JPH09206566A - 流体を物質特異的に処理するための装置および方法 - Google Patents

流体を物質特異的に処理するための装置および方法

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JPH09206566A JP9020345A JP2034597A JPH09206566A JP H09206566 A JPH09206566 A JP H09206566A JP 9020345 A JP9020345 A JP 9020345A JP 2034597 A JP2034597 A JP 2034597A JP H09206566 A JPH09206566 A JP H09206566A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な方法で製造可能であり、融通性をもっ
てそれぞれの流体処理に適合させることができ、かつ澄
明溶液および殊に懸濁液にも適当である、流体を物質特
異的に処理するための装置。 【解決手段】 処理部材が極度に出口装置の方向に開い
た、処理部材の壁によって形成された空隙を有し、処理
部材の壁が多孔質構造体を有する半浸透性膜から部分的
に形成されており、処理部材が入口装置と出口装置との
間で処理部材と接触しかつ処理部材を入口装置の処理部
材に対向する端部および出口装置の処理部材に対向する
端部に接して本質的に包囲する通路系を形成するように
ケーシング中に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、a)ケーシング
と、 b)処理すべき流体をケーシング中に導入するための入
口装置と、 c)処理された流体をケーシングから導出するための出
口装置と、 d)入口装置の1つおよび出口装置の1つに対向した端
部を有する流体を物質特異的に処理するための少なくと
も1つの処理部材とからなる、流体を物質特異的に処理
するための装置に関する。
【0002】更に、本発明は、多孔質構造体を有する、
ケーシング中に配置された半浸透性膜を使用しながら流
体を物質特異的に処理し、この場合この膜は、外側を定
義する少なくとも1つの第1の表面ならびに内側を定義
する少なくとも1つの第2の表面を有し、少なくとも次
の工程: a)処理すべき流体をケーシング中に導入し、 b)ケーシングに前記流体を貫流させ、この場合処理す
べき流体を一次流として膜の外側のそばを通過するよう
に導くが、しかし、この一次流の一部が二次流として外
側上で膜中に流入し膜の内側のそばを通過しないように
導き、膜を通して流れさせ、この場合処理すべき流体の
二次流を形成する一部に対して流体の物質特異的な処理
を行ない、引続き内側を通して膜から流出させ、 c)処理すべき流体をケーシングから導出することを包
含する方法に関する。
【0003】本発明の範囲内の流体は、ガス、粒子で負
荷されたガスならびに例えば澄明溶液または懸濁液のよ
うな一般的な液体である。
【0004】
【従来の技術】流体の物質特異的処理は、生化学、医学
または化学技術のような使用分野においてますます重要
な意味をもっている。このための例は、遺伝子修飾細胞
物質、例えば抗体、ホルモン、成長因子または酵素が多
くの場合に僅かな濃度で生産される細胞懸濁液から有効
物質を取得することにある。また、重要な使用は、ヒト
の血液から望ましくない物質を体外除去することであ
る。最後に、広範な使用は、液体の接触的または生接触
的(酵素的)処理、例えばマトリックスに固定化されて
いるリパーゼによる油の加水分解である。液体を処理す
るための多数の使用の場合には、この液体は、多種多様
の種類の粒子を含有し、即ちこの液体は、懸濁液として
存在する。
【0005】液体の物質特異的な処理は、処理すべき流
体を担持材料と接触させるようにして数回行なわれ、こ
の場合この担持材料上および/または担持材料中には、
相互作用する基または物質が固定化されており、この基
または物質は、特異的な選択的方法で流体中に含有され
ている目的物質、即ち物質特異的処理が行なわれる物質
と相互作用される。このような相互作用は、例えば陽イ
オン交換または陰イオン交換、親水性−疎水性相互作
用、水素架橋、親和性または酵素的もしくは接触的反応
等であることができる。精製による物質分離の場合に
は、担持材料にリガンド(Liganden)が結合されている
かまたは担持材料中に固定化されており、このリガンド
は、個々の目的物質または全種類の物質を吸着性で特異
的に結合するという機能を有している。この目的物質
は、リゲート(Ligat)と呼称される。種類に特異的な
リガンドの1例は、マイナスに負荷された分子種を吸着
するプラスに負荷されたジエチルアミノエチル(DEA
E)基またはプラスに負荷された分子種を吸着するマイ
ナスに負荷されたスルホン酸(SO3)基である。特異
的なリガンドは、例えば一定の蛋白質に抗する抗体であ
り、この蛋白質は、リゲートとして抗体に結合してい
る。
【0006】流体を物質特異的に処理する際の本質的な
判断基準は、生産性および選択性である。生産性につい
て見れば、1単位容量当たりできるだけ多数の物質特異
的に作用する基を提供することが重要であり、この場合
この基は、処理すべき流体中に含有されている目的物質
と相互作用を生じうる。同時に、この目的物質を物質特
異的に作用する基もしくは物質に最大で運搬することを
意図することができる。
【0007】アフィニティークロマトグラフィーでしば
しば使用されるリガンドのための担持材料は、リガンド
が結合しかつ堆積物の形でクロマトグラフィーカラム中
に存在するセファロース(Sepharose)粒子である。こ
の場合、高い選択性を有するリガンドを用いて高い濃度
を実現させる場合には、選択性は周知のように僅かであ
る。それというのも、セファロース粒子の圧縮可能性の
ためにカラムを通る通過量は、比較的僅かなままである
からである。更に、セファロース粒子中に含有されてい
るリガンドへのリゲートの侵入は拡散制御されており、
それによって殊に例えば蛋白質のような高分子の分離の
際には、蛋白質の僅かな拡散速度のために長い滞留時
間、ひいては僅かな通過量および僅かな生産性が生じ
る。
【0008】米国特許第4202775号明細書には、
多孔質の剛性ポリマー粒子からなるカラム材料が開示さ
れており、このカラム材料は、有機成分を分離するため
の吸着剤として使用することができ、この吸着剤それ自
体が水溶液中に存在する蛋白質に吸着されている。実際
に、このカラム材料は、もはや圧縮可能性の欠点を有し
ていないが、しかし、長い滞留時間および僅かな生産性
と関連した、粒子中に拡散制御して物質を運搬すること
の欠点は、そのまま残っている。
【0009】米国特許第5019270号明細書には、
剛性の多孔質粒子からなるクロマトグラフィーカラム材
料が記載されており、この場合クロマトグラフィーカラ
ムを貫流する液体の部分流と処理すべき液体は、対流で
この粒子を貫流し、この場合には、粒子の多孔質構造体
中に存在する相互作用する基と接触し、かつ引続き再び
粒子の周囲を流れる液体流と合わされる。粒子を通して
の対流での物質運搬のために、先に記載されたカラム材
料と比較して滞留時間の減少および生産性の上昇が可能
である。
【0010】実際に、このような粒子で充填されたクロ
マトグラフィーカラムの利点は、このカラムの構造およ
び使用が極めて簡単であることにある。しかし、液体中
に粒子または例えば細胞が滞留することなく、また堆積
物を通してディープベッドフィルターによる濾過効果が
生じないように粒子堆積物への良好な貫流を保証しかつ
圧力損失を僅かに保つために、全ての粒状カラム材料
は、粒子または細胞を含有する液体、即ち懸濁液を処理
する際にカラム材料の比較的に大きい粒子を選択しなけ
ればならないという共通の欠点を有している。しかし、
それによって容積部材1個当たりに提供される物質特異
的に作用する基の量は、減少する。それというのも、カ
ラム中の粒子を通して取り込まれる容量は小さくなるか
らである。更に、増大する粒子寸法は、滞留時間が延長
されると云う欠点と関連している。
【0011】このようなクロマトグラフィーカラムの場
合には、配置された包装物中の粒子がカラム中に存在
し、それによって堆積物中の粒子含量が最大にされ、か
つ粒子間で流れの均等化が生じるように意図することが
できる。このことは、部分的にできるだけ単一な直径を
有する球状粒子を使用することによって達成させること
ができる。しかし、このような単一粒子の製造は、費用
がかかる。その上、一般にこの種の粒子堆積物の場合に
は、粒子間の流れ通路が流体力学的視点で最適に形成さ
れていないことを阻止することができない。粒子間の楔
形領域内で、簡単に死空間を生じる可能性があり、この
ことは、殊に懸濁液の物質特異的処理の場合には、例え
ば堆積物の粒子間の楔形領域内で懸濁された粒子が沈積
するような不利な現象をまねきうる。
【0012】粒状担持材料の記載された欠点は、多孔質
構造を有する膜を担持材料として相互作用する基に使用
するような流体を物質特異的に処理するための一連の方
法の開発を生じた。この膜は、多孔質構造に基づき大き
い内部表面積を提供し、したがって単位容量当たり高い
濃度で膜に多数の官能基を結合させることができ、この
官能基は、膜を貫流する処理すべき流体との相互作用を
生じる(例えば、E. Klein, ”Affinity Membranes”,
John Wiley & Sons, Inc., 1991; S. Brandt等, ”Memb
rane-Based Affinity Technology for Commercial Scal
e Purifications”, Bio/Technology 第6巻(1988),
第779〜782頁参照)。
【0013】使用される膜の実施形式に関連して、処理
方法の必要性に適合させることができる。膜は、中空繊
維の形でかまたは多種多様の材料からなる平面状膜とし
て提供され、したがって処理すべき流体の物理化学的性
質への適合が可能になる。また、膜の孔径は、処理すべ
き流体をこの流体中に含有されている目的物質と一緒に
対流で膜に貫流させることができ、かつ相互作用する基
に目的物質が結合している場合には、膜の封鎖が起こら
ないように調節することができる。
【0014】膜中での処理すべき流体の滞留時間ならび
に貫流時に生じる圧力損失は、膜壁の厚さによって影響
を及ぼすことができる。この場合、膜は、一般に僅かな
壁厚(例えば、100μm未満)に基づいて相互作用す
る基への処理すべき流体の短い運搬路を示し、それによ
って滞留時間は、比較的に短くなる。同時に、粒子状担
持剤と比較して膜を担持材料として使用する場合の他の
利点としては、膜壁の厚さが本質的に均一であることに
基づいて担持材料の均一な貫流およびそれから生じる狭
い滞留時間分布ならびに相互作用する基の均質で完全
な”利用”が生じることが判明する。
【0015】流体を物質特異的に処理するための方法の
場合に使用される、かかる膜を有する一連の装置が記載
されており、この場合には、平面状膜ならびに中空繊維
膜が使用される。この場合、いわゆるデッドエンド(de
ad-end)形フィルターもしくはデッドエンド形モジュー
ル(dead-end-Module)とクロスフロー(cross-flow)
形フィルターもしくはクロスフロー形モジュール(cros
s-flow-Module)との間で区別することができる。
【0016】デッドエンド形フィルターの場合には、供
給流として膜モジュール中に流入する全流体は、膜を通
して導かれ、かつ膜の流入側に対向する流出側で濾液も
しくは浸透液として導出される。
【0017】クロスフロー形モジュールでの運転形式の
場合には、供給流は、膜の片側と平行に流れる。この場
合、供給流の一部は、膜を通過して侵入する。この通過
侵入する部分流は、浸透液として導出され、供給流側に
残存する部分流は、滞留液として導出される。また、こ
の場合には、膜の浸透液側に付加的な流体の流れを導入
することもでき、この付加的な流体の流れには、膜を通
過して侵入する部分流が受け入れられる。
【0018】米国特許第4935142号明細書には、
平面状膜からなる堆積物を有する、デッドエンド形でア
フィニティー分離法を実施するための装置が記載されて
いる。平面状膜にはリガンドが結合され、このリガンド
には、処理すべき液体から分離すべきリゲートが結合さ
れる。膜堆積物を形成する平面状膜は、包囲するケーシ
ングに対して密閉されており、したがって膜堆積物を通
しての強制流が発生される。この種の構造の場合の欠点
は、堆積物の貫流の際に圧力損失が高いことにあり、こ
の場合には、生じる圧力に対して平面状膜部材に十分な
安定性を付与する付加的な手段が必要とされる。
【0019】欧州特許出願公開第0173500号明細
書、欧州特許出願公開第0280840号明細書および
欧州特許出願公開第0610755号明細書には、例え
ば免疫グロブリン、抗原等の単離のような膜に基づくア
フィニティー分離法の際に使用する装置が記載されてい
る。この装置もしくは膜モジュールは、星形に折り畳ま
れた微孔質の平面状膜を備えている。この星形に折り畳
まれた平面状膜は、2つの粗大な格子間で支持され、か
つ同軸線上に互いに配置された2つの円筒状ケーシング
部材間に導入されている。また、有利には、多数の星形
に折り畳まれた平面状膜は、互いに同心的にケーシング
中に配置されていてもよい。同様に形成されたモジュー
ルは、欧州特許出願公開第0662340号明細書に記
載されており、この場合には、折り畳まれた平面状構造
体中に特異的に相互作用する基を有する小さい粒子が埋
封されている。
【0020】処理すべき液体は、記載された装置の場合
に圧力の負荷下に内部から外向きにまたは反対方向に外
部から内向きにモジュールに導通され、この場合デッド
エンド形で対流で膜を貫流する。記載されたモジュール
は、折り畳まれていない互いに同心的に配置された膜を
有するモジュールと比べて比較的に僅かな圧力損失の際
に膜面積が相対的に大きいという利点を提供する。しか
し、一般にモジュールの全容積に対して膜容積として定
義された充填度は、僅かであってもよい。
【0021】デッドエンド形で駆動させるべき全ての膜
モジュールの場合には、流体中に含有されている粒子が
孔径の大きさの程度にあることにより、粒子を含有する
流体、即ち例えば懸濁液の処理に不適当であるという欠
点を有している。この粒子は、膜壁上に層の形成をまね
き、膜を封鎖するであろう。例えば、粒子を含有する液
体、即ち懸濁液のアフィニティー分離方法の場合に使用
するためには、この種のデッドエンド形モジュールは、
前接続された前濾過/前精製工程との組合せでのみ駆動
させることができる。しかし、それによってこのような
方法は、有効性を失い、また例えば、多くの場合にこの
ような前精製によって大部分の目的物質が失われること
によって有効性を失った。
【0022】例えばデッドエンド形で駆動されるモジュ
ールの使用可能性に関連して懸濁液の場合の記載された
欠点は、少なくとも部分的にクロスフロー形モジュール
を使用する場合には、回避することができる。このモジ
ュールの場合には、十分に高い剪断応力の際に膜表面と
平行に流れる供給流によって、懸濁された粒子からなる
層の構成は、減少させることができる。
【0023】WO 90/05018には、構成がクロ
スフロー形モジュールに相当する、アフィニティー分離
法の場合に使用するための膜モジュールが開示されてい
る。リゲート含有液体は、入口装置を介してモジュール
ケーシング中に導入され、かつ例えばリガンドが結合し
ている中空繊維膜の片面上で接線方向に流れる。液体の
一部は、膜中に侵入し、この膜を貫流し、この場合リゲ
ートは、リガンドに付着され、かつ入口側に対向する膜
側で浸透流として出る。滞留液流および浸透液流は、別
個の出口装置を介して導出される。WO 90/050
18の記載により使用される膜の本質的な特徴は、等方
性の微孔質構造体であり、この微孔質構造体は、高分子
を含有する溶液の対流の流れを可能にする。
【0024】米国特許第4266026号明細書には、
接触反応を実施する方法に対して異方性中空繊維膜を含
有するクロスフロー形モジュールが記載されている。こ
の場合に使用されている触媒は、殊に膜構造体中で例え
ばカップリング試薬により固定化されている酵素であ
る。処理すべき液体は、供給流として圧力下で中空繊維
の内径部を貫流する。この場合、液体の一部は、膜壁を
対流で貫流し、かつその際に接触反応が行なわれる。例
としては、触媒としてのガラクトシダーゼを用いてのグ
ルコースおよびガラクトース中でのラクトースの触媒反
応が記載される。滞留液および浸透液は、別々の液体流
としてモジュールから導出され、貯蔵容器中で相互に合
わされ、かつ反応する物質の所望の変換率が達成される
まで、モジュールにおいて内径側で循環して返送され
る。
【0025】クロスフロー形モジュールを用いる処理の
変形は、WO 93/02777に記載されている。血
液から一定の成分を特異的に除去するために、血漿用フ
ィルターとして機能する、特殊に成形されたケーシング
中にU字形で埋設された半浸透性中空繊維膜からなる束
が使用される。この中空繊維膜は、内径側で血液によっ
て貫流され、物質特異的処理は、膜により分離された血
漿を用いて中空繊維膜の周囲の外側空間内で行なわれ
る。この外側空間内には、分離すべき成分の付着のため
に例えば固定化された酵素または抗体を含有する浄化媒
体が存在する。前記束は、原理的に流入枝部中および流
出枝部中で区別される。流入枝部の範囲内で起こるプラ
スの浸透膜圧に基づいて、1つの拡散により膜を通して
外側空間中への血漿の積層された対流の運搬が行なわれ
る。処理された血漿は、流出枝部の範囲内でそこで発生
する負の浸透膜厚に基づいて中空繊維膜の内径部中に返
送され、かつ再び血液と合わされる。
【0026】WO 93/02777に記載の方法は、
浸透流、即ち血漿流のための別個のポンプおよび/また
は制御機関を必要としないという利点を提供する。しか
し、使用されるモジュールは、膜の外側範囲内で大きい
死空間容積を有している。
【0027】欧州特許出願公開第0112094号明細
書の記載の血液処理するための装置の場合には、同様に
浸透液は、使用されるモジュールから別個に導かれるの
ではなく、モジュールの内部で再び滞留液、即ちこの場
合には血液と一緒に導かれる。この場合も膜は血漿分離
器として使用され、この場合には、膜の片側から1つの
通路が形成されており、この通路に血液は貫流し、別の
膜側および包囲するケーシングによって1つの処理空間
が形成されており、この処理空間内には、物質特異的処
理のための1つの材料が存在する。1つの適当な装置に
より処理空間上で圧力変形が顕著になる。それによっ
て、血液通路と処理空間との間の圧力差は、交互にでは
あるがまず血液からの血漿を膜を通して処理空間内に浸
透させ、この処理空間内で物質特異的な処理を行なうよ
うにして周期的に変化される。引続き、処理された血漿
は、反対方向に再び膜に貫流され、かつ血液と合わされ
る。
【0028】類似の原理は、WO 80/02805の
場合も追求されている。また、この刊行物の記載によれ
ば、圧力振動によって供給流の一部は、対流で膜を通し
て導かれ、かつ再び供給流中に返送される。欧州特許出
願公開第0112094号明細書の記載とは異なり、W
O 80/02805の記載の装置の場合には、処理す
べき液体の目的物質が結合されているはずの生物学的に
活性の物質が孔中で結合されかつ膜の表面に接して膜に
結合され、したがって液体の物質特異的処理が膜への貫
流の際に行なわれる。
【0029】欧州特許出願公開第0341413号明細
書には、全血を処理するための吸着剤モジュールが記載
されており、この場合モジュール中に含まれている、リ
ガンドを備えた中空繊維膜には、クロスフロー形で内径
側で血液が貫流される。この場合、血漿は、浸透液とし
て中空繊維膜壁を通して中空繊維膜を包囲する外側空間
内に入り、この場合には、膜壁内で血漿の処理が行なわ
れる。1つの特殊な実施態様の場合には、このモジュー
ルは、浸透液のための出口を有さず、全血の処理の場合
には、浸透液として分離された血漿は、外側空間内で毛
管の周囲に捕集され、かつ生じる圧力挙動のために再び
中空繊維膜壁を通して中空繊維膜の内径部内に侵入す
る。しかし、このようなモジュールの概念は、膜を貫流
する血漿流に対して制限された範囲内でのみ影響を及ぼ
しうるという欠点を有する。更に、必要とされる処理時
間は比較的長い。それというのも、専ら中空繊維膜の周
囲の外側空間を充填するために10分を超える浸透時間
が必要とされるからである。
【0030】液体を物質特異的に処理するために記載さ
れたクロスフロー形で駆動されるモジュールは、例えば
別々の浸透液流および滞留液流のために付加的なポンプ
および/または制御機関または圧力振動を発生させるた
めの付加的な装置を必要とするという欠点を有する。全
てに共通のことは、常に膜をケーシング中に埋設するこ
とが必要であり、それによって膜モジュールの製造に費
用がかかることになるという欠点にある。このことは、
殊に処理過程により多数のモジュールの順次の接続が必
要である場合には、不利に作用する。更に、このこと
は、リガンドのカップリングまたは重合のために例えば
トルオールのような攻撃的溶剤が使用され、かつこのカ
ップリングが装置中で生じる場合には、重要なことであ
る。実際に、この場合必要とされる溶剤安定性の膜の埋
設は、極めて費用がかかり、かつ高い費用と関連してい
ることが判明した。
【0031】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、公知技術水準の記載された欠点が少なくとも減少さ
れており、簡単な方法で製造可能であり、融通性をもっ
てそれぞれの流体処理に適合させることができ、かつ澄
明溶液および殊に懸濁液にも適当である、流体を物質特
異的に処理するための冒頭に記載された種類の装置を提
供することである。
【0032】更に、本発明の課題は、懸濁液の処理にも
適当である、多孔質の構造体を有する半浸透性膜の使用
下で流体を有効に物質特異的に処理するための冒頭に記
載された種類の方法を提供することである。
【0033】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項1の
上位概念に記載された装置の場合には、この装置の少な
くとも1つの処理部材が極度に出口装置の方向に開い
た、処理部材の壁によって形成された少なくとも1つの
空隙を有し、少なくとも1つの処理部材の壁が多孔質構
造体を有する少なくとも1つの半浸透性膜から少なくと
も部分的に形成されており、少なくとも1つの処理部材
が入口装置と出口装置との間で少なくとも1つの処理部
材と接触しかつ少なくとも1つの処理部材を少なくとも
入口装置の処理部材に対向する端部および出口装置の処
理部材に対向する端部に接して本質的に包囲する通路系
を形成するようにケーシング(25)中に配置されてい
ることによって解決される。
【0034】更に、この課題は、請求項39の上位概念
に記載された方法の場合には、本発明により、膜の外側
に接する全延在部に亘って本質的に膜の周囲に一次流が
流れないようにし、膜を貫流した二次流を物質特異的な
処理後に膜の外側に接して流れる一次流に再び供給する
ことによって解決される。
【0035】処理すべき液体とは、本発明の範囲内で物
質特異的処理に向けられている一定の物質または目的物
質を含有するような流体のことである。
【0036】本発明による装置は、処理すべき液体が入
口装置を介してケーシング中に導入され、かつ一次流と
してケーシング中で通路系を通して外側装置の方向にケ
ーシング中に配置された少なくとも1つの処理部材のそ
ばを通過して流れるように形成されている。この場合、
少なくとも1つの処理部材は、本発明による装置のケー
シング中に導入されており、この場合には、少なくとも
1つの処理部材の端部を埋設することが不要であり、即
ち入口装置および出口装置に対向した端部は、それぞれ
の端部を包囲する埋設部を有していない。また、この方
法の場合には、少なくとも1つの処理部材の端部の周囲
には、本質的に一次流が流れることができる。
【0037】通路系中での流動によって発生される処理
部材に沿っての圧力勾配のために、一次流の一部は、二
次流として処理部在中に侵入し、処理部材の半透過性壁
を貫流し、この場合には、物質特異的な処理が目的物質
に関連して行なわれ、かつ処理部材の少なくとも1つの
空隙中で捕集される。
【0038】空隙は、閉鎖されていてもよいか、または
極度に出口装置の方向に開いていてもよい。意外なこと
に、空隙が閉鎖された場合にもこのような空隙を有する
処理部材を通して二次流は形成される。しかし、少なく
とも1つの空隙が出口開口部に方向に通路系に開口する
開口部を有しているような本発明により装置の実施態様
が有利である。
【0039】二次流が圧力勾配に基づいて入口装置に対
向する処理部材の上部区間で半浸透性壁を通して該部材
中に侵入し、空隙中で捕集され、かつ処理部材の出口装
置に対向した下部区間中で一次流中での減少された圧力
に基づいて反対方向に空隙から半浸透性壁を通して通路
系中に出るような閉鎖された空隙の場合には、二次流
は、再び一次流と合わされる。この場合、部分流を形成
する流体の物質特異的な処理は、壁を通しての第1の通
過の場合にも第2の通過の場合にも行なうことができ
る。
【0040】好ましい場合には、少なくとも1つの空隙
は、出口装置の方向で通路系に開口する開口部を有し、
二次流は、本質的に入口装置と出口装置との間の処理部
材の全延在部を介して処理部材中に侵入し、この場合物
質流の勾配は、出口装置の方向に減少している。半浸透
性の多孔質壁を通過する全二次流は、空隙中で捕集さ
れ、かつ前記部材の下端部で開口部を介して通路系中に
返送され、この通路系中で全二次流は、再び一次流と合
わされる。出口装置の方向に開きかつ通路系と結合され
ている空隙の前記実施形式は、閉鎖された空隙と比較し
てよりいっそう大きい二次流、即ち処理部材の壁を通し
てのよりいっそう高い貫流量が生じるという利点を提供
する。それというのも、この二次流は、処理部材からの
退出の際に処理部材の半浸透性壁によって形成された流
れ抵抗を克服する必要がないからである。
【0041】極度に出口装置の方向に開いた空隙が必要
であることは、課された課題に記載された懸濁液に対す
る本発明による装置の使用可能性から生じる。例えば、
処理部材は、入口方向に開いた空隙、例えばデッドエン
ド形フィルターと一緒に作用を生じ、このことは、懸濁
液を処理する場合には、懸濁された粒子が空隙中で沈積
するという結果を生じるであろう。
【0042】空隙を寸法決定する場合には、二次流によ
る空隙の貫流時に生じる流れ抵抗が半浸透性壁の貫流時
に生じる流れ抵抗と比較して小さいという問題を生じ
る。同時に、処理部材1個につき処理部材の容積のでき
るだけたかい割合は、物質特異的な処理が行なわれる半
浸透性の多孔質膜壁から生じるように意図することがで
きる。壁の容積Vwと少なくとも1つの空隙の容積Vh
とから構成された処理部材の容積Vbに対する処理部材
の壁の容積Vwの好ましい比Vw/Vbは、0.5<V
w/Vb<0.98であり、特に好ましい比は、0.6
<Vw/Vb<0.85の範囲内にある。
【0043】1つの処理部材を貫流する二次流は、別の
流入因子とともに処理部材に沿って存在する圧力勾配d
p/dxによって定められる。この場合、dpは、一次
流の方向で示唆区間dxに沿っての示唆圧力変化であ
る。この圧力勾配は、大きくなればなるほど、処理部材
を通る二次流はますます増大し、したがって物質特異的
な処理が行なわれる一次流の一部もますます増大する。
処理部材に沿ってかまたは処理部材を包囲する通路系に
沿っての圧力勾配は、通路系を通しての通過量が増大す
る、即ち一次流が増大するにつれて大きくなる。
【0044】圧力勾配dp/dxは、充填度と呼ばれる
比VB/VGが増大すればするほど、大きくなり、この
場合VBは、個々の処理部材の容積Vbの総和から構成
された全ての処理部材の全容積であり、かつVGは、空
のケーシングの容積である。比VB/VGは0.4〜
0.95の間にあるのが有利であることが判明し、1つ
の比は、0.55〜0.75の間にあるのが最も有利で
あることが判明する。このような充填度の場合には、即
ち処理部材間の距離、ひいては通路系の通路の断面の相
応する寸法は、多孔質膜構造体を通しての拡散的運搬に
二次流に基づく本質的に大きな対流運搬を重ね合わせる
ために、通路系を通しての適当な通過量もしくは通路系
中での流速と関連して十分な高さの圧力勾配が生じるよ
うな程度に小さくなる。
【0045】処理部材および該処理部材の少なくとも1
つの空隙がケーシングの貫流方向に長手方向延在部を有
していることは、有利である。少なくとも1つの空隙の
寸法比L/Dが2〜4000であることは、有利であ
り、この場合Lは、ケーシングの貫流方向での空隙寸法
であり、かつDは、該貫流方向に対して垂直の空隙断面
の液圧直径である。この場合、液圧直径は、関係式D=
4*A/Uによって定義されており、その際Aは、面積
で示される横断面であり、かつUは、この横断面の周囲
長さである。特に好ましいのは、寸法比L/Dが20〜
450である。
【0046】この場合には、その壁が拡がりにおいて一
次流の方向と垂直方向に本質的に均一な厚さを有してい
るような処理部材が好ましい。それによって、二次流が
膜の貫流の際に処理部材の全ての個所で本質的に等しい
貫流路を後方に備えていることも達成され、このこと
は、処理すべき流体のできるだけ均一な滞留時間に関連
して特に有利である。
【0047】個々の処理部材をケーシング断面に配置す
る場合には、例えば別個のスペーサーまたは処理部材お
よび/またはケーシング内壁の相応する成形によって処
理部材とケーシング内壁との間に通路系を形成させるこ
とが必要であり、この場合には、処理部材のできるだけ
均一な周囲を巡る流動に関連して通路系は、同様にでき
るだけ均一な形で形成されるべきであった。
【0048】しかし、大量の流体量を処理することに関
連して、処理部材を少なくとも2個、有利に多数の処理
部材の少なくとも1つの群にまとめることは、しばしば
有利であり、この場合には、処理部材は、本質的に入口
装置と出口装置との間の通路系の延在部の方向に対して
横方向に並置されている。
【0049】この場合、1つの群にまとめられた処理部
材をスペーサーによって互いに距離をもって維持するこ
とは、有利であり、したがって処理部材を巡って定義さ
れた通路を有する通路系が形成され、この通路系を通し
て処理部材からなる群の均一な貫流および個々の処理部
材の均一な周囲を巡る流動が可能になる。更に、スペー
サーにより通路の流動断面の大きさを調節することがで
き、それによって懸濁液を物質特異的に処理する場合に
は、懸濁液中に含有されている粒子の大きさへ適合させ
ることが可能になり、それによって通路系の閉塞を防ぐ
ことができる。同時に、流動断面の調節により通路内で
生じる圧力勾配に対して影響を及ぼすことができる。
【0050】有利にスペーサーは、弾性成分を有するよ
うに形成されている。それによって、処理部材からなる
かかる群は、この群を差し当たりごく僅かに押しつぶす
ことにより簡単な方法で装置のケーシング中に導入する
ことができ、この場合処理部材間の距離は、若干減少さ
れ、ケーシング中に押し込まれ、かつ引続き放圧され、
それによって処理部材間の間隔は、再び拡大される。結
果として、処理部材の群はこの処理部材の外側の周囲で
ケーシング内壁に接し、かつケーシング内壁に沿っての
望ましくない縁部流は少なくとも減少されることが達成
される。有利に、ケーシング壁に隣接する処理部材とケ
ーシング内壁との間の距離は、処理部材間の距離よりも
短いかまたはこの距離に等しい。
【0051】また、スペーサーは、薄い小管または毛管
として形成されていてもよく、該管の軸線は、本質的に
出口装置と入口装置との間の群の処理部材の延在部に対
して平行であり、かつ該管の内径部に一次流は、貫流す
ることができる。特に、この小管もしくは毛管は、入口
装置と出口装置との間の処理部材の全延在部に沿って配
置されているのではなく、この延在部の部分領域内で処
理部材の出口装置に対向した端部に配置されている。こ
うして、一次流の圧力減少は、高めることができ、ひい
ては二次流は、処理部材を通して拡大させることができ
る。
【0052】また、同様の効果は、ケーシング断面が処
理部材の段の領域内でそれぞれ出口装置に向かって先細
になることにより、ケーシング断面の相応する形成によ
って達成することができる。それによって、出口装置に
対向した端部での処理部材間の距離は、入口装置に対向
した端部での処理部材間の距離と比較して減少される。
【0053】物質特異的な処理の効率を高めるために、
ケーシング中で入口装置と出口装置との間の通路系の延
在部の方向、即ちケーシングの貫流方向で多数の処理部
材または処理部材群は、段として順次に配置されてい
る。多数の段を順次に接続することによって、同時に個
々の段の寸法は、ケーシングの貫流方向に短く保持さ
れ、それによって濃度変化は、予想される臨界的成分に
関連して処理すべき流体中で回避される。このことは、
殊に懸濁液を物質特異的に処理するかかる方法の場合に
は、重要であり、この場合例えば血液の物質特異的処理
の場合のように、懸濁された粒子の少なくとも一部は、
処理部材の半浸透性膜壁によって保留され、同時に懸濁
された粒子の高い濃度は回避される。比較的に短い処理
部材により、処理部材に沿って一次流から僅かな部分流
のみが取り出され、したがって濃度の変化は、次に一次
流と二次流とが一緒に導かれるまで殆ど不変のままであ
る。
【0054】本発明による装置の場合には、ケーシング
中の段の数は、1〜1000の間にあるのが有利であ
る。段数は、1〜100の間にあるのが有利であること
が判明し、段数は、1〜10の間にあるのが最も有利で
あることが判明する。この場合、一次流も二次流もケー
シングの貫流方向で次に配置された段によって局部的に
妨害されないようにし、かつ一次流と二次流の十分な混
合物を可能にするために、個々の段が互いに間隔を有す
ることは、好ましい。均質な混合は、例えば望ましくな
い濃度変動を回避するために有利である。2つの重なり
合う段間の距離sと処理部材の空隙の液圧直径Dとの比
s/Dは、0〜5の間にあるのが有利である。
【0055】勿論、処理方法の要件に適合させる場合に
は、有利に処理部材の多数の段を含む多数の本発明によ
る装置を直列接続することも可能である。
【0056】1つの好ましい実施態様の場合には、二次
流は、処理部材の半浸透性壁に貫流し、かつ対流で目的
物質を膜を通して運搬する。このことは、処理部材を形
成させるために使用される、多孔質構造を有する半浸透
性膜が膜を通しての目的物質の対流での運搬を可能にす
る孔径を有することを前提条件とする。
【0057】処理部材の周囲の通路系中での圧力勾配が
定められかつ処理部材の幾何学的寸法が定められた場合
には、膜の平均孔径を最大にすることにより、二次流
は、勿論最大になる。使用の場合には、孔径は、目的物
質の大きさにも一致させなければならず、この場合この
目的物質は、溶解された高分子の形で存在することがで
きるが、しかし、サブマイクロメーターの範囲内の粒径
を有する小さい粒子の形で存在することができる。同時
に、例えば懸濁液を物質特異的に処理する場合には、膜
が分離機能を有しかつ目的物質ではない成分を含有する
懸濁液中に保留することがしばしば必要とされる。この
ことは、孔径が一定の最大値を超えてはいけないことを
意味する。それによって、孔径の閉塞または例えばこの
ような保留すべき成分間の望ましくない相互作用を目的
物質との相互作用のために設けられた物質特異的に作用
する基を用いて膜中で予防することができる。
【0058】別の側で本発明による装置の以下に記載さ
れた使用もしくは本発明による方法の実施態様に関連し
て、物質特異的な処理に膜のできるだけ大きい内部表面
積を提供するために、できるだけ小さな孔径およびでき
るだけ大きな孔容積もしくはできるだけ大きな多孔度を
有する膜を使用することは、むしろ重要である。有利に
本発明により使用される膜は、50容量%〜90容量%
の平均多孔度を有している。膜の孔容積と膜容積との比
は、平均多孔度として理解され、この場合膜容積は、孔
容積および膜構造体を形成する材料の容積から構成され
ている。
【0059】膜の構成、即ち膜の構造および膜厚に亘っ
ての孔径分布についての要件は、物質特異的な処理を使
用するそのつどの場合に依存する。膜構造体は、厚さに
亘って等方性であることができ、即ち膜構造体の内部で
孔径は本質的に一定であり、この膜構造体は、等方性で
なくともよいし、対称であってもよいし、非対称であっ
てもよく、この膜は、片側で本質的に厚手の孔構造体を
有する層、即ちスキンを有することができる。非対称の
膜の場合には、厚手の層は、処理部材の外側または空隙
に対向していてもよい。例えば、懸濁液を物質特異的に
処理する場合には、一定の分離作用を達成するために膜
は、懸濁液に対向した側で小さな孔径を有することが必
要とされる。しかし、同時に膜もしくは膜構造体を通し
てのできるだけ大きな二次流を得るために、残りの膜構
造体は、有利に粗大孔径であるが、しかし、できるだけ
大きな内部表面積を達成するために使用に応じて粗大す
ぎる孔径であってはならない。
【0060】有利には、平均粒径0.005〜5μmを
有する膜が使用され、特に有利には、平均粒径0.1〜
3μmを有する膜が使用される。
【0061】平均粒径を定めるために、孔径の大きさに
応じておよび膜構造に応じて異なる方法が使用される。
本質的に等方性の孔構造体のためには、孔径は、デキス
トラン分子の所定の大きさの分布を有するデキストラン
水溶液を膜を通して濾過することにより、間接的に濾過
実験によって定められる。この場合公称分子直径の関数
として測定される相対的な保留液から、孔径分布が計算
され、これから平均孔径が計算される。この方法は、例
えばK. Sakai, J. Membrane Science 96 (1994), 91〜1
30またはShin-ichi Nakao, J. Membrane Science 96 (1
994) 131〜165によって透析膜もしくは濾膜に関連して
記載されている。
【0062】例えば、よりいっそう厚手の孔構造体を備
えた層を有する非等方性膜には、よりいっそう厚手の層
内で平均孔径を測定するために同様に濾過実験に基づく
引用された測定法が採用される。非等方性膜の粗大孔範
囲の平均粒径を測定するために、ゼーマン(L. Zeman)
他, J. Membrane Science 71 (1992), 221〜231によ
る画像分析法が使用される。この方法は、勿論等方性孔
構造体ならびに非等方性孔構造体について0.1μm〜
5μmの孔径範囲に適している。
【0063】本発明による装置もしくは本発明による方
法を液体、例えば殊に澄明な溶液または懸濁液に使用す
るために、膜が触媒系と少なくとも1つの空隙との間の
延在部の方向に、即ち外側表面に対して垂直方向にこの
延在部の少なくとも80%で本質的に一定の平均孔径を
有することは、好ましい。それによって、膜内で多数の
固定化された物質特異的に作用する基と関連する高い内
部表面積を、同時に表面に対して垂直方向の膜への貫流
時に僅かな圧力損失で達成することができ、ひいては高
い二次流を達成することができる。本質的に一定の平均
孔径とは、膜の記載された延在部で+/−50%以下だ
け変化するものである。
【0064】懸濁液を物質特異的に処理するためには、
本質的に一定の平均孔径を有する膜の空隙方向に隣接し
た領域よりも小さい平均孔径を有する1つの層を通路系
に対向した側に有する膜を使用することは、有利である
ことが判明した。有利に、この層は、1μm〜5μmの
厚さであり、かつ隣接した領域内での平均孔径よりも5
分の1ないし50分の1小さい平均孔径を有している。
【0065】本発明による装置においてかもしくは本発
明による方法を実施するために、大きい内部表面積を有
する多孔質膜が有利に使用される。膜容積1cm3当た
り2〜300m2のBET表面積を有する多孔質膜が有
利であることが判明し、膜容積1cm3当たり4〜30
m2のBET表面積を有するような膜が最も有利である
ことが判明した。多孔質膜構造体の表面積を測定するた
めの窒素吸着測定に基づくBET法は、カネコ(K. Kan
eko), J. Membrane Science 96 (1994), 54〜89によっ
て記載されている。
【0066】本発明の範囲内で処理部材を形成させるた
めに有利に中空繊維膜または平面状膜が使用される。し
かし、例えば膜状ホースまたは膜状管のような別の膜成
形体も包含される。
【0067】中空繊維膜の好ましい使用の場合には、中
空繊維膜の壁は、同時に処理部材の少なくとも1つの空
隙の壁および中空繊維膜を少なくとも1端で閉鎖してい
る。空隙は、中空繊維膜の内径部によって形成されてお
り、かつ中空繊維膜の内面によって制限されている。
【0068】中空繊維膜から簡単な方法で処理部材は、
本発明の範囲内で得ることができる。中空繊維膜断片の
両端または1端だけを閉鎖すること、例えば溶接するこ
とにより、閉鎖された空隙または片側で開いた空隙を有
する処理部材を得ることができる。長手軸線方向に対し
て横方向に中空繊維膜断片を折り畳むことにより、実施
形式に応じて、片側で開いた2つの空隙を有する処理部
材が生じるかまたは同方向を指す2つの開口部を有する
空隙を備えた処理部材が生じる。この種の処理部材は、
開口部が装置の出口方向に向きかつ処理部材が常に入口
方向で閉鎖されているように本発明の装置のケーシング
中に導入することができる。
【0069】種々の外側輪郭、即ち断面で見て種々の外
側輪郭を有する中空繊維膜を使用することができる。中
空繊維膜は、例えば本質的に円形もしくは環形、三角
形、四角形、六角形または八角形の輪郭を有することが
でき、また、この中空繊維膜は、卵形、楕円形、三角巾
形、四角形巾形等で形成されていてもよい。本発明によ
る装置に使用するため、もしくは本発明による方法を実
施するためには、15μm〜500μmの壁厚を有する
中空繊維膜が有効であることが判明し、100μm〜3
00μmの壁厚を有する中空繊維膜が最も有効であるこ
とが判明した。特に、使用される中空繊維膜の液圧直径
は、50μm〜900μmであり、液圧200μm〜4
00μmを有する中空繊維膜は、特に有利である。
【0070】中空繊維膜は、好ましくは並置されている
処理部材の少なくとも1つの群に纏められており、この
場合このような群の中空繊維膜は、繊維状糸によって距
離をもって保持されている。この場合、原理的には、中
空繊維膜間に繊維状糸を置くことで十分である。しか
し、有利には、1群の中空繊維膜は、繊維状糸により少
なくとも1つの中空繊維マット中に結合されている。こ
の種のマットは、好ましくは公知方法により製織マッ
ト、織物マットまたは織物小片として製造することがで
きるが、しかし、編物マットまたは鉤針編物マットとし
て製造することもできる。織物または製織の場合には、
繊維状糸は、中空繊維膜に対して横方向に延びる織物用
糸もしくは製織用糸である。この横糸によって中空繊維
膜は、有利に互いに均一な距離をもって保持され、かつ
マット内で本質的に互いに平行に配置される。この種の
マットにより、高い秩序を有しかつ処理部材間で均一な
通路系が形成されているような並置されている処理部材
の1群を製造することができる。
【0071】中空繊維膜からなる処理部材のこの種のマ
ットは、例えば単層または多層で公知方法により螺旋形
で束に巻き上げられていてもよいかまたは個々のマット
層もしくは折り畳まれたマット層の堆積物に重なり合っ
て積層されていてもよい。この場合、コイル状物もしく
は個々の層は、有利に例えば織り込まれたかもしくは編
み込まれた糸および場合によって付加的に個々の巻いた
層間に導入されたスペーサーにより例えば流体浸透性フ
リースまたは織物の形で互いに距離をもって保持されて
いる。
【0072】こうして製造された中空繊維膜の群は、引
続き本発明による装置のケーシング中に導入される。こ
の場合、例えばフリースの場合にフリースの可逆の圧縮
可能性に基づいて生じるようなスペーサーの弾性成分の
存在は、有利であり、かつケーシング中への群の導入を
簡易化する。特に、少なくとも1つの中空繊維マットが
軸線またはコアを中心に前記装置の入口装置と出口装置
との間の通路系の延在部の方向に対して平行に螺旋状の
巻き上げられているような束が使用される。もう1つの
好ましい実施態様は、少なくとも2つの中空繊維マット
が重なり合って存在しかつ軸線またはコアを中心に通路
系の記載された延在部の方向に対して平行に螺旋状に巻
き上げられているような束であり、この場合この中空繊
維マットは、重なり合って存在する中空繊維マットの中
空糸が交叉して配置されているように重なり合って存在
する。この種の束の製造は、詳細には欧州特許第285
812号明細書に記載されている。このような束に関連
して、交叉して配置された中空繊維膜間に形成された角
度は、0゜〜120゜の間にあり、30゜〜90゜の角
度は、有利であることが判明した。
【0073】また、1つよりも多い空隙を有する処理部
材は、簡単な方法で中空繊維膜から製造することができ
る。相応して長さが定められた中空繊維膜断片は、長手
方向軸線の方向に例えば多数の個所で圧縮することがで
きるかまたは溶接することができ、それによって多数の
前後して存在する閉鎖された空隙が分割される。同様
に、中空繊維膜に多数の個所で長手軸線方向に沿ってこ
の長手軸線方向に対して横方向に切り込みを入れること
により多数の開かれた空隙も実現させることができ、こ
の場合こうして製造された処理部材の装置中に導入され
た状態に対して出口装置の方向に存在する切断縁は、入
口装置の方向で空隙を閉鎖するために、立ったままの膜
壁と溶接されている。
【0074】本発明のもう1つの有利な実施態様によれ
ば、少なくとも1つの処理部材は、少なくとも1つの平
面状膜から形成されている。このような処理部材は、例
えば平面状膜の矩形または正方形断片をU字形に折り畳
むことによって製造することができる。U字形に折り畳
まれた平面状膜の2つの生じる肩部は、少なくとも1つ
の空隙を形成させるために距離をもって維持されてい
る。流体に対して浸透性の材料、例えばフリースまたは
織物は、スペーサーとして使用することができる。
【0075】平面状膜からなる処理部材のもう1つの好
ましい実施形式によれば、2つの互いに平行で互いに距
離をもって配置された平面状膜は、少なくとも入口装置
の方向を指した縁部で形状閉鎖的に互いに結合、例えば
互いに溶接され、したがって平面状膜によって処理部材
の肩部は、形成されている。2つの使用される平面状膜
は、等しいものであることができるが、しかし例えば材
料、構造または目的物質との相互作用のために設けられ
た物質特異的に有効な基に関連して異なっていてもよ
い。また、2つの平面状膜の一方は、例えば流体非浸透
性フィルムと交換されていてもよく、この場合このこと
は、例えば処理部材の安定性の理由または完成の視点か
ら有利であると思われる。
【0076】このような処理部材は、膜の空隙を包囲す
る側もしくは場合によっては使用されるフィルムは、内
側として定義され、外方向を指す側は、膜もしくは場合
によっては使用されるフィルムの外側として定義され
る。
【0077】本発明による装置で使用されるかまたは本
発明による方法を実施するために使用される平面状膜
は、特に15μm〜500μmの壁厚を有し、100μ
m〜300μmの壁厚を有する平面状膜は、特に有利で
ある。
【0078】処理部材の折り畳み縁部もしくは形状閉鎖
的に閉鎖された縁部に隣接する両側は、有利に例えば溶
接によって同様に閉鎖されている。平面状膜からなる側
方で開いた処理部材は、予想される漏れ流および短絡流
のために使用に推奨できるものではない。折り畳み縁部
に対向する縁部は、閉鎖された空隙の製造のために同様
に閉鎖されていてもよい。しかし、この縁部は、片側で
開いた空隙の製造のために好ましくは閉鎖されていない
ままであり、この場合には、こうして生じた処理部材
は、開口部がケーシングの出口装置の方向を指すように
本発明による装置のケーシング中に導入することができ
る。
【0079】このように製造された処理部材は、平らな
形で使用することができ、この場合には、有利に多数の
平らな処理部材は、堆積物状に群に並置されて積層され
ている。有利には、群の処理部材間およびケーシング内
壁とこの内壁に隣接している処置部材との間の間隔を保
持するために、液体に対して浸透性である材料、例えば
織物またはフリースが使用され、この材料に対して殊に
懸濁液を物質特異的に処理する場合には、浸透性に関連
して高度な要件を課すことができる。即ち、この浸透性
材料は、膜の外側および場合によっては使用されるフィ
ルムを距離をもって保持され、かつさらに一次流の流れ
方向に付加的な圧力勾配を形成し、この圧力勾配は、二
次流の大きさに対して影響を及ぼす。
【0080】記載されたように、少なくとも部分的に平
面状膜から形成された処理部材の肩部間、1群の処理部
材間およびケーシング内壁とこの内壁に隣接する処理部
材との間の距離を定義するのに役立ちかつ同時に流体浸
透性であるスペーサーは、別個の部材として形成されて
いてもよい。しかし、また膜および/または場合によっ
ては膜と結合したフィルムの内側および/または外側に
対するスペーサーの機能は、例えば溝状か、節状かまた
は別の異型成形された表面構造体によって膜中に組み込
むことができるかまたはフィルムそれ自体に組み込むこ
とができる。
【0081】平面状膜からなる処理部材の群は、3層の
平面状ラミネートに襞を付けることによって製造するこ
とができ、この平面状ラミネートは、例えば浸透性フリ
ース、中央に配置された平面状膜層およびスペーサー層
の形状で平面状スペーサーからなる。この3層のラミネ
ートに共通に襞を付けることにより、襞を付けた平らな
製品が生じ、この襞を付けた平らな製品から該製品の延
在部の平面に関連して例えば中央の引き続く切り込みに
よってU字形に折り畳まれた平面状膜からなる並置され
た処理部材の群が生じる。より良好な加工のために、ラ
ミネートの3層は、例えば互いに点状に結合されていて
もよい。
【0082】本発明による装置の2つの重なり合う段の
処理部材の折り畳み縁部が入口装置と出口装置との間の
通路系の延在部の方向に見て5゜〜175゜の角度を形
成しているような実施態様は、有利であることが判明し
た。こうして、一次流と二次流との良好な混合は、全て
の段に向かって達成され、処理部材とケーシング内壁と
の間の縁部流の形成は、減少される。複数の段の間の距
離は、最小にすることができ、かつ2つの隣接した段の
間の距離sと処理部材の空隙の液圧直径Dとの比s/D
は0〜1であることが有利である。
【0083】また、簡単な方法で多数の前後して存在す
る空隙を有する処理部材は、平面状膜から製造すること
ができる。相応して本発明の装置のケーシングの貫流方
向で長さが定められた平面状膜の処理部材は、長手方向
の延在部において例えば長手方向の延在部に対して横方
向の多数の個所で圧縮することができるかまたは溶接す
ることができ、それによって多数の前後して存在する閉
鎖されかつスペーサーによって支持された空隙が生じ
る。同様に、処理部材に多数の個所で長手軸線方向に沿
ってこの長手軸線方向に対して横方向に1つの肩部で切
り込みを入れることにより多数の前後して存在する、出
口装置の方向に開かれた空隙も実現させることができ、
出口装置の方向に存在する切断縁は、入口装置の方向で
空隙を閉鎖するために、処理部材の立ったままの肩部と
溶接されているかまたは接着されている。
【0084】また、記載された平面状処理部材は、螺旋
状に巻かれた処理部材に後加工することができ、この場
合には、例えば軸線またはコア部を中心に折り畳み縁部
もしくは形状閉鎖的に結合された端縁に対して螺旋形で
巻かれている。個々の巻き付け位置間には、有利にスペ
ーサーが導入されており、この場合個々の巻き付け位置
間の距離に対しては、平面状膜からなる2つの平らな処
理部材間の距離の場合と同じ条件が当てはまる。この場
合、このような螺旋状に巻かれた処理部材は、有利に巻
きの軸線方向とケーシングの貫流方向が一致するように
ケーシング中に配置されている。この場合、螺旋形の処
理部材の場合によっては存在する開いた端縁は、ケーシ
ングの出口装置の方向を指している。
【0085】処理部材、群に纏められた処理部材または
処理部材の段が配置されているようなケーシングの内部
断面の形は、任意であってよい。しかし、有利には、中
空繊維膜および平面状膜の場合には、正方形、矩形、六
角形、八角形または円形の内部断面を有するケーシング
が使用される。
【0086】このケーシングの場合には、有利に弾性成
分を有するスペーサーを備えている処理部材もしくは処
理部材の群は、僅かな圧縮下に導入され、かつ張圧除去
下にケーシング中に位置決めされる。この場合、平面状
膜からなる平らな処理部材の場合には、ケーシング内部
断面の形に応じて簡単な方法でケーシング中の個々の段
の折り畳み縁部間の定義される角度を調節することがで
きる。
【0087】中空繊維膜からなる処理部材の場合には、
使用に応じて注入針またはカニューレがケーシングとし
て適当であり、この場合には、例えば個々の処理部材の
多数の段は、前後して配置されている。別の使用のため
には、例えば弾性ホースからなる延性ケーシングが有利
であることが判明した。このケーシングは、処理部材ま
たは処理部材の群もしくは段を簡単に導入するために半
径方向に収縮可能であるように形成されていてもよく、
この場合収縮は、処理部材の導入後に行なわれる。特に
直径に比べて比較的に長いケーシングの場合には、ケー
シングを例えば捩れた形または螺旋形で巻くかもしくは
形成させることは、好ましい。
【0088】処理部材とケーシングを固定結合させるこ
とは、多くの場合に不用である。しかし、特殊な場合に
は、例えばポリウレタン、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂
等を用いてケーシング壁に隣接した処理部材の群または
段を少なくとも部分的にケーシング壁と固定結合させる
ことも可能である。この方法は、処理部材の各群の安定
した位置決めに役立つことができるが、しかし、特にケ
ーシング内壁と処理部材との間の望ましくない縁部流
は、少なくとも減少され、処理部材の群の外部輪郭にお
ける不正確さは、補償される。更に、それによって例え
ば記載された平面状膜の処理部材は、前面で、即ち折り
畳み縁部もしくは形状閉鎖的に結合した端縁に隣接する
端縁で密閉されていてもよい。処理部材をケーシングと
結合させるのに適当な方法は、例えば欧州特許出願公開
第521495号明細書に記載されている。
【0089】本発明による方法は、流体の多種多様な物
質特異的処理に対して使用することができる。この場合
には、この本発明による方法の場合に本発明による装置
を使用することにより、処理において特に良好な結果が
達成され、この場合膜上および/または膜中には、有利
に物質特異的に作用する基が固定化されている。また、
それぞれの処理方法に関連して、異なる物質特異的に作
用する基は、膜上および/または膜中で固定化されてい
てもよく、この基は、処理すべき流体中に含有されてい
る種々の目的物質と特異的に相互作用する。また、同様
に異なる膜は、それぞれ異なる物質特異的に作用する基
と一緒に使用されてもよい。
【0090】本発明による方法の1つの好ましい実施形
式の場合には、処理すべき流体は再循環され、処理方法
は、望ましい処理効率が達成されるまで数回連続され
る。処理すべき流体としては、有利に粒子含有懸濁液が
使用される。
【0091】本発明の特に好ましい実施形式によれば、
物質特異的に作用する基は、処理すべき液体からリゲー
トを精製分離するためのリガンドであるか、酵素または
触媒である。好ましい本発明による方法は、リゲートを
リゲート含有液体から精製/分離するための方法であ
り、この場合には、膜上および/または膜中に上記リゲ
ートに対するリガンドが固定化されているような膜が選
択され、さらに液体を酵素的に処理する方法であり、こ
の場合には、膜上および/または膜中に酵素が固定化さ
れているような膜が選択され、ならびに液体を触媒によ
り処理する方法であり、この場合には、膜上および/ま
たは膜中に触媒が固定化されているような膜が選択され
る。
【0092】物質特異的に作用する基を膜上および/ま
たは膜中で固定化するために、刊行物に記載された方法
を使用することができる。また、それぞれ物質特異的な
流体処理に関連して使用可能な物質特異的に作用する基
についても、刊行物の記載に帰因することができる。物
質特異的に作用する基を固定化する種々の方法は、基が
固定化されているような場所にも関連するし、固定化の
方法にも関連する。
【0093】即ち、この物質特異的に作用する基は、吸
着的にかまたは共有結合を介して膜にカップリングされ
ていてもよい。この膜に対するカップリングは、ケーシ
ング中への組み込み前に行なうこともできるし、本発明
による装置のケーシング中への処理部材の膜の挿入後に
行なうこともできる。この場合には、そのつどの使用の
場合に一致して、物質特異的に作用する基は、例えば本
質的に均質に多孔質膜の全表面、即ち孔によって形成さ
れた外部表面ならびに内部表面にカップリングされてい
てもよい、即ち膜上および膜中で固定化されていてもよ
い。しかし、例えば処理すべき流体の個々の成分が物質
特異的に作用する基と接触しない場合には、物質特定的
に作用する基は前記表面の一部でのみ固定化されている
ことも必要である。このような場合には、一方で適当な
分離境界面を有する膜を選択することによって、固定化
された物質特異的に作用する基への膜を通しての前記成
分の運搬を回避することは有利である。他方、一次流、
即ち前記成分を含有する流体に対向した膜もしくは処理
部材の表面に物質特定的に作用する基が含まれないまま
であることも必要である。このことは、例えば前記表面
の不動態化、例えば物質特異的に作用する基のカップリ
ング前の血漿処理によって達成させることができる。
【0094】しかし、高分子量材料からなる膜の場合に
は、例えばイオン性の親水性または疎水性基を有するポ
リマー材料の修飾によってかまたは少なくとも1つの成
分が物質特異的に作用する基を有するようなポリマー配
合物の使用によって膜マトリックス中に物質特異的に作
用する基を直接に組み込むことも行なうことができる。
【0095】もう1つの方法は、膜の製造方法の際にこ
の種の物質特異的に作用する基またはこのような基を有
する担持物質または粒子を膜の孔系中に埋設させるかま
たは事後に完成膜中に例えば浮遊させることにある。こ
の浮遊の場合には、膜は有利に非対称構造体ならびに場
合によってはスキンを有し、この場合スキンの開口部も
しくは膜の微孔質側の孔は、物質特異的に作用する基も
しくは記載された担持物質または粒子が通過しえないよ
うに定められている。この場合、浮遊ならびに次の物質
特異的な流体処理は、物質流が膜の開いた孔側から膜中
に入りかつそれによって物質特異的に作用する基を有す
る物質または粒子が僅かに開いた孔側を通して保留され
るように実施される。有意義なことに、浮遊された物質
特異的に作用する基を有するこの種の系は、処理部材に
関連して使用され、この処理部材は、処理部材を有する
装置の出口開口部の方向に開口している。
【0096】全ての場合に、使用される膜の孔径は、孔
中に固定された物質特異的に作用する基にも拘わらず目
的物質を対流で処理すべき流体の少なくとも一部によっ
て膜を通して運搬することができるように選択すること
ができる。
【0097】本発明による膜を形成している材料に関連
して、全く制限はない。即ち、無機材料、例えばガラ
ス、セラミック、SiO2、炭素または金属、有機ポリ
マーまたはその混合物からなる膜を使用することができ
る。ポリマーは、親水性および/または疎水性の性質を
有することができ、このポリマーは、セルロース性ポリ
マーの群、例えばセルロースまたは再生セルロース、変
性セルロース、例えばセルロースエステル、セルロース
エーテル、アミン変性されたセルロースならびにセルロ
ース性ポリマーの混合物、合成ポリマーの群、例えばポ
リアクリルニトリルおよび相応するコポリマー、ポリウ
レタンを含有するポリマー、ポリアリールスルホンおよ
びポリアリールエーテルスルホン、例えばポリスルホン
またはポリエーテルスルホン、ポリビニリデンフルオリ
ド、ポリテトラフルオルエチレン、水不溶性ポリビニル
アルコール、脂肪族ポリアミドおよび芳香族ポリアミ
ド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステル、
ポリカーボネート、ポリオレフィン、例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレン
オキシド、ポリベンズイミダゾールおよびポリベンズイ
ミダゾロンならびにこれらから得られた変種、前記ポリ
マーの配合物、混合物またはコポリマーから選択されて
いてもよい。前記ポリマーもしくはポリマー混合物は、
他のポリマー、例えばポリ酸化エチレン、ポリヒドロキ
シエーテル、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロ
リドン、ポリビニルアルコールまたはポリカプロラクト
ン、または無機材料、例えばSiO2を添加剤として混
合していてもよい。個々の場合には、膜表面の一定の性
質を例えば一定の官能基の形で調節するために、膜には
例えば表面変性が行なわれていてもよい。
【0098】溶剤安定性およびpH値安定性のポリマー
からなる膜、殊にポリテトラフルオルエチレンまたはポ
リビニリデンフルオリドならびにこれらから得られた変
種、配合物、混合物またはコポリマーからなる膜を用い
た場合には、特に良好な実地が得られる。この種の膜
は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第39231
28号明細書に記載されている。
【0099】アフィニティー分離またはアフィニティー
クロマトグラフィーを用いてのリゲート含有液体からの
リゲートの精製/分離のために、多数の使用が公知であ
る。この場合、アフィニティークロマトグラフィーと
は、生物特異的吸着ならびに分離方法、例えばイオン交
換クロマトグラフィー、金属キレートクロマトグラフィ
ー、疎水性クロマトグラフィー、共有結合クロマトグラ
フィーまたは特異的吸着材料上への分子の直接的な収着
である。
【0100】重要な使用は、若干の実施例のみを挙げる
ために、モノクロナール液体の精製、生物学的液体の安
定化のためのプロテアーゼの除去、血漿または全血から
の血漿成分の取得または治療的除去、生物学的または製
薬学的液体からの発熱物質の除去、エナンチオマーの分
離または酵素の単離に関連する。
【0101】更に、細胞淘汰の範囲内で使用される。こ
の場合には、本発明による装置の使用の場合もしくは本
発明による方法の実施の場合に一次流の一部が二次流と
して処理部材の膜状壁上に流れ、処理部材の壁を貫流す
るという特徴を使用することができる。このことは、細
胞懸濁液を使用する場合に、目的物質である細胞を対流
で膜上に運搬し、かつそこで例えば膜もしくは処理部材
の外側で固定化されたリガンドと直接に接触するという
利点を有し、この場合このリガンドは、例えば細胞の一
定の表面蛋白質であることが確認される。また、遺伝子
工学の範囲内での使用のためには、このような使用の際
に例えば膜上および/または膜中で固定されたウィルス
または細胞への遺伝子の対流による運搬が達成されるこ
とにより、本発明による装置は、最も好適である。
【0102】リガンドは、本明細書中で使用される意味
において、非特異的、基特異的または特異的に作用する
ことができる(E. Klein, ”Affinity Membranes”, Jo
hn Wiley & Sons, Inc., 1991 参照)。この種のリガ
ンドは、例えばモノクロナール抗体、ポリクロナール抗
体、ペプチド、抗原物質、グリコ蛋白質、蛋白質A、蛋
白質G、酵素、レセプター蛋白質、細胞に対する成長因
子、ホルモン、調節蛋白質、抑制物質、補助因子、ヘパ
リン、プロタミン、ポリ−L−リシン、ビオチン、アビ
チン、アミノ酸、例えばトリトファン、フェニルアミ
ン、L−ヒスチジンまたは抗生物質である。更に、リガ
ンドは、塩、例えばFe4[Fe(CN)6]3または
染料であってもよい。しかし、このリガンドは、膜材料
自体の表面中の親水性基またはイオン性基であってもよ
いかまたは該表面に接して結合したポリマーであっても
よい。例示的に、しかしこの場合に限定されることな
く、WO 90/04609、WO 90/05018
および欧州特許出願公開第0565978号明細書が指
摘されるかまたはE. Klein, ”Affinity Membranes”,J
ohn Wiley & Sons, Inc., 1991 に記載された実施例が
指摘される。
【0103】この個所で可能性を余すところ無く枚挙す
ることはせずに、リガンドは、例えば膜の表面変性によ
って製造することができ、直接にかまたは距離分子(ス
ペーサー)を介して表面に結合されていてもよいが、し
かし、テンターケル(Tentakel)系または鎖を介して表
面に結合されていてもよく、この場合全ての鎖もしくは
全てのテンターケル系には、多数のリガンドが結合され
ていてもよい。
【0104】殊に、イオン交換膜の能力を高めるため
に、種々の自体公知の方法を使用することができ、この
場合膜の孔表面上のイオン性基、即ちリガンドの数は、
増大される。有利には、リガンドは、長鎖の線状ポリマ
ーの分子を介して膜にカップリングされており、この場
合長鎖の線状ポリマーの分子は、多数のリガンドを有す
る。長鎖の線状ポリマーの腕にリガンドを有するような
長鎖の線状ポリマー、所謂テンターケルの使用について
は、例えばW. Mueller, J. Chromatogr., 第510巻
(1990)、第133頁に記載されている。このよう
なテンターケルの製造は、例えばツネダ(Tsuneda)等
(Biotechnol. Prog., 第10巻(1994), 第76〜8
1頁およびJ. Chromatogr., 第A689巻(1995), 第
211〜218頁)によって記載されており、かつエポ
キシ基を有するモノマー、例えばグリシジルメタクリレ
ートの放射線誘発されるグラフト重合および引き続くS
O3H基またはジエチルアミノ基への化学的変換により
行なうことができる。本発明による膜処理部材のイオン
交換能力を高めるために使用することができる、窒素含
有ポリマーの平面状膜をグラフトするための別の方法
は、欧州特許出願公開第0490940号明細書に記載
されている。
【0105】欧州特許出願公開第19501726号明
細書に記載の重合可能な二重結合で誘導されたポリアミ
ドを含有する膜は、本発明による装置もしくは本発明に
よる方法の実施に最も好適である。この誘導されたポリ
アミドは、水溶液中のポリアミドを重合可能な二重結合
ならびにオキシラン環を含有する化合物と反応させるこ
とによって得ることができ、かつ改善された性質を有す
るブロックポリマーに変換することができる。
【0106】液体の酵素的処理または一般に触媒的処理
の範囲内での使用のためには、膜上および/または膜中
で自体公知の方法で酵素または触媒が固定化されている
膜を選択することができる。
【0107】酵素的液体処理の範囲内での使用は、例え
ばエチルグリコシドの酵素的エステル化、アミノグルコ
シダーゼによる澱粉の酵素的加水分解、リパーゼによる
エナンチオマー、植物油、動物油、例えば魚油、または
トリグリセリドの酵素的加水分解、ラクターゼによる蛋
白質の酵素的分解、ラクターゼによるミルクにおけるラ
クトース分解または例えば尿素のような相応する酵素、
ウレアーゼによる血成分の分解である。また、米国特許
第4061141号明細書に記載されているような使用
もこの場合に当てはまる。別の酵素ならびにその使用お
よび固定化の方法は、ウルマンス・エンツィクロペディ
ー・デア・テヒニッシェン・ヒェミー(Ullmanns Encyk
lopaedie der technischen Chemie)、第4版、第10
巻、第475〜561頁, Verlag Chemie, Weinheim 1
975に記載されている。触媒ならびに本発明の範囲内
で使用することもできる膜構造体中での該触媒の固定化
に関する記載は、例えば米国特許第4266026号明
細書に見い出すことができる。
【0108】空隙は、本発明の範囲内で、部分的または
完全に機能的担体で充填されていてもよいが、しかし、
この場合には、二次流に対する固有の捕集機能および通
路機能は、失なわれることはない。この種の機能担体
は、簡単な場合には、既述したように流体浸透性のフリ
ースの形で存在することができ、かつ専らスペーサーの
機能を有している。しかし、さらに物質特異的な基を例
えばリガンドまたは酵素の形で有する粒子が付加的に導
入されているようなフリースを使用してもよい。別の例
は、活性炭を含有する織物またはフリースであるかまた
は専ら活性炭である。また、液体の物質特異的処理の間
に適当な生物学的に活性な分子を製造するかまたは変換
する生活細胞を空隙中に導入することも考えることがで
きる。
【0109】同様に、処理部材間に存在するスペーサー
は、スペーサー機能自体以外に他の機能を満たすことも
できる。即ち、処理部材の多孔質膜壁上および/または
多孔質膜壁中で付加的に作用する基は、スペーサーに固
定化されていてよい。スペーサーは、この目的のために
好ましくは膜材料と同じポリマーまたはポリマー類から
なる。殊に、平面状膜からなる処理部材間および中空繊
維膜部材からなるマット間に導入されたスペーサーのた
めには、この場合例えば、ヤング(Y. Yang)他によっ
てJ. Chromatographie 598 (1992), 169〜180に記載
されているように繊維状織物が有効であることが判明し
た。この場合、単糸直径1μm〜30μmを有するマル
チ糸を有する織物は、特に良好な結果を導く。また、横
糸ならびに縦糸が30゜〜60゜の値を有する一次流の
方向に対する角度で存在している織物は、有効であるこ
とが判明した。また、一次流側上にあるスペーサーは、
空隙中のスペーサーと区別することもでき、かつ例えば
懸濁液の使用の際には、殆ど緻密には織られていない。
【0110】次に、本発明を図面につき詳説する。
【0111】
【実施例】図1〜図3には、中空繊維膜から製造可能で
ありかつ閉鎖された空隙を有する処理部材の種々の実施
態様が示されている。この場合、図1には、部分的に断
面で表わされた部材が示されており、この部材は、中空
繊維膜の相応して定められた断片からこの断片の両端部
1を溶接することによって得られたものであった。空隙
2は、中空繊維膜の内径部によって形成されており、処
理部材の壁3は、同時に中空繊維膜の壁である。一次流
4および二次流5は、矢印によって示されている。一次
流4は、処理部材の長手方向の延在部の方向に進行し、
二次流5は、一次流の方向に対向した処理部材の上部で
処理部材中に入り、空隙2中で捕集され、かつ処理部材
の下部で一次流の方向で処理部材から退出する。
【0112】図2に相応する処理部材は、数回前後して
迂曲して位置した中空繊維膜から得ることができる。こ
の例の場合には、中空繊維部材の両端部には、ストッパ
ー6が備えられ、例えばこの閉鎖部は両端部を注型材料
中に浸漬するかまたは溶融接着剤で充填することによっ
て得ることができる。また、勿論、両端部の閉鎖は、溶
接によっても可能である。空隙2は、図示された場合に
おいて中空繊維膜断片の全長に亘って延びている。しか
し、同様に処理部材は、中空繊維膜を湾曲した位置で折
ることによって得ることもでき、したがってこの場合に
は、この処理部材は、折り目で密閉された部分空隙を有
する。図1の処理部材の場合と同様に、図2のこの処理
部材の場合も一次流4および二次流5が示されている。
【0113】図3に示された実施態様は、一次流の方向
に前後して存在する閉鎖された多数の空隙2を有する処
理部材に関する1例である。このような部材は、例えば
相応して定められた中空繊維膜断片を多数の位置7で該
部材の長手軸線に沿って溶接することによって得ること
ができる。
【0114】図4〜図7には、片側で開いた空隙を有す
る中空繊維膜の処理部材の種々の実施態様が示されてお
り、この場合この処理部材は、片側で開いた空隙の開口
部8が出口開口部の方向、即ち一次流4によるケーシン
グの貫流方向を指すように本発明によるケーシング中に
組み込まれている。図4に記載の実施態様は、中空繊維
膜の相応する長い断片から中空繊維膜断片の1端をスト
ッパー6で閉鎖すること、例えば溶融接着剤を用いてか
またはこの端部を注型材料中に浸漬することによって得
ることができる。図5の実施態様は、本質的に同様の部
材であるが、しかし、この場合には、1つの端部1が溶
接によって閉鎖されている。前記の組み込まれた状態
で、一次流4の一部は、二次流5として前記の処理部材
の本質的に全長に沿って膜壁3を貫流し、ケーシングの
貫流方向に開いた空隙2中で捕集され、かつ下端部で開
口部8を通して処理部材を去る。
【0115】図6に示された処理部材は、中空繊維膜断
片を迂曲した形に曲げることによって得られ、かつ一次
流4の記載された流れ方向を指す2つの開口部8ならび
に処理部材の半分に相当する2つの部分を有する連続す
る部分的に開いた空隙2を有している。一次流4の記載
された流れ方向に対向して、空隙は閉鎖されている。ま
た、迂曲した湾曲の代わりに、中空繊維膜断片中に折り
目を設けることもでき、それによって2つの互いに分離
された、片側で開いた空隙が生じる。
【0116】図7で示された実施態様は、前後して列を
なす部分的に開いた多数の空隙2を有する処理部材が表
わされている。この空隙は、中空繊維膜に多数の位置で
該中空繊維膜の長手軸線に沿って部分的に切り込みを入
れることによって得ることができ、この場合切り込み位
置で1つの切断縁9は、空隙の開口部8を形成し、別の
切断縁は、例えば中空繊維膜の立ったままの壁との接着
または溶接によって隣接した空隙の境界端での閉鎖部1
0を形成している。この場合には、このような処理部材
の全ての開口部8が同じ方向を指しかつ空隙の全ての閉
鎖された端部が反対方向を指すように行なわれる。
【0117】図8には、片側で開いた空隙を有する中空
繊維膜からなる並置された処理部材11の群が略示され
ており、この処理部材は、繊維フィラメント12により
結ばれてマットに変えられている。このようなマット
は、公知方法により例えば製織または編成によって得る
ことができる。この場合、繊維フィラメント12は、同
時にスペーサーの機能を持ち、中空繊維膜の処理部材1
1は、本質的に互いに平行に配置されている。図示され
た実施例において、一次流4の供給流方向に対向する中
空繊維膜11の端部には、ストッパー6が設けられてい
る。しかし、この中空繊維膜は、例えば端部を溶接する
ことによって閉鎖されていてもよいか、または図6に示
した2つの隣接する中空繊維膜部材間の湾曲によって閉
鎖されていてもよい。
【0118】このようなマットから、図9に略示されて
いるように、軸線またはコアと中心に該マットを螺旋状
に巻き上げることによって処理部材の束の形の群を得る
ことができる。この例の場合には、マットは、コアAを
中心に中空繊維膜と平行に螺旋状に巻き上げられてお
り、この場合には、専ら外側の巻き上げ層が示されてい
る。更に、内部に存在する巻き上げ層の続きは、束の内
部に配置された中空繊維膜の軸線を通って延びる螺旋形
の点線状の線によって表わされている。この場合、中空
繊維膜11を結合する繊維フィラメント12は、マット
で並置されている中空繊維膜ならびに隣接した巻き上げ
位置に並置されている中空繊維膜を距離をもって保持し
ている。処理部材の群のこの種の構造の場合には、処理
部材の高い秩序および本発明による装置の高く均一な充
填度が実現される。
【0119】図10には、中空繊維膜からなる処理部材
が示されており、この場合この処理部材は、閉鎖された
空隙2を有しかつ簡単な方法で水平方向の軸線を中心に
かまたは図示されているように平面Eを中心に中空繊維
膜13をコイル状に巻き上げることによって得ることが
でき、この中空繊維膜の1つの延在部は、点線によって
表わされており、かつ長手方向の延在部は、図面の平面
に対して垂直方向に延びている。図面の平面内にあるコ
イル状物の断面は、略示されている。他の壁は、図面の
平面に対して垂直方向の長手方向の延在部に続いてい
る。この場合には、有利にコイル状物の間に間隔が存在
し、したがって後の使用の場合に処理部材を形成する中
空繊維膜の周囲を良好に流れることが保証されている。
中空繊維膜の端部は閉鎖されており、したがって全体で
壁に沿って中空繊維膜の全長に亘って延びる連続する空
隙2が生じる。使用の場合には、このコイル状の処理部
材は、コイル状物の軸線もしくはこのコイル状物が巻か
れている平面が貫流方向に対して横方向に長手方向の延
在部に整列されているようにケーシング中に配置され
る。それによって、二次流は、一次流の方向に対向して
配向されたコイル状物」の部分中で中空繊維膜の壁3を
通って処理部材の空隙2中に流入し、かつ一次流の流れ
方向に配向された部分を介して処理部材を去る。
【0120】このようなコイル状の処理部材は、もう1
つの過程でコイル状物の軸線に対して垂直方向の軸線を
中心に巻き上げることができるかまたはコイル状物が巻
かれている平面の長手方向の延在部に対して垂直方向に
巻き上げることができる。この場合、この螺旋状に巻か
れた処理部材は、有利に螺旋体の軸線がケーシングの長
手方向の軸線の方向を指すように円形の断面を有するケ
ーシング中に導入することができる。
【0121】図11は、閉鎖された空隙を有する、中空
繊維膜から得られた処理部材のもう1つの実施態様を示
す。本質的にこの処理部材の構造は、図10に示された
ものに類似しており、即ちこの場合も中空繊維膜は、軸
線を中心にかまたは一次流4の方向に対して平行に延び
る平面を中心にコイル状に巻かれており、この場合コイ
ル状物を形成する中空繊維膜の端部は、閉鎖されてい
る。この場合には、図11に示された実施態様で断面が
平らにされた中空繊維膜が例示的に示されている。図1
1の場合には、コイル状物の並置されている2つの壁1
4からの断面が示されており、この場合断面で見ること
ができる空隙断面は、部材のコイル状の構造のために同
じ空隙2の断面である。
【0122】本発明による装置のケーシング中での処理
部材の組み込みは、図10の示された処理部材とは異な
り、コイル状物の軸線または中空繊維膜がコイル状に巻
かれている平面の長手方向の延在部がケーシングの長手
方向の軸線の方向、ひいてはケーシングの貫流方向を指
すように行なわれる。それによって、一次流4によるコ
イル状物の個々の壁に対して横方向の供給流が生じる。
二次流5は、平らにされた中空繊維膜の一次流の方向に
対して反対方向に配向された部分を通って処理部材中に
侵入し、中空繊維膜の全長に亘って延びる空隙中に捕集
され、かつ平らにされた中空繊維膜の一次流4の流れ方
向に配向された側で処理部材から退出する。同時に、処
理部材の空隙中の巻きの軸線方向に沿っての処理部材の
全延在部のために中空繊維膜の長手方向の延在部の方向
に1つの流れが生じる。
【0123】また、この種の処理部材は、例えば軸線を
中心にコイル状に巻き上げられた中空繊維膜からなる多
数の層を互いに同心的に重なり合って配置することによ
り引き続き形成させることができ、この場合個々の層を
形成する中空繊維膜の周囲のできるだけ良好な流れを達
成するために、個々の層は、例えば適当なスペーサーに
より互いに距離をもって保持されている。もう1つの可
能性は、少なくとも1つの中空繊維膜を多数の層で螺旋
状に重なり合って軸線を中心にかまたはコアを中心に巻
くことにあり、この場合1つの層内で少なくとも1つの
中空繊維膜は、コイル状に軸線を中心にかまたはコアと
中心に巻かれている。
【0124】図12には、例えば平面状膜の矩形断片を
U字形に折り畳むことによって得られる平面状膜からな
る処理部材が示されている。折り畳まれた平面状膜の2
つの肩部15および16は、図示されていないスペーサ
ーによって例えば液体浸透性のフリースの形で互いに距
離をもって保持されている。この処理部材の空隙2は、
平面状膜の処理部材の肩部、折り畳み縁部ならびにこの
場合には図示されていない互いに結合された側方縁部に
よって制限されており、かつこの折り畳み縁部の反対側
に開口部8を有している。平面状膜の空隙2に対向した
側は、内側17を表わし、平面状膜の別の側は、外側1
8を表わす。使用の場合には、一次流4は、このような
処理部材の周囲を折り畳み縁部から外側に接して流れ
る。二次流5は、外側から本質的に全延在部に亘って膜
壁3中に侵入し、処理部材の空隙2中で捕集され、かつ
空隙の開いた側8でこの処理部材を有するケーシングの
貫流方向に処理部材から処理された二次流として退出す
る。
【0125】図13は、堆積物状に並置された、U字形
に折り畳まれた平らな平面状膜の処理部材からの群の2
つの上下に続く段19を示す。この例の場合には、隣接
した段の処理部材の折り畳み縁部は、互いに90゜旋回
されている。それによって、段の間のスペーサーは不用
であることができ、この場合には、それにも拘わらず一
次流と二次流の良好な混合が保証されている。処理部材
は、該処理部材を形成する肩部間で流体に対して浸透性
のスペーサー20を有し;1つの段内で隣接した処理部
材は、同様に一次流4による処理部材の外側の処理部材
の周囲での自由な流動可能性を達成させるために、流体
に対して浸透性のスペーサー21によって距離をもって
維持されている。
【0126】図14には、処理部材を有する本発明によ
る装置の多数の段22が断面で略示されている。この処
理すべき流体は、供給流23として入口装置24を通し
て本発明による装置のケーシング25中に侵入し、場合
によってはこの場合には図示されていない相応して設計
された分配装置によって補助され、第1段の処理部材上
に均一に分配される。次に、流体は、順次にケーシング
中に含まれている処理部材の段22を通過し、この段中
で、流体の物質特異的な処理が行なわれる。この例の場
合には、隣接した段は、処理すべき流体の侵入前に直ぐ
次の段で一次流と二次流の良好な混合が達成されるよう
にするために、処理すべき流体に対して浸透性のスペー
サー26によって互いに距離をもって保持されている。
必要とされる数の段22の通過後に、処理された流体2
7は、出口装置28を介してケーシングから導出され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】中空繊維膜からなる閉鎖された空隙および溶接
された端部を有する処理部材の1実施態様を示す略図。
【図2】中空繊維膜からなる閉鎖された空隙を迂曲湾曲
した形で有する処理部材の1実施態様を示す断面図。
【図3】前後して存在する多数の閉鎖された空隙を有す
る中空繊維膜からなる処理部材の1実施態様を示す略
図。
【図4】1端が接着されている、片側が開いた空隙を有
する中空繊維膜からなる処理部材の1実施態様を示す略
図。
【図5】1端が溶接されている、片側が開いた空隙を有
する中空繊維膜からなる処理部材の1実施態様を示す略
図。
【図6】中空繊維膜断片を迂曲した形に湾曲させること
によって得られた、片側が開いた空隙を有する中空繊維
膜からなる処理部材の1実施態様を示す断面図。
【図7】前後して存在する、片側が開いた多数の空隙を
有する中空繊維膜からなる処理部材の1実施態様を示す
略図。
【図8】片側が開いた空隙を有する中空繊維膜からな
る、並置された繊維フィラメントにより結ばれてマット
に変えられている処理部材の群の1実施態様を示す略
図。
【図9】中空繊維膜からなる処理部材の螺旋状に巻かれ
たマットの群の1実施態様を示す略図。
【図10】水平方向の軸線を中心にコイル状におかれた
中空繊維膜からなる閉鎖された処理部材(セグメント)
の1実施態様を示す断面図。
【図11】平らにされた断面を有する垂直方向の軸線を
中心にコイル状におかれた中空繊維膜からなる閉鎖され
た処理部材(セグメント)の1実施態様を示す略図。
【図12】U字形に折り畳まれた平面状膜からなる平ら
で片側が開いた処理部材の1実施態様を示す略図。
【図13】90゜の角度で互いに旋回された、U字形に
折り畳まれた平面状膜の群からなる上下に続く段の1実
施態様を示す略図。
【図14】本発明による装置の1実施態様を示す断面
図。
【符号の説明】
1 断片の両端部、 2 空隙、 3 処理部材の壁、
4 一次流、 5二次流、 6 ストッパー、 7
位置、 8 空隙の開口部、 9 切断縁、10 閉鎖
部、 11 並置された処理部材、 12 繊維フィラ
メント、13 中空繊維膜、 14 壁、 15および
16 折り畳まれた平面状膜の2つの肩部、 17 内
側、 18 外側、 19 2つの上下に続く段、 2
0浸透性のスペーサー、 21 浸透性のスペーサー、
22 多数の段、 23 供給流、 24 入口装
置、 25 ケーシング、 26 浸透性のスペーサ
ー、 27 処理された流体、 28 出口装置、E
平面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 71/36 B01D 71/36

Claims (55)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a)ケーシング(25)と、 b)処理すべき流体(23)をケーシング(25)中に
    導入するための入口装置(24)と、 c)処理された流体(27)をケーシング(25)から
    導出するための出口装置(28)と、 d)入口装置の1つおよび出口装置の1つに対向した端
    部を有する流体を物質特異的に処理するための少なくと
    も1つの処理部材とからなる、流体を物質特異的に処理
    するための装置において、少なくとも1つの処理部材が
    極度に出口装置(28)の方向に開いた、処理部材の壁
    (3)によって形成された少なくとも1つの空隙(2)
    を有し、少なくとも1つの処理部材の壁(3)が多孔質
    構造体を有する少なくとも1つの半浸透性膜から少なく
    とも部分的に形成されており、少なくとも1つの処理部
    材が入口装置(24)と出口装置(28)との間で少な
    くとも1つの処理部材と接触しかつ少なくとも1つの処
    理部材を少なくとも入口装置の処理部材に対向する端部
    および出口装置の処理部材に対向する端部に接して本質
    的に包囲する通路系を形成するようにケーシング(2
    5)中に配置されていることを特徴とする、流体を物質
    特異的に処理するための装置。
  2. 【請求項2】 少なくとも1つの空隙(2)が出口装置
    (28)の方向に1つの開口部(8)を有し、この開口
    部が通路系に開口している、請求項1記載の装置。
  3. 【請求項3】 少なくとも1つの空隙(2)が入口装置
    (24)と出口装置(28)との間で通路系の延在部の
    方向での寸法Lと、この方向に対して垂直の断面の液圧
    直径Dとの比L/D2〜4000を有する、請求項1ま
    たは2記載の装置。
  4. 【請求項4】 少なくとも1つの処理部材が壁(3)の
    容積Vwと壁(3)の容積Vwおよび少なくとも1つの
    空隙(2)の容積Vhから構成された処理部材の容積V
    bとの比Vw/Vb0.5〜0.98を有する、請求項
    1から3までのいずれか1項に記載の装置。
  5. 【請求項5】 全ての処理部材の壁(3)が本質的に均
    一な厚さを有する、請求項1から4までのいずれか1項
    に記載の装置。
  6. 【請求項6】 多数の処理部材の少なくとも1つの群を
    備え、この処理部材が本質的に入口装置(24)と出口
    装置(28)との間で通路系の延在部の方向に対して横
    方向に並べて配置されている、請求項1から5までのい
    ずれか1項に記載の装置。
  7. 【請求項7】 少なくとも1つの群にまとめられた処理
    部材が互いにスペーサーによって距離をもって保持され
    ている、請求項6記載の装置。
  8. 【請求項8】 ケーシング(25)中に配置されかつケ
    ーシング(25)の内壁に隣接している処理部材がケー
    シング内壁に対して、処理部材間の距離よりも小さいか
    またはこの距離に等しい間隔を有している、請求項7記
    載の装置。
  9. 【請求項9】 ケーシング(25)中で入口装置(2
    4)と出口装置(28)との間の通路系の延在部の方向
    で多数の処理部材または処理部材の群が段(22)とし
    て順次に配置されている、請求項1から8までのいずれ
    か1項に記載の装置。
  10. 【請求項10】 個々の処理部材の容積Vbの総和から
    構成された全ての処理部材の全容積VBと空のケーシン
    グ(25)の容積VGとの比VB/VGが0.4〜0.9
    5の間にある、請求項1から9までのいずれか1項に記
    載の装置。
  11. 【請求項11】 比が0.55〜0.75の間にある、
    請求項10記載の装置。
  12. 【請求項12】 膜が0.005μm〜5μmの平均孔
    径を有する、請求項1から11までのいずれか1項に記
    載の装置。
  13. 【請求項13】 膜が0.1μm〜3μmの平均孔径を
    有する、請求項12記載の装置。
  14. 【請求項14】 膜が通路系と少なくとも1つの空隙
    (2)との間の延在部の方向でこの延在部の少なくとも
    80%で本質的に一定の平均孔径を有する、請求項1か
    ら13までのいずれか1項に記載の装置。
  15. 【請求項15】 膜が通路系に対向した側で1つの層を
    有し、この層が少なくとも1つの空隙(2)の方向で隣
    接している膜領域の場合よりも小さい平均孔径を有して
    いる、請求項14記載の装置。
  16. 【請求項16】 層が1μm〜5μmの厚さである、請
    求項15記載の装置。
  17. 【請求項17】 層中での平均孔径が隣接している領域
    よりも5分の1ないし50分の1小さい、請求項1から
    17までのいずれか1項に記載の装置。
  18. 【請求項18】 膜が50容量%〜90容量%の平均多
    孔度を有する、請求項1から17までのいずれか1項に
    記載の装置。
  19. 【請求項19】 膜が膜容積1cm3当たり2〜300
    m2のBET表面積を有する、請求項1から18までの
    いずれか1項に記載の装置。
  20. 【請求項20】 膜が膜容積1cm3当たり4〜30m
    2のBET表面積を有する、請求項1から18までのい
    ずれか1項に記載の装置。
  21. 【請求項21】 膜が中空繊維膜であり、中空繊維膜の
    壁(3)が少なくとも1つの空隙(2)の壁であり、か
    つ中空繊維膜が少なくとも1端で閉鎖されている、請求
    項1から20までのいずれか1項に記載の装置。
  22. 【請求項22】 並置されている処理部材(11)の群
    の中空繊維膜が繊維フィラメントによって距離をもって
    保持されている、請求項21記載の装置。
  23. 【請求項23】 1群の中空繊維膜が繊維フィラメント
    (12)により少なくとも1つの中空繊維マット中に結
    合されている、請求項22記載の装置。
  24. 【請求項24】 少なくとも1つの中空繊維マットが製
    織マットである、請求項23記載の装置。
  25. 【請求項25】 少なくとも1つの中空繊維マットが編
    成マットである、請求項23記載の装置。
  26. 【請求項26】 少なくとも1つの中空繊維マットが製
    織小片である、請求項23記載の装置。
  27. 【請求項27】 少なくとも1つの中空繊維マットが1
    つの軸線を中心に入口装置(24)と出口装置(28)
    との間の通路系の延在部の方向に対して平行方向に螺旋
    状に巻かれている、請求項23から26までのいずれか
    1項に記載の装置。
  28. 【請求項28】 少なくとも2つの中空繊維マットが重
    ねられており、かつ1つの軸線を中心に入口装置(2
    4)と出口装置(28)との間の通路系の延在部の方向
    に対して平行に螺旋状に巻かれており、重ねられた中空
    繊維マットの中空フィラメントが交叉して配置されるよ
    うに中空繊維マットが重ねられている、請求項23から
    26までのいずれか1項に記載の装置。
  29. 【請求項29】 少なくとも1つの処理部材が少なくと
    も1つの平面状膜から形成されている、請求項1から2
    0までのいずれか1項に記載の装置。
  30. 【請求項30】 少なくとも1つの処理部材がU字形に
    折り畳まれた平面状膜から形成されており、この場合折
    り畳むことによって生じる折り畳み端縁は入口装置(2
    4)の方向に配置されており、こうして生じるU字形に
    折り畳まれた平面状膜の脚部(15)、(16)は少な
    くとも1つの空隙(2)を形成するために距離をもって
    保持されている、請求項29記載の装置。
  31. 【請求項31】 少なくとも1つの処理部材が2つの互
    いに平行に互いに距離をもって配置された平面状膜から
    形成されており、この場合双方の平面状膜が入口装置
    (24)の方向を指した端縁に接して少なくとも形状閉
    鎖的に相互に結合されている、請求項29記載の装置。
  32. 【請求項32】 少なくとも1つの平面状膜が1つの軸
    線を中心に入口装置(24)と出口装置(28)との間
    の延在の方向に対して平行に、閉鎖された端縁が入口装
    置(24)の方向を指すように螺旋状に巻かれており、
    この場合巻かれた状態がスペーサーによって距離をもつ
    ように保持されており、それによって巻かれた位置間で
    通路系の一部である通路が形成されている、請求項29
    から31までのいずれか1項に記載の装置。
  33. 【請求項33】 膜がポリテトラフルオルエチレンもし
    くはポリ塩化ビニリデンまたはこれから得られた変種、
    配合物、混合物またはコポリマーからなる、請求項1か
    ら32までのいずれか1項に記載の装置。
  34. 【請求項34】 膜上および/または膜中で物質特異的
    に作用する基が固定化されている、請求項1から33ま
    でのいずれか1項に記載の装置。
  35. 【請求項35】 物質特異的に作用する基がリガンドを
    処理すべき液体から精製分離するためのリガンドであ
    る、請求項34記載の装置。
  36. 【請求項36】 リガンドが長鎖の線状ポリマーの分子
    により膜に結合されており、この場合長鎖の線状ポリマ
    ーの分子は、多数のリガンドを有している、請求項35
    記載の装置。
  37. 【請求項37】 物質特異的に作用する基が酵素であ
    る、請求項34記載の装置。
  38. 【請求項38】 物質特異的に作用する基が触媒であ
    る、請求項34記載の装置。
  39. 【請求項39】 多孔質構造体を有する、ケーシング中
    に配置された半浸透性膜を使用しながら流体を物質特異
    的に処理し、この場合この膜は、外側を定義する少なく
    とも1つの第1の表面ならびに内側を定義する少なくと
    も1つの第2の表面を有し、少なくとも次の工程: a)処理すべき流体をケーシング中に導入し、 b)ケーシングに前記流体を貫流させ、この場合処理す
    べき流体を一次流として膜の外側のそばを通過するよう
    に導くが、しかし、この一次流の一部が二次流として外
    側上で膜中に流入し膜の内側のそばを通過しないように
    導き、膜を通して流れさせ、この場合処理すべき流体の
    二次流を形成する一部に対して流体の物質特異的な処理
    を行ない、引続き内側を通して膜から流出させ、 c)処理すべき流体をケーシングから導出することを包
    含する方法において、膜の外側に接する全延在部に亘っ
    て膜の周囲に一次流が流れないようにし、膜を貫流した
    二次流を物質特異的な処理後に膜の外側に接して流れる
    一次流に再び供給することを特徴とする、流体を物質特
    異的に処理する方法。
  40. 【請求項40】 処理すべき流体は懸濁液である、請求
    項39記載の方法。
  41. 【請求項41】 膜として中空繊維膜を使用する、請求
    項39または40記載の方法。
  42. 【請求項42】 膜として平面状膜を使用する、請求項
    39または40記載の方法。
  43. 【請求項43】 膜は少なくとも1つの処理部材を形成
    し、この処理部材は極度にケーシングの貫流方向に開い
    た少なくとも1つの空隙を有する、請求項39から42
    までのいずれか1項に記載の方法。
  44. 【請求項44】 少なくとも1つの空隙が1つの開口部
    を有し、この開口部はケーシングの貫流方向を指してい
    る、請求項43記載の方法。
  45. 【請求項45】 多数の処理部材の少なくとも1つの群
    を備え、この処理部材は本質的にケーシングの貫流方向
    に対して横方向に並べて配置されている、請求項43ま
    たは44に記載の方法。
  46. 【請求項46】 流体の処理をケーシングの貫流方向に
    空間的に順次に接続された段としての多数の処理部材ま
    たは処理部材群中で実施する、請求項43から45まで
    のいずれか1項に記載の方法。
  47. 【請求項47】 段の数は1〜1000の間にある、請
    求項46記載の方法。
  48. 【請求項48】 段の数は2〜100の間にある、請求項4
    7記載の方法。
  49. 【請求項49】 個々の段の間で一次流と二次流を含む
    流体の流れとを混合する、請求項46から48までのい
    ずれか1項に記載の方法。
  50. 【請求項50】 多数のケーシングをその中に配置され
    た処理部材と順次に接続する、請求項39から49まで
    のいずれか1項に記載の方法。
  51. 【請求項51】 処理すべき流体を再循環させる、請求
    項39から50までのいずれか1項に記載の方法。
  52. 【請求項52】 請求項1記載の装置を使用する、請求
    項39から51までのいずれか1項に記載の方法。
  53. 【請求項53】 親和性によりリゲート含有液体からリ
    ゲートを精製/分離する方法において、膜上および/ま
    たは膜中に前記リゲートに対するリガンドが固定化され
    ている膜を選択し、請求項39から52までのいずれか
    1項に記載の方法を実施することを特徴とする、リゲー
    ト含有液体からのリゲートの精製/分離方法。
  54. 【請求項54】 液体を酵素的処理する方法において、
    膜上および/または膜中に酵素が固定化されている膜を
    選択し、請求項39から52までのいずれか1項に記載
    の方法を実施することを特徴とする、液体の酵素的処理
    方法。
  55. 【請求項55】 流体を接触的に処理する方法におい
    て、膜上および/または膜中に触媒が固定化されている
    膜を使用し、請求項39から52までのいずれか1項に
    記載の方法を実施することを特徴とする、流体の接触的
    処理方法。
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