(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の多孔質表皮層表面、第２の表面、及びそれらの間にある多孔質支持構造体を有するポリマー膜であって、第１の多孔質表皮層表面が比較的開放孔構造を有し、第２の表面がより開放孔構造を有し、支持構造体が第１の多孔質表皮層表面に近接する等方性領域を含み、該等方性領域は実質的に一定の孔径を有し、該多孔質支持体はさらに該等方性領域に近接する非対称性領域を含み、該非対称性領域は高度の非対称性を有しかつ該支持構造体の少なくとも50％であるが80％以下にわたって広がるポリマー膜。
【請求項２】
ポリマーがポリスルホンである請求項１記載の膜。
【請求項３】
泡立ち点が約0.035kg/cm3（0.5psid）〜約1.8kg/cm3（25psid）である請求項１記載の膜。
【請求項４】
泡立ち点が約0.35kg/cm3（5psid）〜約1.05kg/cm3（15psid）である請求項３記載の膜。
【請求項５】
平均水性流量が約64〜356cm/分kg/cm3（約4.5〜25cm/分psid）である請求項１記載の膜。
【請求項６】
泡立ち点が約1.8kg/cm3（25psid）以下である請求項１記載の膜。
【請求項７】
第１の多孔質表皮層表面、第２の多孔質表面、及びそれらの間にあり厚さを有する多孔質支持構造体を有するポリマー膜であって、多孔質支持構造体が第１の多孔質表皮層表面から該支持構造体の厚さの約1/4の点まで孔径が実質的に一定である一般的な等方性構造を有し、その点から第２の表面まで孔径が徐々に増加する一般的な非対称性構造を有するポリマー膜。
【請求項８】
ポリマーがポリスルホンである請求項７記載の膜。
【請求項９】
泡立ち点が約0.035kg/cm3（0.5psid）〜約1.8kg/cm3（25psid）である請求項７記載の膜。
【請求項１０】
泡立ち点が約0.35kg/cm3（5psid）〜約1.05kg/cm3（15psid）である請求項９記載の膜。
【請求項１１】
平均水性流量が約64〜356cm/分kg/cm3（約4.5〜25cm/分psid）である請求項７記載の膜。
【請求項１２】
泡立ち点が約1.8kg/cm3（25psid）以下である請求項７記載の膜。
【請求項１３】
第１の多孔質表皮層表面、第２の多孔質表面、及びそれらの間にあり厚さを有する支持構造体を有するポリマー膜であって、支持構造体が第１の多孔質表皮層表面と第２の表面との間に多孔質フローチャンネルの特徴を有し、フローチャンネルが第１の表面から支持構造体の厚さの約1/4の点まで実質的に一定の平均直径を有し、その点から第２の表面まで平均直径が徐々に増加するポリマー膜。
【請求項１４】
ポリマーがポリスルホンである請求項13記載の膜。
【請求項１５】
泡立ち点が約0.035kg/cm3（0.5psid）〜約1.8kg/cm3（25psid）である請求項13記載の膜。
【請求項１６】
泡立ち点が約0.35kg/cm3（5psid）〜約1.05kg/cm3（15psid）である請求項15記載の膜。
【請求項１７】
平均水性流量が約64〜356cm/分kg/cm3（約4.5〜25cm/分psid）である請求項13記載の膜。
【請求項１８】
泡立ち点が約1.8kg/cm3（25psid）以下である請求項13記載の膜。
【請求項１９】
実質的にすべての表皮層の孔が約1.2ミクロンより大きい直径を有する膜の一面にある積層多孔質表皮層、及び
膜の表皮層面と膜の反対面の間にある膜の支持領域であって、該支持領域が第１ゾーンと第２ゾーンに分けられ、該第１ゾーンは該表皮層面に近接しかつ孔径が実質的に一定である一般的な等方性構造を有し、該第２ゾーンは該第１ゾーンに近接しかつ非対称性構造を有し、該非対称性構造は該第１ゾーンから膜の反対面の方向へ徐々に増加する孔径を有する膜の支持領域
を有する、懸濁液から液体部分を単離するのに好適な多孔質ポリマー膜。
【請求項２０】
ポリマーがポリスルホンである請求項19記載の膜。
【請求項２１】
泡立ち点が約0.035kg/cm3（0.5psid）〜約1.8kg/cm3（25psid）である請求項19記載の膜。
【請求項２２】
泡立ち点が約0.35kg/cm3（5psid）〜約1.05kg/cm3（15psid）である請求項21記載の膜。
【請求項２３】
平均水性流量が約64〜356cm/分kg/cm3（約4.5〜25cm/分psid）である請求項19記載の膜。
【請求項２４】
泡立ち点が約1.8kg/cm3（25psid）以下である請求項19記載の膜。
【請求項２５】
第１の多孔質表面、第２の多孔質表面、及びそれらの間にあり厚さを有する多孔質支持構造体を有する非対称性ポリマー膜において、第１の表面から支持構造体の厚さの約1/4の点まで一般的な等方性構造の領域を有してなり、該等方性構造は実質的に一定の孔径を有する非対称性ポリマー膜。
【請求項２６】
ポリマー膜の調製方法であって、
該膜は第１の多孔質表皮層表面、第２の表面、及びそれらの間にある多孔質支持構造体を有し、第１の多孔質表皮層表面は比較的開放孔構造を有し、第２の表面はより開放孔構造を有し、支持構造体は第１の多孔質表皮層表面に近接する等方性領域を含み、該等方性領域は実質的に一定の孔径を有し、該多孔質支持体はさらに該等方性領域に近接する非対称性領域を含み、該非対称性領域は高度の非対称性を有しかつ膜厚みの約50％から約85％以下を構成し、該方法は、
選択したキャスティング温度でポリマー−リッチ相及びポリマー−プア相を含有する準安定なキャスティング分散体を調製し、
該分散体をキャスティング温度で薄層にキャストし、
1.2ミクロンより大きい表面孔を形成するのに十分な時間、キャスト層を孔形成雰囲気に接触させ、
該キャスト層を、溶媒が混和し、ポリマーが実質的に不溶性で積層膜としてポリマーを沈澱させる非溶媒急冷液体で急冷し、
急冷液体から膜を回収する
ことを含んでなるポリマー膜の調製方法。
【請求項２７】
第１の多孔質表皮層表面および第２の表面、実質的な非対称性構造、増大した流量を有するポリマー膜の調製方法であって、
キャスティング温度でポリマー、ポリマーの溶媒、及びポリマーの非溶媒を含有する均一キャスティング溶液を調製し、
該分散体をキャスティング温度で薄層にキャストし、
1.2ミクロンより大きい表面孔を形成するのに十分な時間、キャスト層を孔形成雰囲気に接触させ、
該キャスト層を、溶媒が混和し、ポリマーが実質的に不溶性で積層膜としてポリマーを沈澱させる非溶媒急冷液体で急冷し、
急冷液体から、その膜の少なくとも50％にわたり実質的な非対称性を有する膜を回収する
ことを含んでなり、該膜は第１の多孔質表皮層表面から広がる実質的な等方性領域を有する、ポリマー膜の調製方法。
【請求項２８】
請求項26又は27記載の方法により調製した、平均直径が少なくとも約1.2ミクロンの表面孔を有する積層表皮層非対称性ポリスルホン膜。
【請求項２９】
第１の多孔質表皮層表面および第２の表面を有する積層表皮層高非対称性ポリマー膜を調製する方法において、１.2ミクロンより大きい表面孔を第１の多孔質表皮層表面に形成するのに十分な時間、孔形成雰囲気を有する気体雰囲気にキャスト層を接触させることを含んでなり、実質的な非対称性構造は膜の少なくとも50％にわたって広がり、実質的な等方性構造は該第１の表面から実質的な非対称性構造へ広がる、高非対称性ポリマー膜の調製方法。
【請求項３０】
検体を含むが実質的に粒子がない濾液を、装置の検体検知領域に運ぶ濾過手段を有する診断装置であって、濾過手段はポリマー膜を含んでなり、該膜は最小多孔質表面、反対側の多孔質表面、及びそれらの間にある多孔質支持構造体を有し、該最小多孔質表面は比較的開放孔構造を、該反対側の多孔質表面はより開放孔構造を有し、該支持構造体は高度の非対称性を該支持構造体の少なくとも50％だが該支持構造体の80％以下にわたって含み、該膜は平均直径が少なくとも約1.2ミクロンである表面孔を最小多孔質表面に有し約64cm/分kg/cm3（約4.5cm/分/psi）より大きい流量を有する、診断装置。
【請求項３１】
検体を含むが実質的に粒子がないサンプルを、装置のサンプル受取り領域から装置の検体検知領域に移動させる側生吸上げ手段を有する診断装置であって、側生吸上げ手段はポリマー膜を含んでなり、該膜は最小多孔質表面、反対側の多孔質表面、及びそれらの間にある多孔質支持構造体を有し、該最小多孔質表面は比較的開放孔構造を、該反対側の多孔質表面はより開放孔構造を有し、該支持構造体は高度の非対称性を該支持構造体の少なくとも50％だが該支持構造体の80％以下にわたって含み、該膜は平均直径が少なくとも約1.2ミクロンである表面孔を最小多孔質表面に有し、約2cm/分より大きい側生移動速度を有する、診断装置。
【請求項３２】
第１の多孔質表皮層表面、第２の表面、及びそれらの間にある多孔質支持構造体を有するポリマー膜であって、第１の多孔質表皮層表面が比較的開放孔構造を有し、第２の表面がより開放孔構造を有し、該支持構造体が第１の多孔質表皮層表面に近接する等方性領域を含み、該等方性領域は実質的に一定の孔径を有し、該多孔質支持体はさらに該等方性領域に近接する非対称性領域を含み、該非対称性流域は高度の非対称性を有しかつ該支持構造体の少なくとも50％であるが80％以下にわたって広がるポリマー膜を含んでなるフィルターユニット。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
1.発明の分野
本発明は、ミクロ濾過膜の分野に関し、特に合成ポリマーから構成されるマイクロ濾過膜に関する。
2.先行技術の背景
相分離（逆転（inversion））したキャスティング混合物から調製する高非対称性重合性膜は、ラシドロ（Wrasidlo）の米国特許第4,629,563号及び同第4,774,039号、並びにゼッフ（Zepf）の米国特許第5,188,734号及び同第5,171,445号の特許に記載されており、これらの開示内容は本明細書に含まれるものとする。ラシドロは、溶媒／非溶媒系中のポリマーの準安定な２相液分散体から調製される、大流量及び優れた滞留特性を有する高非対称性の積層表皮（integrally skinned）膜を開示している。ゼッフは、より一定の大きさの表皮層孔（skin pore）を実質的に非常に多く有し、ある任意の孔径に対するフロー共分散体（flow covariance）を減少させた、非常に大流量を有する改良ラシドロ−タイプのポリマー膜を開示する。改良したゼッフ膜は、キャスティング温度及び急冷温度の低下と、キャスティングと急冷の間の環境暴露の減少を含む、ラシドロ法の変形により得られる。キャスティング及び急冷温度を低下させると、配合物及び方法のパラメータにおける小さな変化に対する膜形成法の感度を最小限にすることを、ゼッフはさらに教示する。
従来、好適な高分子量のポリマー（類）、溶媒（類）、及び非溶媒（類）を含有する溶液又は混合物を、薄いフィルム、管、又は中空ファイバーにキャストし、次のメカニズム（ａ）〜（ｄ）のうち１又はそれ以上により、ポリマーを沈澱させることによって、相逆転重合性膜は製造される。（ａ）溶媒及び非溶媒の蒸発；（ｂ）水蒸気のような非溶媒蒸気に暴露し、暴露面上に吸収させる；（ｃ）非溶媒液体中、一般に水中で急冷する；又は（ｄ）ポリマーの溶解度を突然大きく減少させるように熱いフィルムを熱的に急冷する。
キャスティング混合物中の非溶媒は、ポリマーに対して必ずしも完全に不活性ではなく、実際、通常不活性ではなく、しばしば膨潤剤と言われている。ラシドロ−タイプの配合物において、後述するが、非溶媒のタイプと濃度の両方の選択が重要であり、これらは混合物が相分離条件で存在するのか否かを決定する主な要因である。
一般に、非溶媒は主な孔形成剤（pore forming agent）であり、混合物におけるその濃度は、最終的に膜における孔径（pore size）及び孔径分布（pore size distribution）に大きく影響を与える。ポリマー濃度も孔径に影響を与えるが、非溶媒が影響するほど著しくはない。しかし、強度及び多孔度（気孔率）に実際影響を与える。キャスティング溶液（混合物）中の大部分の成分の他に、例えば界面活性剤又は剥離剤のような小部分の成分が存在し得る。
ポリスルホンは、特に２相ラシドロ配合物において、特に高非対称性膜の形成に、影響を及ぼす。これらは均一溶液ではなく、２分離相からなり、一方が低分子量ポリマーの低濃度（例えば、７％）での溶媒リッチな透明溶液、及び他方が高分子量ポリマーの高濃度（例えば、17％）でのポリマーリッチな濁った（コロイド）溶液からなる。２相は、同じ３つの成分を含む。即ち、ポリマー、溶媒、及び非溶媒であるが、根本的に異なる濃度及び分子量分布である。最も重要なことには、２相にお互いに不溶であり、もし放置すると、分離するであろう。それをフィルムとしてキャストするまで常に撹拌することで、混合物を分散体として維持しなければならない。
相分離をもたらすのは、キャスティング混合物中の非溶媒及びその濃度であり、すべての非溶媒が相分離を生じるのではない。非溶媒は、界面活性剤と同じ役割をおそらく有し、より大きなポリマー分子のいくつかを凝集体、又はコロイドに配置することにより臨界ミセル濃度を多分発生し、残余の非コロイド溶液中に分散する。放置すると、２相はお互い分離するが、個々の相はそれ自体極めて安定である。混合物の温度を変化させると、相間移動が生じる。加熱により透明な相が発生し、冷却によりその逆が生じる。濃度変化により同じ効果が生じるが、ラシドロが考察したように、相分離系が存在することができる臨海濃度範囲又は窓が存在する。ラシドロは、スピノーダル（spinodal）とバイノーダル（binodal）曲線間にあって、ポリマーが溶媒と完全に混和していない、一定温度におけるこのような分散したポリマー／溶媒／非溶媒の相図上に不安定なこの領域を規定している。
ポリマーの疎水性が大きいこと、及び一方が溶媒リッチで、他方がポリマーリッチである、２相が前もって存在する（相逆転があるとき、他の系が通り抜けなければならない条件）キャスティング混合物が熱力学的に不安定条件であることから、急冷したとき、不安定なラシドロ混合物は、非常に迅速に沈澱し、界面に密な表皮層を形成し、その結果、高非対称性膜に発展する。ここで非対称性とは、表皮層（キャストの際、空気−溶液界面又は急冷体−溶液界面を構成する膜の細かい孔がある側）と下部構造（substructure）間の横断面に沿って孔径が徐々に変化することを意味する。これは、表皮層と下部構造間に境目がはっきりとした不連続性を有し、かつ先行技術では非対称性と言われている逆浸透及びたいていの限外濾過膜と違うことを意味する。
重合性膜を、ポリマーの均一溶液からキャストすることもできる。これらの配合物の組成は、ラシドロの相図のスピノダール／バイノダール領域の外にある。普通、相分離配合物からキャストしたものと同じ程高い非対称性とはならないが、均一溶液からキャストした膜も非対称性とすることができる。
膜の表面孔径を増加させることが既に記載されている。フジ（Fuji）の英国特許第2,199,786号を参照のこと（本明細書で『フジ』とする）。膜の表面以下の点で相逆転を起こさせるためには、キャストポリマー溶液を湿気のある空気に暴露することを、この先行技術は教示している。フジを参照のこと。フジ法により製造した膜は、表面に比較的広い孔（即ち、0.05−1.2μｍ）を有する特徴ある構造を有し、表面以下の相逆転点まで孔径が徐々に収縮するものが続き、等方性構造まで孔が広がることが続き、キャスト表面まで達する（即ち、１−10μｍ）。
したがって、フジの膜は、表皮層構造から逆転点までの逆非対称性と等方性構造へ進んでいく非対称性とを有するものとして考えることができる。この特許は、膜の寿命を延ばすために最小限の非対称性を用いるべきであることを明白に教示している。第４頁、７〜29行参照のこと。さらにフジの膜は、比較的粘度が高い配合物で一般に調製されるようである。例えば、ポリマー濃度は普通、極めて高く、多くの場合、非溶媒としてポリマーを用いて膜を調製する。実施例２、第12頁：実施例３、第15頁を参照のこと。
合成ポリマー膜は、食品及び飲料品工業、並びに医学実験室で、多くの試験への応用において、高滞留性、高透過性フィルターとして有用である。もし、これらの膜の濾過範囲が、現存のラシドロ及びゼッフ−タイプの膜を越えるならば、これらの操作の多くは、よりコスト効率がよく、より商業的に魅力あるものとなるであろう。
発明の概要
本発明の第１の面によると、第１の表面、第２の表面、及びそれらの間の多孔質支持構造体を有するポリマー膜であって、第１の表面が比較的開放孔構造を有し、第２の表面がより開放孔構造を有し、支持構造体が該支持構造体の少なくとも50％であるが80％以下の高非対称性を有するポリマー膜を提供する。
本発明の第２の面によると、第１の多孔質表面、第２の多孔質表面、及びそれらの間にあり、ある厚さを有する多孔質支持構造体を有するポリマー膜であって、支持構造体が第１の表面から該支持構造体の厚さの約４分の１の点まで一般的な等方性構造を有し、その点から第２の表面まで一般的な非対称性構造を有するポリマー膜を提供する。
本発明の第３の面によると、第１の多孔質表面、第２の多孔質表面、及びそれらの間にあり、ある厚さを有する支持構造体を有するポリマー膜であって、支持構造体が第１及び第２の表面間に多孔質フロー・チャンネルを有し、該フロー・チャンネルが第１の表面から該支持構造体の厚さの約４分の１の点まで実質的に一定の平均直径を有し、その点から第２の表面までより大きな平均径を有するポリマー膜を提供する。
本発明の第４の面によると、懸濁液から液体部分を単離するのに好適な多孔質ポリマー膜であって、積層多孔質表皮層（integral porous skin）を有し、その膜の一面にあり、実質的にすべての表皮層孔が約1.2ミクロンより大きい直径を有し、表皮層以下にあり、非対称性構造を有する膜の支持領域を有する多孔質ポリマー膜を提供する。
本発明の第５の面によると、第１の多孔質表面、第２の多孔質表面、及びそれらの間にあり、ある厚さを有する多孔質支持構造体を有する改良非対称性ポリマー膜であって、その改良が、第１の表面から支持構造体の厚さの約４分の１の点まで一般的な等方性構造の領域を有することである改良非対称性ポリマー膜を提供する。
本発明の第６の面によると、比較的大きな表皮層孔径、実質的に非対称な構造、及び増大した流量を有するポリマー膜を調製する方法であって、ある選択されたキャスティング温度でポリマー−リッチな相及びポリマー−プアな相を含有する準安定なキャスティング分散体を調製し、キャスティング温度で該分散体を薄層にキャストし、1.2ミクロンより大きな表面孔を形成するのに十分な時間、該キャスト層を孔形成雰囲気に接触させ、溶媒が混和し、ポリマーが実質的に不溶であり、積層膜としてポリマーを沈澱させる非溶媒急冷液体でキャスト層を急冷し、急冷液体から膜を回収するポリマー膜の調製方法を提供する。
本発明の第７の面によると、比較的大きな表皮層孔径、実質的に非対称な構造、及び増大した流量を有するポリマー膜を調製する方法であって、あるキャスティング温度でポリマー、ポリマー用溶媒、及びポリマー用非溶媒を含有する均一なキャスティング溶液を調製し、キャスティング温度で分散体を薄層にキャストし、1.2ミクロンより大きな表面孔を形成するのに十分な時間、該キャスト層を孔形成雰囲気に接触させて、溶媒が混和し、ポリマーが実質的に不溶であり、積層膜としてポリマーを沈澱させる非溶媒急冷液体でキャスト層を急冷し、急冷液体から膜の少なくとも50％にわたって実質的に非対称性である膜を回収するポリマー膜の調製方法を提供する。
本発明の第８の面によると、前述の方法によって調製される、表面孔平均直径が少なくとも1.2ミクロンである積層表皮層高非対称性ポリスルホン膜を提供する。
本発明の第９の面によると、積層表皮層高非対称性ポリマー膜を調製する改良方法であって、該改良が、1.2ミクロンより大きな表面孔を形成するのに十分な時間、キャスト層を孔形成雰囲気を有する気体雰囲気に接触させることを含むことにある改良方法を提供する。
本発明の第10の面によると、検体（analyte）を含み、実質的に粒子を含まない濾過を装置の検体検出領域に運ぶ濾過手段を有する改良診断装置であって、該改良は、平均径が約1.2ミクロンより大きい表面孔を有し、約64cm/分kg/cm3（4.5cm/分/psi）より大きい流量を有する前述のポリマー膜のうちの一つを有する濾過手段を有することである改良診断装置を提供する。
本発明の第11の面によると、検体を含み、実質的に粒子を含まないサンプルを、装置のサンプル受入れ領域から装置の検体検出領域へと移動させる側生吸上げ（lateral wicking）手段を有する改良診断装置であって、該改良は、平均径が約1.2ミクロンからである表面孔を有し、側生移動速度が約2cm/分より大きい前述のポリマー膜のうちの一つを有する側生吸上げ手段を有することにある改良診断装置を提供する。
本発明の第12の面によると、前述のポリマー膜の一つを有するフィルターユニットを提供する。
本発明の好ましい態様として、ポリマーはポリスルホンがよい。好ましくは、本発明の膜、又は本発明にしたがって製造したか、もしくは用いる膜の泡立ち点は、約1.8kg/cm3（25psid）未満であり、約0.035kg/cm3（0.5psid）〜約1.8kg/cm3（25psid）が好ましく、より好ましくは、泡立ち点が約0.35kg/cm3（5psid）〜約1.05kg/cm3（15psid）がよい。また、好ましくは、本発明の膜、又は本発明により製造した、もしくは用いた膜は、平均水性流量が約64〜356cm/分kg/cm3（約4.5〜25cm/分psid）であるのがよい。
【図面の簡単な説明】
図１は、ポリスルホンポリマー分散体（ラシドロ−タイプ）から本発明により調製した、泡立ち点が0.56kg/cm3（8psid）である開放孔膜の一連の走査型電子顕微鏡像である。図1aは、膜の表皮層表面の外観である。図1bは、膜のキャスト表面の外観である。図1cは、膜の横断面の外観である。
図２は、ポリスルホンポリマー分散体（ラシドロ−タイプ）から本発明により調製した、泡立ち点が0.77kg/cm3（11psid）である開放孔膜の一連の走査型電子顕微鏡像である。図2aは、膜の表皮層表面の外観である。図2bは、膜のキャスト表面の外観である。図2cは、膜の横断面の外観である。
図３は、ポリスルホンポリマー分散体（ラシドロ−タイプ）から本発明により調製した、泡立ち点が1.1kg/cm3（16psid）である開放孔膜の一連の走査型電子顕微鏡像である。図3aは、膜の表皮層表面の外観である。図3bは、膜のキャスト表面の外観である。図3cは、膜の横断面の外観である。
図４は、均一ポリスルホン配合物から本発明により調製した膜の一連の走査型電子顕微鏡像である。図4aは、膜の表皮層表面の外観である。図4bは、膜のキャスト表面の外観である。図4cは、膜の横断面の外観である。
図５は、ゼッフの方法により調製した、泡立ち点の値が65である微細孔ポリスルホン膜の一連の走査型電子顕微鏡像である。図5aは、膜の表皮層表面の外観である。図5bは、膜のキャスト表面の外観である。図5cは、膜の横断面の外観である。
図６は、さまざまなBTS（泡立ち点）値を有する一連の膜において側生を移動する液体最前線が移動する速度を示すグラフである。
図７は、さまざまな泡立ち点を有するポリスルホン膜から10秒内に運ばれる赤血球を含まない血漿濾液の体積を示すグラフである。
本発明の詳細な説明
本発明は、良好な分離能力を保持しながら向上した流量及び吸上げ能力を有する大きな孔を有する改良した非対称性ポリスルホン膜を提供する。孔径、及び間接流量は、泡立ち点によって簡便に測定される。この泡立ち点とは、湿潤膜を通して空気の泡を押し出すのに必要な最小圧である。ゼッフ−タイプの重合性膜は、典型的には泡立ち点が1.8kg/cm3（25psid）より大きい。比較すると、本発明の膜は、約1.8kg/cm3（25psid）未満であり、0.035〜1.8kg/cm3（0.5〜25psid）の範囲にあり、0.14〜1.4kg/cm3（２〜20psid）が好ましいか、又は0.35〜1.05kg/cm3（５〜15psid）が好ましい。
また、ラシドロ及びゼッフの膜と比較して、本発明の膜は比較的大きな表皮層孔を有する。例えば、本発明の膜の平均表皮層孔径は、一般に1.2μｍを越え、より一般的には２−３μｍであるか、又はさらに大きい。対比すると、ラシドロ及びゼッフの膜は、平均表皮層孔径が1.2μｍ未満であり、普通0.35μｍ未満である。
さらに、ラシドロ及びゼッフの典型的な非対称性構造と比較して、本発明の膜は一般に、膜の80％以下の非対称性を含んでいる。好ましい態様として、膜の少なくとも20％の残りの部分において、膜は一般的な等方性領域を示す。
本発明の改良した膜によって、濾過応用において重要な利点をもたらすことが見出された。例えば、本発明の膜は、ビール及びワインの濾過、並びに水処理適用に用いられるような従来の濾過適用に有用である。さらに、本発明の膜は、バイオセンサーの製造のような診断又は生物学的応用に有用である。
ラシドロの'563及び'039特許並びにゼッフの'734及び'445特許に記述した均一キャスティング溶液及び相分離した混合物から、本発明の膜を調製することができる。
一般に、本発明の膜の製造において、キャストフィルムを空気に暴露し、暴露した側に大きな表面孔が生じ、続いて標準非溶媒で（即ち、水中で）急冷する。暴露時間の長さ及び空気の湿度によって、表面孔の直径を変化させることができる。空気暴露の際、空気中の水蒸気は、暴露された液体フィルム表面及びそれ以下の領域において、ポリマーを沈澱させる作用をする。予期せぬことであるが、観察されるのは、比較的大きな孔径を有する一般的な等方性構造が形成される領域が、表面で及び表面以下であることである。この領域以下では、古典的な非対称性が観察される。一般に、湿度が高くなればなるほど、表面孔が大きくなり、逆に湿度が低くなるほど、表面が密になる。
本発明の開放孔膜の構成
本発明のポリマー膜は、比較的大きな表皮層孔を有しながら、実質的な程度の非対称性を保持している。非対称性及び孔径を評価する簡便な方法は、走査型電子顕微鏡（SEM）である。図１〜３は、本発明により調製した横断面、表皮層表面、及び低部表面を示し、これらの面の特徴は、図５に示した従来のラシドロ−タイプの微細孔膜と比較することができる。
膜の非対称性及び開放孔構造に加えて、表皮層表面から膜の下部構造内のある点までに広がる等方性領域が存在するので、本発明の膜は独特である。代表的には、この等方性領域は、膜厚の少なくとも20％にわたって広がる。
SEMデータがない場合、非対称性を、ケースティング（Kesting）、Synthetic Polymer Mernbranes:A Structural Perspective、275頁（John Wily ＆ Sons 第２版（1985年））により記載されたように、膜の密な面に少量のインク又は染料を塗布し、その染料を表面上に広げると共に膜に染み込ませることによって、概算することができる。染料で覆われた面積比は、比対称性のラフな表示、又はその程度を示す。多孔度分析（porometry analysis）、及び泡立ち点の分離測定により、孔径も概算することができる。泡立ち点が大きいと、密な孔である。古典的な非対称性膜において、それは最も密である表面孔である。本発明の膜において、最も密な孔は、表皮層と非対称性領域との間のいずれかに存在する。多孔度分析は、湿潤膜上への圧力を徐々に増し、孔径及び泡立ち点のデータをもたらす乾燥膜のガス流量と比較することから成る。これらの分析について、コールター・ポロメタ−・モデル0204（Coulter Porometer Model 0204）を用いた。
上記のように、本発明の膜は、一般的な等方性である領域及び実質的に非対称性である領域を含む。本明細書で用いるとき、一般に等方性（又は等方性領域）は、SEMによって表皮層から支持構造体の部分を通して調べたときに、一般に一定の孔径である領域を意味する。また、等方性領域は、実質的に一定の平均直径を有するフローチャンネルを有する領域として、見ることができる。一般に、本発明の膜の平均表皮層孔径又は表皮層孔の直径は、1.2μｍより大きい。等方性領域において、この表皮層孔径は、一般に等方性領域を通しての平均孔径と定義する。例えば、好ましい膜において、平均表皮層孔径が２μｍである膜は、等方性領域を通して平均孔径が２μｍ以上であることが、SEMから示唆される。表皮層孔径が３μｍ、４μｍ、及び５μｍなどである膜に、同じ構造が見られる。しかし、等方性領域は、視覚的に等方性であると見える孔径分布を有していると評価されるであろう。等方性領域の実際の孔径は変化する（どんな膜にもあるように）と予想される。
等方性領域は、代表的には、膜の表皮層から支持構造体まで、膜厚の約15％を越える範囲にわたって広がる。より好ましくは、等方性領域は、膜厚の20％、25％、30％以上を越えて広がる。特に好ましい態様として、等方性領域は、膜厚の約25％を越えて広がるのがよい。例えば、125μｍの膜の場合、等方性領域は表皮層から支持構造体へ約25μｍを越えて広がる。
実質的な非対称性又は異方性（本明細書で、非対称性領域）とは、本明細書で用いるとき、ラシドロ及びゼッフにより調製した膜が保持し、かつそこで開示された非対称性と同じ程度の非対称性を意味する。その点で、本発明の膜は、約1.2μｍを越えた平均表皮層孔径を有する一方、反対側では、即ちキャスティングの際に支持紙又は支持ベルトに近接した側では、その平均孔径が、平均表皮層孔径の少なくとも２倍より大きいことがSEMからわかる。このように、表皮層孔径：キャスト表面孔径の比率は、約2:1より大きく、より好ましい態様では3:1、4:1、5:1または6:1以上である。さらに、非対称性は、非対称性領域内でのみ徐々に連続的である。
上記の非対称性の比率は、表面で測定した非対称性に関してのみであることに注意すべきである。キャスト表面より上の、非対称性領域での平均孔径を走査型電子顕微鏡で横断面について見ると、実際本発明の膜の非対称性はより大きい。例えば、図1c、2c、及び3cを参照のこと。これを行うと、本発明の膜の非対称性は、約10:1もしくは20:1より大きいように見え、又は100:1もしくは200:1ほど大きいかもしれない。
表皮層孔をざっと見ると、等方性領域の孔径が表皮層中の孔よりほんの少し大きいことがわかるであろう。表面−表面分析対横断面分析に基づいて観察された非対称性と組み合わせて、この事実から、『スキニング（"skinning"）』は、双方の表面に生じることがわかる。特にいかなる理論又は手順のモードによって結合するものではないが、本発明の膜に見られるスキニングに対して、３つのもっともらしい説明がある。第１に、キャスト・フィルムが空気に暴露されると、水蒸気によりフィルムがゲル化しはじめ、上層領域内で初期の膜が形成される。しかし、すべてのポリマーがこの短い時間でゲル化するのではない。したがって、フィルムが急冷液体にあたると、残りの未沈殿のポリマーがその後、表皮層を形成する。第２に、又は、これに代わって、より良い説明がなされている。即ち、表面エネルギーの固有の差異により、表面収縮（constraction）が孔を収縮させる（表面：体積の比率を最小限にする水滴又は石鹸の泡といくらか類似する）という簡単な説明である。また、第３にあるのは、化学ポテンシャルの急峻な勾配によりポリマーが表面に少し移動するのかもしれないというものである。
さらに、本発明の膜の泡立ち点が一般に、等方性領域又は表皮層に見られる孔径について予想されるものより高いという事実から、等方性領域と非対称性領域との間の孔径に、ある収縮が存在するのに違いないことが明白である。驚くことに、従来の理論では、表皮層以下の孔は、表皮層孔より小さくあるべきであると示唆している。実際、それらは、深くなると段々と小さくなるべき、即ち『逆非対称性（"reverse asymmetry"）』であるべきである。拡散は遅い工程である。よって、表皮層以下で生成又は形成した孔は、水蒸気がより少なく、したがってより小さくあるべきである。
フジ膜は、この従来の理論を確認しているようであり、表皮層から膜への深さが浅い逆転点まで『逆非対称性（"reverse asymmetry"）』を有している。比較として、本発明の膜の表皮層以下の孔は、表皮層中の孔と同じであるか、又はそれより大きいようであり、そのような等方性で又はその領域にわたって均一の孔分布を保持する。
したがって、本発明の膜の等方性領域は、空気中の水蒸気とポリマーフィルム間の『乾燥工程（"dry process"）』相互作用によって生成するか、又は少なくとも初期化されるようであり、それにより、均一性又は等方性形成が生じる。これは、セルロース混合エステル又は硝酸セルロース膜と類似する。しかし、溶媒又は非溶媒の無視してよい蒸発があるようなので、急冷すると、急冷液体が等方性領域に押し寄せ、等方性領域を固定し、非対称性領域を生成かつ固定する。
等方性領域及び非対称性領域間の孔径分布の有り得る収縮に関して、上述したが、多孔度分析で観察される密な孔（即ち、最大値1.0μｍ及び平均孔径0.8μｍ）を説明するのに援助でき、ラシドロ及びゼッフの膜の表皮層形成に似た内部『スキニング』工程が存在するようである。この可能性を支持するものが、マイケル（Michaels）によって、米国特許第3,615,024号第５欄43−54行に示されている。ここで、第１の水で形成した密な表皮層によって、キャストフィルムへの水の浸み込みが制限されると、勾配を有する孔構造が生じることが開示されている。また、その代わりに、上述のように、等方性領域における膜が視覚的検査では等方性であるが、実際、大きな孔径に関して予想するかもしれないものより大きな泡立ち点及び多孔度データを説明する孔分布を有するという可能性がある。
したがって、上述したが、本発明の膜は、表皮層から表面以下のある点まで実質的に非非対称性（即ち、等方性である）（本明細書で等方性領域として定義する）である点で、本発明の膜の構造は、古典的な非対称なものとはっきりと区別できる。よって、膜の非対称性領域は、膜厚の約75％未満で生じる。一方、例えばラシドロ及びゼッフの膜のような、従来又は古典的な非対称なものでは、非対称性領域は、膜厚の全体、又は実質的に全体にわたって生じる。比較すると、フジの膜で、表皮層以下の領域は、逆転又は逆転非対称性を有し、それ以下では、ほんの少し従来の非対称性である。フジキャスティング配合物の多分高い粘度は、この構造に寄与するものと予想される。
したがって、会話的にいえば、膜厚にわたるフローチャンネル構造（configuration）の点から、漏斗構造を有するものとして、本発明の膜を見ることができる。例えば、キャストの際に暴露されない表面から膜に液体フローするのに対応する孔は、非常に大きい。これは、非対称性領域であって、漏斗の円錐形部分に該当する。液体が膜を通って流れるとき、孔径又はフローチャンネルは徐々に収縮し、ついには、液体は、実質的に一定の直径である孔径又はフローチャンネルを含む一般的な等方性領域に入り、その後、表皮層、漏斗の放出口に該当する等方性領域を通って流れ出る。
ラシドロ−タイプの分散体から調製した、本発明の典型的な開放孔膜の構造を図１〜３に示す。この膜は、表皮層表面孔が平均で３μｍ（図1a）で、キャスト表面孔径が平均で20μｍ（図1b）であり、横断面から、表皮層から膜厚のほぼ25％まで広がる、孔径約３μｍを含む等方性領域が示され、次いで等方性領域の最終部分からキャスト表面に孔径ほぼ３μｍ〜約20μｍに開く非対称性領域が続く（図1c）。評価されるように、これらの観察に基づく非対称性の程度は、およそ6:1である。図面の特定の膜は、泡立ち点0.56kg/cm3（8psid）を有する。図２及び３に示す膜は、非常に似通った構造であるが、それぞれ11及び1.1kg/cm3（16psid）の泡立ち点を有する。
本発明の膜は均一の溶液からも調製できる。そのような膜は、ラシドロ混合物から製造したものと同じ一般的な範囲である泡立ち点を有して調製できるが、それらは空気への暴露が長時間必要となる傾向があり、ラシドロ−タイプの配合から製造したものと同じ程度の非対称性を有しているとはいえない。図４は、均一ポリスルホン溶液から製造した膜を走査型電子顕微鏡で観察したときの表皮層表面（図4a）、キャスティング表面（図4b）、及び膜の横断面（図4c）を含む構造である。この特定の膜は、泡立ち点が0.84kg/cm3（12psid）である。
ラシドロ−タイプの配合物で製造する方法の手順で、水蒸気は、キャストフィルムの暴露表面上で作用し、その表面上及び表面以下に広がる領域に、かなり大きな孔を生成する。その一方、次の水の急冷により、残余のフィルムが高非対称性構造に変換する。これらの合成で、１秒以上の間、湿った空気にフィルムを暴露するので、相分離に関して合理的に安定であるラシドロ混合物、例えば従来のキャスティング手順で孔径0.45μｍ又は0.2μｍ以下の非対称性膜を製造する配合物を選択するのが、必ずしも必要ではないが、賢明である。
選択した溶媒／非溶媒系でポリスルホンポリマーを用いて、例示としての膜を形成した。しかし、本発明の膜をキャストすることができるポリマーは無数にあるので、示した配合物は例示としてのみ提供されるものである。
配合物
これらの膜のキャスティング配合物は、ポリマー、溶媒、及び非溶媒からなる。用いることができるポリマーには、膜が形成される、いかなるポリマーも含まれる。本発明の方法に特に有用であると見出されたポリマーには、ポリスルホン、ポリアミド、ポリビニリデン・フルオリドを含むポリビニリデン・ハライド、ポリカーボネート、ポリアルキルアクリロニトリルを含むポリアクリロニトリル、及びポリスチレンが挙げられる。ポリマーの混合物を用いることができる。好ましいポリマーには、レクサン・ポリカーボネート（Lexan polycarbonate）、アモコＰ−3500（AMOCO P−3500）ポリアリールスルホン、ナイロン6/T ポリヘキサメチレンテレフタールアミド、及びポリビニリデン・フルオライドが挙げられる。特に好ましいポリマーは、アモコＰ−3500ポリアリールスルホンである。
本発明の配合物に用いることができる好ましい溶媒には、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジオキサン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、クロロホルム、テトラメチル尿素、又はテトラクロロエタンのような双極子中性溶媒が挙げられる。他のポリマー／溶媒の対が、例えばマイケル（Michaels）の米国特許第3,615,024号に開示されている。
好適な非溶媒には、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、アミルアルコール、ヘキサノール、ヘプタノール、及びオクタノールなどのアルコール；ヘキサン、プロパン、ニトロプロパン、ヘプタン、オクタンのようなアルカン；並びにアセトン、ブチルエーテル、酢酸エチル、及び酢酸アミルのようなケトン、エーテル、及びエステルが挙げられる。
ラシドロ−タイプの膜の配合物は、ゼッフに示した方法により調製され、これは参考として本明細書に組込まれる。一般に、ポリマーをキャスティング温度で溶媒に溶解し、非溶媒の量は、配合物の濁りを、ゼッフによって教示される所望の光学濃度が達成されるように制御する。
均一キャスティング配合物は、相図のスピノダール／バイノダール領域外にある組成を有することができる。有用な均一配合物は、膜に十分な集結度（integrity）及び機械的強度を与えるのに少なくとも十分量の濃度であって、その混合物が粘性がありすぎて、キャストできない過剰な濃度ではないポリマーを含むいかなる混合物でもよい。普通、均一キャスティング配合物は、ポリマー又はポリマーの混合物約７〜28％、非溶媒０〜30％（w/v）、バランスとして溶媒を含有する。溶媒及び非溶媒は、混合物であってもよい。
液体急冷系で、液体は、ポリマーに関して化学的に不活性であるべきで、好ましくは、キャスティング溶液中の溶媒と混和するのがよい。好ましい急冷液体は水である。
キャストとしての膜は疎水性である。しかし、評価されるように、界面活性剤又は湿潤剤を配合物、急冷液体、又は洗浄液体のいずれかに加えて、膜の親水性を増加させることができる。好ましい試薬には、ポリヒドロキシセルロース、ドデシル硫酸ナトリウム、エトキシル化アルコール、グリセリル・エーテル、及び例えばゾニル（登録商標Zonyl）タイプ（デュポン）のような非イオン性フルオロカーボン界面活性剤が挙げられる。溶液中の界面活性剤の濃度は、重要ではないが、１％（w/v）〜10％以上の部分からなる範囲であるのがよい。
膜キャスティング法
本発明の膜は、急冷後、その支持体から膜を分離することにできる、無孔の支持体上にキャスティング分散体又は溶液を層に広げる、いかなる従来法を用いても、キャストすることができる。膜は、マニュアルで（即ち、手でキャスティング表面上に注ぎ、キャストし、広げて、その表面に急冷液体を適用する）、又は自動的に（即ち、動くベッド上に注ぐか、又はその代わりにキャストする）キャストすることができる。キャストする際、特に自動的なキャストで、機械的なスプレダー（spreader）を用いることができる。機械的スプレダーは、塗布ナイフ『ドクター・ブレード（"doctor blade"）』、又はスプレー／圧縮系を有する。好ましい塗布装置は、押出染料又はスロット・コーター（slot coater）であり、キャスティング配合物を入れることができ、圧力下狭いスロットを通して押し出せるチャンバーを有する。実施例１〜３において、代表的にはナイフのギャップが約250〜450ミクロンであり、時々約300ミクロンであるドクターブレードで膜をキャストする。急冷工程後、微小多孔質膜生成物は、代表的には約105〜145ミクロン厚である。
キャスティングに続いて、分散体を急冷する。好ましい態様として、動くベッド上のキャスト膜を急冷液体、即ち浴に移すことによって、急冷を達成する。急冷液体で、最も一般的なのは水であり、その温度はしばしばキャスティング温度又はその付近である。浴中で、急冷手順によりポリマーが沈澱され、必須な孔径を有する『表皮層』及び特徴的な構造を有する支持領域を製造することができる。得られた膜を、通常連行溶媒（entrained solvent）を含まないもので洗浄し、乾燥してさらに増加分の溶媒、希釈剤、及び急冷液体を放出させて、よって膜を回収することができる。
一般に、本発明の膜を調製する際に、先に述べたように、大きな表面孔の形成を誘導するのに十分長い時間、キャスト・フィルムを空気に暴露すべきである。暴露が短かければ短いほど、湿度が高くなければならず、その逆もそうである。全湿度が重要な因子である。環境空気温度が高いと、相対湿度は同じ効果のためには低いであろう。キャスティング混合物及び急冷浴の温度も、重要なパラメータである。一般に、混合物が暖かければ、膜は密になる。一方、急冷体が暖かければ、膜はより開放的になるであろう。
ラシドロ−タイプ配合物からの大きな開放孔の膜
ラシドロ及びゼッフ特許に示した膜形成理論による相逆転配合物を変形することによって、即ち、ポリマー濃度を下げて、非溶媒濃度を高めることによってキャスティング配合物の光学濃度を高め、かつ急冷温度を高めることにより、ゼッフ特許に記載される0.45μｍポリスルホン膜（BTS−25）より開放的な孔を有する膜を製造する初期的試みがなされた。キャスト・フィルムを急冷前に湿気のある空気に短い時間暴露した。
0.600と比較してほぼ1.800の範囲の光学濃度を有するキャスティング配合物は、入手可能な非対称性膜より開放的な膜を多分形成する。透過性（permeability）試験から、膜は0.28kg/cm3（4psid）の泡立ち点を有し、水流量が252cm/分kg/cm3（17.7cm/分psid）で、フロー孔径が2.0μｍであったことがわかった。
標準0.2ミクロンのポリスルホン膜（BTS 45）タイプの分散相ラシドロタイプ相逆転配合物を用い、かつゼッフにより教示されたように低い温度でキャスティングすることにより、より大いに好ましい膜を形成した（実施例２）。低いキャスティング・インデックス0.176から、比較的安定なキャスティング分散体であることがわかる。キャスト・フィルムを、急冷する前に湿気のある空気に暴露した。キャスト膜は、質の面で、高非対称性の下部構造を有する標準生成物と同じであったが、泡立ち点が0.56kg/cm3（8psid）であり、水流量が283cm/分kg/cm3（19.9cm/分psid）であった。多孔度分析から、平均フロー孔径が0.9μｍであることがわかった。これは、もし、普通の方法でキャストしたならば、標準BTS−45配合物から得られた0.2μｍ孔直径タイプ及び泡立ち点が3.2kg/cm3（45psid）であったであろうものとは異なる。走査型電子顕微鏡写真（図１）から、大きなマクロボイド（macrovoid）がない高非対称性構造であることがわかった。
均一配合物からの大きな開放孔膜
実施例８は、水中で急冷する前に、均一溶液からのフィルム・キャストを湿気のある空気に暴露することにより、開放表面孔及び高流量を有する膜の調製法を示す。湿気のある空気に最小限で暴露してキャストすると、72％溶媒及び19％非溶媒中に９％ポリスルホンを含有する均一溶液は、0.2μｍ又はより密で、3.2kg/cm3（45psid）を越える泡立ち点を有する高非対称性膜を生じる。実施例に記載される湿気のある空気暴露下で、平均泡立ち点が約0.84kg/cm3（12psid）であり、水流量が119cm/分kg/cm3（8.4cm/分psid）である膜を製造した。
実施例９は、さまざまな均一配合物及び湿気のある空気に暴露する時間を変化させたものから膜を調製したことを記載する。配合物に独立に、環境暴露の時間を増加させると、密な側で８マイクロまでの大きな表面孔、及び水流量が270cm/分kg/cm3（19cm/分psid）を越えるまでのものであって、対応する泡立ち点が0.21〜0.28kg/cm3（３〜4psid）である膜を製造した。これらの膜は合理的に非対称性であり、100ミクロンを越える開放側の孔を有する。添付書類Ｉを参照のこと。
初期の実験は、非溶媒として２−メトキシエタノールを用いた。：しかし、ポリエチレングリコール（PEG 400）及びポリビニルピロリドン（PVP 10,000）も、全非溶媒濃度が25％までの濃度で成功裡に置換される。この状況でPVP−10,000も良好な共非溶媒（co−solvent）として作用したことに注意するのは興味深い。
この実験で、空気の温度及び湿度を、キャスティング・プレートの約12インチ（30.48cm）上で測定した。記録した空気流量は、キャスティング前に、キャスティング・プレートの約１インチ（2.54cm）上のピト（Pitot）管で測定した。
添付書類の実験１及び２を比較することによって、湿度の影響の好例を見ることができる。第１の実験で、濁った（stagnant）空気が存在し、第２の実験で、他の比較状況下で、空気は移動していた。膜中の泡立ち点を半分にし、水流量は要素1.7で増加した。評価されるように、低い湿度の暴露によって、必然的に透過度が低く、かつ泡立ち点が高い膜を結果として得る一方、湿度が高く（即ち、60％）、空気をブローすると、膜は泡立ち点が著しく減少し（即ち、0.28kg/cm3（4psid））、対応する高い水流量（293cm/分kg/cm3（20.6cm/分psidまで））を有した。
キャスト・フィルムの表面を横切る湿気のある空気の動きは、孔径を増加させるが、過度の空気フローは、フィルムの形成段階で液体フィルムを妨害し、生成物中に歪を生じさせる。よって、我々は、空気フローが、連続的に湿気のある空気を刷新するのに十分に大きくなければならないが表面を歪ませるほど速くてはいけなく、キャスティング速度よりほんの少し速いのが好ましいということを見出した。
均一配合物は、ラシドロタイプの相分離配合物より大いに安定性があるという観点から有利であるが、後者（ラシドロタイプ）の配合物が、より非対称性であるような膜を提供する。
本発明の開放孔膜の応用
本発明の開放孔重合性膜は、あらゆるタイプの分析装置の性能、特に、不均一流体サンプルから一つの適用工程で直接的にあらゆる検体を検知し、測定するのに設計された装置を向上させることができる。診断のための高非対称性開放膜の特に好適なものは、
（ａ）  開放側で巨大な孔を有する勾配を有する孔（非対称性）構造；
（ｂ）  徐々に小さくなる（が、いまだに非常に大きい）内部孔；
（ｃ）  表皮層以下の等方性領域；
（ｄ）  ”表皮層”側では、少なくとも他の膜と比較して、大きな開放孔；
から生じる。
これらの特徴によって、これらの膜を通って液体最前線が進む工程で、相当する密な孔の膜の進行速度の３〜４倍の速度で、側生（laterally）及び垂直方向（vertically）にすばらしい吸上げ傾向を生じる。同時に、これらは濾過能力を提供する。血液サンプルの分析において、例えば、血液滴（blood drop）からの血漿は、すぐに表皮層へ吸い上げられる。一方、赤血球は、フィルター細胞の膜の網目によって保持される。血漿は表皮層側から回収され、膜以下の分離層中で分析することができる。膜に固定した適当な化学試薬及び酵素で、血漿を例えば、発色試験法又は電量分析により、そのさまざまな成分に即座に分析することができる。また、特異性抗体を膜に固定することによって、さまざまな検体を結合し、測定することができる。膜への非特異的な結合は、当業者に知られているように、ヒト又はウシの血清アルブミンのような生物学的に不活性な材料の溶液で膜を予備処理することによって排除される。正確な分析には、膜に対して流体サンプルの溶解成分が非特異性結合していないことを必要とする。界面活性剤で被覆した親水性膜は、低い非特異性結合特性を有する。しかし、疎水性膜を試験装置に用いて、従来法を閉鎖して、低い非特異性結合を与えることができる。ハンドリング性能、及び側生／垂直面吸上特性は、疎水性膜と同じである。分析手順の効率の良さは、迅速な濾過又は分離流体サンプルの移動に依存する。
硝酸セルロース、酢酸セルロース、及びこれらの混合物、並びに時々これらのポリマーブレンドからなる膜は、代表的にはそのような分析装置の多孔質膜層に用いられる。これらの膜材料は、機械的強度において不十分であり、しばしばハンドリング、貯蔵、及び特に自動化製造工程で亀裂を生じ易い。ナイロン材料は、その材料のポリアミド表面上に無数の活性サイトがあるため、著しく非特異性の結合を示す。
本発明の開放孔重合性膜は、硝酸セルロース、ナイロン、又は既述の装置の中の開放でない重合性膜と置換すると、装置が有する特殊な分析手順の効率及び正確さの双方を向上させることができる。従来の装置を、本発明の膜を有する使用に簡単に適用することができる。広範な応用のいくつかを挙げる。
垂直フィルター装置（vertical filter device）
分析装置のある種類は、膜の下方側、又は下にある反応サイトに濾液を導く多孔質膜を含んでいる。検体を検知するための発色剤を膜中に組込むことができ、濾液中の着色生成物は、以下のように視覚化される。例えば、ターミネロ（Terminello）の米国特許第4,774,192号を参照のこと。この開示内容は本明細書に参考として組み込まれるが、ここには、グルコース、尿素、アルファ−アミラーゼ、トリグリセリド、総コレステロール量、及びクリアチニンの化学試験系が記載され、並びに、酵素ラベル化した免疫複合体を含む試験細片イムノアッセイが開示されている。
このタイプの装置の他の例として、血液濾過及び計量装置に関するアレン（Allen）らの米国特許第4,987,085号、並びに検体−特異性試薬を含浸させて、膜の上部表面に適用した全血サンプルから溶解濾液を同時に分離し、検体の濃度を示す着色反応生成物を発生する多孔質膜を含むフィリップス（Phillips）らの米国特許第4,935,346号が挙げられる。この特許の開示内容は、本明細書中に参考として組込まれる。
本発明の膜は、物理的性質、化学的不活性、及び光学特性について、化学的性質系の機能を発揮するのに必要な、必要不可欠の特性を有する。
側生吸上装置
側生吸上装置は、膜のような、キャピラリー又は基質の吸上特性をベースとして動作する。例えば、抗体が共有結合する多孔質担体材料を有する免疫定量のための診断装置を開示するグラブ（Grubb）らの米国特許第4,168,146号を参照のこと。この開示内容は、本明細書に参考として組込まれる。
このような装置の効率は、抗体又は反応体を被覆した膜を通る、溶液のキャピラリー吸上速度に依存し、本発明の膜の適当な吸上げ速度、優れたハンドリング性、非特異性結合の減少したレベルによって、当業界で現在入手可能な装置より、正確な読取りを提供することができる。
膜吸収装置
一般に、カワイ（Kawai）らの米国特許第4,125,372号に吸収装置が開示されており、この開示内容は参考として本明細書に組込まれる。本発明の膜は、その高非対称性構造のため、先行技術に記載された多くの従来の好ましい吸収材料より、優れた多孔度又は気孔率を有する。ゆえに、本発明の膜は、そのような装置に置換するのが好適である。本発明の膜−修飾装置及び当業者に既知の好適な試薬を用いると、現在当業者で有り得るものより高度な感度で、さまざまな物質の存在を確認することができる。
他の装置
同じように、当業者によって評価されるように、複雑な血液試験装置及びさまざまな他のバイオセンサーを好適に変形して、本発明の膜を含めることができる。そのように変形した装置は、先行技術の装置、及びセンサーなどの現在の段階と（それより良くはないが）同じ程度で作動する。
濾過系
本発明の重合性膜は、全血から血漿を分離するために、連続層流系に用いた微小孔フィルターに置換するのがよい。このタイプの系は、ソロモン（Solomon）らの米国特許第4,212,742号に開示されており、本明細書に参考として組み込まれる。本発明の膜は、その大きな孔中に赤血球を保持する能力を有し、ゆえにそのような層流系の分離効率を高めるであろう。
同様に、本発明の膜を、さまざまな他の応用に用いることができる。本発明の大いに好ましい態様として、例えば、ビール及びワインから酵母菌を濾過するのに用いる膜が挙げられる。この膜の独特な構造面から、酵母細胞がこの孔中に収集される傾向にあるが、酵母菌は、ばらばらになることなく、実質的に無傷の形状で保持される。これにより、ビール及びワインのフレーバーのにがみが減少する。
このような応用において、本発明の膜は、従来の応用に詰め込んだり、用いたりすることができる。この点、本発明の膜は、メンテック・アメリカ（MEMTEC AMERICA CORPORATION）によって製造販売されるバラ−ファイン（登録商標VARA−FINE）フィルター・カートリッジ、バラ−ファイン（登録商標VARA−FINE）フィルター・カプセル、及びフィルトライト（登録商標FILTERITE）製品のような古典的非対称性膜によって現在役立つ応用に有用性を有する。そのような製品で、カートリッジ及び／又はカプセルは、選択された膜を支持ハウジングに入れることによって調製する。普通、評価されるように、膜にひだをつけて膜の有効表面積を増加させる。ハウジングは、代表的には、単純なポリマー材料（即ち、ポリプロピレン）、特殊ポリマー材料（即ち、PVDF）、又は金属（即ち、ステンレス鋼）のような不活性材料から製造され、例えば、たくさんの意図する使用法、溶媒、温度、及び濾液などのような環境暴露、並びに圧力などのフィルター集成装置の最終使用法に依存する。加熱シーリング又は適当な接着剤によって、普通入れられる。
上記の濾過系の代表的な応用は、化学、写真、食物、飲料、化粧品、磁気テープ、及び電気工業にある。そのような工業で、濾過系は、さまざまな工程及び状況で利用される。例えば、溶媒濾過、酸濾過、脱イオン水調製及び濾過、ビール及びワイン清澄化、並びに多数の他の使用法がある。一般に、本発明の膜は、不活性であるので、ほとんどいかなる応用にも用いることができる。膜は、極端な酸及び塩基条件下、並びに耐性がある消毒剤及び酸化剤にも耐え、熱的及び化学的に安定である。膜の極端な多用性及び安定性の事実から、電子工業廃棄流からフッ化水素酸と硫酸とのエッチング溶液を濾過するのに膜を成功裡に用いることができたことに注意するのは興味深い。極端な他の末端において、本発明の膜は、磁気テープ廃棄物及び供給流のような極端な有機暴露中で高精製濾過できる。
実施例
本発明の膜の目的、対象、利点は、以下の実施例、表、及び図を参照することにより、さらに明らかになるであろう。以下の実施例は、本発明のある好ましい態様を詳述するものであるが、それらは、いずれにしろ、本発明を例示するものであり、本発明を制限するものではない。
実施例１
標準ラシドロBTS−45（0.2μＭ）配合物を用いる、大きな孔を有する非対称性ポリスルホン膜の調製
直径が大きい表皮層表面孔を有する本発明の膜を、以下に記述するように調製した。一般に、泡立ち点が3.2kg/cm3（45psid）である高非対称性膜を調製するのに用いる標準ラシドロポリスルホン配合物から、膜を調製した。本発明の膜を調製するキャスティング技術は同じである。しかし、空気ギャップを増加させ、キャストの相対湿度をモニターした。配合物を以下に示す。
配合物：
ジメチルホルムアミド（DMF、溶媒）        73.72％
第３−アミルアルコール                   15.56％
ポリスルホン（アモコP3500（AMOCO P3500）） 10.75％
キャスティング・インデックス               .173
配合物を自動キャスティング機中でキャストした（従来の診断グレード）。以下の条件下で塗布ナイフを用いてポリエチレンで被覆した紙の上に配合物を塗布した。
キャスティング条件：
キャスティング・ドープ温度      105゜F（41℃）
急冷水の温度                    118゜F（47.7℃）
空気ギャップ                 ６インチ（15.24cm）
キャスティング速度           20ft/分（6.09m/分）
室温                             77゜F（25℃）
相対湿度                          59％
得られた膜を次に乾燥し、膜を回収した。回収した膜は次の特性を有した：
特性：
泡立ち点                     0.56kg/cm3（8psid）
水流量                            283cm/分kg/cm3
（19.9cm/分psid）
平均フロー孔径                           0.9μｍ
膜厚                                     121μｍ
破壊強度                                 454g/cm
伸び                                        27％
インデックスによって示した、キャスティング・ドープは安定していた。得られた膜は、均一で、欠陥のない表面外観を有した。膜厚、破壊強度、及び伸びは標準BTS−45生成物に典型的なものであった。しかし、典型的なBTS−45生成物と比較して、膜は、大きく向上した流量を有する、著しく低い泡立ち点を有した。この膜は本明細書中、サンプルＡという。
実施例２
多様な泡立ち点を有する本発明の膜の調製
実施例１にしたがって、さらに２つの膜を調製した。その空気ギャップをほんの少し減少させ、13.97cm（5.5インチ）及び12.7cm（５インチ）に各々下げて、異なる泡立ち点を有する膜を得た。空気ギャップが13.97cm（5.5インチ）で調製した膜は、泡立ち点0.77kg/cm3（11psid）（サンプルＢ）を有し、一方、空気ギャップが12.7cm（５インチ）で調製した膜は、泡立ち点1.1kg/cm3（16psid）（サンプルＣ）を有した。
泡立ち点が異なる以外、サンプルＢ及びサンプルＣの膜は、実施例１で調製したサンプルＡと同じ特性を有した。
実施例３
実施例１及び２で調製した膜の走査型電子顕微鏡
走査型電子顕微鏡写真を、実施例１及び２で合成した膜から調製した。一般に、膜の表皮層表面、キャスティング表面、及び横断面の顕微鏡写真を撮影した。サンプルをカットし、従来技術を用いて金でスパッタした。顕微鏡写真をポラロイドカメラを備えたJEOLモデル第5200号（JEOL Model No.5200）走査型電子顕微鏡で調製した。顕微鏡写真の結果を図１〜３に示す。
図1aは、サンプルＡ（泡立ち点が0.56kg/cm3（8psid）である）の膜の5,000×で撮った表皮層表面の顕微鏡写真を示す。図1bは同じ膜の1,500×で撮ったキャスト表面の顕微鏡写真であり、図1cは500×で撮った横断面の顕微鏡写真である。
図2aは、サンプルＢ（泡立ち点が0.56kg/cm3（8psid）である）の膜の5,000×で撮った表皮層表面の顕微鏡写真を示す。図2bは同じ膜の1,500×で撮ったキャスト表面の顕微鏡写真であり、図2cは500×で撮った横断面の顕微鏡写真である。
図3aは、サンプルＣ（泡立ち点が0.56kg/cm3（8psid）である）の膜の5,000×で撮った表皮層表面の顕微鏡写真を示す。図3bは同じ膜の1,500×で撮ったキャスト表面の顕微鏡写真であり、図3cは500×で撮った横断面の顕微鏡写真である。
見られるように、各々の横断面で、膜は、表皮層表面を含むそれ以下の区域に一般的な等方性領域を示す。この等方性領域は、膜厚の４分の１を越えて広がっているようであり、多分膜厚の３分の１と同じ程度である。等方性領域以下では、膜は非対称性領域を有する。
膜の非対称性の程度は、表面に孔径が観察することができる表面の顕微鏡写真を見ることによって、より明らかになる。サンプルＡについて、図1a及び1bから、平均孔径、表皮層表面で約３μｍであり、キャスト表面で20μｍである。サンプルＢについて、図2a及び2bから、平均孔径は、表皮層表面で約2.5μｍであり、キャスト表面で15μｍである。また、サンプルＣについて、図3a及び3bから、平均孔径は、表皮層表面で約２μｍであり、キャスト表面で12μｍである。各々のケースで、非対称性の程度は、約1:6である。しかし、非対称性の程度は、膜厚の最下の2/3〜3/4で生じることを思い出すと、非対称性が全膜厚にわたって広がっているのであれば、孔の比率がそれほど大きくないことがわかる。
実施例４
多様な泡立ち点を有するゼッフ−タイプ膜の調製
上記の配合物の他に、従来のゼッフ−タイプの膜を２つ調製した。この膜は、ゼッフ特許例２に従って、2.54cm（１インチ）以下の空気ギャップでもって調製した。得られた膜は、泡立ち点が各々1.8及び4.6kg/cm3（25及び65psid）であった。本明細書でこれらをサンプルＤ及びサンプルＥという。
膜のSEMから、古典的なゼッフ膜構造であることがわかった。図5a〜5cは、サンプルＥ膜（泡立ち点が4.6kg/cm3（65psid）である）の表皮層表面、キャスト表面、及び横断面を示すSEMである。図5a（サンプルＥ膜の表皮層表面顕微鏡写真である）において、平均で、孔は１μｍより明らかに小さく、平均直径0.3μｍである。図5cの横断面から、膜に完全な非対称性が見られる。孔径は、表皮層表面からキャスト表面にかけて徐々に増加する。キャスト表面の多孔度を図5bに示す。キャスト表面の孔の平均の大きさは、平均直径20μｍである。
実施例５
SEM分析に基づく孔径
上記で調製したさまざまな膜の孔径を、その大きさの質的決定を提供するために分析した。この分析の結果を以下の表に示す。
0003585175.tif 000002
実施例６
コールター・データ（COULTER DATA）
コールター（Coulter）多孔度分析モデルNo.0204を用いて、実施例のいくつかの膜の構造の特性を決定した。この結果を次の表を示す。
0003585175.tif 000003
実施例７
コールター・データと経験データとの比較
本発明の膜の顕著な構造的特徴又は現象は、コールター・データが、膜のSEMから経験的に決定した膜の実際の物理的構造とは著しく異なることにある。例えば、次の表で、コールターで決定した最小値、最大値、及び平均孔径を、膜のSEMから測定したものと比較する。
0003585175.tif 000004
コールター分析で観察されるように、膜は同じ孔径を有するようにみえる。しかし、経験的に膜は、お互いに非常に異なる表面構造を有する。さらに、コールター分析で見られる最大値及び最小値は、膜のSEM横断面でさえ、近づけない。また、開放孔構造の点で泡立ち点は、観測した又は実際の泡立ち点より低いようである。
実施例８
均一溶液からのポリスルホン膜の調製
ポリスルホン（アモコＰ−3500）９％、２−メトキシエタノール19％、及びジメチルホルムアミド72％の均一溶液の実験的キャスティングから、水中（45℃）で急冷する前に、湿気のある空気（温度22℃、相対湿度44％）に0.25秒暴露してキャストすると、泡立ち点が5.1kg/cm3（72psid）である膜を得た。同じ配合物から、22℃及び相対湿度60％で空気に４秒さらすと、泡立ち点が0.84kg/cm3（12psid）である膜を得た。湿度を高めるためにユニットの周囲にプラスチックテントを備える従来の診断グレードキャスティング装備を用いて、キャスティング手順を行った。
実施例９
実施例７で調製した本発明の膜の走査型電子顕微鏡
実施例７で調製した本発明の膜から走査型電子顕微鏡写真を調製した。上述のように、この膜は、泡立ち点が0.84kg/cm3（12psid）であった。SEMを実施例３にしたがって、作動させた。SEMの結果を図４に示す。評価されるように、膜は開放表皮層表面構造を有する（図4a）。また、キャスト表面孔構造は、非常に開放的であり、実質的に非対称性であることを示している（図4b）。横断面では、膜は、等方性領域及び非対称領域が存在する分散配合膜と同じである（図4c）。
実施例10
均一配合物からの本発明の他の膜の調製
いくつか異なる均一ポリマー溶液を調製し、実施例２で示した工程にしたがってシート膜にキャストした。湿気のある空気への暴露を、添付書類Ｉに記載するように変化させた。
実施例11
本発明の膜の生物学的使用法
I.  相転化配合物から調製した開放孔上の側生吸上げ：
ヒツジの全血60μｌを、実施例９に記載したように調製した開放孔BTS−４膜と同じようなBTS−25からBTS−65までのBTS範囲の非対称性膜の１×4cm片の開放無光沢側に塗布した。各々の膜の塗布の点から所定の距離に血漿の最前線が到達するのに要した時間の記録を採った。ウェッブの横方向（Ａ）とウェッブ縦方向（Ｄ）の双方を調査した。その結果を図６に示す。
A.側生吸上げ：ヒツジの全血60μｌを、実施例１の方法によって調製したBTS−８膜の１×4cm片に塗布した。血漿最前線は、40秒間に25mmの距離を進んだ。比較すると、密な孔膜上での側生吸上げの速度は、180秒間に25mmであった。
B.垂直分離：ヒツジの全血25μｌを、表面積1cm2を有するとして記載したような膜の無光沢側に塗布した。密な側に引いて、フィルター・ペーパーに吸収した血漿の重さは、およそ10mgであった。
C.タンパク質結合：ピアースBCA（Pierce BCA）タンパク質試験及びλ＝562nmで読み取った光学濃度にしたがって、次の酵素でタンパク質決定を行った。アッセイの感度は１μg/ml（1ug/ml）であり、膜のタンパク質は＜0.3mg/cm2で読み取ることができた。
1.  実施例１−４で示したように調製したフィルター材料の47mmディスクを通して、０−0.7kg/cm3（０−10psi）かつpH範囲が4.5−9.5で濾過すると、濃度100−500μg/mlの酸ホスホターゼは、膜に10％以下で吸着することがわかった。
2.  実施例１−４で示したように調製したフィルター材料の47mmディスクを通して、０−0.7kg/cm3（０−10psi）かつpH範囲が4.5−9.5で濾過すると、濃度100−500μg/mlのリンゴ酸脱水素酵素は、膜に10％以下で吸着することがわかった。
3.  実施例１−４で示したように調製したフィルター材料の47mmディスクを通して、０−0.7kg/cm3（０−10psi）かつpH範囲が4.5−9.5で濾過すると、濃度100−500μg/mlの乳酸脱水素酵素は、膜に10％以下で吸着することがわかった。
均等
本発明を、ある好ましい態様で、かつある特殊な実施例及び図面を参照することにより説明したが、本発明はそれらによって限定されるものではない。したがって、先述のものが如何に詳細に記載してあろうと、本発明の範囲は、添付した請求の範囲及びその均等物を参照することによってのみ解釈されるべきである。
0003585175.tif 000005
0003585175.tif 000006
【図１ａ】
0003585175.tif 000007
【図１ｂ】
0003585175.tif 000008
【図１ｃ】
0003585175.tif 000009
【図２ａ】
0003585175.tif 000010
【図２ｂ】
0003585175.tif 000011
【図２ｃ】
0003585175.tif 000012
【図３ａ】
0003585175.tif 000013
【図３ｂ】
0003585175.tif 000014
【図３ｃ】
0003585175.tif 000015
【図４ａ】
0003585175.tif 000016
【図４ｂ】
0003585175.tif 000017
【図４ｃ】
0003585175.tif 000018
【図５ａ】
0003585175.tif 000019
【図５ｂ】
0003585175.tif 000020
【図５ｃ】
0003585175.tif 000021
【図６】
0003585175.tif 000022
【図７】
0003585175.tif 000023