JPH02290228A - 再生セルロース中空糸膜微量濾過用モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、精密濾過に用いられる中空糸膜を用いた濾過
用モジエールに関する。更に詳しくは、医Ｉ，微生物、
生化学分野等でのウイルス分離・除去・濃縮試験等に利
用することができ、特に生物化学的に有用な蛋白質を含
む微量かつ貴重な分離対象、例えば微生物及びウイルス
培養液、ウイルス含有血漿、未知の病原物質を含む液等
から微生物、ウイルス、未知の病原物質を分離・除去・
濃縮するのに好適な再生セルロース中空糸膜微量’ｉｌ
ｌ過用モジュールに関するものである。

（従来技術） 上記の用途に用いられる中空系膜を分離膜七する分雌器
は、膜分離技術の進歩に伴い、最近著しく発達しつつあ
る。すなわち中空糸膜は、平面膜に比べて単位体積当り
の膜面積が大きく、成型品として組み立てられる為、補
強用の支持体が不要で、操作が容易である等多くの優れ
た特徴を有している。公知の工業用或いは医療用の中空
系膜分離器は、プラスチックもしくは金属製の外筒内に
多数（たとえば約ｉｏｏｏｏ本）の中空系膜が密に充填
され、中空糸膜の両末端を接着剤に埋め込んだ型式のも
のが一般的であった。

しかし、工業用、医療用以外の分離、即ち実験室用の用
途、例えば生化学分野における微生物、ウイルスの分離
の場合、分離対象の容積はｌ　ｍＱ以下の微量かつ貴重
なことが多い。この様な微量な分離対象を濾過すること
は、前述の型式の分離器では中空糸膜内外のデンドスペ
ースにより、分離対象が損失するため、分離実験が不可
能であった。

従って、この様な微量濾過の実験を行う場合、従来は中
空糸膜を注射針の先に挿入固定し、該中空糸末端を閉鎖
した後、該注射針を分離対象を入れた注射筒に装填し、
加圧濾過操作を行っていた。

しかしながら操作中に針先による或いは圧力のかけ過ぎ
による中空糸膜の破損などのトラブルが頻発する、予め
中空糸膜の性能及び欠点検査ができない、分離対象・濾
過液を接触汚染しやすい、特に感染性ウイルス濃縮液等
危険性の高い分離対象の濾過が難しいという種々の問題
点が生じていた。

また、一般に前述の分離実験に用いる中空糸膜の素材に
は、酢酸セルロース（ＣＤＡ）　、ポリアクリロニトリ
ル（ＰＡＮ）　、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）
　、ポリプロピレン（ＰＰ）、ボリエチレン（ＰＥ）、
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）　、エチレン／ビニル
アルコール共重合体（ＥＶＡＬ）等があるが、それらの
素材は蛋白質の吸着性が大きいという欠点がある。この
欠点のため、蛋白質の水溶液をそれらの中空糸で濾過す
ると濾過速度が急激に低下するという問題が生した。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は中空系膜の正確な性能及び欠点検査を行
った上、蛋白質を含む微量かつ貴重な分離対象から微生
物及びウイルス等の分甜・濃縮を行うことのできる微量
濾過用モジュールを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は平均孔径が０．０２μｍ〜０．２μｍの範囲に
ある銅アンモニア法再生セルロース中空糸膜（１）１本
〜数本が筒体（３）内に収納されているモジュールであ
って、上記モジュールの端部では、上記筒体（３）が大
気圧下に解放されか・つ上記膜（１）が完全に密閉され
ており、他方上記モジュールの他の端部では、充填剤（
２）を介して上記膜（１）と上記筒体（３）にワンタッ
チ式迅速流体継手（プラグ）（４）が固定されかつ上記
膜（１）が外系へ解放されていることを特徴とする粒子
分離微量濾過用モジュールである。

本発明では銅アンモニア法再生セルロース中空糸を用い
ることが必要である。

再生セルロースには、ビスコース法、セルロスエステル
のけん化法、銅アンモニア法等、種々のものがあるが、
各々製造条件の相違により、物理的、化学的性質におい
て決して「再生セルロース」として一律に論じられるも
のではない．銅アンモニア法では、不可欠な酸処理によ
り銅の除去に伴う微細な孔の発生と特異な分子鎖の凝集
構造の発生が認められるため、銅アンモニア法再生セル
ロースは特異な性質を持つ。本発明者らは、銅アンモニ
ア法再生セルロースからなる中空糸膜が既存の中空糸膜
の中で最も蛋白質の吸着性が少ない中空糸膜の１つであ
ることを発見した。

本発明では、銅アンモニア法再生セルロースの粘度平均
分子量は７Ｘ１０’以上が好ましく、また０．Ｉ　Ｎ　
Ｎａ０１１水溶液中での溶解成分が少なければ少ないほ
ど望ましい。４０゜Ｃ、４８時間、０．１Ｎ　Ｎａｉｌ
　　水溶液中に浸漬した際、この溶解成分が１０ｐｐｍ
以下であれば、この中空糸は本発明の分離器用濾材とし
て適している。

上述のようなセルロースからなる中空糸を作製するには
、高純度セルロース原料を用いて銅アンモニア法再生セ
ルロースを作製するか、或は中空系を作製後に０．Ｉ　
ＮａＯｌ１水溶液で７２時間以上洗浄処理すれば良い。

高綽度セルロース原料を用いれば、上記溶解成分が著し
く減少するので、より好ましい。ここで、「高純度セル
ロース原料」とは、α−セルロース含有率が９０−ｔ％
以上で、重合度が５００以上の木綿リンター及び木材バ
ルブを指す。これらの原料について、ブリーチング、洗
浄工程中での分解及び酸化を防止しつつ、不純物の混入
を避けるために、常に精製された水を用いると良い。

上述の高純度セルロース原料を用いて銅アンモニア法再
生セルロースを作製するには例えば以下の方法で作製す
ることができる。

セルロースリンク−（α−セルロース含有Ｎ　９６％以
上、平均分子ｆｆｉ　２．６Ｘ　１　０Ｓ）を公知の方
法で調製した銅アンモニア？容冫夜中に８ｗｔ％の濃度
で溶解したものを紡糸原液として用い。この紡糸原液に
対して、アセトン／アンモニア／水系混合溶液を凝固剤
及び中空剤として用いてミクロ相分離を生起させ、その
後、凝固・再生することにより得られる。ここで、ミク
ロ相分離とは、溶液中に高分子の濃厚層あるいは希薄層
が直径０．０２〜数μｍの粒子として分散し、安定化し
ている状態を意味する。ミクロ相分離の生起は、紡糸中
の糸の失透現象によって直接肉眼観察するか、あるいは
紡糸後の糸の走査型及び透過型電子顕微鏡観察により、
直径１μｍ以下、０．０２μｍ以上の粒子の存在で確認
される。

本発明では、平均孔径が０．０２〜０．２μｍの範囲に
あり中空糸膜１本〜数本を濾材とすることが必要である
。

ｉａ量かつ貴重な分離対象から微生物及びウイルス等の
分離・濃縮するには、中空系膜の充ｔ，３”ｌを極限的
に少なくする必要がある。すなわち中空系内外のデッド
スペースによる分だ対象の損失を極小にするために中空
糸膜１本〜数本を濾材とする超小型モジュールが必要で
ある。微生物及びウィルス等粒子径２５ｎｍ以上の粒子
の分離・濃縮が可能で、かつ十分な濾過速度を得るには
、平均孔径が０．０２〜０．２μｍの範囲にあることが
必要であり、また中空系膜の内径及び有効長は各々３０
０μｍ、２０ｃｍ以下が望ましい。平均孔径が０．０２
μｍ以下になると該中空糸膜の強度が著しく低下してし
まう。

また濃縮され中空糸膜内部に捕捉された微生物及びウィ
ルスを回収する方法として、濾過後の中空糸膜をセルロ
ース分解酵素セルラーゼにより分解した後、回収するこ
とができる。

本発明のモジュールは上記のように中空系膜１本〜数本
を濾材としているため、そのままでは取扱の際、該膜を
損傷するおそれが高い。すなわち筒体内に該膜を収納す
ることにより、損傷がら保護されている。さらに惑染性
ウイルス濃縮液等危険性の高い分離対象に触れること無
く安全に濾過操作ができる。

本発明では、中空糸膜が筒体内に収容され、か・つ咳筒
体の端部では該筒体が大気圧下に解放されかつ該膜は完
全に宝閉されていることが必要である。

また、筒休を透明ないし半透明することにより実際の濾
過の状態を観察することが可能となり好ましい。さらに
、筒体に目盛を入れれば濾過遣の正確な把握ができ、よ
り好ましい。

該筒体の一端で該筒体が大気圧下に解放されていること
により、濾過時に筒体内の内圧が上昇することなく濾過
でき、濾過効率が良くなると共に、濾｝夜の回収も容易
となる。

該筒体の素材として好ましくはガラス、透明性合成樹脂
、透明性ゴム等が挙げられる。又、取扱いのし易さ、破
膿の危険性を考えると、緩和弾性率が１０７〜ｌ　０　
９ｄｙｎｅ／　ｃＡの範囲にある柔軟性のあるものが好
ましい。

本発明では、該筒体の他の端部では、充填剤を介して該
膜と該筒体に結合されたワンタッチ式迅速流体継手（プ
ラグ）が固定され、かっ該膜が外系へ開口されているこ
とが必嬰である。

詳しくは、本発明の実施例として示した第１図のように
、銅アンモニア法再生セルロース中空糸膜（１）、充填
剤（２）、筒体（３）、ワンタッチ式迅速流体継手（プ
ラグ）（４）、から構成されている。中空糸膜（１）の
一端（八）部は充填剤で固定されワンタッチ式迅速流体
継手（プラグ）と一体化している。また該端部（Ａ）の
中空糸膜は外系へ開口されている。

中空糸膜の他の一端（Ｂ）　は完全に密閉されているが
、濾液回収のために、該端部（Ｂ）は筒体とは接合して
いない事が望ましい。

実施例として示した第２図のような装置のワンタッチ式
迅速流体継手（ソケット）に本分離器のワンタッチ弐迅
速流体継手（プラグ）を接続することにより、中空糸膜
に約１０ｋｇ／ｃｆｆｌの圧力をかけることが可能七な
る。即ちモジュールの濾材である中空糸膜１本〜数本毎
に非破壊性能検査（例えば、気体透過流星測定、ハブル
ボイント測定等）及び欠点（ピンホール）検査が実施で
きる。

本発明モジュールによる実施例を説明するに先立ち、本
明細書中に用いられる主な技術用語（物性値）の定義と
その測定方法を以下に示す。

（平均孔径〕 銅アンモニア法再生セルロース中空糸の平均孔径測定用
モジュ〜ルを作製し、そのモジュール状態で、中空糸膜
の水の流出乎を測定し、（１）式から平均孔径（Ｄ）を
求めた。

■　　： Ｔ　　： △Ｐ　： Ａ　　： Ｐｒ　： μ　　　： 空孔率Ｐｒは、 流出量（ｍ１／ｍｉｎ） 膜厚（μｍ） 圧力差（ｍｍＨｇ） 膜面積（ｎｆ） 空孔率 水の粘性率（ｃｐ） 水膨潤時の見掛け密度ρａｗ、ボ リマーの密度ρρより（２）弐で求めた。セルロースの
場合ρｐ＝１．５６を用いた。

Ｐｒ（χ）一（　１　　１）ａｗ／　ρｐ　）　ＸＩＯ
Ｏ　　　（２）〔平均分子量） 銅アンモニア溶液中（２０“Ｃ）で測定された極限粘度
［η］（ｍｆ／ｇ）を（３）式に代入することにより平
均分子量（粘度平均分子ｌ）Ｍｖを算出する。

Ｍｖ　一Ｅ　η］　Ｘ３．２　Ｘ　Ｉ　Ｏ　３（３）〔
ウイルス阻止係数〕 本モジュールでウィルス含有液を濾過した際のウイルス
の対数減少率（Ｊ２ｏｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｖｏｌ＋
ｉｅ又はＬＲＶ）で表わされた阻止係数（以下ＬＲＶで
表す）は（４）式で算出する。

ＬＲＶ−−ｌｏｇ　（濾液ウイルス濃度／元液ウイルス
濃度）（４） 〔発明の効果〕 本発明の微量濾過用モジュールを用いることによって、
従来の中空糸膜モジュールでは測定不可能であった微量
かつ貴重な微生物ウィルス等２５ｎＩＩ１以上の粒子を
高精度で分離・除去・濃縮することが可能となった。

（実施例１） セルロースリンク−（α−セルロース含有量９６％以上
、平均分子ｍ　２．６ｘ　１０ｓ　）を公知の方法で調
製した銅アンモニア？容液中に８ｗｔ％の濃度で溶解し
′ａ７過脱泡を行い、紡糸原液とした。その紡糸原液を
環状紡出口の外側紡出口（外径２　ｍｍφ）より２．４
ｍ１７ｍｉｎで、一方中空剤として、アセトン５０圓ｔ
％／アンモニア０．６５ｗｔ％／水４９．３５ｗｔ％の
混合溶液を中央紡出口（外径０。６ｍｍφ）より１．８
　ｉｆ／ｍｉｎでそκぞれアセトン４０ｗｔ％／アンモ
ニア０．６５ｉｍｔ％／水５９．３５ｗｔ％の混合溶液
（凝固剤）中に直接吐出し、１　０　ｍ／ｍｉｎの速度
で巻き取った。なお、吐出直後の透明青色の繊維状物は
次第に白色化し、ミクロ相分離を生起し、引き続いて凝
固が起こり、繊維としての形状が維持されていた。その
後２ｗｔ％の硫酸水溶液で再生し、その後水洗した。湿
潤状態にある中空糸を溶媒置換・真空乾燥して得ちれた
泪アンモニア法再生セルロース中空糸の内径は２５３．
５μｍ、膜厚は２５，７μｍ、平均孔径は３２．　Ｏｎ
ＩＩ１であった。その中空糸を第１図のようなモジュー
ル（有効長８ｃｍ）に成型した。

上記モジュールを第２図に示す装置に接続し、モジュー
ル内にエタノールを満たし、徐々に加圧したところ、９
．７ｋｇ／ｃ＋＋Ｔの時点で気泡が発生した。

（バブルポイント９．７ｋｇ／ａｆｔ）のモジュールを
下記に示すａ過実験に用いた。

大腸菌ファージファイエックスｌ７４（以下φＸ１７４
と称す）　（２５ｒ＋ｍ）が濾過膜面積１　ｃ！当たり
１０５個になるように培養液（ペプトンーイースト培地
）元液濃度を調製した。第３図に示す装置を組み立てた
後、該培養液５戚を元液タンクに入れ、圧力２００ｍｍ
Ｈｇで定圧濾過を行ない３　ｍｌの濾液を採取した。採
取した濾液にはφＸ１７４は検出されなかった。

元液量がさらに少ない場合（ｌＩ！１１以下）には、元
液タンクを使用しないで、直接モジュールの手前の配管
チューブに元液を入れて濾過することも可能である。

（実施例２） 実施例１と同様に作製した平均孔径を異にするモジュー
ルを用い、第３図の方式でφＸ　１７４を含む培養液の
上澄液を濾過した。濾液中のφＸ　１７４の数を測定し
、濾過によるφＸ１７４の阻止率（Ｌｌ？Ｖ）を求めた
。その結果を表１に示す。

表１　モジュールの平均孔径とφｘ１７４の阻止率面図
である。ただし中空系膜の本数を数本に増す場合もある
。

第２図は本発明モジュールの非破壊性能検査装置の模式
図である。第３図（ａ）は本発明モジュルによる濾過操
作の一例でる。また濾液が微量の場合は本発明モジュー
ルを逆に配置することにより筒体内に濾液を溜めること
ができる。

１：再生セルロース中空糸膜、２：充填剤、３：筒体、
４：ワンタッチ式迅速流体継手（プラグ）、ｉ二本発明
モジュール、６：空気或いは窒素ボンベ、７：元弁、８
：圧力調整弁、９：圧力計、１０：気体流量計、１１：
ワンタッチ式迅速流体継手（ソケッｌ−）、１２：定圧
ポンプ、１３７元液タンク、ｌ４：分離対象液、１５：
濾液採取管、工６：濾液

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の微量濾過用モジュールの中空糸
長手方向の断面図である。 第１図（ｂ）　、（ｃ）は各々　Ａ＾線断面図、ＢＢ線
断特許出願人　旭化成工業株式会社 手続補正書（方式） 平成　２年　６月ユ７日 特許庁長官　　吉　田　文　毅　　殿 Ｉ．事件の表示 昭和６３年特許願第３２２１３１号 ２，発明の名称 再生セルロース中空糸膜微量濾過用 モジュール ３．補正をする者 事件との関係　特許出願人 大阪府大阪市北区堂島浜１丁目２番６号平成２年５月１
４日（発送日２．　　５．　　２９）５．補正の対象 原書及び明細書の「図面の簡単な説明」の欄 ６．補正の内容 願書の出願人（捺印）の欄を別紙の通り補正する。 明細書の第１６頁第４行の「第３図（ａ）」を「第３図
」に補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均孔径が０．０２〜０．２μｍの範囲にある銅
   アンモニア法再生セルロース中空糸膜（１）１本〜数本
   が筒体（３）内に収納されているモジュールであって、
   上記モジュールの端部では、その筒体（３）が大気圧下
   に解放されかつ上記膜（１）が完全に密閉されており、
   他方、上記モジュールの他の端部では、充填剤（２）を
   介して上記膜（１）と上記筒体（３）にワンタッチ式迅
   速流体継手（プラグ）（４）が固定されかつ該膜（１）
   が外系へ開口されていることを特徴とする粒子分離微量
   濾過用モジュール