JPH0613048B2 - 選択透過性中空糸 - Google Patents

選択透過性中空糸

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JPH0613048B2
JPH0613048B2 JP62162230A JP16223087A JPH0613048B2 JP H0613048 B2 JPH0613048 B2 JP H0613048B2 JP 62162230 A JP62162230 A JP 62162230A JP 16223087 A JP16223087 A JP 16223087A JP H0613048 B2 JPH0613048 B2 JP H0613048B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は選択透過性中空系に関するものである。更に詳
細には、特定の空隙率を有した中空系であって特定のデ
キストラン篩係数を有し且つ透析器における優れた分離
性能を呈する選択透過性を有するものであり、血液透
析,血液過透析等の血液処理に適し、特に低分子量領
域の有害物質と共に中高分子量領域の有害物質を除去す
るのに適した選択透過性中空系を提供するものである。
<従来技術> 選択透過性中空系は、逆浸透や血液透析等において従来
より実用的に使用されて来ている。特に腎不全患者の血
液を浄化するために、現在では中空系型血液透析器がよ
く使用されている。これは筐体の中に透析膜、例えば、
中空系の膜を多数本、収納し、その中空内部に患者の血
液を流し、外部、即ち、中空系間隙部に透析液を流し
て、中空糸膜壁を介して透析によって、血液中の老廃物
を除去し電解質濃度を是正するとともに、中空糸内外に
圧力差を与えて限外過によって血液中の余剰水分を除
去するものである。更に、血液中から血漿のみを分離
し、或いは、その血漿の中から特定成分を除去して自己
免疫疾患などを治療するために、中空糸が使用されるこ
ともある。また最近になってタンパク透過性血液透析や
タンパク透過性血液過透析に中空糸を用いることによ
って治療効果が得られることが確認されるようになって
きている。
このように血液処理用の中空糸は目的に応じて特定の物
質を選択的に透過せしめたければならない。その性能
は、中空糸の素材,ポロシテイ(孔の大きさ,数な
ど),膜厚などによって決定される。しかし、それだけ
ではなく、例えば多数本の中空糸を如何に集束して膜面
全体を有効に機能させるかということも、その性能を決
定する重要なポイントとなる。例えば透析に際して、中
空糸どうしが長さ方向に沿って、密着すると、透析液が
その部分の近傍で、それぞれの中空糸の周りを均等に流
れにくくなりある特定の流域を形成する結果となり、こ
の流れにあずからない中空糸を通しての透析が殆ど行わ
れなくなって全体としての透析効果は低下する。通常の
透析操作において中空糸膜の両側の濃度差が物質移動の
ドライビングフォースとなるから、透析液を中空糸の外
側空間にできるだけ均等に流し、外側境膜抵抗が周囲よ
り大きくなる部分をできるだけ減少させ、血液側(中空
糸の内側)と透析液側(中空糸の外側)との濃度差を増
大させ得るように、中空糸自体の形状を工夫すること等
が必要である。
例えば本発明者等の一部が先に提案したように、中空糸
外表面に突起をもたせることによって中空糸間の密着を
防止する効果を発揮させる方法が利用できる(特開昭48
-75481号)。
しかしながら、例えばタンパク透過性血液透析やタンパ
ク透過性血液過透析に使用される目的で開発されたポ
リメチルメタアクリレート(PMMA)膜やエチレン−
ビニルアルコール共重合体(EVAL)膜やセルロース
アセテート(CA)膜等では、アミロイド−シスの原因
物質と考えられるβ−MG(ミクログロブリン)(分
子量11,800),痒感,高脂血症に関係すると考えられる
副甲状腺ホルモン(分子量約9,500),貧血に関与する
赤芽球抑制因子(分子量数1,000),更に骨痛貧血に係
わるAlなどの分子量領域の有害物質の除去と共に尿素等
の低分子量領域の有害物質の除去を高いレベルで効率的
に行なうことができなかった。尚、比較的良好な除去性
能を発揮するものとして、フィン付のセルロースアセテ
ート中空糸が提案されている(「腎と透析」別冊16〜19
頁(1986年))ものの、更に高い除去性能の膜の開発が
望まれていた。
<発明の目的> 本発明は、この様な従来技術の問題点を解決することを
目的とするものであって、特に血液透析や血液過透析
においてβ−MG等の中分子量領域の有害物質の除去
性能と尿素等の低分子量領域の有害物質の除去性能の両
方を十分高めることが可能な選択透過性中空糸を提供す
ることを目的としている。
<発明の構成> 本発明者は、かかる目的を達成するために鋭意研究した
結果、特定の空隙率と水透過性及びデキストラン篩係数
を有する中空糸を用いた血液浄化器が飛躍的に高められ
た分離性能を発揮することを見い出し、本発明に到達し
た。
即ち本発明は、選択透過性を有する中空糸において、湿
潤状態での該中空糸膜壁における平均空隙率が50%以上
であり37℃における水透過性能(UFR)が6ml/hr・
mmHg・m2以上、分子量10,000のデキストランを0.1重
量%含む水溶液を用いた該デキストランの篩係数(S
C)が0.4以上であり、かつ該中空系を透析器として
組立て、血流側流量200ml/分,透析液流量500ml/分で
測定した0.01重量%の尿素水溶液の37℃における尿素の
総括物質移動係数(K)が60×10-5cm/sec以上となる
ことを特徴とする選択透過性中空系を提供するものであ
る。
以下本発明について更に詳細に説明する。即ち本発明に
おける中空糸は選択透過性を有するものであり、その素
材の具体例としてはセルロース高分子,ポリメチルメタ
アクリレート,ポリスルホン,アクリロニトリル重合
体,ナイロン,エチレン−ビニルアルコール共重合体等
があげられるが中でもセルロース高分子が好ましい。か
かるセルロース高分子の具体例としては再生セルロース
があげられ、セルロースエステルの加水分解により得ら
れたものや、銅アンモニウム法,ビスコース法で得られ
た実質的にセルロースからなる高分子があげられる。
尚、実質上とは、このセルロース高分子の特性を損わな
い範囲で他の高分子も含有してよいことを意味してい
る。
また本発明の中空糸の膜壁の構造に関しては、湿潤時の
平均空隙率が50%以上であり、更には60%以上が好まし
い。尚ここで湿潤時の空隙率とは、水を含浸した状態に
おける膜壁全体の体積に対するその膜壁中の水及び空隙
の占める割り合いを百分率で表示したものである。また
湿潤時の膜厚(t)としては50μ以下、更には30μ以下が
好ましく、その範囲内でも20μ以上が実用的である。尚
かかる膜厚とは、後述の如くフィン状等の突起部が存在
する場合には、フィン状部分の膜壁部を除いた通常の膜
壁部の平均厚さを意味する。膜壁内部の構造に関して
は、約80Å以下であって、好ましくは約30Å以上の程度
の細孔を有していることが望ましく、その細孔の分布が
膜壁全体に均一化されているものが分離特性を高めるう
えで特に好ましい態様であると言える。言い換えるとか
かる微細な細孔が出来るだけ均一な状態で膜壁に存在し
ていて、その細孔部の平均占有率が50%以上である中空
糸が、本発明の中空糸の好ましい態様である。尚中空糸
の外径としては約100〜約400μ程度が好ましく、更には
約200〜約300μが好ましい。
更に本発明の中空糸の形態として、その外周上に少なく
とも1条の突起部を有していることが好ましい。かかる
突起部としては、中空糸膜の有効な膜面積を過大に低下
させることがなく、血液浄化器に充填した場合の中空糸
通しの密着防止効果が得られるものであればいかなるも
のであってもよい。製造の容易さから言って、中空糸の
長毛方向に連続して延長されたフィン状の突起部が最も
実際的であるが、それ以外に外周にラセン状にめぐらさ
れていてもよく、或いは連続していなくてもよい。かか
る突起部の形状としては、突起部の高さ(h)と平均膜厚
(t)の比h/tが0.5〜3が好ましく、更には1〜2の範
囲にあるものが実用上好ましい。また突起部の根元の巾
としては、15〜50μ程度のものが適当である。更に突起
部の数としては、少なくとも1条あればよいが、分離効
率を高めるうえで、3条以上が好ましく、また上限とし
ては10条以下が好ましく、更には8条以下が実用的であ
る。
また本発明の中空糸の37℃における水透過性能(UF
R)は6ml/hr・mmHg・m2以上であって、より好ましく
は10ml/hr・mmHg・m2以上である。さらに本発明の中空
糸は、その膜に分子量10,000のデキストランを0.1重
量%含む水溶液の一部を透過せしめた際のそのデキスト
ランの篩係数(SC)が0.4以上であることを特徴と
している。尚このSCの測定条件は、測定しようとする
中空糸束を充填率46%で充填して組み立てた有効膜表面
積1.5m2の中空糸型血液過透析器に、37℃で中空糸
の中空部側に200ml/分の流量でデキストラン水溶液を
供給し、中空糸間隙部側から10ml/分の流量で透過液を
取り出し、透過液が流出し始めて10分後の透過液をサン
プリング液として採取するものである。この様にして得
られたサンプリング液中のデキストラン濃度を例えばア
ンスロン−硫酸法により測定し、次式からSCが得られ
る。
またUFR及びSCを算出する際に用いる有効膜面積
は、突起部が存在する部分の膜壁部も含めた通常の膜壁
部の中空糸内壁面を基準とするものである。
この様に本発明の中空糸は、UFRが6ml/hr・mmHg・
m2以上であり且つSCが0.4以上であることを特徴と
するものであるが、UFRが6ml/hr・mmHg・m2未満の
場合には、必要な除水をする為にある程度以上のTMP
(中空糸膜の両側にかかる差圧)をかける必要があり、
その場合、中空糸膜内の細孔への血中蛋白質などの浸入
による物質の透過量の経時変化が大となるという点で好
ましくない。またSCが0.4未満の場合には中分子量
領域の有害物質の除去性能が低下することから好ましく
ない。尚、SCの下限としては0.5が更に好ましく、
他方望ましい上限としては0.8、更に好ましくは0.
7が挙げられる。
また本発明の中空糸の特徴の1つとして、その中空糸束
を用いて組み立てた透析器において尿素の総括物質移動
係数Kが60×10-5cm/sec以上であることがあげられ
る。尚かかるKの測定方法としては、円筒状容器に46
%の充填率で中空糸束を充填して両端を接着剤でシール
固化した後切断して中空部を開口することにより1.5
m2の有効膜表面積の透析器を組み立てたものを用いて、
37℃において血液側即ち中空部側に0.01重量%の尿素水
溶液を200ml/分で流し、透析液側即ち中空糸間隙部側
に水を500ml/分で流した場合の血液側及び透析液側の
流出液中の尿素濃度を測定することによって、下記式に
よりKが得られる。
QB:血液側の流量[cm3/sec] QD:透析側の流量[cm3/sec] QA:尿素のダイアリザンスでその測定法は、昭和57
年9月の日本人工臓器学会によるダイアライザー性能評
価基準によって測定した。
A :中空糸有効膜面積〔cm2];中空糸の湿潤状態で
の内径基準の膜面積であり、フィン付中空糸の場合には
物質移動に有効に機能しないフィン根元の部分を除く。
本発明の中空糸のKとして、更には70×10-5cm/sec
以上、特に75×10-5cm/sec以上が好ましく、またその
上限としては100×10-5cm/sec、更には90×10-5cm/se
cが実用上好ましい。
この様に本発明の中空糸は、血液透析器や血液過透析
に充填した場合に中分子量の領域の有害物質の除去性能
が高く、且つ低分子量領域の有害物質の除去性能も高い
という優れた分離性能が得られる。尚、本発明にいう中
分子量の領域の有害物質とは、血液等の体液中に存在し
除去するのが望ましい分子量が約500〜約20,000程度の
範囲のβ−MG等物質を意味し、低分子量領域の有害
物質とは血液等の体液中にあって除去する必要のある分
子量が約50〜約500程度の範囲の尿素,窒素,クレアチ
ニン,尿酸等をいう。また本発明の中空糸を血液浄化器
に用いる場合の充填率としては約40%以上、約60%以下
が好ましく、更には約55%以下が充填が容易であるので
好ましい。
かかる本発明の中空糸の製造方法は特に限定されるもの
ではなく、例えば実質上セルロース高分子からなる中空
糸の場合には、セルロースエステルを可塑剤と共に溶融
紡糸して得られた中空系又はセルロースエステル溶液を
湿式紡糸して得られた中空糸をケン化して得る方法やセ
ルロースの銅アンモニア溶液,又はビスコース原液を湿
式紡糸にて凝固,固化して得る方法等が挙げられる。中
でもセルロースエステルの可塑剤と共に溶融紡糸して得
られた中空糸のケン化による方法が好ましく、その場合
にはセルロース高分子の平均重合度が150以上のものが
特にフィン状突起部の成形性が良好であって実用上有利
である。
以下本発明について実施例をあげて更に具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定される
ものではない。
実施例1〜10,比較例1〜4 セルロースジアセテート100部に対し、ポリエチレング
リコール(分子量400)を60部加えたものを混合し、そ
の混合物を210℃で溶融し、フィン付きの中空糸紡糸用
口金及び通常のフィンのない円環状口金から防止し冷却
した後、50℃の2重量%水酸化ナトリウム水溶液に浸漬
することによって鹸化反応を行なわしめ、つづいて水洗
して約50重量%グリセリン水溶液に浸漬した後、熱風乾
燥することによって第1表及び第2表に示すフィンを有
する形状の内周が円形の中空糸及びフィンを有しない形
状の円形中空糸を製造した。これらの湿潤時における中
空糸はいづれも中空糸の内径は約20μ,フィンのない部
分の膜厚さは約30μで有り、フィンを有する場合にはフ
ィンの高さが約30μ,その根元の部分の巾が約20μであ
った。
以上の如くにして得られた中空糸を円管状の容器内に挿
入充填して、有効膜面積が約1.5m2の血液透析器を作
製しin vitroでの限外過性能(UFR),尿素の総括
物質移動係数(K)及びデキストラン分子量10,000の
篩係数(SC)を測定した。又、製品化したものについ
て5時間の血液透析を行ない、透析前後でのβ−MG
の除去率即ち を算出した後除水によるβ−MGの濃縮効果の補正を
行なった。更に透析直後と5時間透析終了直前でのUF
Rの低下率、即ち を算出した。
以上の如く、特許請求の範囲の条件において、尿素のK
及びβ−MG除去率が共に大であり、又UFRの経
時変化にも小さいことがわかる。
比較例5,6,7 実施例1と同様にして、セルロースジアセテート100重
量部に対しポリエチレングリコール(分子量400)を100
部とジエチレングリコール40重量部を添加した紡糸原液
を用いて6条のフィン付異形中空糸を防止した後熱水処
理によって添加剤を抽出除去し、さらに水洗後グリセリ
ン水溶液に浸漬しつ、つづいて熱風乾燥して透析用中空
糸を得た。その中空糸の内径は200μでフィン部以外の
膜厚は20μであった。かかる中空糸を用いて第3表に示
すような有効表面積約1.5m2の透析器を作成し、それ
について得られた測定結果を示した。
この様に、セルロースアセテートの場合には、フィン付
中空糸といえど低分子の透析性能がセルロース程高値で
なく十分とはいえない。
<発明の効果> 本発明の中空糸は、その集束体を用いて血液浄化器を組
み立てた場合に、β−MG等の中分子量領域の有害物
質のみならず尿素等の低分子量領域の有害物質も高い効
率で除去し得るという優れた効果を奏するものである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】選択透過性を有する中空系において、湿潤
    状態での該中空糸膜壁における平均空隙率が50%以上で
    あり37℃における水透過性能(UFR)が6ml/hr・mm
    Hg・m2以上、分子量10,000のデキストランを0.1重量
    %含む水溶液を用いた該デキストランの篩係数(SC)
    が0.4以上であり、かつ該中空系を透析器として組立
    て、血流側流量200ml/分,透析液流量500ml/分で測定
    した0.01重量%の尿素水溶液の37℃における尿素の総括
    物質移動係数(K0)が60×10-5cm/sec以上となること
    を特徴とする選択透過性中空系。
  2. 【請求項2】該選択透過性中空系が、実質的にセルロー
    ス高分子からなる特許請求の範囲第1項の選択透過性中
    空系。
  3. 【請求項3】該選択透過性中空系が、該中空系の外周に
    少なくとも1条の突起部を有することからなる特許請求
    の範囲第1項の選択透過性中空系。
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