(57)【要約】      （修正有）【課題】大型化に伴う吸着能力の低下を効果的に抑制した中空糸膜モジュールを提供する。【解決手段】所定の官能基を有する中空糸膜２を具備し、この中空糸膜の両端又は片端の開口部を露出した状態となされている中空糸膜モジュール１２であって、中空糸膜の構造及び当該中空糸膜の中空部を流れる液の粘度から定義される下記パラメータＡが、１．５以下である中空糸膜モジュールを提供する。2011016116.tif 000013Ｌ：吸着機能を有する中空糸膜の有効膜長［ｍ］Ｄｏ：吸着機能を有する中空糸膜の断面外径［ｍ］Ｄｉ：吸着機能を有する中空糸膜の断面内径［ｍ］Ｋ：吸着機能を有する中空糸膜の単位膜面積当りのろ過透水速度［ｍ／Ｐａ・s］ρ：中空糸膜の中空部を流れる液の粘度[Ｐａ・s]【選択図】図１
2011016116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カチオン交換基、アニオン交換基、疎水性基、キレート型官能基、アフィニティー型官能基からなる群から選ばれる、いずれか一以上の官能基を有する中空糸膜を具備し、
当該中空糸膜は、両端又は片端の開口部を露出した状態となされている中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜の構造及び当該中空糸膜の中空部を流れる液の粘度から定義される下記パラメータＡが、１．５以下である中空糸膜モジュール。
【数１】
2011016116.tif 000012
（式（１）中の記号）
Ｌ  ：吸着機能を有する中空糸膜の有効膜長［ｍ］
Ｄｏ：吸着機能を有する中空糸膜の断面外径［ｍ］
Ｄｉ：吸着機能を有する中空糸膜の断面内径［ｍ］
Ｋ  ：吸着機能を有する中空糸膜の単位膜面積当りのろ過透水速度［ｍ／Ｐａ・s］
ρ  ：中空糸膜の中空部を流れる液の粘度[Ｐａ・s]
【請求項２】
前記パラメータＡが０．９以下である、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記パラメータＡが０．６以下である、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記パラメータＡが０．４以下である、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
前記パラメータＡが０．２以下である、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
前記パラメータＡが０．１以下である、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項７】
前記中空糸膜の有効膜長Ｌが５ｃｍ以上である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項８】
前記中空糸膜の有効膜長Ｌが１０ｃｍ以上である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項９】
前記中空糸膜の有効膜長Ｌが２０ｃｍ以上である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１０】
前記中空糸膜の有効膜長Ｌが５０ｃｍ以上である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１１】
前記中空糸膜の有効膜長Ｌが１００ｃｍを超える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１２】
前記中空糸膜の内径が０．８ｍｍ以上である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１３】
前記中空糸膜の内径が１．０ｍｍ以上である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１４】
前記中空糸膜の内径が１．５ｍｍ以上である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１５】
前記中空糸膜の内径が２．０ｍｍ以上である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１６】
前記中空糸膜が、
ポリオレフィンを基材とする多孔質膜の細孔表面上にグラフト鎖を有し、当該グラフト鎖に、カチオン交換基、アニオン交換基、疎水性基、キレート型官能基、アフィニティー型官能基からなる群から選ばれる、いずれか１つ以上の官能基が形成された構成を有している請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１７】
前記中空糸膜モジュールが、バイオテクノロジー分野における培養液又は発酵液からのタンパク質精製の用途で使用するものである請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液相に溶解している物質を分離する手段として、吸着法を適用した物質分離技術が、様々な分野において広く用いられている。
例えば、バイオテクノロジー、遺伝子工学、製薬工業、化学工業、飲料工業、食品工業、環境保護、及び資源リサイクル等の様々な分野において、吸着式物質分離技術が用いられている。
なお、吸着法を適用した物質分離技術における被吸着物質は、利用分野によって異なり、例えば、生体特有の分子、タンパク質、酵素、ウイルス、イオン性物質、金属イオン、貴金属イオン、重金属イオン等、多岐に亘る。
【０００３】
上記被吸着物質を工業的に効率よく分離するための吸着式物質分離装置として、一般的なものとして、カラムクロマトグラフィーが知られている。
カラムクロマトグラフィーは、選択的吸着性を有する多孔質樹脂をパッキングした構成を有している。
カラムクロマトグラフィーへの吸着は、液相に含有されている被吸着物質が、拡散により多孔質樹脂の細孔内に移動し、細孔表面に存在する官能基に接触し吸着するという拡散の原理に基づいている。
そのため、多孔質樹脂の比表面積が大きくなるとこれに対応して吸着量が顕著に増大するという利点があるが、吸着能力は拡散律速の影響を受けるため、処理速度を高めるほど吸着能力が低下するという欠点を有している。
【０００４】
一方、処理速度を高めても吸着能力が低下しない吸着式物質分離装置として、吸着膜を用いたものが知られている。
吸着膜とは、選択的な吸着性能を有するろ過膜のことを言い、精製工程の現場では吸着膜を所定の外筒に収納した構造の吸着膜モジュールが用いられている。
この吸着膜モジュールを構成する吸着膜においては、多孔質となっているろ過膜に作用するろ過差圧を駆動力にする細孔内の強制流が発生し、物質の運搬と吸着とは、共に強制流の原理に基づいてなされる。
そのため、吸着膜の比表面積は上述したカラムクロマトグラフィーに比べて小さく吸着量も少ないという欠点があるが、この反面、処理速度を高めても吸着能力が低下しないという利点がある。
【０００５】
上記吸着膜モジュールを構成する吸着膜の具体的な例として、タンパク質吸着膜が挙げられる。
これにおいては、タンパク質含有の水溶液を高流速で通液した場合においてもタンパク質の吸着がなされ、迅速な処理を行うためには有効であるが、タンパク質の吸着が膜表面でのみ行われるため、吸着量は比表面積に依存し、上記多孔質樹脂を用いたカラムクロマトグラフィーに比べて吸着量は著しく低くなる（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００６】
一方、多孔質膜へのタンパク質の吸着処理速度と吸着量との両立を図った技術の検討もなされており、官能基をグラフト鎖に固定し、このグラフト鎖を多孔質基材に固定した多孔質膜が開示されている（例えば、非特許文献１〜３参照。）。
このような多孔質膜においては、１本のグラフト鎖に多数の官能基が固定されているため、タンパク質が多孔質膜の細孔表面だけでなく細孔内に立体的、すなわち多層的に吸着し、上述したように細孔表面のみにおいて吸着が行われる場合に比して吸着量は大きく増大する。
【０００７】
近年、様々な分野において、吸着式物質分離装置の処理能力向上に対する要求が高まっている。
特に、抗体医薬品の精製工程においては、大量精製と高速度処理との両立を図る技術への期待の高まりから、吸着膜モジュールの大型化が強く望まれるようになっている。
従来実用化されている大型の吸着モジュールとしては、平膜スパイラルタイプの吸着膜モジュールや平膜プリーツタイプの吸着膜モジュールや、モノリスタイプの吸着体モジュールがあり、これらは既に精製現場で使用されている。
【０００８】
また、中空糸膜タイプの吸着膜については、膜に関する技術検討はなされているものの（例えば、非特許文献１〜４参照。）、中空糸膜タイプの大型吸着膜モジュールについては未だに実用化されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００３−５３２７４６号公報
【特許文献２】特表２００２−５３７１０６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Journal of Chromatography A, 689 (1995) 212-218
【非特許文献２】Biotechol. Prog. 1994, 10, 76-81
【非特許文献３】Biotechol. Prog. 1997, 13, 89-95
【非特許文献４】Journal of Chromatography A, 962 (2002) 13-27
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記非特許文献４では中空糸膜は形状的に吸着に不向きであるという否定的な概念が紹介されており、このことが当該業者間で一般に広く認識されている。
具体的には、中空糸膜の形状の液流パターンからは、局所的に吸着破過のタイミングが分散するため、膜全体を有効に使えず、吸着能力が低下することが非特許文献４において指摘されている。
すなわち、中空糸膜タイプの吸着膜モジュールは、ろ過有効膜長を長く取るほど吸着能力が低下してしまい、大型化が困難なのである。
【００１２】
そこで本発明においては、上述した従来技術の現状、及び中空糸膜タイプの吸着膜モジュールに関する問題点に鑑み、大型化に伴う吸着能力の低下を効果的に抑制した中空糸膜タイプの吸着膜モジュール（中空糸膜モジュール）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、鋭意研究の結果、吸着機能を有する中空糸膜の性能と形状とを好適に組合せるための関係式を見出し、かかる関係式から選択された中空糸膜の性能と形状との組み合わせからなるろ過膜モジュールを設計することにより、大型化に伴う性能低下が効果的に抑制できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、大型化に伴う吸着能力の低下が少ない中空糸膜モジュールに関する。
【００１４】
〔１〕カチオン交換基、アニオン交換基、疎水性基、キレート型官能基、アフィニティー型官能基からなる群から選ばれる、いずれか一以上の官能基を有する中空糸膜を具備し、当該中空糸膜は両端又は片端の開口部を露出した状態となされている中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜の構造及び当該中空糸膜の中空部を流れる液の粘度から定義される下記パラメータＡが１．５以下である中空糸膜モジュールを提供する。
【００１５】
【数１】
2011016116.tif 000003
【００１６】
（式（１）中の記号）
Ｌ  ：吸着機能を有する中空糸膜の有効膜長［ｍ］
Ｄｏ：吸着機能を有する中空糸膜の断面外径［ｍ］
Ｄｉ：吸着機能を有する中空糸膜の断面内径［ｍ］
Ｋ  ：吸着機能を有する中空糸膜の単位膜面積当りのろ過透水速度［ｍ／Ｐａ・s］
ρ  ：中空糸膜の中空部を流れる液の粘度[Ｐａ・s]
【００１７】
〔２〕前記パラメータＡが０．９以下である、前記〔１〕に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００１８】
〔３〕前記パラメータＡが０．６以下である、前記〔１〕に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００１９】
〔４〕前記パラメータＡが０．４以下である、前記〔１〕に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２０】
〔５〕前記パラメータＡが０．２以下である、前記〔１〕に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２１】
〔６〕前記パラメータＡが０．１以下である、前記〔１〕に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２２】
〔７〕前記中空糸膜の有効膜長Ｌが５ｃｍ以上である、前記〔１〕乃至〔６〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２３】
〔８〕前記中空糸膜の有効膜長Ｌが１０ｃｍ以上である、前記〔１〕乃至〔６〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２４】
〔９〕前記中空糸膜の有効膜長Ｌが２０ｃｍ以上である、前記〔１〕乃至〔６〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２５】
〔１０〕前記中空糸膜の有効膜長Ｌが５０ｃｍ以上である、前記〔１〕乃至〔６〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２６】
〔１１〕前記中空糸膜の有効膜長Ｌが１００ｃｍを超える、前記〔１〕乃至〔６〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２７】
〔１２〕前記中空糸膜の内径が０．８ｍｍ以上である、前記〔１〕乃至〔１１〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２８】
〔１３〕前記中空糸膜の内径が１．０ｍｍ以上である、前記〔１〕乃至〔１１〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００２９】
〔１４〕前記中空糸膜の内径が１．５ｍｍ以上である、前記〔１〕乃至〔１１〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００３０】
〔１５〕前記中空糸膜の内径が２．０ｍｍ以上である、前記〔１〕乃至〔１１〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００３１】
〔１６〕前記中空糸膜が、ポリオレフィンを基材とする多孔質膜の細孔表面上にグラフト鎖を有し、当該グラフト鎖に、カチオン交換基、アニオン交換基、疎水性基、キレート型官能基、アフィニティー型官能基からなる群から選ばれる、いずれか１つ以上の官能基が形成された構成を有している、前記〔１〕乃至〔１５〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００３２】
〔１７〕前記中空糸膜モジュールが、バイオテクノロジー分野における培養液又は発酵液からのタンパク質精製の用途で使用するものである、前記〔１〕乃至〔１６〕のいずれか一に記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、大型化に伴う吸着能力の低下が効果的に抑制された中空糸膜モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態における中空糸膜モジュールの一例の概略構成図を示す。
【図２】本実施形態における中空糸膜モジュールの第２の例の概略構成図を示す。
【図３】本実施形態における中空糸膜モジュールの第３の例の概略構成図を示す。
【図４】本実施形態における中空糸膜モジュールの第４の例の概略構成図を示す。
【図５】本実施形態における中空糸膜モジュールの第５の例の概略構成図を示す。
【図６】本実施形態における中空糸膜モジュールの第６の例の概略構成図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」と言う。）について、図を参照して説明する。
本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとし、さらに図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。
【００３６】
〔中空糸膜モジュール〕
本実施形態の中空糸膜モジュールは、図１〜図６に示すように、複数本の中空糸膜２の束を具備している。
中空糸膜２は、カチオン交換基、アニオン交換基、疎水性基、キレート型官能基、アフィニティー型官能基からなる群から選ばれる、いずれか一以上の官能基を有している。
中空糸膜２は、略筒形状を有しており、両端又は片端において開口部が露出し、中空部が開放された状態となっている。
本実施形態の中空糸膜モジュールは、吸着機能を有する中空糸膜の両端又は片端が、所定の封止樹脂により直接、あるいは所定の間接部材、固定治具を介して間接的に、外筒又は外部の配管接続材等に固定されている。
【００３７】
（第１の構成例）
図１に示す構成の中空糸膜モジュール１２は、中空糸膜２の両端が、所定の封止樹脂３により外筒１に直接固定されており、接着端面５において開口部が露出され、中空部が開放された状態となっている。
中空糸膜２の開口部は、固定治具１０を介して配管接続部材９と連結しており、外部配管（図示せず）に連通するようになされている。
【００３８】
（第２の構成例）
図２に示す構成の中空糸膜モジュール１２は、中空糸膜２の一の片端が所定の封止樹脂３により外筒１に直接固定されており、接着端面５において開口部が露出され、中空部が開放された状態となっている。中空糸膜２の開口部は、固定治具１０を介して配管接続部材９と連結しており、外部配管（図示せず）に連通するようになされている。
他の一の片端は、封止樹脂４により接着端面６が閉塞されており、外筒１とは固定されていない状態となっている。ここでこの接着端面６の中空糸束は封止樹脂４によって中空部が閉塞されている必要があるが、封止樹脂４によって束がまとまって固定された状態となっていてもよく、また中空糸一本一本がばらばらの状態であってもよい。
【００３９】
（第３の構成例）
図３に示す構成の中空糸膜モジュール１２は、中空糸膜２の一の片端が所定の封止樹脂３により外筒１に直接固定されており、接着端面５において開口部が露出され、中空部が開放された状態となっている。中空糸膜２の開口部は、固定治具１０を介して配管接続部材９と連結しており、外部配管（図示せず）に連通するようになされている。
他の一の片端においては、封止樹脂３により接着端面６が閉塞されており、外筒１に固定されており、かつ中空部は閉塞した状態となっている。
【００４０】
（第４の構成例）
図４に示す構成の中空糸膜モジュール１２は、中空糸膜２の一の片端が所定の封止樹脂３により外筒１に直接固定されており、接着端面５において開口部が露出され、中空部が開放された状態となっている。中空糸膜２の開口部は、固定治具１０を介して配管接続部材９と連結しており、外部配管（図示せず）に連通するようになされている。
中空糸膜２の他の片端は、所定の封止樹脂３により外筒１に直接固定されており、接着端面６が閉塞された状態になっている。
接着端面６においては、中空糸膜２の束を束ねている封止樹脂３を貫通するスリット７が設けられている。このスリット７を介して、中空糸膜モジュール１２の下部の導入口からも液を供給できるようになされている。
【００４１】
（第５の構成例）
図５に示す構成の中空糸膜モジュール１２においては、中空糸膜２が封止樹脂４により束ねられており、接着端面５において開口部が露出され、中空部が開放された状態となっている。封止樹脂４と外筒１とは固定されておらず、中空糸膜２は封止樹脂４により間接部材１１に固定されており、当該間接部材１１は前記外筒１から着脱自在に設けられている。
中空糸膜２の開口部は、固定治具１０を介して配管接続部材９と連結しており、外部配管（図示せず）に連通するようになされている。
他の一の片端においては、封止樹脂４により接着端面６が閉塞されている。なお外筒１とは固定されていない状態となっている。
【００４２】
（第６の構成例）
図６に示す構成の中空糸膜モジュール１２は、中空糸膜２が封止樹脂４により束ねられており、接着端面５において開口部が露出され、中空部が開放された状態で間接部材１１に固定されておる。当該間接部材１１は固定治具１０を介して接着端面５において外部配管（図示せず）と連通するようになされている。
他の一の片端においては、封止樹脂４により接着端面６は閉塞されている。なお、外筒は存在せず、液タンク８に直接中空糸膜２が浸漬されている。
接着端面６側においては、封止樹脂４を貫通するスリット７が設けられている。
このスリット７を通じ、図６中、中空糸膜モジュール１２の下部側からも液が供給されるようになされている。
【００４３】
本実施形態の中空糸膜モジュールにおいては、内圧ろ過方式と外圧ろ過方式のいずれの方式も選択できる。
上記いずれに方式でも吸着能力には差が無いが、ろ過差圧による膜の変形が懸念される場合には内圧ろ過方式を選択することが好ましい。
【００４４】
図１に示す構成の中空糸膜モジュールの利点は、内圧ろ過方式を選択した場合にはクロスフロー式の原液供給が可能であり、原液に膜面に堆積しやすい夾雑物や汚染物質が存在している場合には有利に機能する点である。
また、内圧ろ過方式時には両端供給を、外圧ろ過方式時には両端排出を行うことが可能であり、中空部を流れる液の管内圧損をより小さく保つ運転も可能であるという利点もある。
図５及び図６に示す構成の中空糸膜モジュールの利点は、外筒１又はタンク８と中空糸膜２との切り離しが可能である構造であることから、吸着ろ過膜の更新のためのコスト低減化を図ることができるという点である。
図４及び図６に示す構成の中空糸膜モジュールにおいては、封止樹脂３、４にスリット７が設けられており、外圧ろ過方式を用いる場合、スリット７を介して空気泡を下部から供給し、気泡の動きにより中空糸膜を振動させ、中空糸膜外表面に堆積する異物を、エアレーションにより掻き落とすのに便利である。このようなスリット構造は、図４及び図６に示す構造の中空糸膜モジュール以外にも採用可能である。
なお、図１〜図６に示す中空糸膜モジュールはそれぞれが具体的な構成例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
（外筒）
外筒１の材料としては、例えば、ポリスルホン、ポリカーボネート、塩化ビニル、ＡＢＳ、テフロンやＰＶＤＦを始めとするフッ素系樹脂等の樹脂類、あるいはＳＵＳ等の金属類、ガラス類等が挙げられ、使用用途やコストに応じて選択できる。
特に、使用用途により温度的負荷、薬品的負荷、使用圧力や振動等の物理的負荷が発生する場合は、それぞれの用途に適した素材を選定する。
【００４６】
（封止樹脂）
封止樹脂３、４としては、特に限定されるものではなく、従来から中空糸膜モジュールに用いられている封止樹脂として公知のものを使用できる。例えば、硬化性注入樹脂として、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコンゴムが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えばポリプロピレン等のサーモプラストが挙げられる。
なお、使用用途により温度的負荷、薬品的負荷、使用圧力や振動等の物理的負荷が発生する場合は、それぞれの用途に適した素材を選定する必要がある。
【００４７】
（中空糸膜）
中空糸膜モジュールを構成する中空糸膜２としては、吸着機能を有するものであれば、素材や吸着サイトの微細構造に関して、限定されるものではなく、公知のものを使用できる。
中空糸膜２の吸着機能を発現させる官能基としては、例えば、カチオン交換基、アニオン交換基、疎水性基、キレート型官能基、アフィニティー型官能基が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
【００４８】
中空糸膜２の素材としては、従来から一般的に中空糸膜に使用されている素材をいずれも使用できる。
なお、中空糸膜２に対し、化学的処理又は物理的処理を施すことにより、後から吸着サイトを加工する場合には、その加工条件による変質や分解の発生しない素材を選定する必要があり、また、必然的に加工可能な素材に限定される場合もある。
また、使用用途により温度的負荷、薬品的負荷、使用圧力や振動等の物理的負荷が発生する場合には、それぞれの用途に応じて、適切な素材を選択する。
【００４９】
中空糸膜２の吸着サイトの微細構造は、吸着機能を有していれば特に制限されるものではなく、例えば、基材となる中空糸膜２の表面に直接化学的結合をしていてもよいし、コーティングにより中空糸膜２の多孔質体に物理的に固定していてもよい。あるいは直鎖状の微細構造を形成してもよいし、架橋構造をとってもよい。
【００５０】
中空糸膜２の内径寸法、外径寸法、有効膜長、ろ過能力（単位膜面積当たりのろ過透水速度）は、中空糸膜２の中空部を流れる流体の管内圧力損失に大きく影響を及ぼす。この管内圧力損失は、可能な限り低減化を図ることが必要である。圧力損失は、中空糸膜２の長手方向に局所的なろ過透水速度の分布を発生させる要因となり、その結果、中空糸膜２の長手方向に吸着破過のタイミングの差を誘起することになるからである。すなわち、極端な例を挙げると、一方では吸着が始まった直後の局部が存在するのに対し、他方では既に吸着が終了した局部が存在する状態が発生する。すなわち、中空糸膜２の内径寸法や有効膜長等の組み合わせによっては、期待される吸着能力が十分に発揮されないおそれがある。
【００５１】
前記「吸着能力」について説明する。
吸着体が吸着する被吸着物質の量を「吸着量」と呼び、吸着量を吸着体の単位量当たりの値に換算した数値を「吸着容量」と呼ぶ。
吸着量は、重量や体積やモル数等、その特性を表すのに適した単位を用いることができるが、本明細書においては、重量で規定する。
また、吸着体の単位量についても、単位重量や単位体積や単位充填体積等、その特性を表すのに適した単位を用いることができるが、本明細書においては、単位膜体積で規定する。
本明細書では、中空糸膜の形状の場合の単位膜体積は円環断面体積で規定する。
円環断面体積とは、中空糸膜の外径をＤｏ、内径をＤｉ、吸着ろ過に寄与する有効膜長をＬで表したときに、Ｌ×｛（Ｄｏ／２）2−（Ｄｉ／２）2｝×πで定義できる値を指す。
すなわち、中空糸膜の吸着容量とは、吸着重量を円環断面体積で除した数値を指し、単位はｍｇ／ｍＬで表記する。
吸着能力を表す用語として、「静的吸着容量」（または「平衡吸着容量」）と「動的吸着容量」とがあり、当該業界では広く用いられている。
本明細書においては、特に記載がない限り、「吸着能力」とは「動的吸着容量」を指す。
「静的吸着容量」とは、吸着体に対して被吸着物質が飽和状態まで吸着した場合の吸着容量を指す。これに対して「動的吸着容量」とは、固定された吸着体に対して被吸着物質を含む流体を導入して排出させる際に、出口から被吸着物質が基準濃度で排出される時点までの吸着量を単位量当たりに換算した数値を指す。
この基準濃度を破過点と呼び、一般的に破過点としては導入時の被吸着物質濃度に対する排出時の被吸着物質濃度が５％〜２０％の範囲から選ぶが、本明細書においては、１０％濃度を破過点と定義した。
【００５２】
中空糸膜の長手方向に発生する吸着破過のタイミングの差は、中空糸膜モジュール全体の吸着能力を低下させるが、このような吸着能力の低下を抑制するためには、中空糸膜２の内径寸法、外径寸法、有効膜長、ろ過能力について、好適な組み合わせを選択することが必要である。
これらの組み合わせについて、近似則に基づく計算と数点の実験的データとの対比により、中空糸膜の寸法や性能の好適な組み合わせを、充分な精度で求めることができる。
すなわち、本実施形態により、候補となる中空糸膜の寸法や、中空部を流れる液性情の数値データを変数に取り、下記の式（１）に代入し、得られるパラメータＡから好適な中空糸膜２の内径寸法、外径寸法、有効膜長、ろ過能力の組み合わせを選定することができる。
また、パラメータＡから大型化に伴う吸着能力維持の度合いである吸着能力の有効利用度Ｒを、充分な精度で見積もることができる。
【００５３】
中空糸膜２の構造、すなわち断面内径寸法、断面外径寸法、有効膜長、ろ過透水速度、及び中空糸膜２の中空部を通過する処理液の粘度から定義されるパラメータＡの関係式（１）を、下記に示す。
【００５４】
【数２】
2011016116.tif 000004
【００５５】
（式（１）中の記号）
Ｌ  ：吸着機能を有する中空糸膜の有効膜長［ｍ］
Ｄｏ：吸着機能を有する中空糸膜の断面外径［ｍ］
Ｄｉ：吸着機能を有する中空糸膜の断面内径［ｍ］
Ｋ  ：吸着機能を有する中空糸膜の単位膜面積当りのろ過透水速度［ｍ／Ｐａ・s］
ρ  ：中空糸膜の中空部を流れる液の粘度[Ｐａ・s]
（定義）
中空糸膜２の内径寸法とは、中空糸膜２の長さ方向に対して垂直方向の断面の円の膜厚を除いた直径を言う。
中空糸膜２の外径寸法とは、中空糸膜２の長さ方向に対して垂直方向の断面の円の膜厚を含んだ直径を言う。
有効膜長とは、中空糸膜２において、ろ過に寄与する領域の膜の長さを言う。
【００５６】
また、下記式（２）に、上記パラメータＡと、中空糸膜２をモジュール構造にしたときの吸着能力の有効利用度Ｒとの関係式を示す。
吸着能力の有効利用度Ｒとは、基本能力（＝短い中空糸膜で測定される吸着性能）に対する、モジュール形態の中空糸膜で測定される吸着性能の比である。
ここで、「基本能力（＝短い中空糸膜で測定される吸着性能）」とは、「膜固有の動的吸着容量」を意味し、「モジュール形態での中空糸膜で測定される吸着性能」とは、「中空糸膜モジュール形態での動的吸着容量」を意味する。
すなわち、短い中空糸膜での基本能力がモジュール化された場合、どれくらい保持しているのかを表すものである。
Ｒは数値が高いほど好ましいが、１．０が上限となる。
【００５７】
【数３】
2011016116.tif 000005
【００５８】
Ｋ’: 吸着機能を有する中空糸膜モジュールの形態における単位膜面積当りのろ過透水量
［ｍ／Ｐａ・s］
Ｋ  ：吸着機能を有する中空糸膜の単位膜面積当りのろ過透水速度［ｍ／Ｐａ・s］
【００５９】
上記式（１）、式（２）は、いずれも中空糸膜モジュール１２内の流動状態に仮定をおくことで誘導できる。
具体的には、中空糸膜２の中空部の液流に、ハーゲン・ポアズイユ則が成立し、動圧は無視でき、膜面微小区間における膜間差圧と膜面線速との関係に線形関係が成立すると仮定する。また、局所的な吸着状態は局所的なろ過状態で決まることから、ハーゲン・ポアズイユ則から導出される局所的なろ過状態を全体的なろ過状態に関係付ける関係式を利用することにより、上記式（１）、式（２）を誘導できる。
【００６０】
下記表１に、上記式（１）、式（２）の具体的な計算例を示す。
なお、これらの中空糸膜の寸法、透水速度、粘度の数値は、本発明を限定するものではない。
【００６１】
【表１】
2011016116.tif 000006
【００６２】
【表２】
2011016116.tif 000007
【００６３】
上述したように、本実施形態の中空糸膜モジュールにおいては、中空糸膜の有効膜長の増大に伴う吸着能力の低下の不利益を極力低減化させるように、中空糸膜の選定を行う。
実用的には、中空糸膜２をモジュール構造にしたときの吸着能力の有効利用度Ｒが、０．６０以上の範囲になるように、中空糸膜を選定することが好ましい。より好ましくは、Ｒ≧０．８０の範囲であり、さらに好ましくはＲ≧０．９０の範囲である。さらにより好ましくは、１．００≧Ｒ≧０．９５の範囲である。
【００６４】
また、吸着能力の有効利用度Ｒに対応するパラメータＡは、上記表２に示すとおりであり、中空糸膜の有効膜長の増大化を図るためには、Ａ≦１．５が好ましく、Ａ≦０．９がより好ましく、Ａ≦０．６がさらに好ましく、Ａ≦０．４がさらにより好ましく、Ａ≦０．２が特に好ましく、Ａ≦０．１が最も好ましい。
【００６５】
中空糸膜の有効膜長は、ラボレベルの使用に適しているため５ｃｍ以上１０ｃｍ未満が好ましく、ラボレベルから小中大規模へのスケールアップにおける確認精度が高いため１０ｃｍ以上２０ｃｍ未満が好ましく、小〜中規模の精製現場の使用に適しているため２０ｃｍ以上５０ｃｍ未満が好ましく、大規模の精製現場の使用に適しておりかつ、ハンドリング性に優れるため５０ｃｍ以上１００ｃｍ以下が好ましく、大規模の精製現場の使用に適しておりかつ、大容量の処理ができるため１００ｃｍを超え２５０ｃｍ未満が好ましい。
ここで、中空糸膜の有効膜長とは、モジュール内に設置された中空糸膜１本当たりの平均長であり、かつろ過に寄与する部分の長さであり、モジュールの全長をさすものではない。
【００６６】
中空糸膜の中空部を流れる液の粘度については、適用分野によって適切な粘度値を採用する。
しかしながら、例えば、抗体医薬品等の医薬分野や、飲料水の分野における精製前原液等、原液粘度と水の粘度とで大きな違いが無い場合においては、純水の粘度を採用し、これを計算に用いて、中空糸膜を選択しても大きな誤差にはならない。
【００６７】
中空糸膜の外径と内径との比率については、中空糸膜素材の強度面と、ろ過透水速度のバランスとを適宜考慮することが好ましい。
例えば、中空糸膜の外径／内径の比は１．３〜１０．０間で選択することが好ましい。
中空糸膜の外径／内径の比が小さい場合、ろ過圧力の負荷に耐え切れずに、破裂又は潰れを招来するおそれがある。
逆に、中空糸膜の外径／内径の比が大きすぎる場合には、ろ過透水速度が低下するおそれがある。
上述したことから、中空糸膜の外径／内径の比は、１．３〜１０．０が好ましく、１．３〜３．０がより好ましく、１．５〜２．０がさらに好ましい。
【００６８】
中空糸膜の内径については、所望のＡの値に従い、任意に選択できる。
また、中空糸膜の内径は、他の因子と比較して、最もＡの値の大小に影響を及ぼす因子であるため、設計に際しては特に重要である。
内径が小さい場合にはＡ値が大きくなるため、吸着能力の有効利用度Ｒが低下し、不利に働く。
また、中空糸膜の内径が３０ｍｍより大きい場合は、Ａ値が小さくなり、式（２）に示す吸着能力の有効利用度Ｒが１．００に近づく利点があるが、例えば中空糸膜の外径／内径の比を一定に保った場合では、中空糸膜モジュール内の中空糸膜の本数が減る点と必然的に中空糸膜の肉厚が増大するという観点から、中空糸膜モジュール全体を透過する水量は減少する場合があり、総合的な性能は低下するおそれがある。このような観点から中空糸膜の内径は３０ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下がより好ましく、７ｍｍ以下が更に好ましく、５ｍｍ以下が特に好ましい。
中空糸膜モジュールの使用用途によっては、被吸着物質が、懸濁物や沈殿物や粘稠性物質と混在している事例も考えられる。
特に、バイオテクノロジー分野において、例えば、抗体や酵素等の有用タンパク質を目的生産物とする動物細胞培養や菌体発酵を行う際には、有用タンパク質に加えて動物細胞や菌体の生産物や代謝物や死骸等が混在する懸濁物や粘稠性物質を含む液となっている（特に菌体発酵の場合は発酵ブロスと呼ぶ。）。
上述したような懸濁物や粘稠性物質を含む液を内圧方式でろ過する際に、中空糸膜の内径が小さすぎると、中空糸膜モジュールの接着部の開放した端面の開口部に、これら懸濁物が堆積し、中空部を閉塞してしまうため、充分に膜部分にろ過原液が供給できなくなる場合がある。このような不都合を回避するためには、中空糸膜の内径が０．８ｍｍ以上であることが好ましく、１．０ｍｍ以上であることがより好ましく、１．５ｍｍ以上であると更に好ましく、２．０ｍｍ以上であると更により好ましい。
【００６９】
吸着機能を有する中空糸膜の単位膜面積当りのろ過透水速度Ｋ［ｍ／Ｐａ・s］については、任意の範囲から選択できる。
ろ過透水速度Ｋは、中空糸膜モジュール全体の透水性能と吸着能力の両者に影響を与えるので、両者のバランスを考慮して選定することが好ましい。
例えば、ろ過透水速度Ｋが小さい場合は、前記式（１）のパラメータＡ値が小さくなるため、式（２）に示す吸着能力の有効利用度Ｒは向上する（１．００に近づく）が、一方で、中空糸膜モジュール全体の透水性能は低下する。
そこで、中空糸膜モジュールの総合的な性能の向上を図る、すなわち中空糸膜モジュールの透水性能（ろ過透水速度）と中空糸膜モジュールの吸着性能とのバランスを良好なものとするためには、中空糸膜モジュール全体のろ過性能を向上させる目的で、ろ過透水速度Ｋを大きい値に選択し、中空糸膜モジュール全体の吸着能力を向上させる目的で、前記式（１）のパラメータＡ値を小さくする有効膜長Ｌと膜内径Ｄとの組合せを選択することが好ましい。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明の具体的な実施例及び比較例について説明する。
本発明は、下記の実施例等に限定されるものではない。
【００７１】
［製造例１］基材となる中空糸多孔質膜の製造
微粉ケイ酸（アエロジルＲ９７２グレード）２７．２質量部、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）５４．３質量部、ポリエチレン樹脂粉末（旭化成サンファインＳＨ−８００グレード）１８．５質量部を、予備混合し、その後、２軸押出し機内で中空糸状に押し出した。
次に、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）及び微粉ケイ酸を、それぞれ塩化メチレン及び引き続きＮａＯＨ水溶液中に浸漬して抽出した後、水洗、乾燥処理を施し、ポリエチレン製の中空糸多孔膜を得た。
【００７２】
［製造例２］吸着機能を有する中空糸多孔膜の製造
前記［製造例１］により製造したポリエチレン製中空糸多孔膜を密閉容器に入れて、当該密閉容器内の空気を窒素で置換した。
その後、密閉容器の外側からドライアイスを用いて冷却しながら、γ線２００ｋＧｙを照射し、ラジカルを発生させ、ラジカルを有するポリエチレン製中空糸多孔膜を得た。
上記のようにして得られたラジカルを有するポリエチレン製中空糸多孔膜を反応容器に入れて、２００Ｐａ以下に減圧することにより、反応容器内の酸素を除いた状態とした。
一方、４０℃に調整したグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）３体積部と、メタノール９７体積部よりなる反応液を窒素でバブリングして、当該反応液内の酸素を取り除いた状態とした。
上記ポリエチレン製中空糸多孔膜を入れた酸素を除いた反応容器に、上記酸素を取り除いた反応液を注入した。その後、後述する実施例及び比較例において記載されている時間に従い、密閉静置状態を維持し、反応温度４０℃でグラフト重合反応をポリエチレン製中空糸多孔膜に施した。
その後、メタノールで十分に洗浄し、乾燥することにより、ＧＭＡグラフト中空糸膜を得た。
その後、後述する実施例及び比較例において記載されている方法により、ＧＭＡグラフト中空糸膜のＧＭＡグラフト鎖のエポキシ基に対して試薬を作用させることにより、吸着機能を有する官能基に転化した。これにより、官能基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜を得た。
【００７３】
［製造例３］グラフト率の定義
上記［製造例２］で製造した官能基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜におけるグラフト率は、下記式（３）により表される。
【００７４】
【数４】
2011016116.tif 000008
【００７５】
Ｗ0：基材膜の重量［ｇ］
Ｗ1：グラフト重合後のＧＭＡグラフト中空糸膜の重量［ｇ］
【００７６】
［製造例４］官能基転化率の定義
上記（２）で製造した官能基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜における官能基転化率は、下記式（４）により表される。
【００７７】
【数５】
2011016116.tif 000009
【００７８】
Ｗ2：官能基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜の重量［ｇ］
Ｍ1： ＧＭＡの分子量（１４２．１５）
Ｍ2： 吸着機能を有する官能基の分子量
【００７９】
［評価方法例１］中空糸膜の測定装置を用いた測定
上記［製造例２］で製造した官能基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜が、有効膜長７ｃｍとなるように、当該官能基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜の両端を、配管に接続し、その片端を、圧力計を介してチューブポンプに接続し、反対の片端にコックを接続し、中空糸膜の測定装置とした。
この中空糸膜の測定装置を用いて、ろ過透水速度と、吸着性能の測定を行った。
【００８０】
［評価方法例２］中空糸膜のろ過透水量の測定
上記［評価方法例１］に示した中空糸膜の測定装置に取り付けた、有効膜長７ｃｍの中空糸膜に対して、２０℃の液温にてトリス塩酸緩衝液を片端より一定流量で供給し、反対の片端から中空糸膜の中空部の残留空気を排出した後に、反対の片端のコックを閉じ、一定流速での内圧方式の全量ろ過を行った。
圧力計が安定したところでろ過流速とろ過圧力とを記録した。
ここで、トリス塩酸緩衝液としては、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンを純水に溶解し、塩酸でｐＨ調整し、２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８）に調製したものを使用した。
中空糸膜の内径寸法及び有効膜長から中空糸膜の内表面積Ｓ［ｍ2］を算出し、ろ過流速Ｖ［ｍ3／ｓ］を導出し、ろ過圧力Ｐ［Ｐａ］を導出し、これらの値から、下記数式を用いて吸着機能を有する中空糸ろ過膜のろ過透水速度（Ｋ）を求めた。
【００８１】
【数６】
2011016116.tif 000010
【００８２】
［評価方法例３］中空糸膜の吸着能力の測定
前記［評価方法例２］の操作を行った後の、有効膜長７ｃｍの中空糸膜に対して、引き続き被吸着物質として、指標タンパク質を用いて吸着能力の測定を行った。
被吸着物質として精製されたタンパク質の市販品を用いることは、バイオテクノロジーの精製装置の性能表示を行う際に一般に用いられている。
モデル物質としては、精製装置の性能を示すために最も適したタンパク質を用いることが好ましいが、一般に用いられるタンパク質としては、ＢＳＡ（牛血清アルブミン）やリゾチームがある。これら指標タンパク質としてＢＳＡはＳＩＧＭＡ社製Ａ７９０６−１００Ｇを、リゾチームはＳＩＧＭＡ社製Ｌ６８７６−１０Ｇを用いて次の測定を行い、下記のように吸着能力を定義した。
すなわち、これらの指標タンパク質をトリス塩酸緩衝液に溶解して１ｇ／Ｌの濃度に調製し、上記［評価方法例２］の操作を行った後の有効膜長７ｃｍの
中空糸膜に対して温度２０℃として供給し、一定流速にてろ過を続けた。
ろ過液側へのタンパク質の漏洩動向を、波長２８０ｎｍにおける吸光度で追跡し、ろ過液の吸光度が指標タンパク水溶液の吸光度の１０％になる時点のろ液量［ｍＬ］を確認した。
このろ液量を１ｇ／Ｌの関係からタンパク質の重量に換算することで、吸光度の１０％になる時点のタンパク質吸着量［ｍｇ］を導出した。
このタンパク質吸着量［ｍｇ］を、ろ過に用いた中空糸膜の円環膜体積［ｍＬ］で割ることによって、単位膜体積当たりのタンパク質吸着量［ｍｇ／ｍＬ］を算出した。
このろ過液が１０％吸光度になる時点での単位膜体積当たりのタンパク質吸着量を、「膜固有の動的吸着容量」と定義した。バイオテクノロジーの精製の分野等では、「動的吸着容量」は一般的に用いられる用語である。
なお、円環体積＝円環断面積×有効膜長＝｛（Ｄｉ／２）2−（Ｄｏ／２）2｝×π×Ｌである。
【００８３】
［評価方法例４］中空糸膜モジュールの吸着能力の測定装置
中空糸膜モジュールの吸着能力を、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）システムを用いて測定した。
ＨＰＬＣとしては、後述する実施例７においては、株式会社ワイエムシィの中圧クロマト装置「ＢＰ−５０００Ｓ−Ｌ」を使用した。その他の実施例及び比較例においては、ＧＥヘルスケア  バイオサイエンス株式会社の「ＡＫＴＡｅｘｐｌｏｒｅｒ１００」を使用した。
【００８４】
［評価方法例５］中空糸膜モジュールの吸着能力の測定
前記［評価方法例４］に記載したＨＰＬＣからの供給配管と、図２の形状に加工した中空糸膜モジュールを構成する中空糸膜の開口部側の端部（図２中、下側の端部）とを接続し、トリス塩酸緩衝液を供給することにより、中空糸膜の中空部の残留空気を他方の端部（図２中、上側の端部）から排出した。
その後、他方の端部（図２中、上側の端部）を閉鎖して内圧ろ過方式の全ろ過ができる状態にした。
再びトリス塩酸緩衝液を下側の端部より中空部側に供給し、中空糸膜モジュール内の中空糸膜外側の残留空気を排出した後、ＨＰＬＣの引込配管と、中空糸膜外表面側から中空糸膜モジュールの外へと連通するノズルとを接続した。
引き続きトリス塩酸緩衝液を一定流速で供給し、内圧ろ過式の全ろ過操作を行うことで、ＨＰＬＣと中空糸膜モジュールのセットアップを行った。
トリス塩酸緩衝液に１ｇ／Ｌの濃度になるように調製した指標タンパク質水溶液（上記ＢＳＡ又はリゾチーム）を、中空糸膜モジュールに対して、温度２０℃として供給し、一定流速にて内圧式の全ろ過操作を続けた。
なお、供給流速は、前記［評価方法例３］での測定と本測定との単位膜面積当たりのろ過透水量負荷を整合させるために、有効膜面積比例の流速に設定した。
ろ過液側へのタンパク質の漏洩動向を、波長２８０ｎｍにおける吸光度で追跡し、ろ過液の吸光度が指標タンパク水溶液の吸光度の１０％になる時点のろ液量［ｍＬ］を確認した。
このろ液量［ｍＬ］を１ｇ／Ｌの関係からタンパク質の重量［ｍｇ］に換算することで、吸光度の１０％になる時点のタンパク質吸着量［ｍｇ］を導出した。
このタンパク質吸着量［ｍｇ］を、測定した中空糸膜モジュールを構成する全中空糸膜の総円環膜体積［ｍＬ］で割ることによって、単位膜体積当たりのタンパク質吸着量［ｍｇ／ｍＬ］に換算した。
このろ液の吸光度が１０％時点での単位膜体積当たりのタンパク質吸着量は、「中空糸膜モジュール形態での動的吸着容量」と定義した。
【００８５】
［実施例１］
上記［製造例１］の方法に従い、内径２．０ｍｍ、外径３．１ｍｍのポリエチレン製中空糸多孔膜を得た。
グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）３体積部とイソプロピルアルコール９７体積部とからなる反応液を使用し、その他の条件は、上記［製造例２］と同様の方法により、酸素を取り除いたポリエチレン製の中空糸多孔膜４質量部に対し、酸素を取り除いた反応液を９６質量部注入し、４０分間の反応時間を保持することにより、ＧＭＡグラフト中空糸膜を、グラフト率３７．３％で得た。
その後、ジエチルアミン５０体積部と純水５０体積部とからなる反応液を、上記ＧＭＡグラフト中空糸膜に、３０℃で２１時間作用させた。これにより、ジエチルアミノ基（Ｍ2＝７３．１４）を官能基転化率９２％で有する、内径２．２２ｍｍ、外径３．６１ｍｍであるジエチルアミノ基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）を得た。
【００８６】
上記［評価方法例２］に記載の方法にて、ろ過流速を２．０ｍＬ／ｍｉｎに設定することで、前記ジエチルアミノ基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）のろ過透水速度の測定及び評価を行った。
上記［評価方法例２］の数式により、前記ジエチルアミノ基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の単位膜面積当りのろ過透水速度を算出すると、１．４５×１０-9ｍ／Ｐａ・ｓであった。
引き続き、［評価方法例３］に記載の方法にて、ろ過流速を２．０ｍＬ／ｍｉｎに設定することで、吸着能力の評価を行った。
ろ過液の吸光度がＢＳＡ水溶液の吸光度の１０％に到達するまでに２５．５ｍＬを要したことから、前記ジエチルアミノ基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の膜固有の動的吸着容量は、ＢＳＡの吸着量で５７．３ｍｇ／ｍＬと算出された。
【００８７】
［実施例２］
上記［製造例１］に示した方法に従い、内径１．９ｍｍ、外径３．２ｍｍのポリエチレン製中空糸多孔膜を得た。
上記［製造例２］に示した方法により、酸素を取り除いたポリエチレン製中空糸多孔膜８質量部に対し、酸素を取り除いた反応液９２質量部を注入し、３０分間の反応時間を保持し、ＧＭＡグラフト中空糸膜を、グラフト率４４．７％で得た。
その後、ＮａＯＨを用いてｐＨ１２に調製した０．５Ｍのトリメチルアンモニウムクロリド水溶液を反応液として、前記ＧＭＡグラフト中空糸膜に６０℃で３０分間作用させた。
これにより、トリメチルアンモニウム・Ｃｌ基（Ｍ2＝９５．５７）を官能基転化率９９．９％で有する、内径２．３４ｍｍ、外径３．７７ｍｍである、トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）を得た。
【００８８】
上記［評価方法例２］に記載の方法により、ろ過流速を２．０ｍＬ／ｍｉｎに設定することで、前記トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の、ろ過透水速度の測定及び評価を行った。
上記［評価方法例２］の式（５）により、前記トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）のろ過透水速度を算出したところ、４．４０×１０-9ｍ／Ｐａ・ｓであった。
引き続き、［評価方法例３］に記載の方法にて、ろ過流速を２．０ｍＬ／ｍｉｎに設定することで、吸着能力の評価を行った。
ろ過液の吸光度がＢＳＡ水溶液の吸光度の１０％に到達するまでに３０．２ｍＬを要した。前記トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の膜固有の動的吸着容量は、ＢＳＡの吸着量で６２．９ｍｇ／ｍＬと算出された。
【００８９】
［実施例３］
上記［製造例１］に示した方法に従い、内径１．０ｍｍ、外径１．６ｍｍのポリエチレン製中空糸多孔膜を得た。
上記［製造例２］に示した方法に従い、酸素を取り除いたポリエチレン製中空糸多孔膜７質量部に対し、酸素を取り除いた反応液を９３質量部注入し、３０分間の反応時間を保持し、ＧＭＡグラフト中空糸膜を、グラフト率４７．５％で得た。
その後、ＮａＯＨを用いてｐＨ１２に調整した０．５Ｍのトリメチルアンモニウムクロリド水溶液を反応液として、前記ＧＭＡグラフト中空糸膜に６０℃で３０分間作用させることで、トリメチルアンモニウム・Ｃｌ基（Ｍ2＝９５．５７）を官能基転化率９９．２％で有する、内径１．２５ｍｍ、外径２．０２ｍｍである
トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）を得た。
【００９０】
上記［評価方法例２］に記載の方法に従い、ろ過流速を０．４５ｍＬ／ｍｉｎに設定して、前記トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の、ろ過透水速度の測定及び評価を行った。
上記［評価方法例２］の数式により前記トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）のろ過透水速度を算出したところ、７．２１×１０-9ｍ／Ｐａ・ｓであった。
引き続き、［評価方法例３］に記載の方法に従い、ろ過流速を０．４５ｍＬ／ｍｉｎに設定して、吸着能力の評価を行った。ろ過液の吸光度がＢＳＡ水溶液の吸光度の１０％に到達するまでに８．４ｍＬを要した。これにより、前記トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の膜固有の動的吸着容量は、ＢＳＡの吸着量で６０．７ｍｇ／ｍＬと算出された。
【００９１】
［実施例４］
上記［製造例１］に記載の方法に従い、内径０．９ｍｍ、外径１．４５ｍｍのポリエチレン製中空糸多孔膜を得た。
上記［製造例２］に記載の方法に従い、酸素を取り除いたポリエチレン製中空糸多孔膜７質量部に対し、酸素を取り除いた反応液を９３質量部注入し、３０分間の反応時間を保持することで、ＧＭＡグラフト中空糸膜を、グラフト率４５．７％で得た。
その後、ＮａＯＨを用いてｐＨ１２に調製した０．５Ｍのトリメチルアンモニウムクロリド水溶液を反応液として、ＧＭＡグラフト中空糸膜に６０℃で３０分間作用させることで、トリメチルアンモニウム・Ｃｌ基（Ｍ2＝９５．５７）を官能基転化率９８．２％で有する、内径１．１１ｍｍ、外径１．７７ｍｍであるトリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）を得た。
【００９２】
上記［評価方法例２］の方法にて、ろ過流速を０．３５ｍＬ／ｍｉｎに設定することで、前記トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の、ろ過透水速度の測定及び評価を行った。
上記［評価方法例２］の数式により前記トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）のろ過透水速度を算出したところ、７．２１×１０-9ｍ／Ｐａ・ｓであった。
引き続き、［評価方法例３］の方法にて、ろ過流速を０．３５ｍＬ／ｍｉｎに設定することで、吸着能力の評価を行った。
ろ過液の吸光度がＢＳＡ水溶液の吸光度の１０％に到達するまでに６．４ｍＬを要した。これにより、前記トリメチルアンモニウム基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の膜固有の動的吸着容量は、ＢＳＡの吸着量で６１．３ｍｇ／ｍＬと算出された。
【００９３】
［実施例５］
上記［製造例１］に記載の方法に従い、内径１．９ｍｍ、外径３．１ｍｍのポリエチレン製中空糸多孔膜を得た。
上記［製造例２］に記載の方法に従い、酸素を取り除いたポリエチレン製中空糸多孔膜８質量部に対し酸素を取り除いた反応液を９２質量部注入し、１５分間の反応時間を保持することで、ＧＭＡグラフト中空糸膜を、グラフト率２１．０％で得た。
その後、亜硫酸ナトリウム１０質量部とイソプロピルアルコール１５質量部と純水７５質量部との混合液を反応液として、ＧＭＡグラフト中空糸膜に８０℃で１０分間作用させることにより、スルホン酸・Ｎａ基（Ｍ2＝１０３．０５）を、官能基転化率が３．９％にて導入し、その後、残りのＧＭＡグラフト鎖中のエポキシ基をジオール化するために、０．５Ｍ硫酸水溶液を反応液として８０℃で３時間作用させることで、最終的に、内径２．１８ｍｍ、外径３．５４ｍｍである官能基転化率が３．９％であるスルホン酸基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのカチオン交換型吸着膜）を得た。
【００９４】
上記［評価方法例２］に記載の方法に従い、ろ過流速を０．３５ｍＬ／ｍｉｎに設定して、前記スルホン酸基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのカチオン交換型吸着膜）の、ろ過透水速度の測定及び評価を行った。
上記［評価方法例２］の数式により前記スルホン酸基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）のろ過透水速度を算出したところ、６．４５×１０-9ｍ／Ｐａ・ｓ
引き続き、［評価方法例３］に記載の方法に従い、ろ過流速を０．３５ｍＬ／ｍｉｎに設定して、吸着能力の評価を行った。
ろ過液の吸光度がリゾチーム水溶液の吸光度の１０％に到達するまでに６．３ｍＬを要した。これより前記スルホン酸基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのカチオン交換型吸着膜）の膜固有の動的吸着容量は、リゾチームの吸着量で１４．７ｍｇ／ｍＬと算出された。
【００９５】
［実施例６］
内径１ｃｍの外筒に、中空糸膜を１本入れた中空糸膜モジュールを作製した。
上述した実施例１において作製した中空糸膜を用い、モジュールの有効膜長が、３ｃｍ、７ｃｍ、２１ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍの中空糸膜モジュールを作製した。
上述した実施例２において作製した中空糸膜を用い、モジュールの有効膜長が１００ｃｍの中空糸膜モジュールを作製した。
上述した実施例３において作製した中空糸膜を用い、モジュールの有効膜長１００ｃｍの中空糸膜モジュールを作製した。
上述した実施例４において作製した中空糸膜を用い、モジュールの有効膜長９０ｃｍの中空糸膜モジュールを作製した。
上述した実施例５において作製した中空糸膜を用い、モジュールの有効膜長１００ｃｍの中空糸膜モジュールを作製した。
【００９６】
上記［評価方法例５］に記載の方法に従い、ＨＰＬＣシステムとして、ＧＥヘルスケア  バイオサイエンス株式会社の「ＡＫＴＡ  ｅｘｐｌｏｒｅｒ  １００」を使用して、それぞれの吸着能力を評価した。
なお、実施例１〜４の中空糸膜を用いた中空糸膜モジュールにおいては、ＢＳＡ水溶液（１ｇ／Ｌ）を使用した。
実施例５の中空糸膜を用いた中空糸膜モジュールにおいては、リゾチーム水溶液（１ｇ／Ｌ）を使用した。
下記表３に、上記〔評価方法例５〕に記載の方法に従い、測定した中空糸膜モジュール形態における動的吸着容量の実測値と、上記式（１）、（２）から得られる中空糸膜モジュール形態における動的吸着容量の算出値を示した。
これらのケースは、いずれもパラメータＡが１．５以下であり、吸着能力の有効利用度Ｒがいずれも０．６以上となった。
なお、（中空糸膜モジュール形態における動的吸着容量の算出値）＝Ｒ×（膜固有の動的吸着容量）である。
【００９７】
［比較例１］
内径１ｃｍの外筒に、中空糸膜を１本入れた中空糸膜モジュールを作製した。
上述した実施例４において作製した中空糸膜を用い、モジュールの有効膜長１００ｃｍの中空糸膜モジュールを作製した。
上記［評価方法例５］の方法に従い、ＨＰＬＣシステムとして、ＡＫＴＡ  ｅｘｐｌｏｒｅｒ  １００を使用し、被吸着物質としてＢＳＡの水溶液（１ｇ／Ｌ）を用いて、吸着能力を評価した。
下記表３に、上記〔評価方法例５〕に記載の方法に従い、測定した中空糸膜モジュール形態における動的吸着容量の実測値と、上記式（１）、（２）から得られる中空糸膜モジュール形態における動的吸着容量の算出値を示した。
このケースでは、パラメータＡが１．５を超え、吸着能力の有効利用度Ｒが０．６未満となった。
【００９８】
【表３】
2011016116.tif 000011
【００９９】
表３に示すように、モジュールの有効膜長が３〜１００ｃｍの中空糸膜モジュール（Ｒ≧０．６）を用いて実施例６において測定した「動的吸着容量(実測値)」を、それぞれに用いた中空糸膜（実施例１〜５）にて測定した「動的吸着容量」と比較することにより、中空糸膜モジュール形態とした場合においても、吸着能力低下が効果的に抑制されていることが分かった。
一方、Ｒ＜０．６である比較例１の中空糸膜モジュールにおいては、中空糸膜（実施例４）にて測定した「動的吸着容量」と比較して、吸着能力劣化が大きいことが分かった。
また、中空糸膜モジュール形態での動的吸着容量（算出値）と、中空糸膜形態での動的吸着容量（実測値）とは、略一致しており、上記式（１）に示したパラメータＡを制御することにより、高精度で、中空糸膜モジュール形態での動的吸着容量（実測値）を設計可能であることが明らかになった。
【０１００】
［実施例７］
上記［製造例１］の方法に従い、内径１．９ｍｍ、外径３．２ｍｍのポリエチレン製中空糸多孔膜を得た。
上記［製造例２］と同様の方法により、酸素を取り除いた長さ１．３ｍで９７０本のポリエチレン製中空糸多孔膜８質量部に対し、酸素を取り除いた反応液を９２質量部注入し、１８時間の反応時間を保持することにより、ＧＭＡグラフト中空糸膜を、グラフト率５６．０％で得た。
その後、ジエチルアミン５０体積部と純水５０体積部とからなる反応液を、ＧＭＡグラフト中空糸膜に３０℃で２０時間作用させ、ジエチルアミノ基（Ｍ2＝７３．１４）を官能基転化率９６％で有し、平均内径２．４４ｍｍ、平均外径３．６２ｍｍであるジエチルアミノ基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）を得た。
【０１０１】
上記［評価方法例２］に記載した方法に従い、ろ過流速を２．０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、前記ジエチルアミノ基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）のろ過透水速度の測定及び評価を行った。
上記［評価方法例２］の数式により前記ジエチルアミノ基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の単位膜面積当りのろ過透水速度を算出すると、２．９２×１０-9ｍ／Ｐａ・ｓであった。
引き続き、［評価方法例３］の方法にて、ろ過流速を２．０ｍＬ／ｍｉｎに設定することで、吸着能力の評価を行った。
ろ過液の吸光度がエチルアミノ基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の膜固有の動的吸着容量は、ＢＳＡの吸着量で５７．４ｍｇ／ｍＬと算出された。
【０１０２】
内径が１３ｃｍで、有効膜長を９４ｃｍに設定した外筒を使用し、本実施例７のジエチルアミノ基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）９２０本の糸束からなる大型のアニオン交換型の中空糸膜モジュールを作製した。
この例における、大型のアニオン交換型の中空糸膜モジュールは、中空糸膜の束の両端を封止樹脂で固定し、両端において開口部を露出した形態とした。
外筒の素材には、ポリスルホンを使用した。封止樹脂にはエポキシ接着剤を使用した。
上記［評価方法例５］の方法に従い、ＨＰＬＣシステムとして、株式会社ワイエムシィの中圧クロマト装置「ＢＰ−５０００Ｓ−Ｌ」を使用して、吸着能力を評価した。
但し、供給流速を４．５Ｌ／ｍｉｎとした。
なお、被吸着物質としては、指標タンパク質であるＢＳＡの水溶液（１ｇ／Ｌ）を使用した。
中空糸膜モジュールのろ過液の吸光度が、ＢＳＡ水溶液の吸光度の１０％に到達するまでに２７０Ｌ要した。これにより、実施例７における官能基を有するＧＭＡグラフト中空糸膜（中空糸タイプのアニオン交換型吸着膜）の動的吸着容量は、ＢＳＡの吸着量で５５．６ｍｇ／ｍＬと算出された。
【０１０３】
大型中空糸膜モジュールに関して考察をする。
上記式（１）、式（２）に対して、Ｌ＝０．９４ｍ、Ｄｏ＝３．６２×１０-3ｍ、Ｄｉ＝２．４４×１０-3ｍ、Ｋ＝２．９２×１０-9ｍ／Ｐａ・ｓ、ρ＝０．８９×１０-3Ｐａ・ｓを代入すると、Ａ＝０．２７、Ｒ＝０．９８と導出できる。
上記のように、中空糸膜固有の動的吸着容量は５７．４ｍｇ／ｍＬであることから、「中空糸膜モジュール形態における動的吸着容量の算出値」は、Ｒを乗じて５６．３ｍｇ／ｍＬと算出できる。
一方、「中空糸膜モジュール形態における動的吸着容量の実測値」は、上記のように５５．６ｍｇ／ｍＬであった。
上述したことから、本実施例７により、実用サイズの大型のアニオン交換型の中空糸膜モジュールにおいても、中空糸膜モジュール形態における動的吸着容量を高く維持できることが確認できた。
また、上記式（１）、式（２）から吸着能力を確度高く予想することも可能であることを実証できた。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の中空糸膜モジュールは、バイオテクノロジー、遺伝子工学、製薬工業、化学工業、飲料工業、食品工業、環境保護及び資源リサイクルの分野において、液相から目的物質を吸着法により分離精製する装置として産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【０１０５】
１  外筒
２  中空糸膜
３  外筒に固定された封止樹脂
４  外筒に固定されていない封止樹脂
５  中空部が開放した接着端面
６  中空部が閉塞した接着端面
７  封止樹脂に存在するスリット
８  液タンク
９  配管接続部材
１０  固定治具
１１  間接部材
１２  中空糸膜モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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