(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）ケーシング（２５）と、
ｂ）処理すべき流体（２３）をケーシング（２５）中に導入するための入口装置（２４）と、
ｃ）処理された流体（２７）をケーシング（２５）から導出するための出口装置（２８）と、
ｄ）入口装置の１つおよび出口装置の１つに対向した端部を有する、流体を物質特異的に処理するための少なくとも１つの処理部材と
からなる、流体を物質特異的に処理するための装置において、少なくとも１つの処理部材が出口装置（２８）の方向に開いていてよい、処理部材の壁（３）によって形成された少なくとも１つの空隙（２）を有し、
少なくとも１つの処理部材の壁（３）が多孔質構造を有する少なくとも１つの半浸透性膜から少なくとも部分的に形成されており、
少なくとも１つの処理部材は、入口装置（２４）と出口装置（２８）との間で、少なくとも１つの処理部材を包囲する通しの通路系が少なくとも１つの処理部材と接触しかつ少なくとも入口装置に対向する処理部材の端部および出口装置に対向する処理部材の端部に接して形成されるようにケーシング（２５）中に配置されていることを特徴とする、流体を物質特異的に処理するための装置。
【請求項２】
少なくとも１つの空隙（２）が出口装置（２８）の方向に１つの開口部（８）を有し、この開口部が通路系に開口している、請求項１記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つの空隙（２）が入口装置（２４）と出口装置（２８）との間で通路系の貫流方向での寸法Ｌと、この方向に対して垂直の空隙断面の液圧直径Ｄとの比Ｌ／Ｄ２〜４０００を有する、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
少なくとも１つの処理部材が壁（３）の容積Ｖwと壁（３）の容積Ｖwおよび少なくとも１つの空隙（２）の容積Ｖhから構成された処理部材の容積Ｖbとの比Ｖw／Ｖb０．５〜０．９８を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
全ての処理部材の壁（３）が均一な厚さを有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
多数の処理部材の少なくとも１つの群を備え、この処理部材が本質的に入口装置（２４）と出口装置（２８）との間で通路系の貫流方向を横断する方向に並べて配置されている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの群にまとめられた処理部材が互いにスペーサーによって距離をもって保持されている、請求項６記載の装置。
【請求項８】
ケーシング（２５）中に配置されかつケーシング（２５）の内壁に隣接している処理部材がケーシング内壁に対して、処理部材間の距離よりも小さいかまたはこの距離に等しい間隔を有している、請求項７記載の装置。
【請求項９】
ケーシング（２５）中で入口装置（２４）と出口装置（２８）との間の通路系の貫流方向で多数の処理部材または処理部材の群が段（２２）として順次に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
個々の処理部材の容積Ｖbの総和から構成された全ての処理部材の全容積ＶBと空のケーシング(２５)の容積ＶGとの比ＶB／ＶGが０．４〜０．９５の間にある、請求項１から９までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
比が０．５５〜０．７５の間にある、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
膜が０．００５μｍ〜５μｍの平均孔径を有する、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
膜が０．１μｍ〜３μｍの平均孔径を有する、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
膜が通路系と少なくとも１つの空隙（２）との間の貫流部分の方向でこの貫流部分の少なくとも８０％で一定の平均孔径を有し、この一定の平均孔径が、膜の前記貫流部分で＋／−５０％以下だけ変化する、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
膜が通路系に対向した側で１つの層を成し、この層が少なくとも１つの空隙（２）の方向で空隙に隣接している膜領域よりも小さい平均孔径を有している、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
層が１μｍ〜５μｍの厚さである、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
層中での平均孔径が空隙に隣接している領域よりも５分の１ないし５０分の１小さい、請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
膜が５０容量％〜９０容量％の平均多孔度を有する、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
膜が膜容積１ｃｍ3当たり２〜３００ｍ2のＢＥＴ表面積を有する、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
膜が膜容積１ｃｍ3当たり４〜３０ｍ2のＢＥＴ表面積を有する、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
膜が中空繊維膜であり、中空繊維膜の壁（３）が少なくとも１つの空隙（２）の壁であり、かつ中空繊維膜が少なくとも１端で閉鎖されている、請求項１から２０までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
並置されている処理部材（１１）の群の中空繊維膜が繊維フィラメント（１２）によって距離をもって保持されている、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
１群の中空繊維膜が繊維フィラメント（１２）により少なくとも１つの中空繊維マット中に結合されている、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
少なくとも１つの中空繊維マットが製織マットである、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
少なくとも１つの中空繊維マットが編成マットである、請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
少なくとも１つの中空繊維マットが製織小片である、請求項２３記載の装置。
【請求項２７】
少なくとも１つの中空繊維マットが１つの軸線を中心に入口装置（２４）と出口装置（２８）との間の通路系の貫流方向に対して平行方向に螺旋状に巻かれている、請求項２３から２６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
少なくとも２つの中空繊維マットが重ねられており、かつ１つの軸線を中心に入口装置（２４）と出口装置（２８）との間の通路系の貫流方向に対して平行に螺旋状に巻かれており、重ねられた中空繊維マットの中空フィラメントが互いに交叉するように中空繊維マットが重ねられている、請求項２３から２６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２９】
少なくとも１つの処理部材が少なくとも１つの平面状膜から形成されている、請求項１から２０までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項３０】
少なくとも１つの処理部材がＵ字形に折り畳まれた平面状膜から形成されており、この場合折り畳むことによって生じる折り畳み端縁は入口装置（２４）の方向に配置されており、こうして生じるＵ字形に折り畳まれた平面状膜の脚部（１５）、（１６）は少なくとも１つの空隙（２）を形成するために距離をもって保持されている、請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
少なくとも１つの処理部材が２つの互いに平行に互いに距離をもって配置された平面状膜から形成されており、この場合双方の平面状膜が入口装置（２４）の方向を指した端縁に接して少なくとも形状閉鎖的に相互に結合されている、請求項２９記載の装置。
【請求項３２】
少なくとも１つの平面状膜が１つの軸線を中心に入口装置（２４）と出口装置（２８）との間の貫流方向に対して平行に、閉鎖された端縁が入口装置（２４）の方向を指すように螺旋状に巻かれており、この場合巻かれた状態がスペーサーによって距離をもつように保持されており、それによって巻かれた位置間で通路系の一部である通路が形成されている、請求項２９から３１までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
膜がポリテトラフルオルエチレンもしくはポリビニリデンフルオリドまたはこれから得られた変種、配合物、混合物またはコポリマーからなる、請求項１から３２までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項３４】
膜上および／または膜中で物質特異的に作用する基が固定化されている、請求項１から３３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項３５】
物質特異的に作用する基がリガンドを処理すべき液体から精製分離するためのリガンドである、請求項３４記載の装置。
【請求項３６】
リガンドが長鎖の線状ポリマーの分子により膜に結合されており、この場合長鎖の線状ポリマーの分子は、多数のリガンドを有している、請求項３５記載の装置。
【請求項３７】
物質特異的に作用する基が酵素である、請求項３４記載の装置。
【請求項３８】
物質特異的に作用する基が触媒である、請求項３４記載の装置。
【請求項３９】
多孔質構造体を有する、ケーシング中に配置された半浸透性膜を使用しながら、入口装置の１つおよび出口装置の１つに対向した端部を有する、流体を物質特異的に処理するための少なくとも１つの処理部材により流体を物質特異的に処理し、この場合この膜は、外側を定義する少なくとも１つの第１の表面ならびに内側を定義する少なくとも１つの第２の表面を有し、少なくとも次の工程：
ａ）処理すべき流体をケーシング中に導入し、
ｂ）ケーシングに前記流体を貫流させ、この場合処理すべき流体を一次流として膜の外側を通過するように導くが、しかし、この一次流の一部が二次流として外側を介して膜中に流入し膜を通して流れ、この場合処理すべき流体の二次流を形成する一部に対して流体の物質特異的な処理を行ない、引続き内側を通して膜から流出させ、
ｃ）処理された流体をケーシングから導出することを包含する方法であって、膜の外側に接する貫流部分全体に亘って膜の周囲に一次流を自由に流し、膜を貫流した二次流を物質特異的な処理後に膜の外側に接して流れる一次流に再び供給することを特徴とする、流体を物質特異的に処理する方法。
【請求項４０】
処理すべき流体は懸濁液である、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
膜として中空繊維膜を使用する、請求項３９または４０記載の方法。
【請求項４２】
膜として平面状膜を使用する、請求項３９または４０記載の方法。
【請求項４３】
膜は少なくとも１つの処理部材を形成し、この処理部材はケーシングの貫流方向に開いていてよい少なくとも１つの空隙を有する、請求項３９から４２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
少なくとも１つの空隙が１つの開口部を有し、この開口部はケーシングの貫流方向を指している、請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
多数の処理部材の少なくとも１つの群を備え、この処理部材は本質的にケーシングの貫流方向を横断する方向に並べて配置されている、請求項４３または４４に記載の方法。
【請求項４６】
流体の処理をケーシングの貫流方向に空間的に順次に接続された段としての多数の処理部材または処理部材群中で実施する、請求項４３から４５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項４７】
段の数は１〜１０００の間にある、請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
段の数は２〜１００の間にある、請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
隣接した段の間で一次流と二次流を含む流体の流れとを混合する、請求項４６から４８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５０】
多数のケーシングをその中に配置された処理部材と順次に接続する、請求項３９から４９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５１】
処理すべき流体を再循環させる、請求項３９から５０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５２】
請求項１記載の装置を使用する、請求項３９から５１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５３】
親和性によりリゲート含有液体からリゲートを精製／分離する方法において、膜上および／または膜中に前記リゲートに対するリガンドが固定化されている膜を選択し、請求項３９から５２までのいずれか１項に記載の方法を実施することを特徴とする、リゲート含有液体からのリゲートの精製／分離方法。
【請求項５４】
液体を酵素的処理する方法において、膜上および／または膜中に酵素が固定化されている膜を選択し、請求項３９から５２までのいずれか１項に記載の方法を実施することを特徴とする、液体の酵素的処理方法。
【請求項５５】
流体を接触的に処理する方法において、膜上および／または膜中に触媒が固定化されている膜を使用し、請求項３９から５２までのいずれか１項に記載の方法を実施することを特徴とする、流体の接触的処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ａ）ケーシングと、
ｂ）処理すべき流体をケーシング中に導入するための入口装置と、
ｃ）処理された流体をケーシングから導出するための出口装置と、
ｄ）入口装置の１つおよび出口装置の１つに対向した端部を有する流体を物質特異的に処理するための少なくとも１つの処理部材とからなる、流体を物質特異的に処理するための装置に関する。
【０００２】
更に、本発明は、多孔質構造体を有する、ケーシング中に配置された半浸透性膜を使用しながら流体を物質特異的に処理し、この場合この膜は、外側を定義する少なくとも１つの第１の表面ならびに内側を定義する少なくとも１つの第２の表面を有し、少なくとも次の工程：
ａ）処理すべき流体をケーシング中に導入し、
ｂ）ケーシングに前記流体を貫流させ、この場合処理すべき流体を一次流として膜の外側のそばを通過するように導くが、しかし、この一次流の一部が二次流として外側上で膜中に流入し膜の内側のそばを通過しないように導き、膜を通して流れさせ、この場合処理すべき流体の二次流を形成する一部に対して流体の物質特異的な処理を行ない、引続き内側を通して膜から流出させ、
ｃ）処理すべき流体をケーシングから導出することを包含する方法に関する。
【０００３】
本発明の範囲内の流体は、ガス、粒子で負荷されたガスならびに例えば澄明溶液または懸濁液のような一般的な液体である。
【０００４】
【従来の技術】
流体の物質特異的処理は、生化学、医学または化学技術のような使用分野においてますます重要な意味をもっている。このための例は、遺伝子修飾細胞物質、例えば抗体、ホルモン、成長因子または酵素が多くの場合に僅かな濃度で生産される細胞懸濁液から有効物質を取得することにある。また、重要な使用は、ヒトの血液から望ましくない物質を体外除去することである。最後に、広範な使用は、液体の接触的または生接触的（酵素的）処理、例えばマトリックスに固定化されているリパーゼによる油の加水分解である。液体を処理するための多数の使用の場合には、この液体は、多種多様の種類の粒子を含有し、即ちこの液体は、懸濁液として存在する。
【０００５】
液体の物質特異的な処理は、処理すべき流体を担持材料と接触させるようにして数回行なわれ、この場合この担持材料上および／または担持材料中には、相互作用する基または物質が固定化されており、この基または物質は、特異的な選択的方法で流体中に含有されている目的物質、即ち物質特異的処理が行なわれる物質と相互作用される。このような相互作用は、例えば陽イオン交換または陰イオン交換、親水性−疎水性相互作用、水素架橋、親和性または酵素的もしくは接触的反応等であることができる。精製による物質分離の場合には、担持材料にリガンド（Liganden）が結合されているかまたは担持材料中に固定化されており、このリガンドは、個々の目的物質または全種類の物質を吸着性で特異的に結合するという機能を有している。この目的物質は、リゲート（Ligat）と呼称される。種類に特異的なリガンドの１例は、マイナスに負荷された分子種を吸着するプラスに負荷されたジエチルアミノエチル（ＤＥＡＥ）基またはプラスに負荷された分子種を吸着するマイナスに負荷されたスルホン酸（ＳＯ３）基である。特異的なリガンドは、例えば一定の蛋白質に抗する抗体であり、この蛋白質は、リゲートとして抗体に結合している。
【０００６】
流体を物質特異的に処理する際の本質的な判断基準は、生産性および選択性である。生産性について見れば、１単位容量当たりできるだけ多数の物質特異的に作用する基を提供することが重要であり、この場合この基は、処理すべき流体中に含有されている目的物質と相互作用を生じうる。同時に、この目的物質を物質特異的に作用する基もしくは物質に最大で運搬することを意図することができる。
【０００７】
アフィニティークロマトグラフィーでしばしば使用されるリガンドのための担持材料は、リガンドが結合しかつ堆積物の形でクロマトグラフィーカラム中に存在するセファロース（Sepharose）粒子である。この場合、高い選択性を有するリガンドを用いて高い濃度を実現させる場合には、選択性は周知のように僅かである。それというのも、セファロース粒子の圧縮可能性のためにカラムを通る通過量は、比較的僅かなままであるからである。更に、セファロース粒子中に含有されているリガンドへのリゲートの侵入は拡散制御されており、それによって殊に例えば蛋白質のような高分子の分離の際には、蛋白質の僅かな拡散速度のために長い滞留時間、ひいては僅かな通過量および僅かな生産性が生じる。
【０００８】
米国特許第４２０２７７５号明細書には、多孔質の剛性ポリマー粒子からなるカラム材料が開示されており、このカラム材料は、有機成分を分離するための吸着剤として使用することができ、この吸着剤それ自体が水溶液中に存在する蛋白質に吸着されている。実際に、このカラム材料は、もはや圧縮可能性の欠点を有していないが、しかし、長い滞留時間および僅かな生産性と関連した、粒子中に拡散制御して物質を運搬することの欠点は、そのまま残っている。
【０００９】
米国特許第５０１９２７０号明細書には、剛性の多孔質粒子からなるクロマトグラフィーカラム材料が記載されており、この場合クロマトグラフィーカラムを貫流する液体の部分流と処理すべき液体は、対流でこの粒子を貫流し、この場合には、粒子の多孔質構造体中に存在する相互作用する基と接触し、かつ引続き再び粒子の周囲を流れる液体流と合わされる。粒子を通しての対流での物質運搬のために、先に記載されたカラム材料と比較して滞留時間の減少および生産性の上昇が可能である。
【００１０】
実際に、このような粒子で充填されたクロマトグラフィーカラムの利点は、このカラムの構造および使用が極めて簡単であることにある。しかし、液体中に粒子または例えば細胞が滞留することなく、また堆積物を通してディープベッドフィルターによる濾過効果が生じないように粒子堆積物への良好な貫流を保証しかつ圧力損失を僅かに保つために、全ての粒状カラム材料は、粒子または細胞を含有する液体、即ち懸濁液を処理する際にカラム材料の比較的に大きい粒子を選択しなければならないという共通の欠点を有している。しかし、それによって容積部材１個当たりに提供される物質特異的に作用する基の量は、減少する。それというのも、カラム中の粒子を通して取り込まれる容量は小さくなるからである。更に、増大する粒子寸法は、滞留時間が延長されると云う欠点と関連している。
【００１１】
このようなクロマトグラフィーカラムの場合には、配置された包装物中の粒子がカラム中に存在し、それによって堆積物中の粒子含量が最大にされ、かつ粒子間で流れの均等化が生じるように意図することができる。このことは、部分的にできるだけ単一な直径を有する球状粒子を使用することによって達成させることができる。しかし、このような単一粒子の製造は、費用がかかる。その上、一般にこの種の粒子堆積物の場合には、粒子間の流れ通路が流体力学的視点で最適に形成されていないことを阻止することができない。粒子間の楔形領域内で、簡単に死空間を生じる可能性があり、このことは、殊に懸濁液の物質特異的処理の場合には、例えば堆積物の粒子間の楔形領域内で懸濁された粒子が沈積するような不利な現象をまねきうる。
【００１２】
粒状担持材料の記載された欠点は、多孔質構造を有する膜を担持材料として相互作用する基に使用するような流体を物質特異的に処理するための一連の方法の開発を生じた。この膜は、多孔質構造に基づき大きい内部表面積を提供し、したがって単位容量当たり高い濃度で膜に多数の官能基を結合させることができ、この官能基は、膜を貫流する処理すべき流体との相互作用を生じる（例えば、E. Klein, ”Affinity Membranes”, John Wiley & Sons, Inc., 1991; S. Brandt等, ”Membrane-Based Affinity Technology for Commercial Scale Purifications”, Bio/Technology 第６巻（1988）, 第７７９〜７８２頁参照）。
【００１３】
使用される膜の実施形式に関連して、処理方法の必要性に適合させることができる。膜は、中空繊維の形でかまたは多種多様の材料からなる平面状膜として提供され、したがって処理すべき流体の物理化学的性質への適合が可能になる。また、膜の孔径は、処理すべき流体をこの流体中に含有されている目的物質と一緒に対流で膜に貫流させることができ、かつ相互作用する基に目的物質が結合している場合には、膜の封鎖が起こらないように調節することができる。
【００１４】
膜中での処理すべき流体の滞留時間ならびに貫流時に生じる圧力損失は、膜壁の厚さによって影響を及ぼすことができる。この場合、膜は、一般に僅かな壁厚（例えば、１００μｍ未満）に基づいて相互作用する基への処理すべき流体の短い運搬路を示し、それによって滞留時間は、比較的に短くなる。同時に、粒子状担持剤と比較して膜を担持材料として使用する場合の他の利点としては、膜壁の厚さが本質的に均一であることに基づいて担持材料の均一な貫流およびそれから生じる狭い滞留時間分布ならびに相互作用する基の均質で完全な”利用”が生じることが判明する。
【００１５】
流体を物質特異的に処理するための方法の場合に使用される、かかる膜を有する一連の装置が記載されており、この場合には、平面状膜ならびに中空繊維膜が使用される。この場合、いわゆるデッドエンド（dead-end）形フィルターもしくはデッドエンド形モジュール（dead-end-Module）とクロスフロー（cross-flow）形フィルターもしくはクロスフロー形モジュール（cross-flow-Module）との間で区別することができる。
【００１６】
デッドエンド形フィルターの場合には、供給流として膜モジュール中に流入する全流体は、膜を通して導かれ、かつ膜の流入側に対向する流出側で濾液もしくは浸透液として導出される。
【００１７】
クロスフロー形モジュールでの運転形式の場合には、供給流は、膜の片側と平行に流れる。この場合、供給流の一部は、膜を通過して侵入する。この通過侵入する部分流は、浸透液として導出され、供給流側に残存する部分流は、滞留液として導出される。また、この場合には、膜の浸透液側に付加的な流体の流れを導入することもでき、この付加的な流体の流れには、膜を通過して侵入する部分流が受け入れられる。
【００１８】
米国特許第４９３５１４２号明細書には、平面状膜からなる堆積物を有する、デッドエンド形でアフィニティー分離法を実施するための装置が記載されている。平面状膜にはリガンドが結合され、このリガンドには、処理すべき液体から分離すべきリゲートが結合される。膜堆積物を形成する平面状膜は、包囲するケーシングに対して密閉されており、したがって膜堆積物を通しての強制流が発生される。この種の構造の場合の欠点は、堆積物の貫流の際に圧力損失が高いことにあり、この場合には、生じる圧力に対して平面状膜部材に十分な安定性を付与する付加的な手段が必要とされる。
【００１９】
欧州特許出願公開第０１７３５００号明細書、欧州特許出願公開第０２８０８４０号明細書および欧州特許出願公開第０６１０７５５号明細書には、例えば免疫グロブリン、抗原等の単離のような膜に基づくアフィニティー分離法の際に使用する装置が記載されている。この装置もしくは膜モジュールは、星形に折り畳まれた微孔質の平面状膜を備えている。この星形に折り畳まれた平面状膜は、２つの粗大な格子間で支持され、かつ同軸線上に互いに配置された２つの円筒状ケーシング部材間に導入されている。また、有利には、多数の星形に折り畳まれた平面状膜は、互いに同心的にケーシング中に配置されていてもよい。同様に形成されたモジュールは、欧州特許出願公開第０６６２３４０号明細書に記載されており、この場合には、折り畳まれた平面状構造体中に特異的に相互作用する基を有する小さい粒子が埋封されている。
【００２０】
処理すべき液体は、記載された装置の場合に圧力の負荷下に内部から外向きにまたは反対方向に外部から内向きにモジュールに導通され、この場合デッドエンド形で対流で膜を貫流する。記載されたモジュールは、折り畳まれていない互いに同心的に配置された膜を有するモジュールと比べて比較的に僅かな圧力損失の際に膜面積が相対的に大きいという利点を提供する。しかし、一般にモジュールの全容積に対して膜容積として定義された充填度は、僅かであってもよい。
【００２１】
デッドエンド形で駆動させるべき全ての膜モジュールの場合には、流体中に含有されている粒子が孔径の大きさの程度にあることにより、粒子を含有する流体、即ち例えば懸濁液の処理に不適当であるという欠点を有している。この粒子は、膜壁上に層の形成をまねき、膜を封鎖するであろう。例えば、粒子を含有する液体、即ち懸濁液のアフィニティー分離方法の場合に使用するためには、この種のデッドエンド形モジュールは、前接続された前濾過／前精製工程との組合せでのみ駆動させることができる。しかし、それによってこのような方法は、有効性を失い、また例えば、多くの場合にこのような前精製によって大部分の目的物質が失われることによって有効性を失った。
【００２２】
例えばデッドエンド形で駆動されるモジュールの使用可能性に関連して懸濁液の場合の記載された欠点は、少なくとも部分的にクロスフロー形モジュールを使用する場合には、回避することができる。このモジュールの場合には、十分に高い剪断応力の際に膜表面と平行に流れる供給流によって、懸濁された粒子からなる層の構成は、減少させることができる。
【００２３】
ＷＯ  ９０／０５０１８には、構成がクロスフロー形モジュールに相当する、アフィニティー分離法の場合に使用するための膜モジュールが開示されている。リゲート含有液体は、入口装置を介してモジュールケーシング中に導入され、かつ例えばリガンドが結合している中空繊維膜の片面上で接線方向に流れる。液体の一部は、膜中に侵入し、この膜を貫流し、この場合リゲートは、リガンドに付着され、かつ入口側に対向する膜側で浸透流として出る。滞留液流および浸透液流は、別個の出口装置を介して導出される。ＷＯ  ９０／０５０１８の記載により使用される膜の本質的な特徴は、等方性の微孔質構造体であり、この微孔質構造体は、高分子を含有する溶液の対流の流れを可能にする。
【００２４】
米国特許第４２６６０２６号明細書には、接触反応を実施する方法に対して異方性中空繊維膜を含有するクロスフロー形モジュールが記載されている。この場合に使用されている触媒は、殊に膜構造体中で例えばカップリング試薬により固定化されている酵素である。処理すべき液体は、供給流として圧力下で中空繊維の内径部を貫流する。この場合、液体の一部は、膜壁を対流で貫流し、かつその際に接触反応が行なわれる。例としては、触媒としてのガラクトシダーゼを用いてのグルコースおよびガラクトース中でのラクトースの触媒反応が記載される。滞留液および浸透液は、別々の液体流としてモジュールから導出され、貯蔵容器中で相互に合わされ、かつ反応する物質の所望の変換率が達成されるまで、モジュールにおいて内径側で循環して返送される。
【００２５】
クロスフロー形モジュールを用いる処理の変形は、ＷＯ  ９３／０２７７７に記載されている。血液から一定の成分を特異的に除去するために、血漿用フィルターとして機能する、特殊に成形されたケーシング中にＵ字形で埋設された半浸透性中空繊維膜からなる束が使用される。この中空繊維膜は、内径側で血液によって貫流され、物質特異的処理は、膜により分離された血漿を用いて中空繊維膜の周囲の外側空間内で行なわれる。この外側空間内には、分離すべき成分の付着のために例えば固定化された酵素または抗体を含有する浄化媒体が存在する。前記束は、原理的に流入枝部中および流出枝部中で区別される。流入枝部の範囲内で起こるプラスの浸透膜圧に基づいて、１つの拡散により膜を通して外側空間中への血漿の積層された対流の運搬が行なわれる。処理された血漿は、流出枝部の範囲内でそこで発生する負の浸透膜厚に基づいて中空繊維膜の内径部中に返送され、かつ再び血液と合わされる。
【００２６】
ＷＯ  ９３／０２７７７に記載の方法は、浸透流、即ち血漿流のための別個のポンプおよび／または制御機関を必要としないという利点を提供する。しかし、使用されるモジュールは、膜の外側範囲内で大きい死空間容積を有している。
【００２７】
欧州特許出願公開第０１１２０９４号明細書の記載の血液処理するための装置の場合には、同様に浸透液は、使用されるモジュールから別個に導かれるのではなく、モジュールの内部で再び滞留液、即ちこの場合には血液と一緒に導かれる。この場合も膜は血漿分離器として使用され、この場合には、膜の片側から１つの通路が形成されており、この通路に血液は貫流し、別の膜側および包囲するケーシングによって１つの処理空間が形成されており、この処理空間内には、物質特異的処理のための１つの材料が存在する。１つの適当な装置により処理空間上で圧力変形が顕著になる。それによって、血液通路と処理空間との間の圧力差は、交互にではあるがまず血液からの血漿を膜を通して処理空間内に浸透させ、この処理空間内で物質特異的な処理を行なうようにして周期的に変化される。引続き、処理された血漿は、反対方向に再び膜に貫流され、かつ血液と合わされる。
【００２８】
類似の原理は、ＷＯ  ８０／０２８０５の場合も追求されている。また、この刊行物の記載によれば、圧力振動によって供給流の一部は、対流で膜を通して導かれ、かつ再び供給流中に返送される。欧州特許出願公開第０１１２０９４号明細書の記載とは異なり、ＷＯ  ８０／０２８０５の記載の装置の場合には、処理すべき液体の目的物質が結合されているはずの生物学的に活性の物質が孔中で結合されかつ膜の表面に接して膜に結合され、したがって液体の物質特異的処理が膜への貫流の際に行なわれる。
【００２９】
欧州特許出願公開第０３４１４１３号明細書には、全血を処理するための吸着剤モジュールが記載されており、この場合モジュール中に含まれている、リガンドを備えた中空繊維膜には、クロスフロー形で内径側で血液が貫流される。この場合、血漿は、浸透液として中空繊維膜壁を通して中空繊維膜を包囲する外側空間内に入り、この場合には、膜壁内で血漿の処理が行なわれる。１つの特殊な実施態様の場合には、このモジュールは、浸透液のための出口を有さず、全血の処理の場合には、浸透液として分離された血漿は、外側空間内で毛管の周囲に捕集され、かつ生じる圧力挙動のために再び中空繊維膜壁を通して中空繊維膜の内径部内に侵入する。しかし、このようなモジュールの概念は、膜を貫流する血漿流に対して制限された範囲内でのみ影響を及ぼしうるという欠点を有する。更に、必要とされる処理時間は比較的長い。それというのも、専ら中空繊維膜の周囲の外側空間を充填するために１０分を超える浸透時間が必要とされるからである。
【００３０】
液体を物質特異的に処理するために記載されたクロスフロー形で駆動されるモジュールは、例えば別々の浸透液流および滞留液流のために付加的なポンプおよび／または制御機関または圧力振動を発生させるための付加的な装置を必要とするという欠点を有する。全てに共通のことは、常に膜をケーシング中に埋設することが必要であり、それによって膜モジュールの製造に費用がかかることになるという欠点にある。このことは、殊に処理過程により多数のモジュールの順次の接続が必要である場合には、不利に作用する。更に、このことは、リガンドのカップリングまたは重合のために例えばトルオールのような攻撃的溶剤が使用され、かつこのカップリングが装置中で生じる場合には、重要なことである。実際に、この場合必要とされる溶剤安定性の膜の埋設は、極めて費用がかかり、かつ高い費用と関連していることが判明した。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、公知技術水準の記載された欠点が少なくとも減少されており、簡単な方法で製造可能であり、融通性をもってそれぞれの流体処理に適合させることができ、かつ澄明溶液および殊に懸濁液にも適当である、流体を物質特異的に処理するための冒頭に記載された種類の装置を提供することである。
【００３２】
更に、本発明の課題は、懸濁液の処理にも適当である、多孔質の構造体を有する半浸透性膜の使用下で流体を有効に物質特異的に処理するための冒頭に記載された種類の方法を提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１の上位概念に記載された装置の場合には、この装置の少なくとも１つの処理部材が出口装置の方向に開いていてよい、処理部材の壁によって形成された少なくとも１つの空隙を有し、少なくとも１つの処理部材の壁が多孔質構造を有する少なくとも１つの半浸透性膜から少なくとも部分的に形成されており、入口装置と出口装置との間で少なくとも１つの処理部材を本質的に包囲する通しの通路系が少なくとも１つの処理部材と接触しかつ少なくとも入口装置に対向する処理部材の端部および出口装置に対向する処理部材の端部に接して形成されていることによって解決される。
【００３４】
更に、この課題は、請求項３９の上位概念に記載された方法の場合には、本発明により、膜の外側に接する貫流部分全体に亘って本質的に膜の周囲に一次流を自由に流し、膜を貫流した二次流を物質特異的な処理後に膜の外側に接して流れる一次流に再び供給することによって解決される。
【００３５】
処理すべき液体とは、本発明の範囲内で物質特異的処理に向けられている一定の物質または目的物質を含有するような流体のことである。
【００３６】
本発明による装置は、処理すべき液体が入口装置を介してケーシング中に導入され、かつ一次流としてケーシング中で通路系を通して外側装置の方向にケーシング中に配置された少なくとも１つの処理部材を通過して流れるように形成されている。この場合、少なくとも１つの処理部材は、本発明による装置のケーシング中に導入されており、この場合には、少なくとも１つの処理部材の端部を埋設することが不要であり、即ち入口装置および出口装置に対向した端部は、それぞれの端部を包囲する埋設部を有していない。また、この方法の場合には、少なくとも１つの処理部材の端部の周囲には、本質的に一次流が流れることができる。
【００３７】
通路系中での流動によって発生される処理部材に沿っての圧力勾配のために、一次流の一部は、二次流として処理部材中に侵入し、処理部材の半浸透性壁を貫流し、この場合には、物質特異的な処理が目的物質に関連して行なわれ、かつ処理部材の少なくとも１つの空隙中で捕集される。
【００３８】
空隙は、閉鎖されていてもよいか、または極度に出口装置の方向に開いていてもよい。意外なことに、空隙が閉鎖された場合にもこのような空隙を有する処理部材を通して二次流は形成される。しかし、少なくとも１つの空隙が出口開口部に方向に通路系に開口する開口部を有しているような本発明により装置の実施態様が有利である。
【００３９】
二次流が圧力勾配に基づいて入口装置に対向する処理部材の上部区間で半浸透性壁を通して該部材中に侵入し、空隙中で捕集され、かつ処理部材の出口装置に対向した下部区間中で一次流中での減少された圧力に基づいて反対方向に空隙から半浸透性壁を通して通路系中に出るような閉鎖された空隙の場合には、二次流は、再び一次流と合わされる。この場合、部分流を形成する流体の物質特異的な処理は、壁を通しての第１の通過の場合にも第２の通過の場合にも行なうことができる。
【００４０】
好ましい場合には、少なくとも１つの空隙は、出口装置の方向で通路系に開口する開口部を有し、二次流は、本質的に入口装置と出口装置との間の処理部材の全延在部を介して処理部材中に侵入し、この場合物質流の勾配は、出口装置の方向に減少している。半浸透性の多孔質壁を通過する全二次流は、空隙中で捕集され、かつ前記部材の下端部で開口部を介して通路系中に返送され、この通路系中で全二次流は、再び一次流と合わされる。出口装置の方向に開きかつ通路系と結合されている空隙の前記実施形式は、閉鎖された空隙と比較してよりいっそう大きい二次流、即ち処理部材の壁を通してのよりいっそう高い貫流量が生じるという利点を提供する。それというのも、この二次流は、処理部材からの退出の際に処理部材の半浸透性壁によって形成された流れ抵抗を克服する必要がないからである。
【００４１】
極度に出口装置の方向に開いた空隙が必要であることは、課された課題に記載された懸濁液に対する本発明による装置の使用可能性から生じる。例えば、処理部材は、入口方向に開いた空隙、例えばデッドエンド形フィルターと一緒に作用を生じ、このことは、懸濁液を処理する場合には、懸濁された粒子が空隙中で沈積するという結果を生じるであろう。
【００４２】
空隙を寸法決定する場合には、二次流による空隙の貫流時に生じる流れ抵抗が半浸透性壁の貫流時に生じる流れ抵抗と比較して小さいという問題を生じる。同時に、処理部材１個につき処理部材の容積のできるだけたかい割合は、物質特異的な処理が行なわれる半浸透性の多孔質膜壁から生じるように意図することができる。壁の容積Ｖｗと少なくとも１つの空隙の容積Ｖｈとから構成された処理部材の容積Ｖｂに対する処理部材の壁の容積Ｖｗの好ましい比Ｖｗ／Ｖｂは、０．５＜Ｖｗ／Ｖｂ＜０．９８であり、特に好ましい比は、０．６＜Ｖｗ／Ｖｂ＜０．８５の範囲内にある。
【００４３】
１つの処理部材を貫流する二次流は、別の流入因子とともに処理部材に沿って存在する圧力勾配ｄｐ／ｄｘによって定められる。この場合、ｄｐは、一次流の方向で示唆区間ｄｘに沿っての示唆圧力変化である。この圧力勾配は、大きくなればなるほど、処理部材を通る二次流はますます増大し、したがって物質特異的な処理が行なわれる一次流の一部もますます増大する。処理部材に沿ってかまたは処理部材を包囲する通路系に沿っての圧力勾配は、通路系を通しての通過量が増大する、即ち一次流が増大するにつれて大きくなる。
【００４４】
圧力勾配ｄｐ／ｄｘは、充填度と呼ばれる比ＶＢ／ＶＧが増大すればするほど、大きくなり、この場合ＶＢは、個々の処理部材の容積Ｖｂの総和から構成された全ての処理部材の全容積であり、かつＶＧは、空のケーシングの容積である。比ＶＢ／ＶＧは０．４〜０．９５の間にあるのが有利であることが判明し、１つの比は、０．５５〜０．７５の間にあるのが最も有利であることが判明する。このような充填度の場合には、即ち処理部材間の距離、ひいては通路系の通路の断面の相応する寸法は、多孔質膜構造体を通しての拡散的運搬に二次流に基づく本質的に大きな対流運搬を重ね合わせるために、通路系を通しての適当な通過量もしくは通路系中での流速と関連して十分な高さの圧力勾配が生じるような程度に小さくなる。
【００４５】
処理部材および該処理部材の少なくとも１つの空隙がケーシングの貫流方向に長手方向の貫流部分を有していることは、有利である。少なくとも１つの空隙の寸法比Ｌ／Ｄが２〜４０００であることは、有利であり、この場合Ｌは、ケーシングの貫流方向での空隙寸法であり、かつＤは、該貫流方向に対して垂直の空隙断面の液圧直径である。この場合、液圧直径は、関係式Ｄ＝４＊Ａ／Ｕによって定義されており、その際Ａは、面積で示される横断面であり、かつＵは、この横断面の周囲長さである。特に好ましいのは、寸法比Ｌ／Ｄが２０〜４５０である。
【００４６】
この場合には、その壁が拡がりにおいて一次流の方向と垂直方向に本質的に均一な厚さを有しているような処理部材が好ましい。それによって、二次流が膜の貫流の際に処理部材の全ての個所で本質的に等しい貫流路を後方に備えていることも達成され、このことは、処理すべき流体のできるだけ均一な滞留時間に関連して特に有利である。
【００４７】
個々の処理部材をケーシング断面に配置する場合には、例えば別個のスペーサーまたは処理部材および／またはケーシング内壁の相応する成形によって処理部材とケーシング内壁との間に通路系を形成させることが必要であり、この場合には、処理部材のできるだけ均一な周囲を巡る流動に関連して通路系は、同様にできるだけ均一な形で形成されるべきであった。
【００４８】
しかし、大量の流体量を処理することに関連して、処理部材を少なくとも２個、有利に多数の処理部材の少なくとも１つの群にまとめることは、しばしば有利であり、この場合には、処理部材は、本質的に入口装置と出口装置との間の通路系の貫流方向に対して横方向に並置されている。
【００４９】
この場合、１つの群にまとめられた処理部材をスペーサーによって互いに距離をもって維持することは、有利であり、したがって処理部材を巡って定義された通路を有する通路系が形成され、この通路系を通して処理部材からなる群の均一な貫流および個々の処理部材の均一な周囲を巡る流動が可能になる。更に、スペーサーにより通路の流動断面の大きさを調節することができ、それによって懸濁液を物質特異的に処理する場合には、懸濁液中に含有されている粒子の大きさへ適合させることが可能になり、それによって通路系の閉塞を防ぐことができる。同時に、流動断面の調節により通路内で生じる圧力勾配に対して影響を及ぼすことができる。
【００５０】
有利にスペーサーは、弾性成分を有するように形成されている。それによって、処理部材からなるかかる群は、この群を差し当たりごく僅かに押しつぶすことにより簡単な方法で装置のケーシング中に導入することができ、この場合処理部材間の距離は、若干減少され、ケーシング中に押し込まれ、かつ引続き放圧され、それによって処理部材間の間隔は、再び拡大される。結果として、処理部材の群はこの処理部材の外側の周囲でケーシング内壁に接し、かつケーシング内壁に沿っての望ましくない縁部流は少なくとも減少されることが達成される。有利に、ケーシング壁に隣接する処理部材とケーシング内壁との間の距離は、処理部材間の距離よりも短いかまたはこの距離に等しい。
【００５１】
また、スペーサーは、薄い小管または毛管として形成されていてもよく、該管の軸線は、本質的に出口装置と入口装置との間の群の処理部材の貫流方向に対して平行であり、かつ該管の内径部に一次流は、貫流することができる。特に、この小管もしくは毛管は、入口装置と出口装置との間の処理部材の貫流部分全体に沿って配置されているのではなく、この貫流部分の部分領域内で処理部材の出口装置に対向した端部に配置されている。こうして、一次流の圧力減少は、高めることができ、ひいては二次流は、処理部材を通して拡大させることができる。
【００５２】
また、同様の効果は、ケーシング断面が処理部材の段の領域内でそれぞれ出口装置に向かって先細になることにより、ケーシング断面の相応する形成によって達成することができる。それによって、出口装置に対向した端部での処理部材間の距離は、入口装置に対向した端部での処理部材間の距離と比較して減少される。
【００５３】
物質特異的な処理の効率を高めるために、ケーシング中で入口装置と出口装置との間の通路系の貫流方向、即ちケーシングの貫流方向で多数の処理部材または処理部材群は、段として順次に配置されている。多数の段を順次に接続することによって、同時に個々の段の寸法は、ケーシングの貫流方向に短く保持され、それによって濃度変化は、予想される臨界的成分に関連して処理すべき流体中で回避される。このことは、殊に懸濁液を物質特異的に処理するかかる方法の場合には、重要であり、この場合例えば血液の物質特異的処理の場合のように、懸濁された粒子の少なくとも一部は、処理部材の半浸透性膜壁によって保留され、同時に懸濁された粒子の高い濃度は回避される。比較的に短い処理部材により、処理部材に沿って一次流から僅かな部分流のみが取り出され、したがって濃度の変化は、次に一次流と二次流とが一緒に導かれるまで殆ど不変のままである。
【００５４】
本発明による装置の場合には、ケーシング中の段の数は、１〜１０００の間にあるのが有利である。段数は、１〜１００の間にあるのが有利であることが判明し、段数は、１〜１０の間にあるのが最も有利であることが判明する。この場合、一次流も二次流もケーシングの貫流方向で次に配置された段によって局部的に妨害されないようにし、かつ一次流と二次流の十分な混合物を可能にするために、個々の段が互いに間隔を有することは、好ましい。均質な混合は、例えば望ましくない濃度変動を回避するために有利である。２つの重なり合う段間の距離ｓと処理部材の空隙の液圧直径Ｄとの比ｓ／Ｄは、０〜５の間にあるのが有利である。
【００５５】
勿論、処理方法の要件に適合させる場合には、有利に処理部材の多数の段を含む多数の本発明による装置を直列接続することも可能である。
【００５６】
１つの好ましい実施態様の場合には、二次流は、処理部材の半浸透性壁に貫流し、かつ対流で目的物質を膜を通して運搬する。このことは、処理部材を形成させるために使用される、多孔質構造を有する半浸透性膜が膜を通しての目的物質の対流での運搬を可能にする孔径を有することを前提条件とする。
【００５７】
処理部材の周囲の通路系中での圧力勾配が定められかつ処理部材の幾何学的寸法が定められた場合には、膜の平均孔径を最大にすることにより、二次流は、勿論最大になる。使用の場合には、孔径は、目的物質の大きさにも一致させなければならず、この場合この目的物質は、溶解された高分子の形で存在することができるが、しかし、サブマイクロメーターの範囲内の粒径を有する小さい粒子の形で存在することができる。同時に、例えば懸濁液を物質特異的に処理する場合には、膜が分離機能を有しかつ目的物質ではない成分を含有する懸濁液中に保留することがしばしば必要とされる。このことは、孔径が一定の最大値を超えてはいけないことを意味する。それによって、孔径の閉塞または例えばこのような保留すべき成分間の望ましくない相互作用を目的物質との相互作用のために設けられた物質特異的に作用する基を用いて膜中で予防することができる。
【００５８】
別の側で本発明による装置の以下に記載された使用もしくは本発明による方法の実施態様に関連して、物質特異的な処理に膜のできるだけ大きい内部表面積を提供するために、できるだけ小さな孔径およびできるだけ大きな孔容積もしくはできるだけ大きな多孔度を有する膜を使用することは、むしろ重要である。有利に本発明により使用される膜は、５０容量％〜９０容量％の平均多孔度を有している。膜の孔容積と膜容積との比は、平均多孔度として理解され、この場合膜容積は、孔容積および膜構造体を形成する材料の容積から構成されている。
【００５９】
膜の構成、即ち膜の構造および膜厚に亘っての孔径分布についての要件は、物質特異的な処理を使用するそのつどの場合に依存する。膜構造体は、厚さに亘って等方性であることができ、即ち膜構造体の内部で孔径は本質的に一定であり、この膜構造体は、等方性でなくともよいし、対称であってもよいし、非対称であってもよく、この膜は、片側で本質的に厚手の孔構造体を有する層、即ちスキンを有することができる。非対称の膜の場合には、厚手の層は、処理部材の外側または空隙に対向していてもよい。例えば、懸濁液を物質特異的に処理する場合には、一定の分離作用を達成するために膜は、懸濁液に対向した側で小さな孔径を有することが必要とされる。しかし、同時に膜もしくは膜構造体を通してのできるだけ大きな二次流を得るために、残りの膜構造体は、有利に粗大孔径であるが、しかし、できるだけ大きな内部表面積を達成するために使用に応じて粗大すぎる孔径であってはならない。
【００６０】
有利には、平均粒径０．００５〜５μｍを有する膜が使用され、特に有利には、平均粒径０．１〜３μｍを有する膜が使用される。
【００６１】
平均粒径を定めるために、孔径の大きさに応じておよび膜構造に応じて異なる方法が使用される。本質的に等方性の孔構造体のためには、孔径は、デキストラン分子の所定の大きさの分布を有するデキストラン水溶液を膜を通して濾過することにより、間接的に濾過実験によって定められる。この場合公称分子直径の関数として測定される相対的な保留液から、孔径分布が計算され、これから平均孔径が計算される。この方法は、例えばK. Sakai, J. Membrane Science 96 (1994), 91〜130またはShin-ichi Nakao, J. Membrane Science 96 (1994) 131〜165によって透析膜もしくは濾膜に関連して記載されている。
【００６２】
例えば、よりいっそう厚手の孔構造体を備えた層を有する非等方性膜には、よりいっそう厚手の層内で平均孔径を測定するために同様に濾過実験に基づく引用された測定法が採用される。非等方性膜の粗大孔範囲の平均粒径を測定するために、ゼーマン（L. Zeman）他, J. Membrane Science 71 （1992）, 221〜231による画像分析法が使用される。この方法は、勿論等方性孔構造体ならびに非等方性孔構造体について０．１μｍ〜５μｍの孔径範囲に適している。
【００６３】
本発明による装置もしくは本発明による方法を液体、例えば殊に澄明な溶液または懸濁液に使用するために、膜が触媒系と少なくとも１つの空隙との間の貫流方向に、即ち外側表面に対して垂直方向にこの貫流部分の少なくとも８０％で本質的に一定の平均孔径を有することは、好ましい。それによって、膜内で多数の固定化された物質特異的に作用する基と関連する高い内部表面積を、同時に表面に対して垂直方向の膜への貫流時に僅かな圧力損失で達成することができ、ひいては高い二次流を達成することができる。本質的に一定の平均孔径とは、膜の記載された貫流部分で＋／−５０％以下だけ変化するものである。
【００６４】
懸濁液を物質特異的に処理するためには、本質的に一定の平均孔径を有する膜の空隙方向に隣接した領域よりも小さい平均孔径を有する１つの層を通路系に対向した側に有する膜を使用することは、有利であることが判明した。有利に、この層は、１μｍ〜５μｍの厚さであり、かつ隣接した領域内での平均孔径よりも５分の１ないし５０分の１小さい平均孔径を有している。
【００６５】
本発明による装置においてかもしくは本発明による方法を実施するために、大きい内部表面積を有する多孔質膜が有利に使用される。膜容積１ｃｍ３当たり２〜３００ｍ２のＢＥＴ表面積を有する多孔質膜が有利であることが判明し、膜容積１ｃｍ３当たり４〜３０ｍ２のＢＥＴ表面積を有するような膜が最も有利であることが判明した。多孔質膜構造体の表面積を測定するための窒素吸着測定に基づくＢＥＴ法は、カネコ（K. Kaneko）, J. Membrane Science 96 (1994), 54〜89によって記載されている。
【００６６】
本発明の範囲内で処理部材を形成させるために有利に中空繊維膜または平面状膜が使用される。しかし、例えば膜状ホースまたは膜状管のような別の膜成形体も包含される。
【００６７】
中空繊維膜の好ましい使用の場合には、中空繊維膜の壁は、同時に処理部材の少なくとも１つの空隙の壁および中空繊維膜を少なくとも１端で閉鎖している。空隙は、中空繊維膜の内径部によって形成されており、かつ中空繊維膜の内面によって制限されている。
【００６８】
中空繊維膜から簡単な方法で処理部材は、本発明の範囲内で得ることができる。中空繊維膜断片の両端または１端だけを閉鎖すること、例えば溶接することにより、閉鎖された空隙または片側で開いた空隙を有する処理部材を得ることができる。長手軸線方向に対して横方向に中空繊維膜断片を折り畳むことにより、実施形式に応じて、片側で開いた２つの空隙を有する処理部材が生じるかまたは同方向を指す２つの開口部を有する空隙を備えた処理部材が生じる。この種の処理部材は、開口部が装置の出口方向に向きかつ処理部材が常に入口方向で閉鎖されているように本発明の装置のケーシング中に導入することができる。
【００６９】
種々の外側輪郭、即ち断面で見て種々の外側輪郭を有する中空繊維膜を使用することができる。中空繊維膜は、例えば本質的に円形もしくは環形、三角形、四角形、六角形または八角形の輪郭を有することができ、また、この中空繊維膜は、卵形、楕円形、三角巾形、四角形巾形等で形成されていてもよい。本発明による装置に使用するため、もしくは本発明による方法を実施するためには、１５μｍ〜５００μｍの壁厚を有する中空繊維膜が有効であることが判明し、１００μｍ〜３００μｍの壁厚を有する中空繊維膜が最も有効であることが判明した。特に、使用される中空繊維膜の液圧直径は、５０μｍ〜９００μｍであり、液圧２００μｍ〜４００μｍを有する中空繊維膜は、特に有利である。
【００７０】
中空繊維膜は、好ましくは並置されている処理部材の少なくとも１つの群に纏められており、この場合このような群の中空繊維膜は、繊維状糸によって距離をもって保持されている。この場合、原理的には、中空繊維膜間に繊維状糸を置くことで十分である。しかし、有利には、１群の中空繊維膜は、繊維状糸により少なくとも１つの中空繊維マット中に結合されている。この種のマットは、好ましくは公知方法により製織マット、織物マットまたは織物小片として製造することができるが、しかし、編物マットまたは鉤針編物マットとして製造することもできる。織物または製織の場合には、繊維状糸は、中空繊維膜に対して横方向に延びる織物用糸もしくは製織用糸である。この横糸によって中空繊維膜は、有利に互いに均一な距離をもって保持され、かつマット内で本質的に互いに平行に配置される。この種のマットにより、高い秩序を有しかつ処理部材間で均一な通路系が形成されているような並置されている処理部材の１群を製造することができる。
【００７１】
中空繊維膜からなる処理部材のこの種のマットは、例えば単層または多層で公知方法により螺旋形で束に巻き上げられていてもよいかまたは個々のマット層もしくは折り畳まれたマット層の堆積物に重なり合って積層されていてもよい。この場合、コイル状物もしくは個々の層は、有利に例えば織り込まれたかもしくは編み込まれた糸および場合によって付加的に個々の巻いた層間に導入されたスペーサーにより例えば流体浸透性フリースまたは織物の形で互いに距離をもって保持されている。
【００７２】
こうして製造された中空繊維膜の群は、引続き本発明による装置のケーシング中に導入される。この場合、例えばフリースの場合にフリースの可逆の圧縮可能性に基づいて生じるようなスペーサーの弾性成分の存在は、有利であり、かつケーシング中への群の導入を簡易化する。特に、少なくとも１つの中空繊維マットが軸線またはコアを中心に前記装置の入口装置と出口装置との間の通路系の貫流方向に対して平行に螺旋状の巻き上げられているような束が使用される。もう１つの好ましい実施態様は、少なくとも２つの中空繊維マットが重なり合って存在しかつ軸線またはコアを中心に通路系の記載された貫流方向に対して平行に螺旋状に巻き上げられているような束であり、この場合この中空繊維マットは、重なり合って存在する中空繊維マットの中空糸が互いに交叉するように重なり合って存在する。この種の束の製造は、詳細には欧州特許第２８５８１２号明細書に記載されている。このような束に関連して、互いに交叉した中空繊維膜間に形成された角度は、０゜〜１２０゜の間にあり、３０゜〜９０゜の角度は、有利であることが判明した。
【００７３】
また、１つよりも多い空隙を有する処理部材は、簡単な方法で中空繊維膜から製造することができる。相応して長さが定められた中空繊維膜断片は、長手方向軸線の方向に例えば多数の個所で圧縮することができるかまたは溶接することができ、それによって多数の前後して存在する閉鎖された空隙が分割される。同様に、中空繊維膜に多数の個所で長手軸線方向に沿ってこの長手軸線方向に対して横方向に切り込みを入れることにより多数の開かれた空隙も実現させることができ、この場合こうして製造された処理部材の装置中に導入された状態に対して出口装置の方向に存在する切断縁は、入口装置の方向で空隙を閉鎖するために、立ったままの膜壁と溶接されている。
【００７４】
本発明のもう１つの有利な実施態様によれば、少なくとも１つの処理部材は、少なくとも１つの平面状膜から形成されている。このような処理部材は、例えば平面状膜の矩形または正方形断片をＵ字形に折り畳むことによって製造することができる。Ｕ字形に折り畳まれた平面状膜の２つの生じる肩部は、少なくとも１つの空隙を形成させるために距離をもって維持されている。流体に対して浸透性の材料、例えばフリースまたは織物は、スペーサーとして使用することができる。
【００７５】
平面状膜からなる処理部材のもう１つの好ましい実施形式によれば、２つの互いに平行で互いに距離をもって配置された平面状膜は、少なくとも入口装置の方向を指した縁部で形状閉鎖的に互いに結合、例えば互いに溶接され、したがって平面状膜によって処理部材の肩部は、形成されている。２つの使用される平面状膜は、等しいものであることができるが、しかし例えば材料、構造または目的物質との相互作用のために設けられた物質特異的に有効な基に関連して異なっていてもよい。また、２つの平面状膜の一方は、例えば流体非浸透性フィルムと交換されていてもよく、この場合このことは、例えば処理部材の安定性の理由または完成の視点から有利であると思われる。
【００７６】
このような処理部材は、膜の空隙を包囲する側もしくは場合によっては使用されるフィルムは、内側として定義され、外方向を指す側は、膜もしくは場合によっては使用されるフィルムの外側として定義される。
【００７７】
本発明による装置で使用されるかまたは本発明による方法を実施するために使用される平面状膜は、特に１５μｍ〜５００μｍの壁厚を有し、１００μｍ〜３００μｍの壁厚を有する平面状膜は、特に有利である。
【００７８】
処理部材の折り畳み縁部もしくは形状閉鎖的に閉鎖された縁部に隣接する両側は、有利に例えば溶接によって同様に閉鎖されている。平面状膜からなる側方で開いた処理部材は、予想される漏れ流および短絡流のために使用に推奨できるものではない。折り畳み縁部に対向する縁部は、閉鎖された空隙の製造のために同様に閉鎖されていてもよい。しかし、この縁部は、片側で開いた空隙の製造のために好ましくは閉鎖されていないままであり、この場合には、こうして生じた処理部材は、開口部がケーシングの出口装置の方向を指すように本発明による装置のケーシング中に導入することができる。
【００７９】
このように製造された処理部材は、平らな形で使用することができ、この場合には、有利に多数の平らな処理部材は、堆積物状に群に並置されて積層されている。有利には、群の処理部材間およびケーシング内壁とこの内壁に隣接している処置部材との間の間隔を保持するために、液体に対して浸透性である材料、例えば織物またはフリースが使用され、この材料に対して殊に懸濁液を物質特異的に処理する場合には、浸透性に関連して高度な要件を課すことができる。即ち、この浸透性材料は、膜の外側および場合によっては使用されるフィルムを距離をもって保持され、かつさらに一次流の流れ方向に付加的な圧力勾配を形成し、この圧力勾配は、二次流の大きさに対して影響を及ぼす。
【００８０】
記載されたように、少なくとも部分的に平面状膜から形成された処理部材の肩部間、１群の処理部材間およびケーシング内壁とこの内壁に隣接する処理部材との間の距離を定義するのに役立ちかつ同時に流体浸透性であるスペーサーは、別個の部材として形成されていてもよい。しかし、また膜および／または場合によっては膜と結合したフィルムの内側および／または外側に対するスペーサーの機能は、例えば溝状か、節状かまたは別の異型成形された表面構造体によって膜中に組み込むことができるかまたはフィルムそれ自体に組み込むことができる。
【００８１】
平面状膜からなる処理部材の群は、３層の平面状ラミネートに襞を付けることによって製造することができ、この平面状ラミネートは、例えば浸透性フリース、中央に配置された平面状膜層およびスペーサー層の形状で平面状スペーサーからなる。この３層のラミネートに共通に襞を付けることにより、襞を付けた平らな製品が生じ、この襞を付けた平らな製品から該製品の延在部の平面に関連して例えば中央の引き続く切り込みによってＵ字形に折り畳まれた平面状膜からなる並置された処理部材の群が生じる。より良好な加工のために、ラミネートの３層は、例えば互いに点状に結合されていてもよい。
【００８２】
本発明による装置の２つの重なり合う段の処理部材の折り畳み縁部が入口装置と出口装置との間の通路系の貫流方向に見て５゜〜１７５゜の角度を形成しているような実施態様は、有利であることが判明した。こうして、一次流と二次流との良好な混合は、全ての段に向かって達成され、処理部材とケーシング内壁との間の縁部流の形成は、減少される。複数の段の間の距離は、最小にすることができ、かつ２つの隣接した段の間の距離ｓと処理部材の空隙の液圧直径Ｄとの比ｓ／Ｄは０〜１であることが有利である。
【００８３】
また、簡単な方法で多数の前後して存在する空隙を有する処理部材は、平面状膜から製造することができる。相応して本発明の装置のケーシングの貫流方向で長さが定められた平面状膜の処理部材は、長手方向の貫流部分において例えば長手方向の貫流部分に対して横方向の多数の個所で圧縮することができるかまたは溶接することができ、それによって多数の前後して存在する閉鎖されかつスペーサーによって支持された空隙が生じる。同様に、処理部材に多数の個所で長手軸線方向に沿ってこの長手軸線方向に対して横方向に１つの肩部で切り込みを入れることにより多数の前後して存在する、出口装置の方向に開かれた空隙も実現させることができ、出口装置の方向に存在する切断縁は、入口装置の方向で空隙を閉鎖するために、処理部材の立ったままの肩部と溶接されているかまたは接着されている。
【００８４】
また、記載された平面状処理部材は、螺旋状に巻かれた処理部材に後加工することができ、この場合には、例えば軸線またはコア部を中心に折り畳み縁部もしくは形状閉鎖的に結合された端縁に対して螺旋形で巻かれている。個々の巻き付け位置間には、有利にスペーサーが導入されており、この場合個々の巻き付け位置間の距離に対しては、平面状膜からなる２つの平らな処理部材間の距離の場合と同じ条件が当てはまる。この場合、このような螺旋状に巻かれた処理部材は、有利に巻きの軸線方向とケーシングの貫流方向が一致するようにケーシング中に配置されている。この場合、螺旋形の処理部材の場合によっては存在する開いた端縁は、ケーシングの出口装置の方向を指している。
【００８５】
処理部材、群に纏められた処理部材または処理部材の段が配置されているようなケーシングの内部断面の形は、任意であってよい。しかし、有利には、中空繊維膜および平面状膜の場合には、正方形、矩形、六角形、八角形または円形の内部断面を有するケーシングが使用される。
【００８６】
このケーシングの場合には、有利に弾性成分を有するスペーサーを備えている処理部材もしくは処理部材の群は、僅かな圧縮下に導入され、かつ張圧除去下にケーシング中に位置決めされる。この場合、平面状膜からなる平らな処理部材の場合には、ケーシング内部断面の形に応じて簡単な方法でケーシング中の個々の段の折り畳み縁部間の定義される角度を調節することができる。
【００８７】
中空繊維膜からなる処理部材の場合には、使用に応じて注入針またはカニューレがケーシングとして適当であり、この場合には、例えば個々の処理部材の多数の段は、前後して配置されている。別の使用のためには、例えば弾性ホースからなる延性ケーシングが有利であることが判明した。このケーシングは、処理部材または処理部材の群もしくは段を簡単に導入するために半径方向に収縮可能であるように形成されていてもよく、この場合収縮は、処理部材の導入後に行なわれる。特に直径に比べて比較的に長いケーシングの場合には、ケーシングを例えば捩れた形または螺旋形で巻くかもしくは形成させることは、好ましい。
【００８８】
処理部材とケーシングを固定結合させることは、多くの場合に不用である。しかし、特殊な場合には、例えばポリウレタン、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂等を用いてケーシング壁に隣接した処理部材の群または段を少なくとも部分的にケーシング壁と固定結合させることも可能である。この方法は、処理部材の各群の安定した位置決めに役立つことができるが、しかし、特にケーシング内壁と処理部材との間の望ましくない縁部流は、少なくとも減少され、処理部材の群の外部輪郭における不正確さは、補償される。更に、それによって例えば記載された平面状膜の処理部材は、前面で、即ち折り畳み縁部もしくは形状閉鎖的に結合した端縁に隣接する端縁で密閉されていてもよい。処理部材をケーシングと結合させるのに適当な方法は、例えば欧州特許出願公開第５２１４９５号明細書に記載されている。
【００８９】
本発明による方法は、流体の多種多様な物質特異的処理に対して使用することができる。この場合には、この本発明による方法の場合に本発明による装置を使用することにより、処理において特に良好な結果が達成され、この場合膜上および／または膜中には、有利に物質特異的に作用する基が固定化されている。また、それぞれの処理方法に関連して、異なる物質特異的に作用する基は、膜上および／または膜中で固定化されていてもよく、この基は、処理すべき流体中に含有されている種々の目的物質と特異的に相互作用する。また、同様に異なる膜は、それぞれ異なる物質特異的に作用する基と一緒に使用されてもよい。
【００９０】
本発明による方法の１つの好ましい実施形式の場合には、処理すべき流体は再循環され、処理方法は、望ましい処理効率が達成されるまで数回連続される。処理すべき流体としては、有利に粒子含有懸濁液が使用される。
【００９１】
本発明の特に好ましい実施形式によれば、物質特異的に作用する基は、処理すべき液体からリゲートを精製分離するためのリガンドであるか、酵素または触媒である。好ましい本発明による方法は、リゲートをリゲート含有液体から精製／分離するための方法であり、この場合には、膜上および／または膜中に上記リゲートに対するリガンドが固定化されているような膜が選択され、さらに液体を酵素的に処理する方法であり、この場合には、膜上および／または膜中に酵素が固定化されているような膜が選択され、ならびに液体を触媒により処理する方法であり、この場合には、膜上および／または膜中に触媒が固定化されているような膜が選択される。
【００９２】
物質特異的に作用する基を膜上および／または膜中で固定化するために、刊行物に記載された方法を使用することができる。また、それぞれ物質特異的な流体処理に関連して使用可能な物質特異的に作用する基についても、刊行物の記載に帰因することができる。物質特異的に作用する基を固定化する種々の方法は、基が固定化されているような場所にも関連するし、固定化の方法にも関連する。
【００９３】
即ち、この物質特異的に作用する基は、吸着的にかまたは共有結合を介して膜にカップリングされていてもよい。この膜に対するカップリングは、ケーシング中への組み込み前に行なうこともできるし、本発明による装置のケーシング中への処理部材の膜の挿入後に行なうこともできる。この場合には、そのつどの使用の場合に一致して、物質特異的に作用する基は、例えば本質的に均質に多孔質膜の全表面、即ち孔によって形成された外部表面ならびに内部表面にカップリングされていてもよい、即ち膜上および膜中で固定化されていてもよい。しかし、例えば処理すべき流体の個々の成分が物質特異的に作用する基と接触しない場合には、物質特定的に作用する基は前記表面の一部でのみ固定化されていることも必要である。このような場合には、一方で適当な分離境界面を有する膜を選択することによって、固定化された物質特異的に作用する基への膜を通しての前記成分の運搬を回避することは有利である。他方、一次流、即ち前記成分を含有する流体に対向した膜もしくは処理部材の表面に物質特定的に作用する基が含まれないままであることも必要である。このことは、例えば前記表面の不動態化、例えば物質特異的に作用する基のカップリング前の血漿処理によって達成させることができる。
【００９４】
しかし、高分子量材料からなる膜の場合には、例えばイオン性の親水性または疎水性基を有するポリマー材料の修飾によってかまたは少なくとも１つの成分が物質特異的に作用する基を有するようなポリマー配合物の使用によって膜マトリックス中に物質特異的に作用する基を直接に組み込むことも行なうことができる。
【００９５】
もう１つの方法は、膜の製造方法の際にこの種の物質特異的に作用する基またはこのような基を有する担持物質または粒子を膜の孔系中に埋設させるかまたは事後に完成膜中に例えば浮遊させることにある。この浮遊の場合には、膜は有利に非対称構造体ならびに場合によってはスキンを有し、この場合スキンの開口部もしくは膜の微孔質側の孔は、物質特異的に作用する基もしくは記載された担持物質または粒子が通過しえないように定められている。この場合、浮遊ならびに次の物質特異的な流体処理は、物質流が膜の開いた孔側から膜中に入りかつそれによって物質特異的に作用する基を有する物質または粒子が僅かに開いた孔側を通して保留されるように実施される。有意義なことに、浮遊された物質特異的に作用する基を有するこの種の系は、処理部材に関連して使用され、この処理部材は、処理部材を有する装置の出口開口部の方向に開口している。
【００９６】
全ての場合に、使用される膜の孔径は、孔中に固定された物質特異的に作用する基にも拘わらず目的物質を対流で処理すべき流体の少なくとも一部によって膜を通して運搬することができるように選択することができる。
【００９７】
本発明による膜を形成している材料に関連して、全く制限はない。即ち、無機材料、例えばガラス、セラミック、ＳｉＯ２、炭素または金属、有機ポリマーまたはその混合物からなる膜を使用することができる。ポリマーは、親水性および／または疎水性の性質を有することができ、このポリマーは、セルロース性ポリマーの群、例えばセルロースまたは再生セルロース、変性セルロース、例えばセルロースエステル、セルロースエーテル、アミン変性されたセルロースならびにセルロース性ポリマーの混合物、合成ポリマーの群、例えばポリアクリルニトリルおよび相応するコポリマー、ポリウレタンを含有するポリマー、ポリアリールスルホンおよびポリアリールエーテルスルホン、例えばポリスルホンまたはポリエーテルスルホン、ポリビニリデンフルオリド、ポリテトラフルオルエチレン、水不溶性ポリビニルアルコール、脂肪族ポリアミドおよび芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンオキシド、ポリベンズイミダゾールおよびポリベンズイミダゾロンならびにこれらから得られた変種、前記ポリマーの配合物、混合物またはコポリマーから選択されていてもよい。前記ポリマーもしくはポリマー混合物は、他のポリマー、例えばポリ酸化エチレン、ポリヒドロキシエーテル、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコールまたはポリカプロラクトン、または無機材料、例えばＳｉＯ２を添加剤として混合していてもよい。個々の場合には、膜表面の一定の性質を例えば一定の官能基の形で調節するために、膜には例えば表面変性が行なわれていてもよい。
【００９８】
溶剤安定性およびｐＨ値安定性のポリマーからなる膜、殊にポリテトラフルオルエチレンまたはポリビニリデンフルオリドならびにこれらから得られた変種、配合物、混合物またはコポリマーからなる膜を用いた場合には、特に良好な実地が得られる。この種の膜は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３９２３１２８号明細書に記載されている。
【００９９】
アフィニティー分離またはアフィニティークロマトグラフィーを用いてのリゲート含有液体からのリゲートの精製／分離のために、多数の使用が公知である。この場合、アフィニティークロマトグラフィーとは、生物特異的吸着ならびに分離方法、例えばイオン交換クロマトグラフィー、金属キレートクロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー、共有結合クロマトグラフィーまたは特異的吸着材料上への分子の直接的な収着である。
【０１００】
重要な使用は、若干の実施例のみを挙げるために、モノクロナール液体の精製、生物学的液体の安定化のためのプロテアーゼの除去、血漿または全血からの血漿成分の取得または治療的除去、生物学的または製薬学的液体からの発熱物質の除去、エナンチオマーの分離または酵素の単離に関連する。
【０１０１】
更に、細胞淘汰の範囲内で使用される。この場合には、本発明による装置の使用の場合もしくは本発明による方法の実施の場合に一次流の一部が二次流として処理部材の膜状壁上に流れ、処理部材の壁を貫流するという特徴を使用することができる。このことは、細胞懸濁液を使用する場合に、目的物質である細胞を対流で膜上に運搬し、かつそこで例えば膜もしくは処理部材の外側で固定化されたリガンドと直接に接触するという利点を有し、この場合このリガンドは、例えば細胞の一定の表面蛋白質であることが確認される。また、遺伝子工学の範囲内での使用のためには、このような使用の際に例えば膜上および／または膜中で固定されたウィルスまたは細胞への遺伝子の対流による運搬が達成されることにより、本発明による装置は、最も好適である。
【０１０２】
リガンドは、本明細書中で使用される意味において、非特異的、基特異的または特異的に作用することができる（E. Klein, ”Affinity Membranes”, John Wiley ＆ Sons, Inc., 1991 参照）。この種のリガンドは、例えばモノクロナール抗体、ポリクロナール抗体、ペプチド、抗原物質、グリコ蛋白質、蛋白質Ａ、蛋白質Ｇ、酵素、レセプター蛋白質、細胞に対する成長因子、ホルモン、調節蛋白質、抑制物質、補助因子、ヘパリン、プロタミン、ポリ−Ｌ−リシン、ビオチン、アビチン、アミノ酸、例えばトリトファン、フェニルアミン、Ｌ−ヒスチジンまたは抗生物質である。更に、リガンドは、塩、例えばＦｅ４［Ｆｅ（ＣＮ）６］３または染料であってもよい。しかし、このリガンドは、膜材料自体の表面中の親水性基またはイオン性基であってもよいかまたは該表面に接して結合したポリマーであってもよい。例示的に、しかしこの場合に限定されることなく、ＷＯ  ９０／０４６０９、ＷＯ  ９０／０５０１８および欧州特許出願公開第０５６５９７８号明細書が指摘されるかまたはE. Klein, ”Affinity Membranes”, John Wiley ＆ Sons, Inc., 1991 に記載された実施例が指摘される。
【０１０３】
この個所で可能性を余すところ無く枚挙することはせずに、リガンドは、例えば膜の表面変性によって製造することができ、直接にかまたは距離分子（スペーサー）を介して表面に結合されていてもよいが、しかし、テンターケル（Tentakel）系または鎖を介して表面に結合されていてもよく、この場合全ての鎖もしくは全てのテンターケル系には、多数のリガンドが結合されていてもよい。
【０１０４】
殊に、イオン交換膜の能力を高めるために、種々の自体公知の方法を使用することができ、この場合膜の孔表面上のイオン性基、即ちリガンドの数は、増大される。有利には、リガンドは、長鎖の線状ポリマーの分子を介して膜にカップリングされており、この場合長鎖の線状ポリマーの分子は、多数のリガンドを有する。長鎖の線状ポリマーの腕にリガンドを有するような長鎖の線状ポリマー、所謂テンターケルの使用については、例えばW. Mueller, J. Chromatogr., 第５１０巻（１９９０）、第１３３頁に記載されている。このようなテンターケルの製造は、例えばツネダ（Tsuneda）等（Biotechnol. Prog., 第１０巻（1994）, 第７６〜８１頁およびJ. Chromatogr., 第Ａ６８９巻（1995）, 第２１１〜２１８頁）によって記載されており、かつエポキシ基を有するモノマー、例えばグリシジルメタクリレートの放射線誘発されるグラフト重合および引き続くＳＯ３Ｈ基またはジエチルアミノ基への化学的変換により行なうことができる。本発明による膜処理部材のイオン交換能力を高めるために使用することができる、窒素含有ポリマーの平面状膜をグラフトするための別の方法は、欧州特許出願公開第０４９０９４０号明細書に記載されている。
【０１０５】
欧州特許出願公開第１９５０１７２６号明細書に記載の重合可能な二重結合で誘導されたポリアミドを含有する膜は、本発明による装置もしくは本発明による方法の実施に最も好適である。この誘導されたポリアミドは、水溶液中のポリアミドを重合可能な二重結合ならびにオキシラン環を含有する化合物と反応させることによって得ることができ、かつ改善された性質を有するブロックポリマーに変換することができる。
【０１０６】
液体の酵素的処理または一般に触媒的処理の範囲内での使用のためには、膜上および／または膜中で自体公知の方法で酵素または触媒が固定化されている膜を選択することができる。
【０１０７】
酵素的液体処理の範囲内での使用は、例えばエチルグリコシドの酵素的エステル化、アミノグルコシダーゼによる澱粉の酵素的加水分解、リパーゼによるエナンチオマー、植物油、動物油、例えば魚油、またはトリグリセリドの酵素的加水分解、ラクターゼによる蛋白質の酵素的分解、ラクターゼによるミルクにおけるラクトース分解または例えば尿素のような相応する酵素、ウレアーゼによる血成分の分解である。また、米国特許第４０６１１４１号明細書に記載されているような使用もこの場合に当てはまる。別の酵素ならびにその使用および固定化の方法は、ウルマンス・エンツィクロペディー・デア・テヒニッシェン・ヒェミー（Ullmanns Encyklopaedie der technischen Chemie）、第４版、第１０巻、第４７５〜５６１頁, Verlag Chemie, Weinheim １９７５に記載されている。触媒ならびに本発明の範囲内で使用することもできる膜構造体中での該触媒の固定化に関する記載は、例えば米国特許第４２６６０２６号明細書に見い出すことができる。
【０１０８】
空隙は、本発明の範囲内で、部分的または完全に機能的担体で充填されていてもよいが、しかし、この場合には、二次流に対する固有の捕集機能および通路機能は、失なわれることはない。この種の機能担体は、簡単な場合には、既述したように流体浸透性のフリースの形で存在することができ、かつ専らスペーサーの機能を有している。しかし、さらに物質特異的な基を例えばリガンドまたは酵素の形で有する粒子が付加的に導入されているようなフリースを使用してもよい。別の例は、活性炭を含有する織物またはフリースであるかまたは専ら活性炭である。また、液体の物質特異的処理の間に適当な生物学的に活性な分子を製造するかまたは変換する生活細胞を空隙中に導入することも考えることができる。
【０１０９】
同様に、処理部材間に存在するスペーサーは、スペーサー機能自体以外に他の機能を満たすこともできる。即ち、処理部材の多孔質膜壁上および／または多孔質膜壁中で付加的に作用する基は、スペーサーに固定化されていてよい。スペーサーは、この目的のために好ましくは膜材料と同じポリマーまたはポリマー類からなる。殊に、平面状膜からなる処理部材間および中空繊維膜部材からなるマット間に導入されたスペーサーのためには、この場合例えば、ヤング（Y. Yang）他によってJ. Chromatographie 598 （1992）, 169〜180に記載されているように繊維状織物が有効であることが判明した。この場合、単糸直径１μｍ〜３０μｍを有するマルチ糸を有する織物は、特に良好な結果を導く。また、横糸ならびに縦糸が３０゜〜６０゜の値を有する一次流の方向に対する角度で存在している織物は、有効であることが判明した。また、一次流側上にあるスペーサーは、空隙中のスペーサーと区別することもでき、かつ例えば懸濁液の使用の際には、殆ど緻密には織られていない。
【０１１０】
次に、本発明を図面につき詳説する。
【０１１１】
【実施例】
図１〜図３には、中空繊維膜から製造可能でありかつ閉鎖された空隙を有する処理部材の種々の実施態様が示されている。この場合、図１には、部分的に断面で表わされた部材が示されており、この部材は、中空繊維膜の相応して定められた断片からこの断片の両端部１を溶接することによって得られたものであった。空隙２は、中空繊維膜の内径部によって形成されており、処理部材の壁３は、同時に中空繊維膜の壁である。一次流４および二次流５は、矢印によって示されている。一次流４は、処理部材の長手方向の貫流方向に進行し、二次流５は、一次流の方向に対向した処理部材の上部で処理部材中に入り、空隙２中で捕集され、かつ処理部材の下部で一次流の方向で処理部材から退出する。
【０１１２】
図２に相応する処理部材は、数回前後して迂曲して位置した中空繊維膜から得ることができる。この例の場合には、中空繊維部材の両端部には、ストッパー６が備えられ、例えばこの閉鎖部は両端部を注型材料中に浸漬するかまたは溶融接着剤で充填することによって得ることができる。また、勿論、両端部の閉鎖は、溶接によっても可能である。空隙２は、図示された場合において中空繊維膜断片の全長に亘って延びている。しかし、同様に処理部材は、中空繊維膜を湾曲した位置で折ることによって得ることもでき、したがってこの場合には、この処理部材は、折り目で密閉された部分空隙を有する。図１の処理部材の場合と同様に、図２のこの処理部材の場合も一次流４および二次流５が示されている。
【０１１３】
図３に示された実施態様は、一次流の方向に前後して存在する閉鎖された多数の空隙２を有する処理部材に関する１例である。このような部材は、例えば相応して定められた中空繊維膜断片を多数の位置７で該部材の長手軸線に沿って溶接することによって得ることができる。
【０１１４】
図４〜図７には、片側で開いた空隙を有する中空繊維膜の処理部材の種々の実施態様が示されており、この場合この処理部材は、片側で開いた空隙の開口部８が出口開口部の方向、即ち一次流４によるケーシングの貫流方向を指すように本発明によるケーシング中に組み込まれている。図４に記載の実施態様は、中空繊維膜の相応する長い断片から中空繊維膜断片の１端をストッパー６で閉鎖すること、例えば溶融接着剤を用いてかまたはこの端部を注型材料中に浸漬することによって得ることができる。図５の実施態様は、本質的に同様の部材であるが、しかし、この場合には、１つの端部１が溶接によって閉鎖されている。前記の組み込まれた状態で、一次流４の一部は、二次流５として前記の処理部材の本質的に全長に沿って膜壁３を貫流し、ケーシングの貫流方向に開いた空隙２中で捕集され、かつ下端部で開口部８を通して処理部材を去る。
【０１１５】
図６に示された処理部材は、中空繊維膜断片を迂曲した形に曲げることによって得られ、かつ一次流４の記載された流れ方向を指す２つの開口部８ならびに処理部材の半分に相当する２つの部分を有する連続する部分的に開いた空隙２を有している。一次流４の記載された流れ方向に対向して、空隙は閉鎖されている。また、迂曲した湾曲の代わりに、中空繊維膜断片中に折り目を設けることもでき、それによって２つの互いに分離された、片側で開いた空隙が生じる。
【０１１６】
図７で示された実施態様は、前後して列をなす部分的に開いた多数の空隙２を有する処理部材が表わされている。この空隙は、中空繊維膜に多数の位置で該中空繊維膜の長手軸線に沿って部分的に切り込みを入れることによって得ることができ、この場合切り込み位置で１つの切断縁９は、空隙の開口部８を形成し、別の切断縁は、例えば中空繊維膜の立ったままの壁との接着または溶接によって隣接した空隙の境界端での閉鎖部１０を形成している。この場合には、このような処理部材の全ての開口部８が同じ方向を指しかつ空隙の全ての閉鎖された端部が反対方向を指すように行なわれる。
【０１１７】
図８には、片側で開いた空隙を有する中空繊維膜からなる並置された処理部材１１の群が略示されており、この処理部材は、繊維フィラメント１２により結ばれてマットに変えられている。このようなマットは、公知方法により例えば製織または編成によって得ることができる。この場合、繊維フィラメント１２は、同時にスペーサーの機能を持ち、中空繊維膜の処理部材１１は、本質的に互いに平行に配置されている。図示された実施例において、一次流４の供給流方向に対向する中空繊維膜１１の端部には、ストッパー６が設けられている。しかし、この中空繊維膜は、例えば端部を溶接することによって閉鎖されていてもよいか、または図６に示した２つの隣接する中空繊維膜部材間の湾曲によって閉鎖されていてもよい。
【０１１８】
このようなマットから、図９に略示されているように、軸線またはコアと中心に該マットを螺旋状に巻き上げることによって処理部材の束の形の群を得ることができる。この例の場合には、マットは、コアＡを中心に中空繊維膜と平行に螺旋状に巻き上げられており、この場合には、専ら外側の巻き上げ層が示されている。更に、内部に存在する巻き上げ層の続きは、束の内部に配置された中空繊維膜の軸線を通って延びる螺旋形の点線状の線によって表わされている。この場合、中空繊維膜１１を結合する繊維フィラメント１２は、マットで並置されている中空繊維膜ならびに隣接した巻き上げ位置に並置されている中空繊維膜を距離をもって保持している。処理部材の群のこの種の構造の場合には、処理部材の高い秩序および本発明による装置の高く均一な充填度が実現される。
【０１１９】
図１０には、中空繊維膜からなる処理部材が示されており、この場合この処理部材は、閉鎖された空隙２を有しかつ簡単な方法で水平方向の軸線を中心にかまたは図示されているように平面Ｅを中心に中空繊維膜１３をコイル状に巻き上げることによって得ることができ、この中空繊維膜の１つの貫流部分は、点線によって表わされており、かつ長手方向の貫流部分は、図面の平面に対して垂直方向に延びている。図面の平面内にあるコイル状物の断面は、略示されている。他の壁は、図面の平面に対して垂直方向の長手方向の貫流部分に続いている。この場合には、有利にコイル状物の間に間隔が存在し、したがって後の使用の場合に処理部材を形成する中空繊維膜の周囲を良好に流れることが保証されている。中空繊維膜の端部は閉鎖されており、したがって全体で壁に沿って中空繊維膜の全長に亘って延びる連続する空隙２が生じる。使用の場合には、このコイル状の処理部材は、コイル状物の軸線もしくはこのコイル状物が巻かれている平面が貫流方向に対して横方向に長手方向の貫流部分に整列されているようにケーシング中に配置される。それによって、二次流は、一次流の方向に対向して配向されたコイル状物」の部分中で中空繊維膜の壁３を通って処理部材の空隙２中に流入し、かつ一次流の流れ方向に配向された部分を介して処理部材を去る。
【０１２０】
このようなコイル状の処理部材は、もう１つの過程でコイル状物の軸線に対して垂直方向の軸線を中心に巻き上げることができるかまたはコイル状物が巻かれている平面の長手方向の貫流部分に対して垂直方向に巻き上げることができる。この場合、この螺旋状に巻かれた処理部材は、有利に螺旋体の軸線がケーシングの長手方向の軸線の方向を指すように円形の断面を有するケーシング中に導入することができる。
【０１２１】
図１１は、閉鎖された空隙を有する、中空繊維膜から得られた処理部材のもう１つの実施態様を示す。本質的にこの処理部材の構造は、図１０に示されたものに類似しており、即ちこの場合も中空繊維膜は、軸線を中心にかまたは一次流４の方向に対して平行に延びる平面を中心にコイル状に巻かれており、この場合コイル状物を形成する中空繊維膜の端部は、閉鎖されている。この場合には、図１１に示された実施態様で断面が平らにされた中空繊維膜が例示的に示されている。図１１の場合には、コイル状物の並置されている２つの壁１４からの断面が示されており、この場合断面で見ることができる空隙断面は、部材のコイル状の構造のために同じ空隙２の断面である。
【０１２２】
本発明による装置のケーシング中での処理部材の組み込みは、図１０の示された処理部材とは異なり、コイル状物の軸線または中空繊維膜がコイル状に巻かれている平面の長手方向の貫流部分がケーシングの長手方向の軸線の方向、ひいてはケーシングの貫流方向を指すように行なわれる。それによって、一次流４によるコイル状物の個々の壁に対して横方向の供給流が生じる。二次流５は、平らにされた中空繊維膜の一次流の方向に対して反対方向に配向された部分を通って処理部材中に侵入し、中空繊維膜の全長に亘って延びる空隙中に捕集され、かつ平らにされた中空繊維膜の一次流４の流れ方向に配向された側で処理部材から退出する。同時に、処理部材の空隙中の巻きの軸線方向に沿っての処理部材の貫流部分全体のために中空繊維膜の長手方向の貫流方向に１つの流れが生じる。
【０１２３】
また、この種の処理部材は、例えば軸線を中心にコイル状に巻き上げられた中空繊維膜からなる多数の層を互いに同心的に重なり合って配置することにより引き続き形成させることができ、この場合個々の層を形成する中空繊維膜の周囲のできるだけ良好な流れを達成するために、個々の層は、例えば適当なスペーサーにより互いに距離をもって保持されている。もう１つの可能性は、少なくとも１つの中空繊維膜を多数の層で螺旋状に重なり合って軸線を中心にかまたはコアを中心に巻くことにあり、この場合１つの層内で少なくとも１つの中空繊維膜は、コイル状に軸線を中心にかまたはコアと中心に巻かれている。
【０１２４】
図１２には、例えば平面状膜の矩形断片をＵ字形に折り畳むことによって得られる平面状膜からなる処理部材が示されている。折り畳まれた平面状膜の２つの肩部１５および１６は、図示されていないスペーサーによって例えば液体浸透性のフリースの形で互いに距離をもって保持されている。この処理部材の空隙２は、平面状膜の処理部材の肩部、折り畳み縁部ならびにこの場合には図示されていない互いに結合された側方縁部によって制限されており、かつこの折り畳み縁部の反対側に開口部８を有している。平面状膜の空隙２に対向した側は、内側１７を表わし、平面状膜の別の側は、外側１８を表わす。使用の場合には、一次流４は、このような処理部材の周囲を折り畳み縁部から外側に接して流れる。二次流５は、外側から本質的に貫流部分全体に亘って膜壁３中に侵入し、処理部材の空隙２中で捕集され、かつ空隙の開いた側８でこの処理部材を有するケーシングの貫流方向に処理部材から処理された二次流として退出する。
【０１２５】
図１３は、堆積物状に並置された、Ｕ字形に折り畳まれた平らな平面状膜の処理部材からの群の２つの上下に続く段１９を示す。この例の場合には、隣接した段の処理部材の折り畳み縁部は、互いに９０゜旋回されている。それによって、段の間のスペーサーは不用であることができ、この場合には、それにも拘わらず一次流と二次流の良好な混合が保証されている。処理部材は、該処理部材を形成する肩部間で流体に対して浸透性のスペーサー２０を有し；１つの段内で隣接した処理部材は、同様に一次流４による処理部材の外側の処理部材の周囲での自由な流動可能性を達成させるために、流体に対して浸透性のスペーサー２１によって距離をもって維持されている。
【０１２６】
図１４には、処理部材を有する本発明による装置の多数の段２２が断面で略示されている。この処理すべき流体は、供給流２３として入口装置２４を通して本発明による装置のケーシング２５中に侵入し、場合によってはこの場合には図示されていない相応して設計された分配装置によって補助され、第１段の処理部材上に均一に分配される。次に、流体は、順次にケーシング中に含まれている処理部材の段２２を通過し、この段中で、流体の物質特異的な処理が行なわれる。この例の場合には、隣接した段は、処理すべき流体の侵入前に直ぐ次の段で一次流と二次流の良好な混合が達成されるようにするために、処理すべき流体に対して浸透性のスペーサー２６によって互いに距離をもって保持されている。必要とされる数の段２２の通過後に、処理された流体２７は、出口装置２８を介してケーシングから導出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】中空繊維膜からなる閉鎖された空隙および溶接された端部を有する処理部材の１実施態様を示す略図。
【図２】中空繊維膜からなる閉鎖された空隙を迂曲湾曲した形で有する処理部材の１実施態様を示す断面図。
【図３】前後して存在する多数の閉鎖された空隙を有する中空繊維膜からなる処理部材の１実施態様を示す略図。
【図４】１端が接着されている、片側が開いた空隙を有する中空繊維膜からなる処理部材の１実施態様を示す略図。
【図５】１端が溶接されている、片側が開いた空隙を有する中空繊維膜からなる処理部材の１実施態様を示す略図。
【図６】中空繊維膜断片を迂曲した形に湾曲させることによって得られた、片側が開いた空隙を有する中空繊維膜からなる処理部材の１実施態様を示す断面図。
【図７】前後して存在する、片側が開いた多数の空隙を有する中空繊維膜からなる処理部材の１実施態様を示す略図。
【図８】片側が開いた空隙を有する中空繊維膜からなる、並置された繊維フィラメントにより結ばれてマットに変えられている処理部材の群の１実施態様を示す略図。
【図９】中空繊維膜からなる処理部材の螺旋状に巻かれたマットの群の１実施態様を示す略図。
【図１０】水平方向の軸線を中心にコイル状におかれた中空繊維膜からなる閉鎖された処理部材（セグメント）の１実施態様を示す断面図。
【図１１】平らにされた断面を有する垂直方向の軸線を中心にコイル状におかれた中空繊維膜からなる閉鎖された処理部材（セグメント）の１実施態様を示す略図。
【図１２】Ｕ字形に折り畳まれた平面状膜からなる平らで片側が開いた処理部材の１実施態様を示す略図。
【図１３】９０゜の角度で互いに旋回された、Ｕ字形に折り畳まれた平面状膜の群からなる上下に続く段の１実施態様を示す略図。
【図１４】本発明による装置の１実施態様を示す断面図。
【符号の説明】
１  断片の両端部、  ２  空隙、  ３  処理部材の壁、  ４  一次流、  ５  二次流、  ６  ストッパー、  ７  位置、  ８  空隙の開口部、  ９  切断縁、１０  閉鎖部、  １１  並置された処理部材、  １２  繊維フィラメント、  １３  中空繊維膜、  １４  壁、  １５および１６  折り畳まれた平面状膜の２つの肩部、  １７  内側、  １８  外側、  １９  ２つの上下に続く段、  ２０浸透性のスペーサー、  ２１  浸透性のスペーサー、  ２２  多数の段、  ２３  供給流、  ２４  入口装置、  ２５  ケーシング、  ２６  浸透性のスペーサー、  ２７  処理された流体、  ２８  出口装置、Ｅ  平面
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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