小山工業高等専門学校
物質工学科 講師 田中孝国

使用前

使用後

バイオフィルム：
配管表面の微小な傷に付着した生菌・死菌の積み重なった集団死菌の管理？

O抗原

コア多糖

多糖部分

リピドA
脂肪部分

・死んだ細菌の破片で、活性中心はリピドAである
特 ・分子量は数千～数万と幅広い (図2)
長 ・微量で生体毒性を強く示す (エンドトキシンショック, 発熱・痙攣を伴う)・非常に高い耐熱性を持ち、失活には250℃,1時間以上の乾熱滅菌が必要⇒ 除去･失活させるのが非常に困難である*Ref. 透析療法合同専門委員会編：血液浄化ハンドブック, 協同医書出版社,p.48 (2007)

① 高分子フィルタータイプ→→→→

様々な化学メーカーより市販
RO, UF膜による分子ふるい/吸着除去洗浄(逆洗や薬液)による再利用は行わない
代表的な製品として、ポリミキシン(東レ), リクセル(カネカ)等、その他に帝人, ニプロ等からも多くの製品が出ている② 無機素材タイプ→ 超純水製造装置に充填剤として組み込まれている(ミリポア,BIO-RAD等)→ ゼオライト・ハイドロキシアパタイト・活性炭等を使用する→ 代表的な製品として、ヘモソーバ(旭化成メディカル), DHP-1(クラレメディカル)がある→ 医療用で無ければ、無機素材部分は再利用可能な場合もあるが、担体は非常に脆く再充填が困難なため、使い捨てである

欠
性能重視のため、使い捨てが基本である点

良 ・非常に高性能である・寿命の割にやや高価である？ ・耐圧性,耐熱性に劣る
・使い捨てである

前処理水タンク

高分子
フィルター

蒸留、粗ろ過など

プレフィルター

微量ポンプ

微量ポンプ

医療用水

高性能で再利用型フィルター/除去法の開発は不可能か？

再利用可能なフィルターによる新しいエンドトキシン除去法の開発
・医療用水製造コストを抑える→医療費負担の軽減
・医療現場に再利用の概念を導入→資源の有効利用

・吸着面積が広い素材
・Etの失活温度(250℃)に耐えられる

バイオセラミックス

化学式：Ca10(PO4)6(OH)2
長所：・生体物質と強く吸着する
・吸着面積が広い
・Etの失活温度(250℃)に耐えられる

粉末状ハイドロキシアパタイト(HAp)

短所：
・強度に乏しく微細粉化しやすい⇒ 再利用可能なEt除去剤として利用できる

濃度測定
サンプル水
LAL試薬*

Et濃度［EU/mL］

0.02

吸着実験

煮沸水道水20mLにHAp 1gを添加し1hr振とう吸着

0.015
0.01

医療用水達成値

前

前0.005

後

前

前
後

後

後

0HAp

0
*LAL試薬：limulus amebocyte lysate(Et検出試薬)12
再利用回数［回数］

4Fig. 1 粉末状HApのEt除去能

粉末状HApはEt除去を強く行い、複数回の再利用が可能であったが、3回以上再利用は、HApの微細粉化のため困難であることが判明した

粉末状での使用は難しい

粉末状

・実験/研究用に使用
・一般には使用されず

焼結体ペレット

コーティング・一般的な使用方法
・強度に乏しい
用途：超純水用の吸着材

人工歯根*

HApを支持体(金属等)にプラズマ溶射法によるコーティングを行い、強度を保持する
用途：人工骨・歯など⇒ 金属メッシュへのプラズマ溶射*Ref. 岡田正弘 他：臨床工学技士のためのバイオマテリアル第5回，クリニカルエンジニアリング，Vol.17, No.5 p.521 (2006)

粉末状HAp+25mm

25mm
SUS支持体プラズマ溶射装置
溶射条件
中間層：チタン
溶射電流：400 A
溶射距離：120 mm
溶射時間：30 sec.
Miller Thermal Inc.社製

HApフィルター
中間層にチタンを入れたことにより強度が上昇した

フィルター表面の粗化処理(サンドブラスト)50μm
アルミナ粒子圧力：3 kg/cm2
粗化時間：1 分

フィルター表面が平滑化し、Et除去能が大幅に低下した↓
HApの結晶性変化により、表面積が失われた

Et除去能の数%回復が見られたが、医療用水レベルには不十分であった根本的な結晶性の変化が必要

20cm

10cm

HApフィルター

水熱育成装置の分解図
水熱育成装置

『水熱法』とは…
バイオセラミックスの結晶性変化を促す手段である。通常はアパタ
イト合成法に用いられる。
水酸アパタイト形状の変化にも使用可とされ、水熱反応と同時に有機物と反応させる手法について報告例がある*。
*Ref. 永田夫久江 他：水熱反応による水酸アパタイトの携帯制
御，無機マテリアル，Vol.4, No.5 p.246-250 (1997)

水熱反応条件
昇温速度：5℃/min
最高温度：200℃
保持時間：3hr
冷却方法：自然冷却
反応溶液：
条件①アンモニア水浸漬
条件②クエン酸浸漬
条件③酢酸浸漬
条件④エチルアミン 浸漬
条件⑤メタノール浸漬

Et除去能評価

クエン酸浸漬

未処理のHApフィルター50μm

アンモニア水侵漬

24hr

72hr

酢酸浸漬

24hr
24hr

48hr

水熱法後の変化：・フィルター表面の結晶性が細かく(粗く)なることが判明した。
・析出した粒子は、観察形状からHApでは無いと考えられた。
・酢酸浸漬時のみ、Et除去特性を確認出来たが、まだ不十分な除去量であった。

従来の除去技術より進歩した部分：① 強度 (10回以上使用しても壊れない)② 再利用性 (除去→水洗浄→滅菌→繰り返し)が可能③ 扱いやすさ (フィルター化したことで)従来の技術を超えていない部分：① エンドトキシン除去能→ 水熱反応により解決中② フィルターの孔サイズが大きい→ 支持体のメッシュサイズを変更して検討中

30mesh100mesh50mesh80mesh⇒ 支持体を変化させて細孔径を制御中従来技術とその問題点
既に実用化されている医療用水製造用フィルター製品は、高分子製品が主である。高性能である反面、寿命が短く、高価格、洗浄困難といった問題があり、医療費の高騰を招いている。特に、医療用水を大量に使用する透析患者への負担は大きい。また、扱う側も複雑な取付技術が必要であり、二次汚染の危険性も指摘されている。高品質＋再利用可、の医療用器材の開発が必要であると考えられる。
50mm

ガンマ線で滅菌された、ホロファイバーダイアライザー
透析面積は0.5m2

某社から市販されている、透析用の中空糸フィルター(CelluloseTriacetate製)

従来技術との比較
・従来技術(製品)の問題点であった、”再利用性”について、無機素材を使用することにより克服出来た。
・”強度”についても、従来より水圧に耐えられ、大量のろ過に使用できるようになった。
・エンドトキシンを失活させる乾熱処理を複数回行っても、強度を保ち寿命が長くなった。
・まだエンドトキシン除去用としては、すぐに利用することは困難であるが、再利用型無機フィルターとしての利用性が高いことがわかった。

想定される用途
・経済発展の著しいBRICs諸国*，中近東，発展途上国は水資源の奪い合い？
衛生概念も大幅に向上している各国は、安全性と同時に安価で簡便な手法による水浄化技術を強く求めている。
特に医療現場の衛生管理は深刻である。その現場で安価に医療用水を作製できるHApフィルターは大いに活用されると考えられる。また、それ以外にも再利用型無機フィルターとして活躍の場があると考えられる。
*Brazil, Russia, India, China諸国の頭文字想定される業界想定されるユーザー：
透析用水等を製造する病院関係者，製薬系研究所や工場，化粧品などの人体に触れる製品を製造するメーカー想定される市場予想：
現在，日本の水資源と水に関する技術が注目を浴びている。まだ上下水道の技術や製品に対する注目のみであるが近い将来、各国の衛生管理の重要性が増すことが考えられる。その際に、乾熱処理のみで再利用可能なHAp
フィルターは、サニタリー分野に市場形成することが可能である。

実用化に向けた課題
・現在、強度と再利用性までの技術は確保済みである。
10回以上の再利用でも破損しない特長を持つ技術である。
更に粉末状からフィルター化したことで、扱いやすさも向上しているが、大型化はまだ未試験である。
・エンドトキシンの除去能を一層高めていく予定である。
・フィルターの孔サイズを変更し、エンドトキシン除去だけではなく用途の拡大を狙っている。無機フィルターであること、熱に強いことを生かした活用法を考えていく予定である。

企業の方々への期待
エンドトキシンの吸着能については、現在の水熱法で解決できると考えている。その他の利用法については、まだ検討段階であるが、熱に強い再利用型フィルターとして試験をしていく予定である。従って、膜ろ過や水処理の技術を持つ企業の方々との共同研究を希望している。特に試験できる現場をお持ちの方々と、実証試験をしていきたいと考えている。
同時に、フィルターを開発中の企業の方々、分離膜分野や水処理分野への展開を考えている企業の方々には、是非、本技術を役立たせて頂きたい。

コーディネーター連絡先：〒323-0806 栃木県小山市中久喜771
小山高専 電気情報工学科 教授 小林幸夫
ＴＥＬ 0285-20-2226 / ＦＡＸ 0285-20-2885
e-mail ykoba@oyama-ct.ac.jp
または、本人
小山高専 物質工学科 講師 田中孝国
TEL 0282-20-2804 / FAX.0285-20-2887
E-mail : tanakatakakuni@oyama-ct.ac.jp
URL : http://www.oyama-ct.ac.jp/C/tanaka/tanaka.html