(57)【要約】【課題】     孔拡散膜分離技術で予測されている性能を具現化する孔拡散膜モジュールの設計と該モジュールの特性を生かす装置を提供する。【解決方法】      孔拡散膜モジュールの一次側流路の壁部を構成する多孔性膜に負荷される動圧が零となるように一次側流路が設計（層流準備域から孔拡散領域へ液体が流動する流路内に弁の役割を示す布状物を加えるなど）され該流路の下部より層流準備域と孔拡散領域とが直列的に連結しているモジュールと該モジュールに対して静水圧を膜間差圧として安定に供給する装置。 【選択図】    図１
2020028819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平膜分離モジュールにおいて、一次側流路の壁部を構成する多孔性平膜に負荷される動圧が該膜のすべての場所で実質的に零となるように一次側流路が設計されていることと被処理液体の入口部より一次側流路が膜表面に沿って平行でありかつ膜を介して透過した回収液の流路である二次側流路には、該流路の空間部を与える多孔性の平板状の支持体が存在するかあるいは該流路の壁部となる該平膜の裏面が凹凸を持つことで空間部を与えることを特徴とするモジュールであり、かつ一次側の流路は下部より層流準備域と次いで孔拡散領域とが直列的に直結連結していることとの特徴を持つ孔拡散型平膜分離モジュール。
【請求項２】
請求項１に示す膜分離モジュールが持つ孔拡散膜分離機構がすべて発現させるために必須とする部品で組立られる装置において、（１）該モジュール内に装填している多孔性平膜の膜表面が垂直になるように該モジュールが設置され、（２）該モジュールの一次側流路の入口に連結して液面レベル制御部、（３）位置水頭差を与える液体輸送部、および（４）一次側液体を貯留する受槽部、および（５）該モジュールの一次側流路の出口へと連結する一次側回路を有し、かつ該モジュールの二次側流路の出口とそれに連結して一部は、（６）除菌または除ウイルス膜を介して大気への開放部と（7）他部は回収槽とに連なる二次側回路とを有することを特徴とする孔拡散膜分離装置。
【請求項３】
請求項１あるいは２において、孔拡散型平膜分離モジュールにおいて層流準備域が該モジュールの入口部と同一の液面レベルあるいはそれ以下の液面レベルを持ち、該準備域の体積が孔拡散域の体積以下であることを特徴とするモジュール及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明モジュールおよび同モジュールを適用した本発明の膜分離装置は流動分別
効果を最大限に生かし、水溶液中に溶解あるいは分散している高分子物質および微生物を
含めた微粒子成分を分離・分画・除去・濃縮する膜モジュールと膜分離装置に関する。本
発明における流動分別とは、平滑な膜表面に沿って水溶液を層流状態で流す場合に、水溶液
中に存在する粒子成分がその大きさに依存して流れの中心部に向っては分布することを意
味する。この現象は（a）膜面との衝突による膜からの抗力（非特許文献１参照，そこ
では膜壁との衝突による立体因子と表現されている）と（b）粒子の流体中の回転に伴なう
揚力の作用の結果生じる層流内部での粒子の流れの中心部に向かう軸集中効果と、粒子の
拡散に伴なう粒子密度分布の均一化の効果（非特許文献１ではこれらの効果をまとめて流
動分別因子と表現されている）で説明される。
【０００２】
本発明で目的とする孔拡散平膜分離モジュールとは孔拡散膜分離を起こさせるため
の下記の必要条件を満足している膜分離モジュールであり、膜としては中空糸膜やチュー
ブラ状の膜ではない平面形状を持つ多孔性膜を意味する。多孔性膜とは平均孔径が10 nｍ
以上、空孔率30 %以上でエタノール中でのバブルポイントが0.1気圧以上で、透過型電子
顕微鏡により孔の存在が確認できる膜を意味する。モジュールが孔拡散を実現するため一
次側の流路の形状の必要条件とは以下の内容である。モジュール内の一次側流路の形状と
して一次側流路内の液体（これを以降一次側液体と略称）の流れが層状となるように流路を
形成する壁面が平滑で、壁面の一部をなす平膜の膜表面の凹凸が10 μ以下である。流路が
描く流線は滑らかな直線あるいは緩やかな曲線である。一次側流路は液体の入口、次いで層
流準備域と孔拡散領域と連なる。層流準備域と孔拡散領域との長さ（Ｌ）は50 mm以上で
1500 mm以下で該流路の厚さ（Ｄ）は4mm以下１mm以上である。
【０００３】
本発明で目的とする孔拡散平膜分離モジュールに装填できる平膜は以下の必要条件
を満足していなくてはならない。すなわち外膜の膜表面（一次側流路を形成する膜面を膜表
面と定義する）の平滑度は10μｍ以下で、モジュール内の平膜には10μｍ以上の径のピン
ホールは存在しないことである。膜表面の平滑度の要求は膜表面を流れる一次側液体の膜
表面での流れが層流であることを確実にするためである。ピンホールの存在の否定は、膜表
面に衝突する粒子成分の衝突角の乱れを防止するためである。またエタノール中でのバブ
ルポイントの要求は孔拡散膜分離処理事に負荷される膜間差圧の最大値0.1気圧において
も平膜の孔構造が破壊されないことを確実にする。
【０００４】
本発明で目的とする孔拡散平膜モジュールを適用した膜分離装置では下記の運転条
件が可能なモジュールの環境であることが必要である。すなわちモジュール内の平膜の全
域にわたって膜間差圧は運転時には常に0.2気圧以内である。この条件は運転開始時あるい
は停止時にも満足させなくてはならない。通常の運転では膜間差圧は0.1気圧以下であり、
膜表面での一次側液体のひずみ速度が10/秒以上となり、同時に層流となる。さらにこれら
の運転条件が同時に必要条件を満足しているのを確認するには該平膜を通過する一次側液
体の速度と該一次側液体の流れ速度との比が0.2以下であることも必要である。
【０００５】
本発明の膜分離モジュールおよび膜分離装置では、通常の0.1気圧以下の低い静水圧
（位置水頭差）としての膜間差圧が膜の全面にほぼ均等に負荷され、かつ膜処理対象液（一
次側液体を構成）が層流で該膜表面上に流れる。この流れによって生じる粒子の回転運動の
働く揚力はその原因である回転運動と粘度とが粒子径依存性を持つ。そのため流れの中心
に向かった粒子径に依存する揚力の反映である流動分別効果と粒子の持つブラウン運動に
基づく拡散とのバランスにより粒子をその大きさに対応する膜表面からの距離に局在化さ
せる。この局在化に注目して膜を利用して局在化した粒子を順次回収することができれば、
膜による粒子分画が可能となる。すなわち、本発明では従来の膜濾過技術では想像できない
作用効果である流動分別効果を強調した膜分離技術である孔拡散膜分離技術の実用化例と
して膜分離モジュールと膜分離装置とを提供する。
【背景技術】
【０００６】
膜を利用した物質の分離精製技術の現状は、膜間差圧を駆動力として膜を介した物
質輸送の際に膜内部の孔を利用したふるい機構により物質をその大きさに対応した分離、
すなわち膜濾過が大部分である。膜濾過では熱や化学薬品に対して不安定で変性しやすい
物質を分離精製する固液分離に適する。ただし成分物質の3種以上を連続的に分画分取
する技術には膜濾過法は適さない。分画分取には膜の孔中に除去対象物質を捕捉する機構
を基本とする膜濾過法は適さない。膜濾過法以外にタンパク質や糖タンパク質などの生理
活性物質を分離精製する方法として、遠心分離法、各種クロマトグラフィ、吸着法、透析法、
沈殿・溶解法、非対称フィールドフローフラクショネーション法が存在する。解析目的で
は少量の試料の採取で良いのでこれらの技術で目的は達成される。しかし大量の処理が必
要な場合には沈殿・溶解法以外には対処できない。本発明の膜分離モジュールおよび膜分離
装置では膜の持つふるい機構を利用することなく、それを広い概念で包括される空間的な
寸法効果（Steric factor）を利用する。非特許文献１でこの効果が理論的に予測されている。
空間的な寸法効果は粒子を飛翔体とみなし、この飛翔体に乗って膜の孔や膜表面との衝突
による粒子の運動によって説明される。この空間的な寸法効果とふるい効果との違いの主
な内容を非特許文献１の理論に従ってまとめると以下の2点になる。
１． 膜の孔内に侵入できる粒子の径はふるい効果では孔径と一致するのに対して寸法効果
では孔径の1/5~1/10である。
２． 膜による粒子除去性能はふるい効果ではピンホールの影響は非常に大きいが寸法効果ではほとんど認められない。
上記2点が確認できれば問題とする膜モジュールおよび膜分離装置が本発明の孔拡散であるかあるいは膜濾過であるかの判定が可能である。
【０００７】
膜濾過法が抱える問題点として、孔の目詰まり現象がある。この現象は膜による分離機構としてふるい機構を利用する限り必然的に起る。目詰まりを防止する膜分離法として従来から透析法が採用されていた。該透析法では透過物質の膜への溶解とそれに引き続く膜の実体部での拡散（この拡散を溶解・拡散機構と略称）のみが利用される。溶解・拡散機構では膜内部での拡散係数が極端に小さいため連続化した大量処理には利用されない。孔拡散膜分離は膜の内部の孔内の溶媒（水溶液では通常は水）中での拡散機構を利用した膜透過が行われる。そのため孔拡散膜分離法では低分子物質の膜透過速度は溶解・拡散機構の場合の約1万倍となる（非特許文献２および特許文献１）。本発明は膜濾過法および透析法の上述の欠点を無くする膜分離技術として開発された（特許文献１では流動分別効果が起らない条件下でしかも膜間差圧を零にした場合の孔拡散法で現在では定常孔拡散法と呼称されている）。
【０００８】
特許文献１および非特許文献２に紹介されている孔拡散法は定常孔拡散法である。この方法では溶液媒体（通常は水）と溶質とのいずれもが孔中で拡散機構で移動する特徴を持ち、大きさにもとずいた溶質分子に原因する孔の目詰まりの問題は完全に解消される。拡散係数の差に基づく物質間の分離速度は溶解・拡散機構の場合の約１万倍となるので分離速度の小さい問題も解消されている。しかし、定常孔拡散法では成分分子の濃縮はできない。定常孔拡散では膜間差圧は事実上零であり、そのために定常孔拡散モジュールでは一次側の流体を流動させるための液送ポンプはモジュールの一次側流体の入口部と出口部との流速をそろえることによって膜濾過が起らない条件を強制的に与える。定常孔拡散では平膜および中空糸膜のいずれもが利用できる。利用される膜が中空糸膜の場合には一次側の液体を中空糸の内部に流動させるために常に入口側の圧力は出口側の圧力以上となり定常孔拡散を30cm以上の長さを有する中空糸膜で実施するのはむつかしい。例えば中空糸膜ではその内径が0.5mmの場合では中空糸長として7 cm以下でないと一次側の液体を流すための圧力による濾過での輸送（粘性流れによる輸送）が全成分の輸送量の10%を越えると目詰まりが進行し、かつ粒子除去性が極端に低下する。
【０００９】
流動分別を利用した孔拡散平膜分離モジュールで特に重要なのは一次側流路の設計である。下記に流路に関連した言語の定義を示す。
一次側；平膜の表面に接する側、二次側；平膜の裏面に接する側。
一次側液体；一次側の流路を満たす液体、
一次側流路；被処理液体が平膜の表面を流路の壁面として持つ回路（一次側回路）に沿って流れるモジュール内の道筋。
一次側回路；一次側液体の流れを定める空間の連続体で、膜分離装置を構成する各種操作部を連結する液体の流れの中でモジュールの一次側流路と直接連結する回路である。
二次側液体、二次側流路、二次側回路；それぞれ一次側で定義された内容を平膜の裏面に接する側で定義される。
【００１０】
定常孔拡散膜分離技術の問題点を解消し、被処理液体中の微粒子の除去あるいは微粒子の濃縮を目的とした孔拡散法として流動分別型の孔拡散法が検討され始めた（特許文献２参照）。この技術では一次側の液体を膜表面に沿って平行に流しつつ、わずかに膜間差圧（静水圧差としての差圧）を負荷し、この膜間差圧に原因して膜を介して膜の裏面側に液溶媒を流出させる。この流出する該液溶媒（液体中に分散した粒子成分は存在せず実質的には溶液中の溶媒のみで構成される。回収された二次側液体と定義される。）を粒子除去液体として利用し、処理後の一次側液体を粒子濃縮液体として利用する。この技術の特徴は一次側および二次側の液体の流れ速度を制御することにより、間接的に膜間差圧を0.1気圧以下になるように制御している点にある。この制御方式の有効性は理論的には、非特許文献１において孔内に流入可能な一次側液体の膜表面からの距離yと粒子の膜表面への衝突角αとが、一次側液体の流れ速度（膜透過速度に等しい）と、二次側の液体の膜透過速度の比によって決定されることより明らかにされていた。この技術の優れている点として、膜間差圧を一次側液体の流速ポンプのポンプ圧で制御するのではなく、二次側液体の流れ速度を制御することにより間接的に膜間差圧を制御している。二次側流体の流れ速度をコック等で簡単に制御できるので、この方式での制御は被処理対象液の液量が多い場合に適する。一方、二次側流路が密閉系を形成（二次側流路内の体積が一定）していることがこの方式が機能するのに必要条件である。そのためコック等での操作と膜間差圧の応答との間に時間的な遅れが生じる。流動分別型孔拡散法のモジュールには膜間差圧以外にも共通した必要条件が与えられている。すなわち、一次側液体を層流にすることと二次側液体の流れ速度の確保である。層流化のためには一次側流路の層流化用の独自の設計と二次側液体の流れ速度の確保のために平膜の独自の多孔体の支持体を確保しなくてはならない。
【００１１】
【非特許文献１】K.Kamide, S.Manabe, “Mechanism of Permselectivity of Porous Polymeric Membranes in Ultrafiltration Process, Polymer J., 13(No.5), pp459-479(1981).
【非特許文献２】藤岡留美子、吉田雅子、吉村知珠、山村知子、真鍋征一、福岡女子大学人間環境学部紀要、２９巻、１３頁〜２０頁、１９９８年。
【特許文献１】特許公開2006-055780
【特許文献２】特許公開2015-10074
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
流動分別効果が十分に生かされた孔拡散膜分離モジュールでは以下の項が理論的に予測されている（非特許文献１で開示されている）。
（１）   平膜の平均孔径の1/5（ひずみ速度10/秒の場合）〜1/10（ひずみ速度100/秒の場合）以上の径を持つ粒子は流動分別効果のために膜の孔を通過できない。粒子対数除去係数ＬＲＶの表示では膜表面における一次側液体のひずみ速度が10/秒の場合にはＬＲＶは２〜３、ひずみ速度が100/秒の場合にはＬＲＶは３〜４となる。
（２）   粒子の膜表面での衝突角度αは一次側液体の平均の流れ速度と膜を介した一次側から二次側への平均の流れ速度（いわゆる膜透過速度）の比と膜の空孔率とによってほぼ一義的に決定される平均値（孔径分布の形に依存しない平均値）の性格を持つ。αを大きくすると（例えば70度以上）粒子径が孔径の1/2以上でも粒子は孔を通過できない。
【００１３】
有効膜面積0.2平方メートルおよび0.0057平方メートルの孔拡散膜モジュールに再生セルロース多孔膜の2種（平均孔径が500 nmおよび80 nmの二種）のいずれかを装填し、膜間差圧を0.05気圧で膜表面における一次側液体のひずみ速度を10/秒とした場合に以下に示す実験結果が得られた。処理対象液はレトロウイルスを含む培養液であった。
（a）       細菌に対する除去性能（対数除去性能ＬＲＶで表示）は平均孔径500 nmの膜では膜面積0.2平方メートルのモジュール（大モジュールと略称）では常にＬＲＶ≧６であったが、0.0057平方メートルのモジュール（小モジュール）ではＬＲＶ<５のモジュールも存在した。すなわち細菌の除去性能については上述の理論的予測に近い。
（b）      ウイルスに対する除去性能（ウイルス種としてはレトロウイルスで径は70 ~ 80 nm）ＬＲＶは平均孔径500 nmの平膜を装填した場合には2.0 （大モジュール）〜0.5 （小モジュール）、平均孔径80 nmの平膜では4以上（大モジュール）~ 2.5 （小モジュール）であった。
（a）       と（b）との実験結果は理論的予測の（１）と （２）と定性的には一致した結果で
あった。しかし定量的には理論からの乖離は大きく孔拡散膜分離技術の実用化（実用化のためには、この技術の再現性および粒子の分離機構の妥当性について、理論的および経験的に確認できていることが前提となる）には以下の具体的課題を残す。
【００１４】
本発明で解決すべき課題としては上述の検討より以下のように整理できる。すなわち、（イ）前記（a）および(b)に示したように、実測値からの乖離の原因を明らかにし、その解消法を示す。（ロ）孔拡散膜モジュールとして予測される機能を実現させる一次側流路の設計の基本を明確にすること、（ハ）平膜の裏面側の構造についての適正な設計を行うこと、（ニ）二次側流路の構造の必要条件の基本を示すこと、（ホ）孔拡散膜モジュールの特性を生かす装置を構成する部品を明らかにし、それぞれの部品の連結方式と配置の特徴とを明確にする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明膜モジュールおよび装置の最大の特徴は、孔拡散膜分離の特徴を発揮するように一次側流路の設計を行い、濾過による膜透過現象の寄与を極小化している点にある。同一の孔特性を持つ平膜を有効膜面積を異にする二種の膜モジュールに装填し粒子の除去性能を検討した。その結果、大きな膜面積を持つモジュールの方が、小さなモジュールに比べて粒子除去性能が大きくなるといる膜濾過モジュールの除去性能とは逆の現象が起きる。この逆の現象が起る理由が平膜に負荷される圧力の内の動圧力に原因することが明らかとなった。すなわち平膜に負荷される圧力として、静水圧と動圧力との二種類があり、動圧力の寄与が大きくなるほど粒子の除去性能が小さくなる現象を見い出し本発明に到った。一次側流路の約半分を構成する該平膜のすべての箇所で動圧を事実上零にするように一次側流路が設計されていることが本発明の最大の特徴である。膜表面で動圧が発生している箇所の膜面積は孔拡散膜分離が行われている膜表面の膜面積の一万分の一以下でなくてはならない。
【００１６】
平膜表面に負荷される動圧を零にするには、一次側液体の流線が平膜表面に沿って平行でなくてはならない。特にモジュールへの液体の流入口の方向が膜平面に可能な限り平行に設定される必要がある。一次側液体の流れが層流であるのが前提であり、その層流の流線の方向が膜表面に平行であれば動圧は必然的に零となる。動圧が平膜表面のすべての点で零となると、微粒子の除去性能（ＬＲＶで表示）は粒子径が該微粒子の十倍の径の粒子での膜濾過の場合のＬＲＶに近くなる。動圧が膜表面のいずれの箇所でも実質的に零にする具体策の一つとして流体を膜状物に垂直に衝突させてその運動エネルギを低下させる方法がある。例えば一次側液体の流線の方向が膜表面で変化する場所があれば、その箇所に不織布のように柔軟な膜状物との衝突で流れ方向の速度を零にする（第1図にこの不織布（図中９）に例示している）。
【００１７】
本発明の第２の特徴は、膜モジュール内の一次側の流路は、流路に沿って層流準備域、続いて孔拡散領域とが直列的に直接連結している点にある。一次側の流路の一部は平膜の表面で構成されている。該平膜表面は孔拡散領域にのみ存在し層流準備域では物質の膜透過は起らない。膜モジュール内に流入した一次側液体を孔拡散領域へと層流状態で導くのみ層流準備域は重要な役割を持つ。すなわち層流準備域の入口部では液体の」流れの断面形気体状は通常は円形状あるいは楕円形状であるが該準備域の出口部である本発明モジュールの孔拡散領域では、断面形状は帯状である。層流準備域では該断面形状のＫ変化を行う役割を持つ。層流準備域が該モジュールの入口部と同一の液面レベルあるいはそれ以下の液面レベルを持つように該モジュールを設置すれば、一次側液体の流れの断面形状の変化を重力の影響で同一液面レベルで行うことが可能となる。また該層流準備域の体積は該モジュールの分離と無関係な空間を与えることになるので小さいほど望ましい。
【００１８】
本発明モジュールの第３の特徴は、平膜の裏面側に独自の流路（すなわち二次側流路）を持つ点にある。二次側流路用の空間部は該平膜の裏面が凹凸を持つ構造であればこの凹凸によって与えられる。あるいは該平膜の裏面を多孔性の平板状の支持体を加えることによって確保される。平膜裏面側の静水圧が膜間差圧を変動させるので、通常は大気圧とすることにより二次側流路の設計は簡単となる。平膜裏面での静水圧を大気圧とすることにより、一次側流路の圧力の制御のみで孔拡散が実施される。一次側の流路の圧力を一次側の静発生を防止できる。
【００１９】
平膜の裏面に凹凸を与える方法として、不織布状を該平膜の裏面の支持体として装填する方法がある。この方法では平膜の静水圧による変形を防止できる。凹凸を与える方法として該平膜裏面側の流路の一部を固体の平板で確保する方法がある。この場合に該平板の表面に凹凸を与えると同時に二次側流路を設計することが可能である。
【００２０】
本発明の第４の特徴は、本発明モジュールを組込み装置化する際に膜モジュールの持つ孔拡散膜分離特性を発揮するための部品と該部品の組み合せで構成される装置によって孔拡散膜分離が再現性良く、また回収液の特性が予測される装置になる点にある。すなわち、一次側回路用の部品として、（イ）該モジュールの一次側流路の入口あるいは出口に連結して液面レベル制御部、（ロ）被処理液の位置水頭差を与える液体輸送部、（ハ）一次側液体を貯留する受槽部、（ニ）該モジュールの一次側流路の出口へ連結する。膜の裏面側を通過する二次側回路は（ホ）モジュール内の二次側流路の出口、その一部は（ヘ）除菌または除ウイルス膜を介して大気へ開放し、その他部は（ト）平膜を透過した液体の回収槽へつらなる。
【００２１】
上述の液面レベル制御部は一次側回路で設定される。要求される高さにおいて大気に開放される部分を設けることによって液面レベルが制御される。ただし、膜モジュール内制御部の体積は該膜モジュール内の一次側流路の体積の１/２以下に設定することにより、液体輸送部が故障等のトラブル下でも膜濾過が起らないで、孔拡散膜分離が自動的に停止する。また大気に開放される部分では除菌または除ウイルス膜を介してのみ大気と通じる。受槽部にある被処理液を該モジュールの一次側流路の入口へ送液する。液体輸送部としては送液ポンプを利用する。あるいは他の物理的手段（人力を含め）で受槽部の液体を液面レベル制御部へ輸送させ、その後該モジュールの一次側流路の入口部を連結することも可能である。液面レベル制御部より該モジュール入口部への輸送は重力が利用される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のモジュールおよび装置を用いると水溶液中のウイルスや細菌等の感染性微生物を除去して生理活性を維持した状態で高分子物質を回収することが可能となる。除去対象の微生物としてウイルス、マイコプラズマ、細菌等がある。また細胞や複数の細胞の会合体の除去も可能である。モジュールに装填する高分子多孔膜の平均孔径を除去対象に応じて決定することにより特定の感染性微生物のみを除去することが可能となる。除去の際の平均孔径は対象の微生物の大きさの約5倍に設定される。この微生物の除去は膜濾過法の場合と異なり、膜の孔により微生物を捕捉する機構（この機構は膜濾過法の場合に当てはまる）ではない。孔拡散法では除去対象粒子は膜の孔を目詰まりさせることなく除去される。すなわち、膜の目詰まりをすることなく粒子を除去する分離技術である。除去対象粒子は濃縮対象粒子でもある。本発明法は膜濾過法とは異なる文字通りの膜分離法を与え、孔拡散法の原理上の特徴を具現化している。膜の孔の目詰まりがないので処理容量は膜濾過法と比較して2倍以上となる。
【００２３】
本発明法は感染性微生物の除去のみに限らず分離・濃縮および分画も可能である。分離対象溶液として生理活性物質を多種類含む生物原料（例えば、血液やリンパ液などの体液、細胞内液、細胞外液、プラセンタ等）より感染性微生物のみを除去した生の状態で医薬品原料、化粧品原料、食品原料等が作製できる。
【００２４】
再生医療等製品の製造における安全対策の基本技術として本技術は感染性微生物除去用として将来適用されるであろう。細胞の分離/精製用さらにエクソソームの精製/濃縮/除去用に利用可能であり、分離対象は広い範囲の粒子径にわたる。分離に要する圧力が0.1気圧以下であり省エネルギー下での分離である。そのため従来の抽出分離、吸着分離、クロマトグラフィ等の親和力に基づく分離技術に代替可能な技術ともいえる。例えば親和力に基づく分離を取り入れた例として膜素材と粒子との親和力を利用した孔拡散分離あるいは分離目標物質と親和力の大きな物質を添加することにより該目標物質を大粒子化することで孔拡散膜分離法の分離対象粒子にすることが可能である。例えば、水溶液に溶解しているヒ素化合物に水酸化第二鉄コロイド粒子を添加することでヒ素化合物を大粒子化できる。この粒子は孔拡散膜分離法で除去可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明モジュールに装填される平膜として平均孔径370 nmのセルロースの不織布を用いる。該不織布では膜厚100 μｍ、空孔率70 %、不織布の表面の凹凸は200 nm以下
（この面を平膜表面とする）、裏面の凹凸は50μｍ、水に浸漬した際の寸法変化は２％以下である。該不織布は第1図中の１で示されるように２枚の板状の支持体（図中の２と７）間に０リング状のパッキング材（図中の１１）で該支持体に密着する。二種の支持体板（それぞれの支持体の面内には0リング用の溝2本と一次側流路用溝あるいは二次側流路用の溝と層流準備域の流路あるいは二次側流路から回収槽への回路へ連なる出口を持つ）二種の支持体板ご該平膜１の空間部２と６とが液体の流路となる。該流路内を一次側液体４と二次側液体５が流れる。一次側液体４の流れは層流で流すために空間部６の壁面はいずれも平滑である。平膜１の膜表面は一次側液体と接する面であると定義される。
【００２６】
第１図には板状の支持体として二種類が示されている。その一種は図中の７に示されるように、層流準備域となる円形断面を持つ一次側流路８を持ち、８より弁の役割を持つ布状物９を押し上げて一次側液体を一次側流路６に導く。該流路８はモジュールの一次側流路の入口に連結している。該支持体の素材として、ポリプロピレン製、ポリカーボネート製、アクリル樹脂製が良い。支持体にはいずれも一次側流路あるいは二次側流路となるよう良い。この支持体が与える流路は二次側流路３である。弁の役割を行う布状物９が支持体に融着している。該布状物としてはナイロンやポリエステル等の不織布が適する。これらの不織布を支持体上の所定の場所に融着させる。二種類の支持体はプラスチックの板状体より切削加工によって作製するか、あるいは金型を利用した射出成型法で作製される。
【００２７】
第2図に本発明の孔拡散膜モジュールの機能を発揮させるための装置の例を示す。一次側液体の平膜表面でのひずみ速度を送液ポンプで制御する方式（A図）とひずみ速度を静水圧差で制御する方式（B図）の二方式が採用される。膜表面に負荷される膜間差圧において図１のモジュールを用いると動圧力は零となる。静水圧差としては0.05気圧以下で運転する。該ひずみ速度は10 ~ 100/秒の一定条件下で運転する。Ａ図においては大気に開放されているのが受槽部（開放のためのフィルターＦ3と連結）と孔拡散膜モジュールＭの二次側流路（Ｆ2）と液面レベルＬ（Ｆ1フィルターを介して開放）である。この方式では液体輸送部での安定な運転が重要である。一方、Ｂ図の方式では液面レベルＬの設定によって安定的に膜間差圧とひずみ速度が制御できる。
【実施例１】
【００２８】
平均孔径300 nmの再生セルロース多孔膜（膜厚；150  μｍ、空孔率；80 %）を装填した孔拡散膜モジュールを組み立てた。有効膜面積は140 cm2で第1図と同様に3枚の板状支持体の間に2枚の多孔膜を挟むように膜モジュールを作製した。一次側流路の断面形状は厚さ３mm帯状であり二次側流路には銅安法再生セルロース不織布を該多孔膜の裏面側に装着した。該モジュールを用いて第2図のＢ図の装置を組み立てた。発泡ポリスチレ
ンの市販品を20℃の水中でミキサーで粉砕し薄片状（厚さ約10μｍ）の種々の面積を持つ
分散物水溶液を作製した。この水溶液に粒子径50 nmの水酸化第二鉄コロイド粒子が分散した水溶液（pＨ＝2.7、粒子濃度1000 ppm）を混合してpH＝４の水溶液を調製した。この水溶液をウイルス/細菌/細胞の混合物を分散する水溶液のモデル試験液とした。この試験液を下記の条件でＢ図の装置で孔拡散処理を行った。
平均の膜間差圧；0.05 気圧、膜表面でのひずみ速度；50/秒
処理速度は1.5 ＬＭＨ（リットル／平方メートル/時間）で回収液中にはポリスチレン細片および水酸化第二鉄コロイド粒子の濃度はいずれも検出限界以下（すなわち1ppm以下）であった。処理速度は経時的にわずかに減少したが24時間近似的には一定であった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
加熱することなく分子や粒子を分離、除去、濃縮、分画する技術として広い分野での適用が可能である。典型的にはバイオ医薬品の製造の際の安全対策用（例えばウイルス除去・不活化のプロセスバリデーション用）や再生医療等製品の製造の際の安全対策用等、感染性粒子の除去対策に利用できる。安全対策用としてその他健康食品製造、化粧品の製造に利用される。安全対策分野で今後適用が検討される分野として環境産業（例、リサイクル産業の例として水のリサイクルなど）がある。
【００３０】
孔拡散膜分離技術の特徴は膜を利用して成分を分離する点にある。膜内部に粒子等の大きなサイズの成分を捕捉する篩効果を利用する膜濾過法との原理上の差がある。そのため本発明技術は従来の膜濾過技術では適用不可能な分野にも利用可能となる。例えば血漿分画工程あるいは体液の成分の分画回収工程など生物資源より生理活性を持つ成分の分画回収工程での適用が考えられる。農業における新鮮な成分などの濃縮・回収用あるいは液体肥料中の成分濃縮や長期保存用などの分野でも適用される。醗酵業での加熱滅菌に代替する微生物除去に適用し、新しい生製品の製造（例、生プラセンタの製造）に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】2枚の平膜を装填した孔拡散膜モジュールの下部の断面図：層流準備域および孔拡散域の存在する部分を示す。
【図２】孔拡散膜モジュールの特徴を生かす装置の例：装置。Ｂ；ひずみ速度を静水圧差で制御する方式の装置。
【符号の説明】
【００３２】
１；平膜                            ２；モジュールの骨格を構成する支持板
３；モジュール内の二次側流路        ４；一次側流路を層流状態で流れる被処理液体の流れ方向、                            ５；二次側流路を流れる膜透過液の流れ方向
６；モジュール内の一次側流路        ７；層流準備域を内蔵している支持板
8；支持板の内部に存在する層流準備域  ９；動圧を零にするための弁の役割を持つ布状物
１０；膜透過液のモジュールの出口に向かう液体の流入口
１１：平膜と支持体とを密着させるためのOリング状のパッキング
Ｍ；本発明の孔拡散膜モジュール      Ｔ；受槽部
Ｌ；液面レベル制御部                Ｒ；回収槽
Ｐ；液体輸送ポンプ                  Ｇ；圧力計
Ｆ1/Ｆ2/Ｆ3；大気へ開放するための空気の出入口、出入口に設置された除菌あるいは除ウイルスフィルタ
【図１】
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【図２】
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