(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透析用中空繊維を用いた血液透析用モジュールであって、１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個の中空繊維が占める割合が全中空繊維中の５０〜７０％であり、１０ｃｍあたりの捲縮数が０個以上２０個未満の中空繊維の占める割合が全中空繊維中の３０〜５０％であることを特徴とする血液透析用モジュール。
【請求項２】
透析用中空繊維を用いた血液透析用モジュールであって、１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個の中空繊維が占める割合を全中空繊維中の５０〜７０％とし、１０ｃｍあたりの捲縮数が０個以上２０個未満の中空繊維の占める割合を全中空繊維中の３０〜５０％とすることにより、モジュール組み立てにおける歩留まりを９８％以上とし、かつ偏流値を７〜１２mL／分としたことを特徴とする血液透析用モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、慢性腎不全の治療に用いる血液透析用モジュールに関する。さらに詳しくは、モジュール内の透析液の流れが均一で、中空繊維膜の性能を最大限に発揮する事ができ、かつコンパクトなモジュールの組立性に優れた血液透析用モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液透析モジュールの性能は、構成する中空繊維膜の透過性能に左右される事はもちろんであるが、モジュール構造による影響を受ける。すなわち、中空繊維膜の性能を最大限に発現するモジュール構造が必要である。血液透析モジュールは、およそ1万本の中空繊維をハウジングに充填してなり、血液は中空繊維内側の中空部を、透析液は中空繊維の外側、つまり各々の中空繊維の隙間を流れる。このとき、透析液が、全ての中空繊維間隙を均一に流れず、ある一部分のみに流れると、透析液が流れない部分の中空繊維膜は有効に活用されず、透過性能の高い中空繊維膜を用いても、モジュールとしての性能は著しく低下してしまう。そこで透析液が均一に流れない偏流現象を起さないために、これまで多くの工夫がなされている。
【０００３】
例えば、特開昭６１−１１９２７４には、長手方向に複数のフィンを持つ中空繊維が開示されている。中空繊維外側にこのようなフィンを形成させる事により、中空繊維同士の密着を防ぎ、中空繊維の間隙を均一に保つ事ができる。また、特開平５−４１９７９には、２本１組の中空繊維膜を螺旋状にスペーサーヤーンで巻付け、複数組の中空繊維を、さらにスペーサーヤーンで螺旋状に巻き付ける事により、中空繊維膜間の間隙を確保している。しかしながら、前者は、特殊な紡糸口金が必要であり、紡糸条件的にも制約を受ける。また、後者では、スペーサーヤーンを巻き付ける工程が必要となりコストがかかるという問題がある。
【０００４】
紡糸工程上の制約や、コストアップがなく、簡略に、偏流を防ぐ方法として、特開昭５８−１８２７２２に、一定範囲の中空繊維外径、捲縮数、捲縮振幅を持つ中空繊維が開示されている。これは、中空繊維をボビンに巻き取った後に、特定な条件で、加熱処理する事だけで得ることができる。しかしながら、このように捲縮が付与された中空繊維膜の束は、嵩高く、ケースへ挿入する際にキズが生じるおそれがあるので、モジュールの中空繊維充填密度を高める事ができず、コンパクトなモジュールを得る事ができないという問題がある。
偏流を効果的に抑制し、紡糸工程上の制約やコストアップがなく、またモジュール組立性に優れた、血液透析用モジュールに用いる中空繊維膜は未だに得られていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、モジュール内の透析液の偏流を効果的に抑制することによって透析効率が優れ、かつ、紡糸工程上の制約やコストアップがなく、またモジュール組立性に優れた、透析用中空繊維を用いた血液透析用モジュールを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、すなわち、透析用中空繊維を用いた血液透析用モジュールであって、該透析用中空繊維として、１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個の中空繊維と１０ｃｍあたりの捲縮数が２０個未満の中空繊維が混在することを特徴とする血液透析用モジュールであり、好ましくは、血液透析用モジュールの透析用中空繊維のうち、１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個の中空繊維が占める割合が全中空繊維中の３０〜７５％であり、１０ｃｍあたりの捲縮数が０〜１０個の中空繊維の占める割合が全中空繊維中の１０〜５５％である上記記載の血液透析用モジュールである。好ましくは、上記において、１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個の中空繊維と１０ｃｍ当りの捲縮数が０〜１０個の中空繊維以外の中空繊維の１０ｃｍ当りの捲縮数が、１０個より多く、かつ２０個未満である血液透析用モジュール。
【０００７】
本発明は、透析用モジュールの中空繊維として２種類の異なった捲縮数を持つ中空繊維を混在させたことを特徴とする。すなわち、１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個付与された中空繊維と、捲縮数が２０個未満である中空繊維の２種類の異なった捲縮数を持つ中空繊維を混在させることにより、中空繊維同士の間隙を確保したまま、中空繊維の束の嵩高性が抑えられ、コンパクトで充填率が高く、偏流が起こりにくい血液透析用モジュールを得る事ができる。中空繊維の１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個付与された中空繊維のみからなる血液透析モジュールの場合では、透析液の偏流を効果的に防ぐ事ができるが、中空繊維を束ねた時嵩高になり、モジュールを組み立てる際、ハウジングへの挿入が困難で、中空繊維へダメージを与える。そのため、コンパクトで生産歩留まりのよいモジュールを得る事が困難となる。
【０００８】
本発明においては、好ましくは中空繊維の１０ｃｍあたりの捲縮数が０〜１０個の捲縮がほとんど付与されていない中空繊維を混在させることにより、さらにコンパクトで充填率が高く、偏流が起こりにくい血液透析用モジュールを得る事ができる。
この原因は以下のように考える事ができる。すなわち、捲縮を与える目的は、中空繊維同士の間隙を確保するためであるが、２本の隣接する中空繊維を考えた場合、間隙が発生しにくいのは、２本とも捲縮を持たない場合であり、両方あるいは片方が捲縮を持てば、間隙は確保される。また、２本とも捲縮を持つ方が、間隙は大きくなり、嵩高性は高まると考えられる。大きな間隙は、高い嵩高性につながり、モジュールの中空繊維充填率を上げる事ができず、モジュールの大型化につながり問題である。そのため、ほとんど捲縮を持たない中空繊維膜を混在させる事で、中空繊維同士の間隙を確保し、その間隙を小さくする事で嵩高性の低い、コンパクトで充填率が高く、偏流をおこしにくい血液透析用モジュールを得る事ができる。
【０００９】
本発明においては、透析用モジュールの中空繊維のうち、１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個の中空繊維の本数が全体の中空繊維の本数に対して占める割合が３０〜７５％であり、かつ１０ｃｍあたりの捲縮数が０〜１０個の中空繊維の本数が全体の中空繊維の本数に対して占める割合が１０〜５５％であることが望ましい。１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個の中空繊維が占める割合が７５％を超えると、中空繊維の間隙は確保され、透析液の偏流を抑制する効果は高いものの、中空繊維束の嵩高性が高くなりすぎて、モジュール作製において、中空繊維束をケースに挿入することが困難になり、中空繊維束とケースの摩擦により中空繊維にキズがつき、歩留まりが大きく低下するので好ましくない。３０％未満場合は、透析液の偏流を抑制する効果が少なく透析モジュールの透析性能が低下する。また、１０ｃｍあたりの捲縮数が０〜１０個の中空繊維が占める割合が５５％を超えると中空繊維束の嵩高性が低くなり、中空繊維同士の間隙が確保できず、偏流が発生しやすくなるため好ましくない。１０％未満の場合は、中空繊維の束の嵩高性を下げる効果が少なく、中空繊維束をケースに挿入しにくくなる。
【００１０】
上記において、１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個の中空繊維と１０ｃｍ当りの捲縮数が０〜１０個の中空繊維以外の中空繊維が存在してもよい。この場合、１０ｃｍあたりの捲縮数が２０〜４０個の中空繊維と１０ｃｍ当りの捲縮数が０〜１０個の中空繊維以外の中空繊維は、１０ｃｍ当りの捲縮数が１０個より多く、かつ２０個未満である中空繊維が好ましい。本発明において、中空繊維の１０ｃｍあたりの捲縮数は４０個以下が好ましい。１０ｃｍあたりの捲縮数が４０個を超えた場合、中空繊維断面の真円度が低下する傾向があり、中空繊維内で血液凝固が発生する原因となることがある。
【００１１】
本発明は、捲縮数の異なる中空繊維を混在させることを特徴とするが、２種類の捲縮数を持つ中空繊維を混在させても良いし、３種類以上の捲縮数を持つ中空繊維を混在させることもできる。また、捲縮数が０〜４０個の範囲内で、連続的に変化した中空繊維を混在させてもよい。
【００１２】
また、本発明の血液透析モジュールを作製するには、予め捲縮数が分かっている中空繊維を、目的とした混在比率になるように、ブレンドすることにより得ることができる。また、モジュール内の２００本の中空繊維をランダムに採取し、異なる捲縮数の中空繊維混在比率が本発明の範囲内になるように、使用する原料中空繊維を調節することにより得る事ができる。
【００１３】
本発明における捲縮数とは、中空繊維の繊維方向を軸方向に見た場合、中空繊維の一つの頂点と隣接する直径的に対抗する頂点とがｓｉｎカーブの頂点になるように、中空繊維の繊維方向の中心軸を設け、中心軸に対して同一側にある山の数とした。中空繊維１０ｃｍあたりの数で捲縮数を代表させた。
【００１４】
また、本発明において、捲縮振幅Lを一定範囲とすることも重要である。本発明において捲縮振幅Ｌは、以下のように定義する。すなわち、前記の中空繊維の繊維方向のｓｉｎカーブにおける振幅（ある頂点とつぎに隣接する直径的に対向する頂点の外側間の縦方向距離の半分）である。本測定方法では、捲縮振幅が全くない場合、捲縮振幅Ｌはゼロとならず中空繊維外径（ＯＤ）の半分の値となる。捲縮振幅Ｌが０．６５×ＯＤより小さい範囲では、透析時に中空繊維の間隙を充分に確保できず、中空繊維同士が密着してしまう場合がある。そのために透析効率が下がり、中空繊維の持つ性能を充分に発揮させる事ができない。捲縮振幅Ｌが（ＯＤ＋５０）μｍを超えた範囲では、中空繊維を束にする時に収束状態が大きくなり、モジュールを作製する際の中空繊維の均一配置が困難となる。また、捲縮による曲率半径が小さくなるので、中空繊維の捲縮内周側と外周側で、伸縮度が異なり、膜構造が変化してしまい性能低下の原因となる危倶がある。本発明の中空繊維膜の外径は、血液透析モジュールに用いるため２００〜５００μmが好ましい。
【００１５】
中空繊維に捲縮を与えるためには、公知の手法を採用する事ができ、例えば特開昭５８−８４００７に示される方法が挙げられる。また、特開昭６１−５８４８の方法により、中空繊維の捲縮数や捲縮振幅を変化させる事が可能である。例えば、かかる捲縮を有するセルロースエステル系中空繊維膜を製造する方法としては、従来の半湿式紡糸および湿式紡糸によって製造した中空繊維膜ををグリセリン水溶液中に浸漬し、その後４０℃〜８０℃の範囲の空気または不活性ガス中で乾燥し,次いでワインダーによりボビンに巻き取り、巻き取ったボビンを熱処理することにより得ることができる。この際、ワインダーにより中空繊維を巻き取る際の合糸本数、巻き取り張力、綾角およびボビンの熱処理温度を調節することにより、異なる捲縮数を有する中空繊維を得ることができる。
【００１６】
【実施例】
（捲縮数の異なる中空糸の作製）
セルロースジアセテート３０重量部をジメチルホルムアミドが４９重量部とポリチレングリコール＃２００が２１重量部の混合溶媒に８５℃で２時間攪拌し溶解し紡糸原液とした。紡糸原液を静置脱泡した後、二重環状オリフィスから芯液の流動パラフィンとともに吐出し紡糸した。オリフィスを出た紡糸原液は１５ｃｍ空気中を走行させた後、ジメチルホルムアミド／トリエチレングリコール／水系の凝固浴中に導き凝固させた。更に水洗し、４０重量％のグリセリン水溶液浴を通過させた後、６０℃の乾燥空気ゾーンを通過させ中空繊維を綾角５度でワインダーによりボビンに巻き取った。中空繊維の内径は２００μｍ、外径２３０μｍ、膜厚１５μｍであった。次に巻き取った中空繊維をボビンごと熱処理することで、中空繊維に捲縮を付与した。巻き取り張力と熱処理条件を変更することで、１０ｃｍあたりの捲縮数が４個（張力４ｇ／２本合糸、熱処理３０℃×１８時間）、１５個（張力１５ｇ／４本合糸、熱処理５０℃×１８時間）、２７個（張力２５ｇ／６本合糸、熱処理８０℃×１８時間）の３種類の捲縮数の異なる中空繊維を準備した。なおこれらの中空繊維の捲縮の振幅は、１８０〜２００μｍであった。
【００１７】
（透析用モジュールの作製）
１００００本からなる中空繊維束を作製し、中空繊維充填率が６０％となるようにケースに挿入し、端部をウレタン接着剤で封止し、透析用モジュールを作製した。
（透析用モジュールの歩留まり）
得られた透析用モジュールに水を充填し、血液側から１．５ｋｇｆ／ｃｍ2、の窒素ガスを供給し、気泡発生が観察されたモジュールを不良品とし歩留まりを計算した。また、モジュールを分解して原因を調べた。気泡発生の無いモジュールは透析性能評価に供した。
【００１８】
（透析用モジュールの偏流値）
得られた透析用モジュールの偏流値を以下の方法で測定した。偏流値が１２ｍＬ／分を超えた場合を偏流発生が大きく問題である。
偏流値Ｄは、透析流量の高い条件（２０００ｍＬ／分）で尿素のクリアランスＣ２を測定し、（１）式で総括物質移動係数Ｋ0を計算する。総括物質移動係数Ｋ0から（２）式で５００ｍＬ／分での尿素のクリアランスＣ３を計算する。そして、実際に５００ｍＬ／分の尿素のクリアランスＣ１を測定し、計算値との差を比較する。偏流がある場合、透析流量の高い条件の総括物質移動係数Ｋ0から計算された尿素のクリアランスが透析流量の低い条件での実測値より高くなる。すなわち、偏流値Ｄ＝Ｃ３−Ｃ１  と定義する。偏流値が小さいほど、透析液のよどみが少なく、透析効率の高い透析用モジュールである。
【００１９】
なお、クリアランス測定はダイアライザー性能評価基準（昭和５７年、日本人工臓器学会）に準じ、血液側は尿素１００ｍｇ／ｄＬ生理食塩水溶液、透析液は生理食塩水を用い、温度３７℃±１℃で、濾過を生じない条件で測定した。
血液流量２００ｍＬ／分で透析流量５００ｍＬ／分、２０００ｍＬ／分の時の各々のクリアランスＣ１、Ｃ２を実測した。
Ｃ２の値を用いて（１）式より総括物質移動係数Ｋ0を求めた。
血液と透析液とを交流に流す場合の血液中の溶質クリアランスＣは（２）式で表される。（２）式にＣ２の値を用いて（１）式より求めた総括物質移動係数Ｋ０を代入して透析流量５００ｍＬ／分の時のクリアランスＣ３を計算した。
【数１】
0004457288.tif 000002
【数２】
0004457288.tif 000003
【数３】
0004457288.tif 000004
ＱB、ＱD：血液流量および透析液流量（ｍＬ／分）
Ｋ0：総括物質移動係数（ｃｍ／分）
Ｓ:モジュール膜面積（内径基準）
【００２０】
（実施例１）
１０ｃｍあたりの捲縮数が２７個の中空繊維を全中空繊維の７０％、１０ｃｍあたりの捲縮数が４個の中空繊維を全中空繊維の３０％を準備し、各中空繊維がほぼ均一に分散するよう中空繊維束を作製し、血液透析モジュールを１００本組み立てた。モジュールの製作歩留まりは９８％であった。得られた血液透析モジュールの内、１０本を偏流値測定に供したところ、偏流値は７〜１０ｍＬ／分の範囲であった。
【００２１】
（実施例２）
１０ｃｍあたりの捲縮数が２７個の中空繊維を全中空繊維の５０％、１０ｃｍあたりの捲縮数が４個の中空繊維を全中空繊維の５０％を準備し、各中空繊維がほぼ均一に分散するよう中空繊維束を作製し、血液透析モジュールを１００本組み立てた。モジュールの製作歩留まりは１００％であった。得られた血液透析モジュールの内１０本を偏流値測定に供したところ、偏流値は１０〜１２ｍＬ／分の範囲であった。
【００２２】
（実施例３）
１０ｃｍあたりの捲縮数が２７個の中空繊維を全中空繊維の５０％、１０ｃｍあたりの捲縮数が１５個の中空繊維を全中空繊維の３０％、１０ｃｍあたりの捲縮数が４個の中空繊維を全中空繊維の２０％を準備し、各中空繊維がほぼ均一に分散するよう中空繊維束を作製し、血液透析モジュールを１００本作製した。モジュールの製作歩留まりは１００％であった。得られた血液透析モジュールの内１０本を偏流値測定に供したところ、偏流値は９〜１２ｍＬ／分の範囲内であった。
【００２３】
（比較例１）
１０ｃｍあたりの捲縮数２７個の中空繊維のみからなる中空繊維束を作製し、血液透析モジュールを作製した。モジュール製作歩留まりは７３％であった。不良モジュールを解析したところ、すべてのモジュールで外周部の中空繊維にキズか認められた。この原因は、作製した中空繊維束の嵩高性が高く、中空繊維をハウジングに挿入する際、ケースと中空繊維の間に摩擦が生じ、中空繊維がダメージを受けたものと思われた。得られた良品モジュールの内、１０本を偏流値測定に供したところ、偏流値は７〜１０ｍＬ／分の範囲であった。
【００２４】
（比較例２）
捲縮数が４個の中空繊維のみからなる中空繊維束を作製し、血液透析モジュールを作製した。モジュールの製作歩留まりは１００％であった。得られた血液透析モジュールの内、１０本を偏流値測定に供したところ、偏流値は１５〜４０ｍＬ／分の範囲であり、偏流が発生し、中空繊維の性能が発揮されない透析モジュールであることがわかった。この原因は、捲縮数が少ない中空繊維の存在比率が高すぎて、全ての中空繊維の間隙が確保されず、透析液が均一に流れなかったためと考えられた。
【００２５】
【表１】
0004457288.tif 000005
【００２６】
【発明の効果】
本発明の血液透析用モジュールは、透析液の偏流を防止できるため高い透析性能を得ることができ、かつモジュール組み立てにおける中空糸束の挿入性が良好でモジュールケースと中空繊維の間に摩擦による中空繊維のダメージを防止できるためモジュールの歩留まりが高く、コンパクトなものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中空繊維の捲縮数と振幅に関する説明図
【図１】
0004457288.tif 000006