(57)【要約】  本発明は温度応答性濾過膜、具体的には精密濾過膜又は限外濾過膜の製造方法、及び関連する温度応答性濾過膜に関する。本発明による方法は、以下の方法工程を含む。ａ）濾過膜をドーパミン溶液で濡らす、又は被覆する、ｂ）ポリドーパミン層を作るためにドーパミン溶液中のドーパミンを重合する、ｃ）ポリドーパミンで被覆した濾過膜を末端官能基化ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と共に被覆溶液中に浸漬し、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）をポリドーパミン層に結合させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度応答性濾過膜、具体的には精密濾過膜又は限外濾過膜を製造する方法であって、
ａ）濾過膜をドーパミン溶液で濡らす又は被覆する工程と、
ｂ）ドーパミン溶液中のドーパミンを、ポリドーパミン層を作るために重合する工程と、
ｃ）ポリドーパミンで被覆した前記濾過膜を末端官能基化ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と共に被覆溶液中に浸漬し、前記ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）を前記ポリドーパミン層に結合させる工程と、
を備える方法。
【請求項２】
前記末端官能基化ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）が末端にアミン基を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）の平均分子量Ｍｎが約１，０００から１０，０００で、具体的には２，０００から４，０００の間、具体的には約２，５００である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
工程ａ）において、前記濾過膜が、具体的にはトリス緩衝液に溶解されたドーパミン塩酸塩から成るドーパミン溶液に、具体的には室温で、具体的には３０分から１２０分間、具体的には４５分から７５分間、浸漬される、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
工程ｂ）において、前記濾過膜が、具体的には５０℃から７０℃の間の温度で、好ましくは少なくとも３０分間、さらに好ましくは４５分から１８０分間、洗浄及び／又は乾燥される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
工程ｃ）において、前記濾過膜が、具体的にはトリス緩衝液に溶解されたｐＮＩＰＡＭ−ＮＨ２から成る官能基化溶液に浸漬される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記濾過膜が前記溶液中で、先ず５０℃から７０℃の温度で２時間から４時間の間振とうされ、その後１８℃から２５℃の間の温度で６時間より長い時間振とうされる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記濾過膜が工程ｃ）の後で洗浄及び／又は乾燥される、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ドーパミン溶液及び前記被覆溶液が前記濾過膜用のいかなる溶媒を有さない、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
使用する前記濾過膜が、具体的には等多孔質及び／又は一体型非対称のブロック共重合体膜であり、具体的にはＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ、ＰＳ−ｂ−Ｐ２ＶＰ、又はＰＳ−ｂ−ＰＥＯブロック共重合体を基材とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
ｐＮＩＰＡＭで官能基化されたポリドーパミン被覆を有する温度応答性濾過膜であって、具体的には精密濾過膜又は限外濾過膜であり、具体的には請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法によって製造される又は製造可能な温度応答性濾過膜。
【請求項１２】
前記濾過膜の孔が約２０℃を超える温度で、具体的には約２５℃を超える温度で開く請求項１１に記載の温度応答性濾過膜。
【請求項１３】
前記濾過膜の前記孔が１０ｎｍから５００ｎｍの間で、具体的には１００ｎｍまでの直径を有する、請求項１１又は１２に記載の温度応答性濾過膜。
【請求項１４】
前記濾過膜がｐＨ応答性でもあり、前記孔が具体的には低いｐＨ、具体的には約３．８から３．４より低いｐＨで閉じる、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の温度応答性濾過膜。
【請求項１５】
前記濾過膜が、具体的には等多孔質及び／又は一体型非対称のブロック共重合体膜であり、具体的にはＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ、ＰＳ−ｂ−Ｐ２ＶＰ、又はＰＳ−ｂ−ＰＥＯブロック共重合体を基材とする、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の温度応答性濾過膜。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、温度応答性濾過膜、特に、精密濾過膜又は限外濾過膜の製造方法、及び、関連する温度応答性濾過膜に関するものである。
濾過、特に限外濾過において現在使用されている膜は、主にいわゆる相反転処理によって製造されている。
【０００２】
これらの膜は連続空隙を有する高分子骨格、つまり膜を通過する多孔質構造を基礎としている。孔寸法によって分離性、つまり、膜によって保持される又は膜の孔を通過できる分子の寸法が決定する。高分子膜のほかに、セラミック、ガラス、又は金属材料を基材とする膜が使われている。
【０００３】
沈殿剤によって、又は非溶媒誘起相反転によって製造された高分子膜は、通常、孔寸法分布における統計的ばらつきが概ね大きい。Ｓ．Ｎｕｎｅｓ、Ｋ．−Ｖ．Ｐｅｉｎｅｍａｎｎ（ｅｄ．）著：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、Ｗｅｉｎｈｅｉｍ  ２００６の２３〜３２頁参照。このような膜はいわゆるファウリングの傾向があり、また、孔寸法分布が広範囲に及ぶために混合物質を正確に分離できない。ファウリングは、膜を通過する液体の大部分が先ず大きな孔を通過するために、大きな孔が急速に目詰まりすることとして知られている。そのため、予てから等多孔質膜、つまり孔寸法分布のばらつきが低い膜を製造する試みがされてきた。
【０００４】
本件出願人によるドイツ特許第１０  ２００６  ０４５  ２８２号では、等多孔分離活性面を用いて高分子膜を製造することが可能な方法を開示している。この方法では、両親媒性ブロック共重合体を１つ以上の溶媒と共にキャスト溶液に溶解し、フィルム状に広げ、当該フィルムを沈殿槽に浸漬する。
【０００５】
この方法では、両親媒性ブロック共重合体の高分子ブロック同士が互いに混和しないという事実を利用する。従って、ブロック共重合体は、キャスト溶液内で例えば球状又は円柱状のミセルを有する既知のミセル構造体などの相を形成する。短い蒸発時間の中で、表面付近の液体溶媒の一部は、ブロック共重合体の高分子ブロックの自己組織化により形成された表面付近のフィルム層内でミクロ相形態が硬化するように蒸発し、一方でブロック共重合体はキャスト溶液の内部に溶解されたまま残る。
【０００６】
このフィルムを沈殿槽に浸すことにより、残りの溶媒が置き換わって既知の相反転プロセスが生じ、既知のスポンジ状構造が得られる。沈殿槽に浸しても、予め得た表面付近の層のミクロ相分離等多孔質構造が保持されることもある。これは直接スポンジ状構造へと移行する。付加的な記載はドイツ特許出願公開第１０  ２００６  ０４５  ２８２号に含まれており、その開示内容は全て本願に援用される。
【０００７】
結果として得られる一体型非対称構造は、２つの異なる熱力学的プロセスの組み合わせにより生じる。この方法は、ミクロ相分離によって溶媒内で分離する種々の高分子成分を有するブロック共重合体に対して使うことが可能である。例えばドイツ特許出願公開第１０  ２００６  ０４５  ２８２号では、ＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ（ポリスチレン−ｂ−ポリ−４−ビニルピリジン）を基材とする膜の例に関連して、ブロック共重合体膜の一体型非対称構造が開示されている。化学的に著しく異なるＰＳ−ｂ−Ｐ２ＶＰ（ポリスチレン−ｂ−ポリ−２−ビニルピリジン）及びＰＳ−ｂ−ＰＥＯ（ポリスチレン−ｂ−ポリエチレンオキシド）においても同様の結果を収めている。ＰＳ−ｂ−Ｐ２ＶＰについて収めた結果は、Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｅｎｇ．ｄｏｉ：１０．１００２／ｍａｍｅ２０１１００３５９に掲載のＡ．Ｊｕｎｇ他（２０１２年）による「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ−ｂｌｏｃｋ−Ｐｏｌｙ（２−ｖｉｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）  ｏｎ  ａ  Ｎｏｎｗｏｖｅｎ」に公開されている。ＰＳ−ｂ−ＰＥＯについて収めた結果は本件出願人によるドイツ特許出願第１０  ２０１２  ２０７  ３３８．８号に開示されている。
【０００８】
これらの高分子膜及び他の高分子膜や、例えばセラミックを基材とするものなどの非高分子濾過膜は、通常一回の施用にしか利用できず、ファウリングしがちである。つまり、孔は濾過される液体に含まれる高分子の堆積物又は他の汚染性内容物によって詰まってしまう。
【０００９】
ここ数年、濾過膜のスイッチングを可能にする、つまり濾過膜の分離性を外的な、制御可能な条件に依存させる研究努力が続けられている。これに関する選択肢の一つは温度応答性膜、つまり分離性が温度に依存する膜の製造である。従って、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（略してｐＮＩＰＡＭ）で修飾された膜が製造された。
【００１０】
例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３４９  （１-２）：２５８-２６７（２０１０年）に掲載のＴ．Ｍｅｎｇ、Ｒ．Ｘｉｅ他による「Ａ  Ｔｈｅｒｍｏ−Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  Ａｆｆｉｎｉｔｙ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｗｉｔｈ  Ｎａｎｏ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｐｏｒｅｓ  ａｎｄ  Ｇｒａｆｔｅｄ  Ｐｏｌｙ（Ｎ−ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ」は、プラズマ誘起グラフト重合によって修飾された、平均孔寸法が１．８μｍのシラス多孔質ガラス（ＳＰＧ）膜の修飾について開示している。ここでは、ナノ構造の孔表面がガラス膜の孔表面上に堆積した酸化珪素ナノ粒子によって形成され、ｐＮＩＰＡＭクラスターが当該ナノ構造の孔表面上にプラズマ誘起によってグラフトされた。膜の孔表面は、２０℃未満の温度では非常に親水性であり、４０℃より高い温度では非常に疎水性であった。
【００１１】
Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３３７（１-２）：３１０-３１７（２００９年）に掲載の、Ｐ．Ｆ．Ｌｉ、Ｒ．Ｘｉｅ他による「Ｔｈｅｒｍｏ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  Ｇａｔｉｎｇ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ  Ｌｅｎｇｔｈ  ａｎｄ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｐｏｌｙ（Ｎ−ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）  Ｃｈａｉｎｓ  Ｇｒａｆｔｅｄ  ｂｙ  ＡＴＲＰ  Ｍｅｔｈｏｄ」によると、修飾されたアルミニウム陽極酸化膜（ＡＡＯ）に、ＡＴＲＰ（原子移動ラジカル重合）によってｐＮＩＰＡＭが配置された。この方法で製造された膜は、ビタミンＢ１２の拡散浸透に関して、２５℃から４０℃の間の温度で強い温度依存性を示す。
【００１２】
Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ４０（１６）：５８２７-５８３４（２００７年）に掲載の「Ｐｈａｓｅ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ  ａｎｄ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｆｉｌｔｅｒｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ−ｂｌｏｃｋ−Ｐｏｌｙ（Ｎ−ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）−ｂｌｏｃｋ−ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ」では、Ａ．Ｎｙｋａｎｅｎ、Ｍ．Ｎｕｏｐｐｏｎｅｎ他が、後にスピンコーティングによってポリアクリロニトリル膜に塗布される、ＰＳ−ｐＮＩＰＡＭ−ＰＳトリブロックの製造について報告している。グラフトされた膜は、孔が３２℃より高い温度で閉じるという顕著な温度依存性のスイッチング性質を示す。
【００１３】
最後に、Ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ３６（８）：１０４８-１０５１（２００４年）に掲載の、Ｇ．−Ｑ．Ｚｈａｉ、Ｌ．Ｙｉｎｇ他による「Ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｍａｒｔ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ」によると、先ずｐＮＩＰＡＭをＰＶＤＦ−ｇ−ＰＡＡＣ溶液及びＰＶＤＦ−ｇ−Ｐ４ＶＰ溶液と混合した溶液が製造され、次いで相反転膜が製造された。この方法で製造された膜の孔寸法は、温度の上昇及び水性キャスト溶液のｐＨの低下に従って増大する。膜を通過する流れもまた、温度とｐＨとに依存していた。
前述した製造方法は時として複雑で冗長であり、たとえ温度応答性であっても余り実用的ではない膜が製造される。
【００１４】
これに対して本発明の目的は、温度応答性濾過膜、特に、精密濾過膜又は限外濾過膜の、迅速で且つ信頼性がある代替製造方法、及び、関連する顕著な温度応答性と実用性を備えた温度応答性濾過膜を提供することである。
【００１５】
この目的は、以下の方法の工程により温度応答性濾過膜、特に、精密濾過膜又は限外濾過膜を製造する方法によって達成される。
ａ）濾過膜をドーパミン溶液で濡らす、又は被覆する
ｂ）ポリドーパミン層を作るためにドーパミン溶液中のドーパミンを重合する
ｃ）ポリドーパミンで被覆した濾過膜を末端官能基化ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と共に被覆溶液中に浸漬し、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）をポリドーパミン層に結合させる。
【００１６】
本発明の基本概念には、セラミック膜、金属膜、又は高分子膜のような現存する膜、或いは、ｐＮＩＰＡＭを含むガラス基板を基材とする膜を直接修飾することではなく、先ずポリドーパミン被覆を施すことが含まれる。このため、先ずドーパミンが、濾過膜を浸漬する又は濾過膜を濡らすドーパミン溶液中に未重合の形態で存在し、次いで層のドーパミンを濾過膜上に重合することによってポリドーパミン層が製造される。ポリドーパミン層は種々の表面に極めてよく付着するため、種々の使用条件下で安定性を保つ安定した被覆が得られるように多くの膜に付着する。本発明によると、このポリドーパミン層はｐＮＩＰＡＭで修飾されるため、膜は温度応答性を有するようになる。ドーパミン層の下にある膜自体はｐＮＩＰＡＭによって修飾されない、又は、僅かな修飾しかされない。ポリドーパミン層は、膜の官能基化の促進因子として適宜作用する。
【００１７】
ポリドーパミン層による被覆には、ポリドーパミン層がファウリングに対して極めて効果的であるという付加的利点がある。ポリドーパミン被覆膜は非ポリドーパミン被覆膜と比較して、濾過する溶液の内容物による孔の目詰まりがはるかに起こりにくい。
【００１８】
先ずドーパミン被覆中のドーパミンを重合した後、それからｐＮＩＰＡＭで官能基化又は個別に修飾をするという手順は、直接ドーパミンを修飾することに比べて、重合が完了して膜の表面被覆が完了する結果としてポリドーパミン被覆の下にある膜が完全に保護されるという付加的利点がある。
【００１９】
さらに、ポリドーパミン層の表面で官能基化が生じるため、ｐＮＩＰＡＭは（最大限の）温度応答性効果を発揮する。本明細書ではｐＮＩＰＡＭはドーパミンと結合し、当該ドーパミンは、具体的には、例えば室温においてｐＨを８．５として予め重合化されている。
【００２０】
本発明による方法の別の利点は、例えばｐＨ応答性などの異なる応答性を未修飾状態で既に有する膜において、当該応答性がたとえ修飾後、つまりドーパミン被覆、ドーパミン層の重合化、及びｐＮＩＰＡＭで官能基化した後でも維持されることである。本発明によると、例えば本件出願人によるドイツ特許出願公開第１０  ２００６  ０４５  ２８２号にて開示されているようなＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰを基材としてｐＨ応答性を有する膜は、たとえ修飾後でも当該ｐＨ応答性を維持する。
【００２１】
末端官能基化ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）は、好ましくは末端にアミン基を有する。ｐＮＩＰＡＭの末端をアミン基とすることで、格別に容易で確実な方法でアミン基との結合を作製するため、ポリドーパミン層の修飾が格別に確実で容易になる。
【００２２】
考え得るアミン末端ｐＮＩＰＡＭの構造式は以下のとおりである。
【００２３】
【化１】
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この式では、ｎはモノマー単位の反復回数を示す。
【００２４】
好ましくは、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）の平均分子量Ｍｎは約１，０００から１０，０００で、具体的には２，０００から４，０００の間、さらに具体的には約２，５００である。この寸法のｐＮＩＰＡＭは、直径が１０ｎｍから１μｍの間で、好ましくは１００ｎｍより小さい限外濾過膜及びナノ濾過膜の孔寸法に特に適している。
【００２５】
上述した構造式を用いると、平均分子量が１，０００から１０，０００の間であるとき、モノマー単位の数は約８から９０である。
工程ａ）において、濾過膜は、具体的にはトリス緩衝液に溶解されたドーパミン塩酸塩から成るドーパミン溶液に、好ましくは室温で、具体的には３０分から１２０分間、具体的には４５分から７５分間浸漬されるのが好ましい。
【００２６】
工程ｂ）において、濾過膜は、具体的には５０℃から７０℃の間の温度で、好ましくは少なくとも３０分間、さらに好ましくは４５分から１８０分間洗浄及び／又は乾燥されるのが好ましい。例えば、濾過膜は６０℃で６０分間乾燥される。
【００２７】
工程ｃ）において、濾過膜は、好ましくはトリス緩衝液に溶解したｐＮＩＰＡＭ−ＮＨ２から成る官能基化溶液に浸漬されるのが好ましい。
トリス緩衝液は、好ましい緩衝効果を有する弱塩基性有機化合物である。主成分はトリスヒドロキシメチルアミノメタンである。トリスヒドロキシメチルアミノメタンはｐＨが７．２から９．０の範囲内の好ましい緩衝能を有する。
【００２８】
工程ｃ）において、濾過膜は、溶液中で５０℃から７０℃の温度で２時間から４時間の間振とうされ、その後１８℃から２５℃の間の温度で６時間より長い時間振とうされるのが好ましい。これらの条件により、濾過膜又はポリドーパミン層がそれぞれ最適に修飾される。
【００２９】
濾過膜は工程ｃ）の後で洗浄及び／又は乾燥されるのが好ましい。
ドーパミン溶液及び被覆溶液は、有利には濾過膜用の溶媒を有さない。従って、下層を成す膜は修飾中に傷付かない。
【００３０】
好ましくは、使用する濾過膜は、具体的には等多孔質及び／又は一体型（ｉｎｔｅｇｒａｌ）非対称のブロック共重合体膜で、具体的にはＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ、ＰＳ−ｂ−Ｐ２ＶＰ、又はＰＳ−ｂ−ＰＥＯブロック共重合体を基材とする。これらの膜は一体型非対称構造を有し、一体型非対称構造では、溶媒誘起相転移において等多孔質ミクロ相分離構造を有する分離活性層が泡状構造へと連続的に移行する。これらの膜はポリドーパミン層で特に有利に被覆され、既にｐＨ応答性を有しており、ｐＮＩＰＡＭで修飾されることによってさらに温度応答性を与えられる。しかしながら、本発明はこれらの膜に限定されることなく、むしろポリドーパミンで被覆できるあらゆるタイプの濾過膜に適用可能である。
【００３１】
また、本発明の根底にある目的は、温度応答性濾過膜、具体的には本発明による前述の方法によって製造された又は製造し得る、ｐＮＩＰＡＭで官能基化されたポリドーパミン被覆を有する精密濾過膜又は限外濾過膜よっても実現される。この温度応答性濾過膜は前述の性質、特徴、及び利点を有する。
【００３２】
好ましくは、濾過膜の孔は約２０℃を超えた温度、具体的には約２５℃を超えた温度で開く。ｐＮＩＰＡＭ鎖のクラスターの膨張に起因する、閉じた孔から開いた孔への移行が生じる温度は、とりわけ溶液濃度に依存する。
【００３３】
濾過膜の孔は、直径が１０ｎｍから５００ｎｍの間で、具体的には１００ｎｍまでであることが好ましい。これは孔が開いている状態をさす。
温度応答性濾過膜は、具体的には平膜又は中空糸膜でよい。
【００３４】
また、濾過膜はｐＨ応答性でもあり、孔が具体的には低いｐＨで、具体的には約３．８から３．４より低いｐＨで閉じるのが好ましい。ｐＨ閾値は膜のタイプに因る。
本発明による温度応答性濾過膜の好適な実施形態では、濾過膜は高分子膜であり、具体的には等多孔質及び／又は一体型非対称ブロック共重合体膜で、特にＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ、ＰＳ−ｂ−Ｐ２ＶＰ、又はＰＳ−ｂ−ＰＥＯブロック共重合体を基材とする。
【００３５】
本発明のさらなる特徴は、本発明による実施形態の説明、請求項、及び記載の図から明らかになるであろう。本発明による実施形態は、個々の特性、又は複数の特性の組み合わせを実現することが可能である。
【００３６】
本発明を発明の全体的な意図を限定することなく、図に関連した例示的実施形態に基づいて以下に記載し、文中に詳しく説明されていない本発明の詳細の開示については全て明確に図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ｐＮＩＰＡＭで官能基化したポリドーパミン被覆膜、及び、ｐＮＩＰＡＭで官能基化していないポリドーパミン被覆膜の化学シフトのシグナルを示す。
【図２】非被覆膜、被覆膜、及び官能基化膜の赤外線スペクトルを示す。
【図３】非被覆膜、被覆膜、及び修飾膜の水流の温度依存性を示す。
【図４】異なる温度における修飾膜の水流のｐＨ依存性を示す。
【図５】非被覆膜の表面及び横方向破砕面のラスター電子顕微鏡画像を示す。
【図６】被覆膜及び修飾膜の表面及び横方向破砕面のラスター電子顕微鏡画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、本発明をポリスチレン−ブロック−ポリ４ビニルピリジン（ＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ）ブロック共重合体を基材とする平膜の例を参照して説明する。
ブロック共重合体膜は本件出願人によるドイツ特許第１０  ２００６  ０４５  ２８２号に開示されている方法の説明に従って製造され、典型的な溶媒誘起相分離スポンジ状構造へと移行することなく直接変化する、等多孔質であり、ミクロ相分離した分離活性表面層を有する。
【００３９】
ブロック共重合体膜（約４ｃｍ×４ｃｍ）はドーパミン塩酸塩２ｍｇ／ｍｌから成る反応液に浸漬され、１５ｍＭのトリス緩衝液（トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン、ｐＨ８．５−８．８、超純水）に溶解され、開放容器内で室温にて６０分間攪拌器で攪拌された。その後、膜は超純水を用いて３０分間で３回洗浄され、６０℃で乾燥された。
【００４０】
修飾にはシグマアルドリッチ社の平均分子量Ｍｎが２，５００のｐＮＩＰＡＭ−ＮＨ２（製品番号７２４８２３）を用いた。
ＮＭＲ（核磁気共鳴）、ＩＲ（赤外分光）、水流量計測、及びＲＥＭ（ラスター電子顕微鏡検査）を用いて、被覆前、被覆後、及び修飾後という異なる段階における膜の特徴付けを行った。
【００４１】
図１ａ）及び１ｂ）は、ＮＭＲによる化学シフトのシグナルを示しており、図１ａ）はポリドーパミン被覆且つｐＮＩＰＡＭ修飾された膜の化学シフトを示し、図１ｂ）は比較用に未修飾ポリドーパミン被覆膜の化学シフトを示す。図１ａ）内の文字ａ及びｂは、ｐＮＩＰＡＭのイソプロピル基に起因して化学シフトが４．０及び１．１ｐｐｍであるときのシグナルを示す。これらは図１ｂ）には存在しない。
【００４２】
図２は（ａ）ＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ膜、（ｂ）ポリドーパミンで被覆した該ＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ膜、及び（ｃ）ｐＮＩＰＡＭ−ＮＨ２と反応させた後ポリドーパミンで被覆した該ＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰの赤外線スペクトルを示す。
【００４３】
ポリドーパミン被覆前と被覆後のＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ膜の赤外線スペクトルに顕著な違いはない（図２（ａ）及び（ｂ）参照）。ｐＮＩＰＡＭ−ＮＨ２とさらに反応させた後（図２（ｃ）参照）、赤外線スペクトルにおいて次のような第２アミドの特徴的なピークが示される：１６５０ｃｍ−１及び１５５０ｃｍ−１におけるＣ＝Ｏ伸縮振動及びＮ−Ｈ面内変角振動。３６００−３２００ｃｍ−１における幅広のシグナルは、第２アミドのＮ−Ｈ伸縮振動に起因する。１３６９ｃｍ−１及び１３８８ｃｍ−１における二つの小さなピークは、ｐＮＩＰＡＭ主鎖構造のイソプロピル基の変角振動に起因する。
【００４４】
図３及び図４は、本発明による膜及びその前駆体に関する水流量計測を示す。ｐＮＩＰＡＭ修飾膜は適宜に温度応答性及びｐＨ応答性を有する。この計測では、約２．１バールで、３℃から４５℃の間で、デッドエンド方式によって異なる水流量計測を実施した。その結果を図３に示す。非被覆膜（ａ）及び未修飾ポリドーパミン被覆膜（ｂ）では、水流量は温度に伴って該直線状に増大する。ｐＮＩＰＡＭ修飾膜（ｃ）では、水流量はｐＮＩＰＡＭのいわゆる「下限臨界温度（ＬＣＳＴ）」である約２５℃付近で非常に急激に上昇する。孔は２５℃未満でほとんど閉じている。一般的に、ｐＮＩＰＡＭのＬＣＳＴは約３０℃から３２℃である。
【００４５】
図４はｐＮＩＰＡＭ修飾膜がＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ膜が有する特性であるｐＨ応答性を未だに有することを示す。このために、２５℃から４５℃の間の異なる５つの温度において、ｐＨに対する水流量が計測された。図４によると、ｐＨが３．８から３．４の間のときに全ての温度において水流量が減少しており、膜が未だにｐＨ応答性を有することを示している。
【００４６】
図５ａ）及び５ｂ）は、ｐＮＩＰＡＭで修飾する前のＰＳ−ｂ−Ｐ４ＶＰ膜の表面、及び横方向破砕面のＲＥＭ画像を示す。表面付近の溶媒の一部が蒸発するときにブロック共重合体が自己組織化して生じる規則的な等多孔質のミクロ相分離構造を分離活性面が有し、この規則的な構造が溶媒誘起相反転における典型的なスポンジ状構造へと移行する、典型的な一体型非対称構造を表している。
【００４７】
これと比較して図６ａ）及び６ｂ）は、ｐＮＩＰＡＭで修飾した後の同様の膜の表面及び横方向破砕面のＲＥＭ画像をそれぞれ表す。分離活性面層の孔の構造及び、内部のスポンジ状構造は保持され、孔の直径は被覆と修飾により縮小している。
【００４８】
図面からのみ読取れるものや、他の特徴と組み合わせて開示されている個別の特徴を含む全ての明記された特徴は、本発明に属するものとして個別に、また、組み合わせとして考慮される。本発明による実施形態は個別の特徴又は複数の特徴の組み合わせによって実現することができる。
【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５ａ）】
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【図５ｂ）】
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【図６ａ）】
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【図６ｂ）】
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【国際調査報告】
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