好ましくは10〜30m/minである。これよりも紡速が低いと、生産性が低下することがある。これよりも紡速が高いと、上記の紡糸条件、特にエアギャップ部分での滞留時間や、凝固浴内での滞留時間を確保するのが困難となる。 In addition, it is necessary to spin a membrane in which a colloidal gold capturing layer is expressed in the vicinity of the inner periphery and the outer periphery of the hollow fiber membrane by the above-described appropriate draft ratio in a state as close to non-stretching as possible in the subsequent steps. Spinning close to non-stretching means that the ratio of the speed at which the hollow fiber membrane is pulled up at the final stage of spinning and the take-up speed from the coagulation bath is close to 1. By such unstretched spinning, there is no possibility that the film structure of the colloidal gold capture layer, so-called dense layer, is deformed or destroyed. Specifically, the ratio of the scraping speed / take-off speed is preferably 0.99 to 1.15. If it is higher than this, the permeability of useful proteins may be reduced due to a decrease in flux. The speed ratio should be as low as possible, but if it is too low, the hollow fiber membrane running in the spinning process will sag and spinning will be impossible. The lifting speed is not particularly limited as long as a hollow fiber membrane having no defect can be obtained and productivity can be secured, but is preferably 5 to 40 m / min, more preferably 10 to 30 m / min. If the spinning speed is lower than this, productivity may be lowered. If the spinning speed is higher than this, it becomes difficult to ensure the above spinning conditions, particularly the residence time in the air gap portion and the residence time in the coagulation bath.
前述のエアギャップ部分を通過後、凝固浴に導かれた中空糸膜は、芯液からの凝固が進行しながら、外部からの凝固はある程度抑制された状態で外部凝固液と接触する。外部凝固液通過中に中空糸膜は完全に凝固を完了し、構造が決定されて引き上げられる。凝固浴内での滞留時間が膜構造の制御には重要であり、具体的には1〜15秒が好ましく、2〜10秒がより好ましく、2〜5秒がさらに好ましい。凝固浴内での滞留時間がこれよりも短いと凝固が不十分となり、これよりも長いと製膜速度の低下や凝固浴の大型化が必要となる。 After passing through the aforementioned air gap portion, the hollow fiber membrane guided to the coagulation bath contacts the external coagulation liquid in a state where coagulation from the outside proceeds to some extent while coagulation from the core liquid proceeds. During the passage of the external coagulation liquid, the hollow fiber membrane is completely solidified and the structure is determined and pulled up. The residence time in the coagulation bath is important for controlling the membrane structure, specifically, preferably 1 to 15 seconds, more preferably 2 to 10 seconds, and further preferably 2 to 5 seconds. If the residence time in the coagulation bath is shorter than this, coagulation is insufficient, and if it is longer than this, the film-forming speed is reduced and the coagulation bath needs to be enlarged.
凝固浴から引き上げられた中空糸膜は、温水を満たした水洗浴に導き、加熱状態で水洗を行うことで、好ましい分離特性、透過特性、膜構造を持った中空糸膜を得ることができる。温水の温度は30〜100℃が好ましく、40℃〜90℃がさらに好ましい。これよりも低温では洗浄効果が不十分になってしまう可能性が高く、これよりも高温では洗浄液として水が使用できないことがある。 The hollow fiber membrane pulled up from the coagulation bath is guided to a washing bath filled with warm water and washed in a heated state, whereby a hollow fiber membrane having preferable separation characteristics, permeation characteristics, and membrane structure can be obtained. The temperature of the hot water is preferably 30 to 100 ° C, more preferably 40 to 90 ° C. There is a high possibility that the cleaning effect will be insufficient at a temperature lower than this, and water may not be used as the cleaning liquid at a temperature higher than this.
製膜後、オンライン洗浄を経て得られた中空糸膜は、使用中や洗浄操作による膜特性の変化を抑制し、膜特性の保持性・安定性、膜特性の回復性を確保する目的で、加熱処理を施すのが好ましい。この加熱処理を熱水への浸漬処理とすることで、同時に、中空糸膜に残存する溶媒や非溶媒などを洗浄・除去する効果も期待できる。 The hollow fiber membrane obtained through on-line cleaning after film formation suppresses changes in membrane properties during use and washing operations, and ensures the retention and stability of membrane properties and the recovery of membrane properties. Heat treatment is preferably performed. By making this heat treatment an immersion treatment in hot water, the effect of washing and removing the solvent, non-solvent, etc. remaining in the hollow fiber membrane can be expected at the same time.
中空糸膜の加熱処理に使用される熱水の温度は、40〜100℃、より好ましくは60〜95℃、処理時間は30〜90分、より好ましくは40〜80分、さらに好ましくは50〜70分である。温度がこれよりも低く、処理時間がこれよりも短いと中空糸膜にかかる熱履歴が不十分となり、膜特性の保持性・安定性が低下する可能性があり、また、洗浄効果が不十分となり溶出物が増加する可能性が高くなる。温度がこれよりも高く、処理時間がこれよりも長いと、水が沸騰してしまったり、処理に長時間を要したりするため生産性が低下することがある。熱水に対する中空糸膜の浴比は、中空糸膜が十分に浸る量の熱水を使用すれば、特に制限されないが、あまり多量の熱水を使用するのは、生産性が低下する可能性がある。また、この加熱処理の際、中空糸膜を適当な長さのバンドル状にして直立させた状態で熱水に浸漬すると、内腔部分にまで熱水が到達しやすく、加熱処理・洗浄効果の観点から好ましい。 The temperature of the hot water used for the heat treatment of the hollow fiber membrane is 40 to 100 ° C, more preferably 60 to 95 ° C, the treatment time is 30 to 90 minutes, more preferably 40 to 80 minutes, still more preferably 50 to 50 ° C. 70 minutes. If the temperature is lower than this and the processing time is shorter than this, the heat history applied to the hollow fiber membrane may be insufficient, and the retention and stability of the membrane characteristics may be lowered, and the cleaning effect is insufficient. Therefore, there is a high possibility that the amount of eluate increases. If the temperature is higher than this and the treatment time is longer than this, the water may boil or the treatment may take a long time, resulting in a decrease in productivity. The bath ratio of the hollow fiber membrane to hot water is not particularly limited as long as the hollow fiber membrane is sufficiently immersed in the hot water, but using too much hot water may reduce productivity. There is. Also, during this heat treatment, if the hollow fiber membrane is bundled in an appropriate length and immersed in hot water in an upright state, the hot water can easily reach the lumen portion, and the heat treatment / cleaning effect is improved. It is preferable from the viewpoint.
本発明の多孔質中空糸膜は、上記加熱処理の後、ただちに高圧熱水で処理するのが好ましい。具体的には、水没状態で高圧蒸気滅菌機にセットし、通常の高圧蒸気滅菌条件である処理温度120〜140℃、処理時間20〜120分で処理するのが好ましい。この際、上記加熱処理の完了した中空糸膜は、濡れた状態のまま、高温の状態のまま速やかに高圧熱水処理を開始するのが好ましい。加熱処理で膜の温度が上昇し「緩んだ」状態でさらに高圧熱水処理することで、過剰な親水性高分子が除去されるのと同時に存在状態が最適化され、透過特性が最適化されると考えられる。上記の範囲よりも処理温度が低い場合、処理時間が短い場合、処理条件がマイルドすぎるために過剰親水性高分子の除去、存在状態の最適化が不十分となり、膜特性の経時的変化、実使用時の溶出による被処理液の汚染などの不具合を招く可能性が大きくなってしまう。上記の範囲よりも処理温度が高い場合、処理時間が長い場合、処理条件が過酷であるために、膜構造の破壊、親水性高分子の過度の抽出などにより、分離特性や強度の低下を招く可能性が大きくなってしまう。 The porous hollow fiber membrane of the present invention is preferably treated with high-pressure hot water immediately after the heat treatment. Specifically, it is preferably set in a high-pressure steam sterilizer in a submerged state and processed at a processing temperature of 120 to 140 ° C. and a processing time of 20 to 120 minutes, which are normal high-pressure steam sterilization conditions. At this time, it is preferable that the hollow fiber membrane which has been subjected to the heat treatment is immediately started to be subjected to the high-pressure hot water treatment in a wet state and in a high temperature state. By heat treatment, the membrane temperature rises and the high pressure hydrothermal treatment is performed in a “relaxed” state, so that the excess hydrophilic polymer is removed and at the same time the existence state is optimized and the permeation characteristics are optimized. It is thought. If the treatment temperature is lower than the above range, or if the treatment time is short, the treatment conditions are too mild to remove excess hydrophilic polymer and to optimize the existence state, resulting in changes in membrane characteristics over time. The possibility of causing problems such as contamination of the liquid to be treated due to elution during use is increased. When the processing temperature is higher than the above range, when the processing time is long, the processing conditions are harsh, leading to degradation of separation characteristics and strength due to destruction of the membrane structure, excessive extraction of hydrophilic polymer, etc. The potential will increase.
製膜、加熱処理、高圧熱水処理を完了した中空糸膜は、乾燥することによって、最終的に完成する。乾燥方法は、風乾、減圧乾燥、熱風乾燥、マイクロ波乾燥など通常利用される乾燥方法が広く利用できる。特に、最近、血液処理膜の乾燥などで利用されているマイクロ波乾燥は、比較的低温度で効率的に大量の中空糸膜を乾燥できる点で、好ましく利用され得る。乾燥時の温度は、室温〜70℃、好ましくは30〜65℃である。これよりも温度が低いと乾燥までに長時間を要し、これよりも温度が高いと熱風生成のためのエネルギーコストが高くなり、いずれも好ましくない。また、中空糸膜は絶乾状態にまで乾燥してしまうと、親水性高分子の分解、マイグレーションにより好ましい透過特性を維持するのが困難になってしまうので、乾燥処理後の水分率は、好ましくは1〜12%、より好ましくは2〜10%になるよう設定するのが好ましい。水分率がこれよりも低いと、好ましい透過特性を得るのが困難になり、これよりも高いと湿り気が多く取扱性が悪化して、いずれも好ましくない。 The hollow fiber membrane that has been subjected to film formation, heat treatment, and high-pressure hydrothermal treatment is finally completed by drying. As a drying method, commonly used drying methods such as air drying, reduced pressure drying, hot air drying, and microwave drying can be widely used. In particular, microwave drying recently used for drying blood treatment membranes can be preferably used in that a large amount of hollow fiber membranes can be efficiently dried at a relatively low temperature. The temperature at the time of drying is room temperature to 70 ° C, preferably 30 to 65 ° C. If the temperature is lower than this, it takes a long time to dry, and if the temperature is higher than this, the energy cost for generating hot air becomes high, which is not preferable. In addition, when the hollow fiber membrane is dried to an absolutely dry state, it becomes difficult to maintain favorable permeation characteristics due to decomposition and migration of the hydrophilic polymer, and therefore the moisture content after the drying treatment is preferably Is preferably set to 1 to 12%, more preferably 2 to 10%. If the moisture content is lower than this, it is difficult to obtain preferable permeation characteristics. If the moisture content is higher than this, it is difficult to obtain a high moisture content and the handleability deteriorates.
以下、本発明の有効性を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例における評価方法は以下の通りである。 Hereinafter, the effectiveness of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, the evaluation methods in the following examples are as follows.
1.中空糸膜水分率の測定
紡糸・後処理によって得られた中空糸膜バンドルを使用して、中空糸膜水分率を次式[1]により算出した。
中空糸膜水分率[%]=100×(W1+W2)/W1 [1]
ここで、W1は紡糸・後処理によって得られた中空糸膜バンドルの重量(g)、W2はこの中空糸膜バンドルを、120℃の乾熱オーブンで2時間にわたって乾燥した絶乾状態の中空糸膜バンドルの重量(g)である。
1. Measurement of moisture content of hollow fiber membrane Using the hollow fiber membrane bundle obtained by spinning and post-treatment, the moisture content of the hollow fiber membrane was calculated by the following equation [1].
Hollow fiber membrane moisture content [%] = 100 × (W1 + W2) / W1 [1]
Here, W1 is the weight (g) of the hollow fiber membrane bundle obtained by spinning and post-treatment, and W2 is an absolutely dry hollow fiber obtained by drying this hollow fiber membrane bundle in a 120 ° C. dry heat oven for 2 hours. It is the weight (g) of the membrane bundle.
2.ミニモジュールの作製
中空糸膜を約30cmの長さに切断し、両末端をパラフィンフィルムで束ねて中空糸膜束を作製した。この中空糸膜束の両端をパイプ(スリーブ)に挿入し、ウレタンポッティング剤で固めた。端部を切断して、両末端がスリーブで固定された両端開口ミニモジュールを得た。中空糸膜の本数は、内面の表面積が30〜50cm2になるよう適宜設定した。
2. Production of Mini Module A hollow fiber membrane was cut into a length of about 30 cm and both ends were bundled with a paraffin film to produce a hollow fiber membrane bundle. Both ends of this hollow fiber membrane bundle were inserted into a pipe (sleeve) and hardened with a urethane potting agent. The ends were cut to obtain a double-end open mini-module with both ends fixed by sleeves. The number of hollow fiber membranes was appropriately set so that the surface area of the inner surface was 30 to 50 cm 2 .
3.外筒つきミニモジュールの作製
ポリ塩化ビニル製チューブ(約15cm長)の一方の端部に円筒状チップを、他方の端部に側管つき円筒状チップを装着した。この、両端にチップのついたポリ塩化ビニル製チューブに、約15cmの長さに切断した中空糸膜1本から5本を挿入し、中空糸膜内腔を塞がないように両端のチップ部分をシリコーン接着剤で固めた。この外筒つきミニモジュールは、端部のチップ部分から中空糸膜内腔へ液を導入することで中空糸膜の内腔から外壁方向への濾過(内−外濾過)ができる上、側管から液を導入することで外壁から内腔方向への濾過(外−内濾過)を行うこともできる。
3. Production of Mini Module with Outer Tube A cylindrical tip with a side tube was attached to one end of a polyvinyl chloride tube (about 15 cm long) and the other end. Insert one to five hollow fiber membranes cut to a length of about 15 cm into this polyvinyl chloride tube with tips at both ends, and insert the tip portions at both ends so as not to block the hollow fiber membrane lumen. Was hardened with a silicone adhesive. This mini-module with an outer tube allows filtration from the lumen of the hollow fiber membrane toward the outer wall (inner-outer filtration) by introducing a liquid from the tip portion of the hollow tube into the lumen of the hollow fiber membrane. It is also possible to perform filtration (outside-inside filtration) from the outer wall toward the lumen by introducing the liquid from the outer wall.
4.膜面積の計算
モジュールの膜面積は中空糸膜の内周近傍の径を基準として求めた。次式[2]によってモジュールの膜面積A[m2]が計算できる。
A=n×π×d×L [2]
ここで、nは中空糸膜の本数、πは円周率、dは中空糸膜の内径[m]、Lはモジュールにおける中空糸膜の有効長[m]である。
4). Calculation of membrane area The membrane area of the module was determined based on the diameter near the inner periphery of the hollow fiber membrane. The membrane area A [m 2 ] of the module can be calculated by the following equation [2].
A = n × π × d × L [2]
Here, n is the number of hollow fiber membranes, π is the circumference, d is the inner diameter [m] of the hollow fiber membrane, and L is the effective length [m] of the hollow fiber membrane in the module.
5.純水Fluxの測定
ミニモジュールの末端スリーブ2箇所(それぞれ内腔流入口、内腔流出口と称する)に回路を接続し、ミニモジュールへの液体の流入圧とミニモジュールからの液体の流出圧を測定できるようにした。純水を加圧タンクに入れて25℃に保温し、濾過圧が1.0bar程度になるようレギュレーターで圧力を制御しながら、ミニモジュールの内腔流入口に純水を導入して中空糸膜の内腔に純水を満たした。内面流出口に接続した回路(圧力測定点よりも下流)を鉗子で封じて流れを止め、モジュールの内腔流入口から入った純水を全濾過するようにした。引き続きミニモジュールへ純水を送り、30秒にわたって濾過を行い、膜の馴化を行った。馴化処理中の濾液は廃棄した。その後、中空糸膜外面から得られる濾液量を2分間にわたって回収し、その量を測定した。また、濾過実施時の内腔流入口側圧力Pi、内腔流出口側圧力Poを測定し、次式[3]で膜間圧力差(TMP)ΔPを得た。
ΔP=(Pi+Po)/2 [3]
濾過時間t[h]、TMPΔP[bar]、ミニモジュールの膜面積A[m2]、濾液量V[L]から次式[4]により純水Flux[L/(h・m2・bar)]を得た。
純水Flux=V÷t÷A÷ΔP [4]
5. Measurement of pure water flux Connect a circuit to two end sleeves (referred to as lumen inlet and lumen outlet, respectively) of the mini-module, and measure the inflow pressure of liquid to the mini-module and the outflow pressure of liquid from the mini-module. I was able to measure. Pure water is placed in a pressurized tank and kept at 25 ° C, and the pressure is controlled by a regulator so that the filtration pressure is about 1.0 bar, while pure water is introduced into the lumen inlet of the mini module to form a hollow fiber membrane. The lumen was filled with pure water. The circuit (downstream from the pressure measurement point) connected to the inner surface outlet was sealed with forceps to stop the flow, and the pure water entered from the lumen inlet of the module was totally filtered. Subsequently, pure water was sent to the mini module, and filtration was performed for 30 seconds to acclimate the membrane. The filtrate during the acclimation treatment was discarded. Thereafter, the amount of filtrate obtained from the outer surface of the hollow fiber membrane was recovered over 2 minutes, and the amount was measured. Further, the lumen inlet side pressure Pi and the lumen outlet side pressure Po at the time of filtration were measured, and the transmembrane pressure difference (TMP) ΔP was obtained by the following equation [3].
ΔP = (Pi + Po) / 2 [3]
From the filtration time t [h], TMPΔP [bar], the membrane area A [m 2 ] of the mini-module, and the filtrate amount V [L], the pure water flux [L / (h · m 2 · bar) is obtained according to the following equation [4]. ] Was obtained.
Pure water flux = V ÷ t ÷ A ÷ ΔP [4]
6.免疫グロブリンの透過試験
日水製薬(株)社から市販されているダルベッコPBS(−)粉末「ニッスイ」9.6gを蒸留水に溶解して全量を1000mLとし、PBSを得た。この緩衝液で、田辺三菱製薬(株)社から市販されている献血ヴェノグロブリン−IHヨシトミを希釈し、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液でpHが6.8になるよう調整した。希釈、pH調整後の免疫グロブリン濃度は0.25%になるように調整した(以下この溶液をIVIG/PBSと略記する)。外筒つきミニモジュールの末端チップ2箇所(それぞれ内腔流入口、内腔流出口と呼称する)に回路を接続し、中空糸膜内腔への液導入出を可能にした。液導入側には液の流入圧を測定できるようにした。液導出側は鉗子で封じて流れを止め、モジュールの内腔流入口から入った液が全量濾過されるようにした。IVIG/PBSを加圧タンクに入れて25℃に保温し、濾過圧が1.0barになるようレギュレーターで圧力を制御しながら、外筒つきミニモジュールの内腔に導入した。中空糸膜外面から得られる濾過液は、チップの側管から回収した。濾液は、濾過開始から10分、20分、40分、60分、80分、100分、120分、の各時点(濾過開始からn分の時点をTnと呼称する)で容器を換えて受けた。この際、各画分の濾液回収量は、各点で重量を測定した。この際、各画分の濾液回収量は、電子天秤に表示された値から読み取った。Tn時点までのスループットTPn[L/m2]は、次式[5]で算出した。
TPn=Wn÷1.0÷A÷1000 [5]
ここで、Wは濾過開始n分時点の画分までの濾液回収量の総計[g]、1.0はIVIG/PBSの密度[g/cc]、Aはモジュールの膜面積[m2]である。
6). Immunoglobulin Permeation Test 9.6 g of Dulbecco's PBS (-) powder “Nissui” commercially available from Nissui Pharmaceutical Co., Ltd. was dissolved in distilled water to make a total volume of 1000 mL to obtain PBS. With this buffer solution, blood donated venoglobulin-IH Yoshitomi marketed by Mitsubishi Tanabe Pharma Corporation was diluted and adjusted to a pH of 6.8 with a 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution. The immunoglobulin concentration after dilution and pH adjustment was adjusted to 0.25% (hereinafter, this solution is abbreviated as IVIG / PBS). Circuits were connected to the two end tips (referred to as the lumen inlet and the lumen outlet, respectively) of the mini-module with the outer cylinder to enable liquid introduction / extraction into the hollow lumen of the hollow fiber membrane. The liquid inlet pressure can be measured on the liquid inlet side. The liquid outlet side was sealed with forceps to stop the flow, and the total amount of liquid entered from the lumen inlet of the module was filtered. IVIG / PBS was placed in a pressurized tank and kept at 25 ° C., and the pressure was controlled with a regulator so that the filtration pressure was 1.0 bar, and the IVIG / PBS was introduced into the lumen of the mini-module with an outer cylinder. The filtrate obtained from the outer surface of the hollow fiber membrane was collected from the side tube of the chip. The filtrate is received by changing the container at each time point of 10 minutes, 20 minutes, 40 minutes, 60 minutes, 80 minutes, 100 minutes, 120 minutes from the start of filtration (time point of n minutes from the start of filtration is referred to as Tn). It was. At this time, the filtrate collection amount of each fraction was measured by weight at each point. At this time, the filtrate collection amount of each fraction was read from the value displayed on the electronic balance. Throughput TPn [L / m 2 ] up to time Tn was calculated by the following equation [5].
TPn = Wn ÷ 1.0 ÷ A ÷ 1000 [5]
Here, W is the total amount of filtrate recovered up to the fraction at the start of filtration n minutes [g], 1.0 is the density of IVIG / PBS [g / cc], and A is the membrane area [m 2 ] of the module. is there.
7.免疫グロブリン濾過時間−濾液回収積算量(スループット)の関係の解析
上記の濾過試験で得た濾過時間Tn、その濾過時間の時点までのスループットTPnの数値を、パソコン上の表計算ソフト(マイクロソフト・エクセル)に入力し、「30L/m2濾過するまでにかかる時間」を算出した。
7). Analysis of the relationship between immunoglobulin filtration time and filtrate recovery integrated amount (throughput) Filtration time Tn obtained in the above filtration test and the numerical value of throughput TPn up to the time of the filtration time are calculated on a spreadsheet software on a personal computer (Microsoft Excel) ) To calculate “time taken to filter 30 L / m 2 ”.
8.免疫グロブリン透過率の測定
上記濾過試験で得た各画分の濾液、および被濾過液であるIVIG/PBSから、次式[6]で免疫グロブリン透過率Pを算出した。
P=100[%]×(濾液中のタンパク濃度)/(被濾過液IVIG/PBSのタンパク濃度) [6]
ここで、被濾過液IVIG/PBSのタンパク濃度および濾液中のタンパク濃度は280nmの吸光度を測定し、既知濃度の免疫グロブリン溶液で作成した検量線から濃度を算出した。
8). Measurement of immunoglobulin permeability The immunoglobulin permeability P was calculated by the following equation [6] from the filtrate of each fraction obtained in the filtration test and IVIG / PBS as the filtrate.
P = 100 [%] × (protein concentration in filtrate) / (protein concentration of filtrate IVIG / PBS) [6]
Here, the protein concentration of the filtrate IVIG / PBS and the protein concentration in the filtrate were determined by measuring the absorbance at 280 nm and calculating the concentration from a calibration curve prepared with an immunoglobulin solution having a known concentration.
9.バクテリオファージφX174のクリアランス指数測定
(1)試験用ファージ液の調製
既述の手法で調製したPBSで、シグマアルドリッチジャパン(株)社から市販されているAlbumin from bovine serum(製品番号A2153)を、0.1重量%となるよう溶解して0.1重量% BSA溶液(以下単にBSA溶液と称する)を得た。凍結保存した濃厚なφX174含有液(力価1〜10×109pfu/mL)を解凍し、このBSA溶液で100倍に希釈した。さらに、0.1μm孔径のメンブレンフィルターで濾過、凝集成分などを除去して試験用ファージ液とした。
9. Measurement of clearance index of bacteriophage φX174 (1) Preparation of test phage solution Albumin from bovine serum (product number A2153) commercially available from Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd. was prepared using PBS prepared by the above-described method. 0.1% by weight BSA solution (hereinafter simply referred to as BSA solution) was obtained by dissolution to 1% by weight. A concentrated cryopreserved solution containing φX174 (titer 1 to 10 × 10 9 pfu / mL) was thawed and diluted 100 times with this BSA solution. Further, the solution was filtered with a membrane filter having a pore size of 0.1 μm to remove aggregated components and the like to obtain a test phage solution.
(2)試験用ファージ液を使用した濾過試験
外筒つきミニモジュールの末端チップ2箇所(それぞれ内腔流入口、内腔流出口と称する)に回路を接続し、中空糸膜内腔への液導入出を可能にした。液導入側には液の流入圧を測定できるようにした。液導出側は鉗子で封じて流れを止め、モジュールの内腔流入口から入った液が全量濾過されるようにした。試験用ファージ液を加圧タンクに入れて25℃に保温し、濾過圧が1.0barになるようレギュレーターで圧力を制御しながら、外筒つきミニモジュールの内腔に導入した。中空糸膜外面から得られる濾過液を、チップの側管から回収した。濾過は、中空糸膜面積1m2あたり300Lの濾液が得られるまで実施した。
(2) Filtration test using a phage solution for testing A circuit is connected to two end chips (referred to as a lumen inlet and a lumen outlet, respectively) of a mini module with an outer cylinder, and the liquid into the hollow fiber membrane lumen The introduction was made possible. The liquid inlet pressure can be measured on the liquid inlet side. The liquid outlet side was sealed with forceps to stop the flow, and the total amount of liquid entered from the lumen inlet of the module was filtered. The test phage solution was placed in a pressurized tank, kept at 25 ° C., and introduced into the lumen of the mini-module with an outer cylinder while controlling the pressure with a regulator so that the filtration pressure was 1.0 bar. The filtrate obtained from the outer surface of the hollow fiber membrane was collected from the side tube of the chip. Filtration was performed until a 300 L filtrate was obtained per 1 m 2 of the hollow fiber membrane area.
(3)試験用ファージ液と濾液のファージ力価測定
10mM濃度のMgSO4水溶液に、660nmでの吸光度が4.0となるように大腸菌を懸濁させておいた(以下E.Coli液と称する)。また、寒天培地、トップアガーを準備し、あらかじめ50℃に暖めておいた。特にトップアガーは、流動性を保っておくよう注意した。試験用ファージ液をBSA溶液で適当に希釈した液10μLと、E.Coli液50μLを混和し、37℃で20分インキュベートして大腸菌にファージを感染させた。インキュベート完了後、この混合液全量を、トップアガー3mLと混和し、速やかに全量を寒天培地上に展開した。寒天培地上でトップアガーが完全に固化した後、37℃で2〜4時間インキュベートした。インキュベート完了後、寒天培地上のプラーク数をカウントし、希釈倍率を考慮して試験用ファージ液の力価(以下Tpreと略記する)[pfu/mL]を算出した。同様の手法で濾液のファージ力価(以下Tpostと略記する)を得た。
(3) Phage titration measurement of test phage solution and filtrate Escherichia coli was suspended in 10 mM MgSO 4 aqueous solution so that the absorbance at 660 nm was 4.0 (hereinafter referred to as E. coli solution). ). In addition, an agar medium and top agar were prepared and warmed to 50 ° C. in advance. Especially the top agar was careful to keep the fluidity. 10 μL of a test phage solution appropriately diluted with a BSA solution; Coli solution (50 μL) was mixed and incubated at 37 ° C. for 20 minutes to infect phages in E. coli. After completion of the incubation, the total amount of this mixed solution was mixed with 3 mL of top agar, and the entire amount was rapidly developed on an agar medium. After the top agar was completely solidified on the agar medium, it was incubated at 37 ° C. for 2 to 4 hours. After completion of the incubation, the number of plaques on the agar medium was counted, and the titer of the test phage solution (hereinafter abbreviated as Tpre) [pfu / mL] was calculated in consideration of the dilution rate. The phage titer (hereinafter abbreviated as Tpost) of the filtrate was obtained in the same manner.
(4)中空糸膜のファージクリアランス指数算出
次式[7]により中空糸膜のファージクリアランス指数を算出した。ここで、Tpre[pfu/mL]とは評価用中空糸膜に導入した試験用ファージ液の力価であり、Tpost[pfu/mL]とは試験用ファージ液を評価用中空糸膜で濾過して得られた濾液のファージ力価である。
ファージクリアランス指数[LRV]=log10(Tpre/Tpost) [7]
(4) Phage Clearance Index Calculation of Hollow Fiber Membrane The phage clearance index of the hollow fiber membrane was calculated by the following formula [7]. Here, Tpre [pfu / mL] is the titer of the test phage solution introduced into the evaluation hollow fiber membrane, and Tpost [pfu / mL] is the test phage solution filtered through the evaluation hollow fiber membrane. It is a phage titer of the filtrate obtained by this.
Phage clearance index [LRV] = log 10 (Tpre / Tpost) [7]
10.高負荷時のバクテリオファージφX174のクリアランス指数測定
上記と同様の方法で、中空糸膜面積1m2あたりの濾過量が200Lを超えた時点から濾液を回収し、この回収濾液を使用して上記の方法によりファージクリアランス指数を求めた。
10. Measurement of clearance index of bacteriophage φX174 at high load In the same manner as described above, the filtrate was recovered from the point in time when the filtration amount per 1 m 2 of the hollow fiber membrane area exceeded 200 L, and the above method was performed using this recovered filtrate. Was used to determine the phage clearance index.
11.金コロイドによる捕捉試験
(1)金コロイド分散液の調製
市販の10nmまたは20nm金コロイド均一液(シグマ社製)(微量のクエン酸含有、安定剤、分散剤は非含有)6mlと2.0%牛血清アルブミン(ナカライテスク社製)水溶液3mlを混合した後、0.4%グルタチオン(還元型)水溶液3mlを添加した。
11. Capture test using colloidal gold (1) Preparation of gold colloid dispersion liquid Commercially available 10 nm or 20 nm colloidal gold colloid (manufactured by Sigma) (containing a small amount of citric acid, stabilizer and dispersant) 6 ml and 2.0% After mixing 3 ml of bovine serum albumin (manufactured by Nacalai Tesque), 3 ml of 0.4% glutathione (reduced) aqueous solution was added.
(2)中空糸膜の分画層評価
ミニモジュールに、調製した10nmまたは20nm金コロイド分散液を1barの加圧下で濾過した。金コロイド分散液を10L/m2濾過した後に同量の蒸留水で再度濾過した。膜の断面について光学顕微鏡(キーエンス社製VHX−1000)を用いて、倍率500倍で金コロイドの捕捉状態を観察した。
(2) Evaluation of fractionated layer of hollow fiber membrane The prepared 10 nm or 20 nm gold colloid dispersion was filtered into a minimodule under a pressure of 1 bar. The gold colloid dispersion was filtered at 10 L / m 2 and then filtered again with the same amount of distilled water. About the cross section of the film | membrane, the capture | acquisition state of the gold colloid was observed at 500-times multiplication factor using the optical microscope (VHX-1000 by Keyence Corporation).
12.捕捉層の厚み、位置の測定
前記20nmの金コロイドの捕捉試験を実施した膜を、光学顕微鏡を用いて500倍で観察した。金コロイドにより染まった部分の厚みを画像から求めた。具体的には、定規で任意に5点測定して平均値を捕捉層の厚みとした。
また、捕捉層の位置を以下の方法で測定した。20nmの金コロイドの捕捉試験を実施した膜を、光学顕微鏡を用いて500倍で観察した。内周近傍の捕捉層については、内表面から金コロイドにより染まった部分(最も内側)までの半径方向の距離を定規で5点測定して平均値を求め、これを後述する膜厚の測定で得られた膜厚で除して、位置を百分率で求めた。外周近傍の捕捉層については、外表面から金コロイドにより染まった部分(最も外側)までの半径方向の距離を定規で5点測定して平均値を求め、これを同様に膜厚で除して、位置を百分率で求めた。
12 Measurement of Thickness and Position of Capture Layer The film subjected to the 20 nm gold colloid capture test was observed at 500 times using an optical microscope. The thickness of the part dyed by the gold colloid was determined from the image. Specifically, five points were arbitrarily measured with a ruler, and the average value was taken as the thickness of the trapping layer.
Further, the position of the trapping layer was measured by the following method. The film subjected to the 20 nm gold colloid capture test was observed at 500 times using an optical microscope. For the trapping layer near the inner periphery, measure the radial distance from the inner surface to the portion (innermost) stained with gold colloid with a ruler to obtain an average value, which is measured by the film thickness measurement described later. Dividing by the film thickness obtained, the position was determined as a percentage. For the trapping layer near the outer periphery, measure the distance in the radial direction from the outer surface to the portion stained with the gold colloid (outermost) with a ruler at five points to obtain an average value, and similarly divide by the film thickness The position was determined as a percentage.
13.捕捉層の孔径の測定
前記11.(2)で濾過した10nmの金コロイド液を走査型電子顕微鏡(キーエンス社製VE−9800)を用いて10万倍で、n=50個の粒子サイズを測定し、その中から最大粒子サイズを求めた。この最大粒子サイズを緻密層の最小孔径とした。
次に、最大孔径はバブルポイント法で求めた。具体的には、片端を接着封止した中空糸膜モジュールをPorous Materials社製Galwickに浸漬し、中空側から加圧し、気泡が一定間隔で確認された圧力から、最大孔径を算出した。
最大孔径(nm)=28.6×15.9÷圧力値(bar)
13. Measurement of pore diameter of trapping layer The colloidal gold solution of 10 nm filtered in (2) was measured with a scanning electron microscope (VE-9800 manufactured by Keyence Corporation) at a magnification of 100,000, and n = 50 particle sizes were measured. Asked. This maximum particle size was taken as the minimum pore size of the dense layer.
Next, the maximum pore diameter was determined by the bubble point method. Specifically, a hollow fiber membrane module with one end bonded and sealed was immersed in Porous Materials' Galwick, pressurized from the hollow side, and the maximum pore diameter was calculated from the pressure at which bubbles were confirmed at regular intervals.
Maximum pore diameter (nm) = 28.6 × 15.9 ÷ pressure value (bar)
14.中空糸膜の内径、膜厚の測定
中空糸膜の内径、外径および膜厚は、中空糸膜をスライドグラスの中央に開けられたφ3mmの孔に中空糸膜が抜け落ちない程度に適当本数通し、スライドグラスの上下面でカミソリによりカットし、中空糸膜断面サンプルを得た後、投影機Nikon−V−12Aを用いて中空糸膜断面の短径、長径を測定することにより得られる。中空糸膜断面1個につき2方向の短径、長径を測定し、それぞれの算術平均値を中空糸膜断面1個の内径および外径とし、膜厚は(外径−内径)/2で算出した。5断面について同様に測定を行い、平均値を内径、膜厚とした。
14 Measurement of the inner diameter and thickness of the hollow fiber membrane The inner diameter, outer diameter, and thickness of the hollow fiber membrane are appropriately adjusted so that the hollow fiber membrane does not fall out into a hole of φ3 mm formed in the center of the slide glass. After the sample is cut with a razor on the upper and lower surfaces of the slide glass to obtain a hollow fiber membrane cross section sample, it is obtained by measuring the short diameter and long diameter of the cross section of the hollow fiber membrane using a projector Nikon-V-12A. Measure the short axis and long axis in two directions for each cross section of the hollow fiber membrane, and calculate the arithmetic average value of each of the cross section of the hollow fiber membrane as the inner diameter and outer diameter of one hollow fiber membrane. did. The same measurement was performed on five cross sections, and the average value was defined as the inner diameter and film thickness.
15.中空糸膜の耐圧性試験
ミニモジュールの中空部側に加圧エアーを送り込み、中空糸膜がバーストする圧力(MPa)を読み取った。装置の能力上、最大加圧値は0.82MPaであり、この圧力でもバーストしない場合は、>0.82MPaという表記とした。
15. Pressure resistance test of hollow fiber membrane Pressurized air was sent to the hollow portion side of the mini module, and the pressure (MPa) at which the hollow fiber membrane burst was read. In view of the capability of the apparatus, the maximum pressurization value is 0.82 MPa, and when it does not burst even at this pressure, it is expressed as> 0.82 MPa.
(実施例1)
PES(BASF社製Ultrason(商品名)E6020P 還元粘度0.59)20重量部、BASF社製PVP(Luvitec(商品名)K90PH)6重量部、三菱化学社製NMP33.3重量部、三井化学社製TEG40.6999重量部、和光純薬工業製酢酸銅0.0001重量部を55℃で6時間にわたって混合、溶解し均一な溶液を得た。この際、系内は減圧、窒素送入を数回繰り返して窒素置換し、密閉した状態で溶液の調製を行った。溶液調製後、55℃で常圧−0.09MPaまで減圧した後、溶媒等が揮発して溶液組成が変化しないようにすぐに系内を密封して30分放置して脱泡を行った。さらに、溶液はタンクからノズルをつなぐ流路に設けられた減圧部分で連続的に脱泡された後、ノズルに導入した。この際、流路の温度は55℃、減圧部分の減圧度は常圧−0.050MPaであった。
Example 1
PES (BASF Ultrason (trade name) E6020P reduced viscosity 0.59) 20 parts by weight, BASF PVP (Luvitec (trade name) K90PH) 6 parts by weight, Mitsubishi Chemical Corporation NMP 33.3 parts by weight, Mitsui Chemicals, Inc. 40.6999 parts by weight of TEG manufactured and 0.0001 parts by weight of copper acetate manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. were mixed and dissolved at 55 ° C. for 6 hours to obtain a uniform solution. At this time, the inside of the system was repeatedly purged with nitrogen several times by reducing pressure and introducing nitrogen, and a solution was prepared in a sealed state. After preparing the solution, the pressure was reduced to normal pressure -0.09 MPa at 55 ° C., and then the system was immediately sealed and left to stand for 30 minutes so that the solvent and the like would volatilize and the solution composition would not change. Further, the solution was continuously defoamed in a reduced pressure portion provided in a flow path connecting the tank to the nozzle, and then introduced into the nozzle. At this time, the temperature of the flow path was 55 ° C., and the degree of pressure reduction in the reduced pressure portion was normal pressure −0.050 MPa.
二重管ノズルの環状部から上記製膜溶液を、中心部から芯液としてNMP38.25重量部、TEG46.75重量部、RO水15重量部の混合液を吐出し、15mmのエアギャップを経て、NMP27重量部、TEG33重量部、RO水40重量部の混合液からなる外部凝固液を満たした凝固浴に導いた。この際、ノズル温度は55℃、外部凝固液温度は60℃に設定した。凝固浴から引き上げた中空糸膜は55℃の温水を満たした洗浄槽に導いた。 The film-forming solution is discharged from the annular part of the double tube nozzle, and a mixed liquid of 38.25 parts by weight of NMP, 46.75 parts by weight of TEG and 15 parts by weight of RO water is discharged from the center part as a core liquid, and through a 15 mm air gap. , 27 parts by weight of NMP, 33 parts by weight of TEG, and 40 parts by weight of RO water were introduced into a coagulation bath filled with an external coagulation liquid. At this time, the nozzle temperature was set to 55 ° C., and the external coagulation liquid temperature was set to 60 ° C. The hollow fiber membrane pulled up from the coagulation bath was led to a washing tank filled with 55 ° C. warm water.
紡速は22.2m/min、中空糸膜の凝固浴内における走行長は450mmであり、凝固浴内の滞留時間は1.22秒であった。洗浄槽内での滞留時間は30秒になるよう走行長を設定した。中空糸膜は、内径が約200μm、膜厚が約60μmになるよう製膜溶液、芯液の吐出量を制御した。上記の条件から算出される中空糸膜のエアギャップ部滞留時間は0.04秒であった。また、ドラフト比は10.5、捲上げ速度/引取り速度の比は1.01であった。 The spinning speed was 22.2 m / min, the running length of the hollow fiber membrane in the coagulation bath was 450 mm, and the residence time in the coagulation bath was 1.22 seconds. The running length was set so that the residence time in the washing tank was 30 seconds. The hollow fiber membrane was controlled in terms of the amount of the membrane-forming solution and core solution discharged so that the inner diameter was about 200 μm and the film thickness was about 60 μm. The air gap residence time of the hollow fiber membrane calculated from the above conditions was 0.04 seconds. The draft ratio was 10.5, and the ratio of the lifting speed / take-off speed was 1.01.
巻き取った中空糸膜は、本数5600本、長さ40cmのバンドルとし、芯液を除去した。その後、80℃のRO水に60分、直立状態で浸漬して熱水処理を行った。加熱処理が完了した中空糸膜は、濡れた状態のまま速やかに40℃の温水を入れた高圧蒸気滅菌器に水没させ、132℃×20分の条件で高圧熱水処理を行った。 The wound hollow fiber membranes were bundled with a number of 5600 and a length of 40 cm, and the core liquid was removed. Then, it was immersed in 80 degreeC RO water for 60 minutes in the upright state, and the hot water process was performed. The hollow fiber membrane that had been subjected to the heat treatment was immediately submerged in a high-pressure steam sterilizer containing hot water at 40 ° C. in a wet state, and subjected to high-pressure hot water treatment under conditions of 132 ° C. × 20 minutes.
次に、中空糸膜束48本を回転テーブルに載せてマイクロ波乾燥装置(千代田製作所社製HD−12R)に入れ、8kWのマイクロ波を照射するとともに乾燥装置内を7kPaに減圧し、27分乾燥処理を行った。続いてマイクロ波出力を3.5KWに設定して7kPaの減圧下で7分乾燥処理を行い、さらにマイクロ波出力を2kWに低下させて5分の乾燥を完了した。さらに、中空糸束をもう一度40℃の温水を入れた高圧蒸気滅菌器に水没させ、132℃×20分の条件で度高圧熱水処理を行った。引き続き、先ほどと同様にマイクロ波乾燥を実施した。乾燥工程における中空糸膜表面の最高到達温度は60℃、乾燥中空糸膜の水分率は3.3%であった。以上の工程を経て、内径198μm、膜厚59μmの中空糸膜(A)を得た。 Next, 48 hollow fiber membrane bundles are placed on a rotary table and placed in a microwave drying apparatus (HD-12R manufactured by Chiyoda Seisakusho Co., Ltd.), irradiated with 8 kW of microwaves, and the inside of the drying apparatus is reduced to 7 kPa for 27 minutes. A drying treatment was performed. Subsequently, the microwave output was set to 3.5 kW, a drying process was performed for 7 minutes under a reduced pressure of 7 kPa, and the microwave output was further reduced to 2 kW to complete the drying for 5 minutes. Further, the hollow fiber bundle was submerged once more in a high-pressure steam sterilizer containing warm water at 40 ° C., and subjected to high-pressure hot water treatment under conditions of 132 ° C. × 20 minutes. Subsequently, microwave drying was performed as before. The maximum temperature reached on the hollow fiber membrane surface in the drying step was 60 ° C., and the moisture content of the dry hollow fiber membrane was 3.3%. Through the above steps, a hollow fiber membrane (A) having an inner diameter of 198 μm and a film thickness of 59 μm was obtained.
10nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは捕捉されていなかった(図11)。また、20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは内周及び外周近傍に捕捉されていた(図1)。また、この中空糸膜(A)を透過型電子顕微鏡(日本電子社製JEM−2100)を用いて2000倍で観察したところ、内周近傍及び外周近傍は膜構造が密(黒色及び灰色部)であったが(図4及び図6)、中央部は膜構造が疎であることが確認された(図5及び図3)。走査型電子顕微鏡で500倍で観察を行ったところ、中空糸膜(A)の膜厚部分の中心領域は実質的に均質な構造、膜厚部分がマクロボイドを実質的に持たない構造であった。内周近傍の捕捉層の厚みは5μm、外周近傍の捕捉層の厚みは12μmであった。また、内周近傍の捕捉層は内表面からおよそ18%の位置、外周近傍の捕捉層は外表面からおよそ25%の位置であった。さらに、捕捉層の最小孔径は11nm、最大孔径は36nmであった。中空糸膜(A)の詳細と評価結果を表1に示す。なお、中空糸膜の評価にあたっては、純水Fluxを測定し、免疫グロブリンの透過試験を実施した。そして、免疫グロブリンの透過試験で得られた、30L/m2濾過するまでにかかる時間及び濾過時間120分の各時点での濾液を使用し、既述の方法によって免疫グロブリンの透過率を測定した。また、中空糸膜面積1m2あたりの濾過負荷量300L時点のバクテリオファージφX174のクリアランス指数(以下φX174−CL300と略記する)を測定した。 As a result of observing the cross section of the film subjected to the 10 nm colloidal gold capture test with an optical microscope, the colloidal gold was not captured (FIG. 11). Moreover, as a result of observing the film | membrane cross section which implemented the gold colloid capture test of 20 nm with an optical microscope, the gold colloid was trapped by inner periphery and outer periphery vicinity (FIG. 1). Further, when this hollow fiber membrane (A) was observed with a transmission electron microscope (JEM-2100 manufactured by JEOL Ltd.) at a magnification of 2000 times, the membrane structure was dense in the vicinity of the inner periphery and the vicinity of the outer periphery (black and gray portions). (FIGS. 4 and 6), it was confirmed that the central part has a sparse film structure (FIGS. 5 and 3). When observed at 500 times with a scanning electron microscope, the central region of the film thickness portion of the hollow fiber membrane (A) has a substantially homogeneous structure, and the film thickness portion has a structure substantially free of macrovoids. It was. The thickness of the trapping layer near the inner periphery was 5 μm, and the thickness of the trapping layer near the outer periphery was 12 μm. Further, the trapping layer near the inner periphery was at a position of approximately 18% from the inner surface, and the trapping layer near the outer periphery was at a position of approximately 25% from the outer surface. Further, the trapping layer had a minimum pore size of 11 nm and a maximum pore size of 36 nm. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (A) are shown in Table 1. In evaluating the hollow fiber membrane, pure water flux was measured and an immunoglobulin permeation test was performed. Then, using the filtrate obtained at the time of filtration of 30 L / m 2 and the filtration time at 120 minutes obtained in the immunoglobulin permeation test, the immunoglobulin permeability was measured by the method described above. . Moreover, the clearance index (hereinafter abbreviated as φX174-CL300) of bacteriophage φX174 at the time of 300 L of filtration load per 1 m 2 of the hollow fiber membrane area was measured.
(実施例2)
BASF社製PVPを(Luvitec(商品名)K85PH)に変更した以外は実施例1と同様にして中空糸膜(B)を得た。10nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは捕捉されていなかった。また、20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは内周及び外周近傍に捕捉されていた。また、透過型電子顕微鏡で観察したところ、内周及び外周近傍は膜構造が密(黒色及び灰色部)であったが、中央部は膜構造が疎であることが確認された。SEM観察を行ったところ、中空糸膜(B)の膜厚部分の中心領域は実質的に均質な構造、膜厚部分にマクロボイドを実質的に持たない構造であった。内周近傍に存在する捕捉層の厚みは4μm、外周近傍に存在する捕捉層の厚みは11μmであった。また、内周近傍に存在する捕捉層は内表面から17%の位置、外周近傍に存在する捕捉層は外表面から25%の位置であった。さらに、捕捉層の最小孔径は12nm、最大孔径は36nmであった。中空糸膜(B)の詳細と評価結果を表1に示す。
(Example 2)
A hollow fiber membrane (B) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the BASF PVP was changed to (Luvitec (trade name) K85PH). As a result of observing the cross section of the film subjected to the 10 nm colloidal gold capture test with an optical microscope, the colloidal gold was not captured. Moreover, as a result of observing the film | membrane cross section which implemented the gold colloid capture test of 20 nm with an optical microscope, the gold colloid was trapped by inner periphery and outer periphery vicinity. Further, when observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that the film structure was dense (black and gray portions) in the inner periphery and the vicinity of the outer periphery, but the film structure was sparse in the central portion. As a result of SEM observation, the central region of the film thickness portion of the hollow fiber membrane (B) had a substantially homogeneous structure and a structure substantially free of macrovoids in the film thickness portion. The thickness of the trapping layer near the inner periphery was 4 μm, and the thickness of the trapping layer near the outer periphery was 11 μm. Further, the trapping layer present in the vicinity of the inner periphery was 17% from the inner surface, and the trapping layer present in the vicinity of the outer periphery was 25% from the outer surface. Further, the trapping layer had a minimum pore size of 12 nm and a maximum pore size of 36 nm. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (B) are shown in Table 1.
(実施例3)
ドラフト比を17.0に変更した以外は実施例1と同様にして中空糸膜(C)を得た。乾燥工程における中空糸膜表面の最高到達温度は60℃、乾燥中空糸膜の水分率は3.1%であった。10nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは捕捉されていなかった。また、20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは内周及び外周近傍に捕捉されていた。また、透過型電子顕微鏡で観察したところ、内周及び外周近傍は膜構造が密(黒色及び灰色部)であったが、中央部は膜構造が疎であることが確認された。SEM観察を行ったところ、中空糸膜(C)の膜厚部分の中心領域は実質的に均質な構造、膜厚部分にマクロボイドを実質的に持たない構造であった。内周近傍に存在する捕捉層の厚みは5μm、外周近傍に存在する捕捉層の厚みは12μmであった。また、内周近傍に存在する捕捉層は内表面から19%の位置、外周近傍に存在する捕捉層は外表面から26%の位置であった。さらに、捕捉層の最小孔径は11nm、最大孔径は36nmであった。中空糸膜(C)の詳細と評価結果を表1に示す。
(Example 3)
A hollow fiber membrane (C) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the draft ratio was changed to 17.0. The maximum temperature reached on the hollow fiber membrane surface in the drying step was 60 ° C., and the moisture content of the dry hollow fiber membrane was 3.1%. As a result of observing the cross section of the film subjected to the 10 nm colloidal gold capture test with an optical microscope, the colloidal gold was not captured. Moreover, as a result of observing the film | membrane cross section which implemented the gold colloid capture test of 20 nm with an optical microscope, the gold colloid was trapped by inner periphery and outer periphery vicinity. Further, when observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that the film structure was dense (black and gray portions) in the inner periphery and the vicinity of the outer periphery, but the film structure was sparse in the central portion. When SEM observation was performed, the central region of the film thickness portion of the hollow fiber membrane (C) had a substantially homogeneous structure and a structure substantially free of macrovoids in the film thickness portion. The thickness of the capturing layer existing in the vicinity of the inner periphery was 5 μm, and the thickness of the capturing layer existing in the vicinity of the outer periphery was 12 μm. Further, the trapping layer present in the vicinity of the inner periphery was 19% from the inner surface, and the trapping layer present in the vicinity of the outer periphery was 26% from the outer surface. Further, the trapping layer had a minimum pore size of 11 nm and a maximum pore size of 36 nm. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (C) are shown in Table 1.
(実施例4)
捲上げ速度/引取り速度の比を1.20に変更した以外は実施例1と同様にして中空糸膜(D)を得た。乾燥工程における中空糸膜表面の最高到達温度は60℃、乾燥中空糸膜の水分率は3.6%であった。10nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは捕捉されていなかった。また、20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは内周近傍及び外周近傍に捕捉されていた。また、透過型電子顕微鏡で観察したところ、内周近傍及び外周近傍は膜構造が密(黒色及び灰色部)であったが、中央部は膜構造が疎であることが確認された。SEM観察を行ったところ、中空糸膜(D)の膜厚部分の中心領域は実質的に均質な構造、膜厚部分にマクロボイドを実質的に持たない構造であった。内周近傍に存在する捕捉層の厚みは3μm、外周近傍に存在する捕捉層の厚みは11μmであった。また、内周近傍に存在する捕捉層は内表面から18%の位置、外周近傍に存在する捕捉層は外表面から24%の位置であった。さらに、捕捉層の最小孔径は12nm、最大孔径は37nmであった。中空糸膜(D)の詳細と評価結果を表1に示す。
Example 4
A hollow fiber membrane (D) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the lifting speed / take-off speed was changed to 1.20. The maximum temperature reached on the hollow fiber membrane surface in the drying step was 60 ° C., and the moisture content of the dry hollow fiber membrane was 3.6%. As a result of observing the cross section of the film subjected to the 10 nm colloidal gold capture test with an optical microscope, the colloidal gold was not captured. Moreover, as a result of observing the cross section of the film subjected to the gold colloid capturing test of 20 nm with an optical microscope, the gold colloid was captured in the vicinity of the inner periphery and the vicinity of the outer periphery. Further, when observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that the film structure was dense (black and gray portions) near the inner periphery and the outer periphery, but the film structure was sparse in the central portion. When SEM observation was performed, the central region of the film thickness portion of the hollow fiber membrane (D) had a substantially homogeneous structure and a structure substantially free of macrovoids in the film thickness portion. The thickness of the trapping layer near the inner periphery was 3 μm, and the thickness of the trapping layer near the outer periphery was 11 μm. Further, the trapping layer present in the vicinity of the inner periphery was 18% from the inner surface, and the trapping layer present in the vicinity of the outer periphery was 24% from the outer surface. Furthermore, the minimum pore size of the trapping layer was 12 nm, and the maximum pore size was 37 nm. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (D) are shown in Table 1.
(実施例5)
ドラフト比を3.5、捲上げ速度/引取り速度の比を1.15に変更した以外は実施例1と同様にして中空糸膜(E)を得た。乾燥工程における中空糸膜表面の最高到達温度は60℃、乾燥中空糸膜の水分率は2.9%であった。10nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは捕捉されていなかった。また、20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは内周及び外周近傍に捕捉されていた。また、透過型電子顕微鏡で観察したところ、内周及び外周近傍は膜構造が密(黒色及び灰色部)であったが、中央部は膜構造が疎であることが確認された。SEM観察を行ったところ、中空糸膜(E)の膜厚部分の中心領域は実質的に均質な構造、膜厚部分にマクロボイドを実質的に持たない構造であった。内周近傍に存在する捕捉層の厚みは3μm、外周近傍に存在する捕捉層の厚みは11μmであった。また、内周近傍に存在する捕捉層は内表面から17%の位置、外周近傍の捕捉層は外表面から25%の位置であった。さらに、捕捉層の最小孔径は12nm、最大孔径は36nmであった。中空糸膜(E)の詳細と評価結果を表1に示す。
(Example 5)
A hollow fiber membrane (E) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the draft ratio was changed to 3.5 and the ratio of the lifting speed / take-off speed was changed to 1.15. The maximum temperature reached on the surface of the hollow fiber membrane in the drying step was 60 ° C., and the moisture content of the dry hollow fiber membrane was 2.9%. As a result of observing the cross section of the film subjected to the 10 nm colloidal gold capture test with an optical microscope, the colloidal gold was not captured. Moreover, as a result of observing the film | membrane cross section which implemented the gold colloid capture test of 20 nm with an optical microscope, the gold colloid was trapped by inner periphery and outer periphery vicinity. Further, when observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that the film structure was dense (black and gray portions) in the inner periphery and the vicinity of the outer periphery, but the film structure was sparse in the central portion. When SEM observation was performed, the central region of the film thickness portion of the hollow fiber membrane (E) had a substantially homogeneous structure and a structure substantially free of macrovoids in the film thickness portion. The thickness of the trapping layer near the inner periphery was 3 μm, and the thickness of the trapping layer near the outer periphery was 11 μm. Further, the trapping layer present in the vicinity of the inner periphery was 17% from the inner surface, and the trapping layer in the vicinity of the outer periphery was 25% from the outer surface. Further, the trapping layer had a minimum pore size of 12 nm and a maximum pore size of 36 nm. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (E) are shown in Table 1.
(実施例6)
PESを住友ケムテック社製スミカエクセル(登録商標)5200P(還元粘度0.52)に変更した以外は実施例1と同様にして中空糸膜(F)を得た。乾燥工程における中空糸膜表面の最高到達温度は60℃、乾燥中空糸膜の水分率は3.6%であった。10nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは捕捉されていなかった。また、20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは内周及び外周近傍に捕捉されていた。また、透過型電子顕微鏡で観察したところ、内周及び外周近傍は膜構造が密(黒色及び灰色部)であったが、中央部は膜構造が疎であることが確認された。SEM観察を行ったところ、中空糸膜(F)の膜厚部分の中心領域は実質的に均質な構造、膜厚部分にマクロボイドを実質的に持たない構造であった。内周近傍に存在する捕捉層の厚みは5μm、外周近傍に存在する捕捉層の厚みは12μmであった。また、内周近傍に存在する捕捉層は内表面から19%の位置、外周近傍に存在する捕捉層は外表面から25%の位置であった。さらに、捕捉層の最小孔径は12nm、最大孔径は36nmであった。中空糸膜(F)の詳細と評価結果を表1に示す。
(Example 6)
A hollow fiber membrane (F) was obtained in the same manner as in Example 1 except that PES was changed to Sumika Excel (registered trademark) 5200P (reduced viscosity 0.52) manufactured by Sumitomo Chemtech. The maximum temperature reached on the hollow fiber membrane surface in the drying step was 60 ° C., and the moisture content of the dry hollow fiber membrane was 3.6%. As a result of observing the cross section of the film subjected to the 10 nm colloidal gold capture test with an optical microscope, the colloidal gold was not captured. Moreover, as a result of observing the film | membrane cross section which implemented the gold colloid capture test of 20 nm with an optical microscope, the gold colloid was trapped by inner periphery and outer periphery vicinity. Further, when observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that the film structure was dense (black and gray portions) in the inner periphery and the vicinity of the outer periphery, but the film structure was sparse in the central portion. When SEM observation was performed, the central region of the film thickness portion of the hollow fiber membrane (F) had a substantially homogeneous structure and a structure substantially free of macrovoids in the film thickness portion. The thickness of the capturing layer existing in the vicinity of the inner periphery was 5 μm, and the thickness of the capturing layer existing in the vicinity of the outer periphery was 12 μm. Further, the trapping layer present in the vicinity of the inner periphery was 19% from the inner surface, and the trapping layer present in the vicinity of the outer periphery was 25% from the outer surface. Further, the trapping layer had a minimum pore size of 12 nm and a maximum pore size of 36 nm. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (F) are shown in Table 1.
(実施例7)
ポリスルホン系高分子をPSf(アモコ社製P−3500:還元粘度0.6)にした以外は実施例1と同様にして中空糸膜(G)を得た。10nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは捕捉されていなかった。また、20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、金コロイドは内周及び外周近傍に捕捉されていた。また、透過型電子顕微鏡で観察したところ、内周及び外周近傍は膜構造が密(黒色及び灰色部)であったが、中央部は膜構造が疎であることが確認された。SEM観察を行ったところ、中空糸膜(G)の膜厚部分の中心領域は実質的に均質な構造、膜厚部分にマクロボイドを実質的に持たない構造であった。内周近傍に存在する捕捉層の厚みは5μm、外周近傍に存在する捕捉層の厚みは12μmであった。また、内周近傍に存在する捕捉層は内表面から18%の位置、外周近傍に存在する捕捉層は外表面から26%であった。さらに、捕捉層の最小孔径は11nm、最大孔径は36nmであった。中空糸膜(G)の詳細と評価結果を表1に示す。
(Example 7)
A hollow fiber membrane (G) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polysulfone-based polymer was PSf (P-3500 manufactured by Amoco Co., Ltd .: reduced viscosity 0.6). As a result of observing the cross section of the film subjected to the 10 nm colloidal gold capture test with an optical microscope, the colloidal gold was not captured. Moreover, as a result of observing the film | membrane cross section which implemented the gold colloid capture test of 20 nm with an optical microscope, the gold colloid was trapped by inner periphery and outer periphery vicinity. Further, when observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that the film structure was dense (black and gray portions) in the inner periphery and the vicinity of the outer periphery, but the film structure was sparse in the central portion. As a result of SEM observation, the central region of the film thickness portion of the hollow fiber membrane (G) had a substantially homogeneous structure and a structure substantially free of macrovoids in the film thickness portion. The thickness of the capturing layer existing in the vicinity of the inner periphery was 5 μm, and the thickness of the capturing layer existing in the vicinity of the outer periphery was 12 μm. Further, the trapping layer present in the vicinity of the inner periphery was 18% from the inner surface, and the trapping layer present in the vicinity of the outer periphery was 26% from the outer surface. Further, the trapping layer had a minimum pore size of 11 nm and a maximum pore size of 36 nm. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (G) are shown in Table 1.
(比較例1)
ドラフト比を17.0、捲上げ速度/引取り速度の比を1.23に変更した以外は実施例1と同様にして中空糸膜(H)を得た。10nmまたは20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、20nmの金コロイドは内周及び外周近傍に捕捉され、さらには10nmの金コロイドも外周近傍に捕捉されていた。内周近傍に存在する捕捉層の厚みは6μm、外周近傍に存在する捕捉層の厚みは13μmであった。また、内周近傍に存在する捕捉層は内表面から17%の位置、外周近傍に存在する捕捉層は外表面から24%の位置であった。さらに、捕捉層の最小孔径は9nm、最大孔径は35nmであった。
また、純水フラックスは31L/(h・m2・bar)であり、実施例に比べて大きく低下し、免疫グロブリン透過率も93%と低くなった。これらの結果から、ドラフト比が大き過ぎると、適度な配向のレベルを越え、膜の孔が変形してしまい、10nm金コロイドの捕捉、フラックスの低下、有用タンパク質の透過性の低下が引き起こされた可能性がある。
免疫グロブリン透過率が95%を下回ると、濾過によるタンパク質ロスが大きくなり、生産性が低下することとなり、実用的ではない。中空糸膜(H)の詳細と評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A hollow fiber membrane (H) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the draft ratio was changed to 17.0 and the ratio of the lifting speed / take-off speed was changed to 1.23. As a result of observing the cross section of the film subjected to the 10 nm or 20 nm gold colloid capture test with an optical microscope, the 20 nm gold colloid was captured near the inner periphery and the outer periphery, and further, the 10 nm gold colloid was also captured near the outer periphery. The thickness of the acquisition layer existing in the vicinity of the inner periphery was 6 μm, and the thickness of the acquisition layer existing in the vicinity of the outer periphery was 13 μm. Further, the trapping layer present near the inner periphery was 17% from the inner surface, and the trapping layer present near the outer periphery was 24% from the outer surface. Furthermore, the minimum pore size of the trapping layer was 9 nm, and the maximum pore size was 35 nm.
Further, the pure water flux was 31 L / (h · m 2 · bar), which was greatly reduced as compared with the Examples, and the immunoglobulin permeability was as low as 93%. From these results, when the draft ratio was too large, the level of the proper orientation was exceeded, and the pores of the membrane were deformed, causing the capture of 10 nm gold colloid, the decrease in flux, and the decrease in the permeability of useful proteins. there is a possibility.
If the immunoglobulin permeability is less than 95%, protein loss due to filtration increases and productivity decreases, which is not practical. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (H) are shown in Table 1.
(比較例2)
ドラフト比を2.0、捲上げ速度/引取り速度の比を0.98に変更した以外は実施例1と同様にして中空糸膜(I)を得た。10nmまたは20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、10nmの金コロイドは捕捉されておらず、一方20nmの金コロイドは外周近傍にのみ捕捉されていた(図2)。また、透過型電子顕微鏡で観察したところ、外周近傍のみ膜構造が密(黒色及び灰色部)であったが(図10)、内周近傍や中央部は膜構造が疎であることが確認された(図7、図8及び図9)。外周近傍に存在する捕捉層の厚みは9μmであった。外周近傍に存在する捕捉層は外表面から25%の位置であった。さらに、捕捉層の最小孔径は13nm以上、最大孔径は42nmであった。
また、中空糸膜面積1m2あたりの濾過負荷量300L時点のバクテリオファージφX174のクリアランス指数(以下φX174−CL300と略記する)を測定した結果、3.1と低く、ウィルス除去膜として不十分な性能であった。これらの結果から、ドラフト比が小さすぎると、中空糸膜の外周近傍の配向及び内周近傍の配向が同時に発生せず、それぞれが緻密な膜構造に導かれなかったため、外周近傍にしか金コロイドの捕捉層は発現せず、ウィルスの除去効果が十分に発揮されなかった可能性がある。中空糸膜(I)の詳細と評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A hollow fiber membrane (I) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the draft ratio was changed to 2.0 and the ratio of the lifting speed / take-off speed was changed to 0.98. As a result of observing the cross section of the film subjected to the 10 nm or 20 nm gold colloid capture test with an optical microscope, the 10 nm gold colloid was not captured, whereas the 20 nm gold colloid was captured only in the vicinity of the outer periphery (FIG. 2). . When observed with a transmission electron microscope, the film structure was dense (black and gray) only in the vicinity of the outer periphery (FIG. 10), but it was confirmed that the film structure was sparse in the vicinity of the inner periphery and in the central part. (FIGS. 7, 8, and 9). The thickness of the trapping layer present in the vicinity of the outer periphery was 9 μm. The trapping layer present in the vicinity of the outer periphery was at a position 25% from the outer surface. Furthermore, the minimum pore diameter of the trapping layer was 13 nm or more, and the maximum pore diameter was 42 nm.
Further, as a result of measuring the clearance index of bacteriophage φX174 (hereinafter abbreviated as φX174-CL300) at the time of filtration load of 300 L per 1 m 2 of hollow fiber membrane area, the performance was insufficient as a virus removal membrane as low as 3.1. Met. From these results, if the draft ratio is too small, the orientation in the vicinity of the outer periphery and the orientation in the vicinity of the inner periphery of the hollow fiber membrane did not occur at the same time, and each led to a dense membrane structure. There was a possibility that the trapping layer was not expressed and the virus removal effect was not sufficiently exhibited. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (I) are shown in Table 1.
(比較例3)
特許文献6における実施例1(PESは住友ケムテック社製スミカエクセル4800P:還元粘度0.48を使用)に記載の中空糸膜を中空糸膜(J)とした。20nmの金コロイド捕捉試験を実施した膜断面を光学顕微鏡によって観察した結果、20nmの金コロイドはどこにも捕捉されていなかった。
また、中空糸膜面積1m2あたりの濾過負荷量300L時点のバクテリオファージφX174のクリアランス指数を測定した結果、3.5と低く、ウィルス除去膜として不十分な性能であった。
これらの結果から、還元粘度が低い疎水性高分子、換言すると分子量が低い疎水性高分子を用いると中空糸膜製膜時に均質な構造が形成されず、ファージクリアランスが低下した可能性がある。中空糸膜(J)の詳細と評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
The hollow fiber membrane described in Example 1 (PES uses Sumika Excel 4800P manufactured by Sumitomo Chemtech Co., Ltd .: reduced viscosity 0.48) was used as the hollow fiber membrane (J). As a result of observing the cross section of the film subjected to the 20 nm gold colloid capture test with an optical microscope, no 20 nm gold colloid was captured anywhere.
Moreover, as a result of measuring the clearance index of bacteriophage φX174 at the time of 300 L of filtration load per 1 m 2 of the hollow fiber membrane area, it was as low as 3.5 and was insufficient as a virus removal membrane.
From these results, when a hydrophobic polymer having a low reduced viscosity, in other words, a hydrophobic polymer having a low molecular weight is used, a homogeneous structure is not formed during the formation of the hollow fiber membrane, and the phage clearance may be lowered. The details and evaluation results of the hollow fiber membrane (J) are shown in Table 1.
本発明の多孔質中空糸膜は、タンパク質などの有用回収物質が効率良く透過しつつ、同時に、ウィルスなどの除去物質を高いファージクリアランス指数で分離除去することができ、特にタンパク質溶液からのウィルス除去に有用であり、産業界に大きく寄与する。 The porous hollow fiber membrane of the present invention is capable of separating and removing a removal substance such as a virus with a high phage clearance index while efficiently passing through a useful collection substance such as a protein. It is useful for the industry and greatly contributes to the industry.
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