ПОЛОВОЛОКОННЫЙ МЕМБРАННЫЙ МОДУЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF

[Область техники, к которой относится изобретение]
[0001]
Настоящее изобретение относится к половолоконному мембранному модулю и способу изготовления половолоконного мембранного модуля.
[Уровень техники]
[0002]
Примеры материалов половолоконной мембраны включают полимер на основе целлюлозы, полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, полимер на основе полисульфона и тому подобные материалы. Среди них полимер на основе полисульфона является особенно пригодным для использования в обрабатывающих воду мембранах систем водоочистки или в медицинских разделительных мембранах систем искусственной почки, которые используются в процедурах диализа, потому что данный полимер обладает высокой проницаемостью, а также превосходной химической устойчивостью и прочностью. Что касается процедур диализа, помимо традиционного гемодиализа (ГД), были разработаны гемодиафильтрация (ГДФ) и периодическая инфузионная гемодиафильтрация (ПИ-ГДФ), таким образом, чтобы повышать эффективность диализа и позитивно удалять низкомолекулярный белок. Таким образом, полимер на основе полисульфона, имеющий высокую проницаемость, широко используется в качестве материала, который удовлетворяет условиям такой технологии диализа.
[0003]
Примеры половолоконного мембранного модуля включают модуль влажного типа, в котором контейнер, включающий встроенный в него пучок половолоконных мембран, наполненный жидкостью, и половолоконную мембрану полностью заливает жидкость; модуль полусухого типа, в котором смачивается только половолоконная мембрана, хотя контейнер не наполняется жидкостью; и модуль сухого типа, в котором в половолоконной мембране практически отсутствует вода. Из них предпочтительно используется модуль сухого типа, поскольку он обладает такими преимуществами, как малая масса и низкая вероятность ухудшения эксплуатационных характеристик вследствие замораживания даже в холодных условиях из-за отсутствия в нем воды.
[0004]
При этом полимер на основе полисульфона представляет собой гидрофобный полимер, и половолоконная мембрана, изготовленная из полимера на основе полисульфона, проявляет сильную гидрофобность на своей поверхности, таким образом, что когда половолоконная мембрана находится в контакте с кровью, возникают опасения того, что может происходить активация крови, вызывая процесс свертывания крови. Таким образом, гидрофильность поверхности мембраны повышается в значительной степени посредством добавления гидрофильного полимера к полимеру на основе полисульфона. Способ добавления гидрофильного полимера, как правило, представляет собой способ, в котором гидрофильный полимер добавляют в концентрированный раствор, из которого формуется половолоконная мембрана (патентный документ 1), или способ, в котором полученная таким образом половолоконная мембрана выдерживается в растворе, содержащем гидрофильный полимер, и в результате этого гидрофильный полимер переносится на поверхность половолоконной мембраны. Чрезмерное количество добавляемого гидрофильного полимера может создавать такую проблему, как вымывание гидрофильного полимера. Описывается способ, в котором гидрофильный полимер иммобилизуется посредством сшивания под действием термической обработки или радиационной обработки (патентные документы 2 и 3). Кроме того, описывается, что возможно получение половолоконной мембраны, содержащей гидрофобный полимер и гидрофильный полимер, в которой количество несолюбилизированного компонента мембраны составляет 10 масс.% или менее, когда половолоконная мембрана растворяется в обычном растворителе для гидрофобного полимера, тогда как содержание воды в половолоконной мембране после воздействия гамма-излучения составляет 10 масс.% или менее, посредством гамма-облучения в сухом состоянии, и в результате этого получается частично кластерное полимерное вещество, из которого состоит мембрана (патентный документ 4).
[0005]
Для половолоконного мембранного модуля, который предназначается для использования в качестве медицинского оборудования, является необходимой стерилизация. В процессе стерилизации используются такие технологии, как стерилизация газообразным этиленоксидом, паровая стерилизация и т. д. В последние годы в качестве простого способа стерилизации широко используется способ стерилизации под действием излучения, в котором достигается высокий эффект стерилизации даже в упакованном состоянии. Однако, когда стерилизация осуществляется под действием излучения, может происходить ухудшение эксплуатационных характеристик вследствие разрушения половолоконной мембраны или вымывания компонентов, которые составляют половолоконную мембрану, в зависимости от состояния атмосферы, окружающей полое волокно в процессе воздействия излучения. Согласно патентному документу 5, уменьшение вымывания вещества достигается посредством воздействия излучения в состоянии, в котором концентрация кислорода устанавливается на уровне 0,1% или более и 3,6% или менее, и содержание воды в половолоконной мембране устанавливается на на уровне от 4 до 300%.
[0006]
Согласно патентному документу 6, уменьшение вымывания вещества достигается посредством воздействия излучения в состоянии, в котором содержание воды составляет 3% или менее, и относительная влажность атмосферы, окружающей половолоконную мембрану, составляет 40% или менее.
[0007]
Патентный документ 7 описывает способ воздействия излучения в состоянии, в котором концентрация кислорода устанавливается на уровне 0,001% или более и 0,1% или менее, и содержание воды в половолоконной мембране по отношению к ее сухой массе находится в интервале от 0,2 до 7 мас.% или менее, когда атмосфера в упаковочном пакете при 25°C имеет относительную влажность, составляющую более чем 40%.
[Список цитируемой литературы]
[Патентная литература]
[0008]
[Патентный документ 1] -публикация рассмотренной японской патентной заявки (Kokoku) № 2-18695.
[Патентный документ 2] -публикация рассмотренной японской патентной заявки (Kokoku) № 5-3331.
[Патентный документ 3] -публикация нерассмотренной японской патентной заявки (Kokai) № 2011-92928.
[Патентный документ 4] -публикация нерассмотренной японской патентной заявки (Kokai) № 2001-205057.
[Патентный документ 5] -публикация нерассмотренной японской патентной заявки (Kokai) № 2003-245526.
[Патентный документ 6] -публикация нерассмотренной японской патентной заявки (Kokai) № 2000-288085.
[Патентный документ 7] -японский патент № 4846587
[Сущность изобретения]
[Техническая проблема]
[0009]
В способе, описанном в патентном документе 1, поскольку гидрофильный полимер добавляется в мембрану, образуя концентрированный раствор, является предпочтительным, чтобы гидрофильный полимер мог добавляться во всю мембрану. Однако, когда вся мембрана гидролизуется, увеличивается добавляемое количество гидрофильного полимера, и, таким образом, возникает угроза того, что гидрофильный полимер будет вымываться.
[0010]
В способах, описанных в патентных документах 2 и 3, гидрофильный полимер химически иммобилизуется на материале мембраны и становится нерастворимым, что, таким образом, позволяет предотвращать вымывание гидрофильного полимера. Однако в этих способах, возникает угроза того, что гидрофильный полимер, существующий на поверхности в контакте с технологической жидкостью, будет подвергаться сшиванию, которое приводит к снижению подвижности гидрофильного полимера, и вследствие сшивания происходит изменение диаметра пор мембраны, приводя к ухудшению ее эксплуатационных характеристик. Кроме того, когда сшивание осуществляется под действием излучения, важно, чтобы это воздействие излучения осуществлялось в присутствии воды, и, таким образом, эти способы оказываются непригодными для изготовления половолоконного мембранного модуля сухого типа.
[0011]
Патентный документ 4 описывает способ, в котором вымывание вещества уменьшается посредством воздействия γ-излучения в сухом состоянии. Однако в этом способе возникает опасение того, что становится затруднительным образования кластера вследствие воздействия молекулярной массы гидрофильного полимера, который добавляется в мембрану, образуя концентрированный раствор, что приводит к увеличению вымывания вещества. Здесь не упоминается модификация поверхности в контакте с технологической жидкостью.
[0012]
В способе, описанном в патентном документе 5, отмечается, что биосовместимость ухудшается в состоянии, в котором концентрация кислорода является предельно низкой. В результате исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что вымывание вещества имеет тенденцию к увеличению при дальнейшем уменьшении содержания воды, и, таким образом, требуется уменьшение вымывания вещества на более высоком уровне.
[0013]
В способе, описанном в патентном документе 6, не упоминается концентрация кислорода в процессе воздействия излучения. Аналогично способу, описанному в патентном документе 1, здесь возникает риск того, что может происходить разрушение материала половолоконной мембраны вследствие образования радикалов кислорода или увеличения вымывания вещества.
[0014]
В способе, описанном в патентном документе 7, требуется использование поглотителя кислорода, который способен также поглощать влагу, таким образом, чтобы достигалось состояние, в котором относительная влажность составляет более чем 40%. Таким образом, уменьшается необходимость использования упаковочного контейнера, который проявляет низкую проницаемость по отношению к кислороду, а также низкую проницаемость по отношению к водяному пару. Здесь не приводится решение такой проблемы, как ухудшение биосовместимости в случае низкой концентрации кислорода.
[0015]
В результате исследований авторов настоящего изобретения было обнаружено, что вышеупомянутая проблема вымывания не может быть решена лишь посредством простого уменьшения концентрации кислорода в результате воздействия излучения на половолоконную мембрану, если в процессе воздействия излучения является низким содержание воды.
[0016]
Никогда не существовал половолоконный мембранный модуль сухого типа, в котором гидрофильный полимер не подвергался бы структурному изменению вследствие сшивания, в котором вымывание вымываемого вещества происходило бы в небольшом количестве, и который также проявлял быпревосходную биосовместимость
[0017]
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить половолоконный мембранный модуль, включающий встроенную в него половолоконную мембрану, в котором вымывается небольшое количество вымываемого вещества из половолоконной мембраны, и который также проявляет высокую биосовместимость.
[Решение проблемы]
[0018]
2
Настоящее изобретение предлагает половолоконный мембранный модуль, включающий корпус и половолоконную мембрану, встроенную в корпус, в котором половолоконная мембрана содержит полимер на основе полисульфона и гидрофильный полимер и удовлетворяет следующим условиям (A) и (B), а количество вымываемого вещества, которое содержится в жидкости, получаемой в результате циркуляции ультрачистой воды, нагреваемой при 37°C в процессе прохождения по стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны в течение 4 часов при скорости 200 мл/мин, составляет 1,0 мг/м или менее:
(A) нерастворимый компонент составляет менее чем 3 масс.% по отношению к полной массе половолоконной мембраны, когда половолоконная мембрана растворяется в N,N-диметилацетамиде; и
(B) гибкий слой существует на поверхности функционального слоя во влажном состоянии, и этот гибкий слой имеет толщину, составляющую 7 нм или более.
[0019]
Настоящее изобретение также предлагает способ изготовления половолоконного мембранного модуля, который включает следующие стадии:
смешивание основного материала, состоящего из гидрофобного полимера, с гидрофильным полимером, в котором отсутствует гидрофобное звено, с получением половолоконной мембраны;
промывание половолоконной мембраны промывочной жидкостью, содержащей 0,002 масс.% или более и 0,05 масс.% или менее полимера, включающего гидрофильное звено и гидрофобное звено, а также содержащего сложноэфирную группу; и
встраивание половолоконной мембраны в корпус и облучение половолоконной мембраны в условиях, в которых концентрация кислорода в атмосфере, окружающей половолоконную мембрану, находится в интервале от 0 до 1%, и содержание воды по отношению к массе половолоконной мембраны находится в интервале от 0 до 25 масс.%.
[Полезные эффекты изобретения]
[0020]
Используя половолоконный мембранный модуль и способ изготовления согласно настоящему изобретению, оказывается возможным изготовление половолоконного мембранного модуля, в котором вымывается небольшое количество вымываемого вещества, и который характеризуется биосовместимостью.
[Краткое описание чертежей]
[0021]
Фиг. 1 иллюстрирует половолоконный мембранный модуль согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 иллюстрирует примерную кривую силы, показывающую соотношение между силой, приложенной к кантилеверу, и величиной смещения кантилевера в процессе измерения с использованием атомно-силового микроскопа.
Фиг. 3 иллюстрирует технологическую схему устройства для измерения изменения коэффициента просеивания альбумина в зависимости от времени.
[Описание вариантов осуществления]
[0022]
Половолоконный мембранный модуль согласно настоящему изобретению обеспечивает разделение смешанного раствора на целевое вещество, которое должно быть выделено, и отходы. Фиг. 1 иллюстрирует схематическое изображение, представляющее половолоконный мембранный модуля согласно одному аспекту настоящего изобретения. Половолоконный мембранный модуль предпочтительно включает корпус 11 и половолоконный мембранный модуль 13, причем половолоконный мембранный модуль 13 является встроенным в корпус 11. В частности, пучок половолоконных мембран 13, разрезанный до требуемой длины, предпочтительно содержится в цилиндрическом корпусе 11. Оба конца половолоконной мембраны предпочтительно прикрепляются к обоим концам цилиндрического корпус 11 посредством герметизирующего материала 17 или аналогичным способом. При этом оба конца половолоконной мембраны предпочтительно являются открытыми.
[0023]
Половолоконный мембранный модуль предпочтительно включает коллекторы 14A и 14B у обоих концов корпуса 11. Коллектор 14A предпочтительно включает впуск 15A для обрабатываемой жидкости. Коллектор 14B предпочтительно включает выпуск 15B для обрабатываемой жидкости. Как проиллюстрировано на фиг. 1, половолоконный мембранный модуль предпочтительно включает сопла 16A и 16B на стороне корпуса в области обоих концов корпуса.
[0024]
Как правило, обрабатываемая жидкость поступает через впуск 15A для обрабатываемой жидкости, проходит через внутреннее пространство половолоконной мембраны, а затем выходит через выпуск 15B для обрабатываемой жидкости. При этом технологическая жидкость, как правило, поступает через сопло 16A (впуск для технологической жидкости), проходит через наружное пространство половолоконной мембраны, а затем выходит через сопло 16B (выпуск для технологической жидкости). Другими словами, направление потока обрабатываемой жидкости и направление потока технологической жидкости обычно являются противоположными по отношению друг к другу.
[0025]
Когда половолоконный мембранный модуль согласно настоящему изобретению используется для установки искусственной почки (установки для очистки крови), кровь, которая представляет собой обрабатываемую жидкость, как правило, поступает через впуск 15A для обрабатываемой жидкости и подвергается искусственному диализу посредством прохождения через внутреннее пространство половолоконной мембраны, а затем кровь после очистки, которая представляет собой целевое вещество, подлежащее сбору, выходит через выпуск 15B для обрабатываемой жидкости. Другими словами, канал от впуска 15A для обрабатываемой жидкости до выпуска 15B для обрабатываемой жидкости через внутреннее пространство половолоконной мембраны представляет собой канал для обрабатываемой жидкости (канал для крови). Далее этот канал иногда называется просто термином «канал для крови».
[0026]
При этом диализный раствор, используемый в качестве технологической жидкости, поступает через сопло 16A (впуск для технологической жидкости), и обрабатываемая жидкость (кровь) очищается (подвергается диализу), проходя через наружное пространство половолоконной мембраны, а затем диализный раствор, содержащий токсичные компоненты крови (отходы), выходит через сопло 16B (выпуск для технологической жидкости). Другими словами, канал от сопла 16A до сопла 16B через наружное пространство половолоконной мембраны представляет собой канал для технологической жидкости (канал для диализного раствора). Далее этот канал иногда называется просто термином «канал для диализного раствора».
[0027]
Половолоконная мембрана, встроенная в модуль, изготавливается из гидрофобного полимера, представляющего собой основной материал, с которым смешивается гидрофильный полимер, в котором отсутствует гидрофобная группа (гидрофобное звено). Здесь термин «основной материал» означает компонент, имеющий наиболее высокое содержание среди веществ, из которых состоит половолоконная мембрана. Конкретные примерные гидрофобные полимеры представляют собой полимер на основе полисульфона, полистирол, полиуретан, полиэтилен, полипропилен, полиакрилонитрил и т. д. Среди них наиболее пригодным для использования является полимер на основе полисульфона, поскольку из него легко изготавливается половолоконная мембрана. Половолоконная мембрана предпочтительно включает полимер на основе полисульфона и гидрофильный полимер.
[0028]
Полимер на основе полисульфона согласно настоящему изобретению представляет собой полимер, в основной цепи которого содержатся ароматическое кольцо, сульфонильная группа и простоэфирная группа, и соответствующие примеры представляют собой полисульфон, простой полиэфирсульфон, простой полиаллилэфирсульфон и аналогичные вещества. Например, пригодными для использования являются полимеры на основе полисульфонов, которые представляют собой приведенные ниже химические формулы (1) и (2). Согласно настоящему изобретению, полимеры на основе полисульфонов не ограничиваются представленными примерами. В данных формулах число n предпочтительно находится в интервале от 50 до 80.
[0029]
[Химическая формула 1]
[0030]
Конкретные примерные полисульфоны представляют собой такие полисульфоны, как полисульфоны Udel (зарегистрированный товарный знак) P-1700, P-3500 (производитель Solvay S.A.), Ultrason (зарегистрированный товарный знак) S3010, S6010 (производитель BASF Corporation), VICTREX (зарегистрированный товарный знак) (производитель Sumitomo Chemical Company, Limited), Radel (зарегистрированный товарный знак) A (производитель Solvay S. A.), и Ultrason (зарегистрированный товарный знак) E (производитель BASF Corporation). Полисульфон предпочтительно представляет собой полимер, который составляют только повторяющиеся звенья, представленные формулами (1) и/или (2), но они могут сополимеризоваться с другими мономерами или модифицироваться, при том условии, что это не нарушает эффекты настоящего изобретения. Соотношение при сополимеризации других сополимеризующихся мономеров составляет предпочтительно 10 мас.% или менее, хотя здесь отсутствуют определенные ограничения.
[0031]
Гидрофильный полимер согласно настоящему изобретению означает полимер, в котором содержится гидрофильное звено, и, кроме того, он является растворимым в воде или этаноле. В гидрофильном полимере предпочтительно не содержится гидрофобное звено. Здесь термин «растворимый» означает, что при 20°C в 100 г воды или этанола растворяется 0,1 г или большее количество полимера. Примерные гидрофильные полимеры представляют собой поливинилпирролидон, полиалкиленгликоль, поливиниловый спирт, полиэтиленимин, полиакриовая кислота и т. д. С точки зрения совместимости с полимером на основе полисульфона, наиболее пригодным для использования является поливинилпирролидон.
[0032]
До настоящего времени считалось важным, чтобы гидрофильный полимер имел гелевую структуру, и чтобы его сшивал полимер на основе полисульфона, таким образом, чтобы предотвращалось вымывание гидрофильного полимера из половолоконной мембраны. Однако считается, что биосовместимость ухудшается, когда снижается подвижность гидрофильного полимера на поверхности в контакте с технологической жидкостью. Считается, что когда гидрофильный полимер имеет гелевую структуру, эксплуатационные характеристики мембраны ухудшается вследствие сопротивления проникновению, вызываемого гелем.
[0033]
Таким образом, авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования и обнаружили способ получения половолоконной мембраны, в котором вымывается небольшое количество вымываемого вещества, и проявляется высокая биосовместимость, даже если гидрофильный полимер содержит в небольшом количестве гелевая структура, или содержание гелевой структуры является незначительным.
[0034]
Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили способность препятствия загрязнению белком или органическим веществом посредством подавления сшивания гидрофильного полимера, существующего на поверхности мембраны. Хотя подробный механизм пока остается неясным, считается, что сшитое состояние гидрофильного полимера на поверхности мембраны может превращаться в минимальное состояние, в котором никакое вымывание не происходит, и в результате этого подвижность полимера на поверхности мембраны улучшается по сравнению со сшитым состоянием, и, таким образом, предотвращается адгезия белка. Таким образом, высокий ингибирующий загрязнение эффект поверхности мембраны приводит к предотвращению ухудшения эксплуатационных характеристик модуля в процессе его применения, что является чрезвычайно полезным. Хотя ингибирующий загрязнение эффект будет описан ниже, оказывается возможным его определение посредством измерения зависимого от времени изменения коэффициента просеивания альбумина, содержащегося в крови. Относительное сохранение коэффициента просеивания альбумина может составлять 50% или более, предпочтительно 60% или более и предпочтительнее 70% или более.
[0035]
Согласно настоящему изобретению, оказывается возможным определение сшитого состояния гидрофильного полимера, и для этой цели N,N-диметилацетамид (DMAc) выбирается в качестве сильного растворителя, и измеряется количество нерастворимого компонента, когда половолоконная мембрана растворяется в растворителе, по следующей причине. DMAc может растворять разнообразные вещества, причем несшитый полимер на основе полисульфона и гидрофильный полимер растворяются в DMAc, однако гидрофильный полимер, имеющий гелевую структуру, а также гидрофильный полимер, сшитый полимером на основе полисульфона, оказываются нерастворимыми в DMAc. В частности, оказывается возможным получение нерастворимого компонента посредством растворения половолоконной мембраны в DMAc и последующего центрифугирования для отделения надосадочной жидкости. Подробное описание способа измерения представлено ниже в примерах. Чрезмерно высокое содержание нерастворимого компонента может приводить к ухудшению эксплуатационных характеристик и биосовместимости мембраны. Таким образом, содержание нерастворимого компонента в половолоконной мембране составляет предпочтительно менее чем 3 мас.%, предпочтительнее 2 мас.% или менее и еще предпочтительнее 1 мас.% или менее.
[0036]
2
2
2
2
2
2
Если большое количество гидрофильного полимера вымывается из половолоконного мембранного модуля, вымываемый полимер смешивается с кровью, когда он используется для диализа, таким образом, что могут возникать побочные эффекты и осложнения. Таким образом, количество гидрофильного полимера, вымываемого из половолоконного мембранного модуля, которое измеряется описанным ниже способом (далее называется термином «количество вымываемого вещества») составляет предпочтительно 1,0 мг/м или менее, предпочтительнее 0,75 мг/м, еще предпочтительнее 0,5 мг/м или менее и наиболее предпочтительно 0 мг/м. Однако иногда оказывается затруднительным ограничение количества вымываемого вещества уровнем, составляющим менее чем 0,1 мг/м и, в таком случае количество вымываемого вещества составляет 0,1 мг/м или более.
[0037]
2
2
Согласно настоящему изобретению, количество вымываемого вещества половолоконного мембранного модуля означает количество вымываемого вещества, которое содержится в воде, циркулирующей внутри половолоконного мембранного модуля в течение 4 часов. Для этой цели воду, циркулирующую в течение 4 часов, получали следующим способом. Ультрачистую воду, нагретую до 37°C, пропускали по стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны со скоростью 100 мл/мин в течение 7 минут, а затем пропускали аналогичным образом через канал на стороне наружной поверхности половолоконной мембраны со скоростью 500 мл/мин в течение 5 минут и повторно пропускали по стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны со скоростью 100 мл/мин в течение 3 минут, и в результате этого осуществлялось промывание половолоконной мембраны. После этого 4 л ультрачистой воды, нагретой до 37°C, пропускали по стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны со скоростью 200 мл/мин в течение 4 часов в процессе циркуляции, и после циркуляции в течение 4 часов воду собирали. Используя образец для измерения, получаемый посредством стократного концентрирования этой воды, циркулирующей в течение 4 часов, вымываемое вещество, которое вымывается в воде, может быть измерено методом гельфильтрационной хроматографии. Подробное описание способа измерения представлено ниже в примерах. Значение, которое получается в результате деления количества (мг) гидрофильного полимера в 4 л воды, получаемой таким способом после циркуляции в течение 4 часов, на величину полной площади внутренней поверхности (м) половолоконной мембраны, помещенной в измеряемый половолоконный мембранный модуль, определяли как количество вымываемого вещества (мг/м) согласно настоящему изобретению. Используется значение, которое получается посредством округления до второго десятичного знака получаемого в результате вычисленного значения.
2
2
Количество вымываемого вещества (мг/м)=количество (мг) гидрофильного полимера в 4 L/значение суммарной площади внутренней поверхности половолоконной мембраны (м)
Значение суммарной площади внутренней поверхности половолоконной мембраны определяется согласно следующему уравнению:
2
Значение суммарной площади внутренней поверхности половолоконной мембраны (м)=π × внутренний диаметр половолоконной мембраны (м) × эффективная длина (м) × число волокон (волокна)
Здесь эффективная длина представляет собой часть, в которой герметизирующий материал не прикрепляется в половолоконной мембране, которая помещается в половолоконный мембранный модуль.
[0038]
-3
-2
-2
-2
В качестве еще одного показателя количества вымываемого вещества (органического вещества) из половолоконной мембраны оказывается возможным использование расходуемого количества перманганата калия для исходной промывочной жидкости половолоконного мембранного модуля. Исходная промывочная жидкость, которая используется согласно настоящему изобретению, представляет собой воду, получаемую посредством отбора образца из первых 25 мл промывочной жидкости, которая вытекает после заполнения половолоконного мембранного модуля водой, когда ультрачистая вода пропускается во внутреннее пространство половолоконной мембраны при скорости потока, составляющей 100 мл/мин. В процессе измерения вымываемого вещества, которое содержится в этой исходной промывочной жидкости, 20 мл водного раствора перманганата калия (2,0⋅10 моль/л) и 1 мл раствора 10 об.% серной кислоты и предотвращающие взрывообразное кипение камешки помещали в 10 мл исходной промывочной жидкости, а затем кипение осуществляли в течение 3 минут. После этого смесь охлаждалась до комнатной температуры. После добавление 1 мл водного раствора 10 мас.% йодид калия смесь интенсивно перемешивали при комнатной температуре и выдерживали в течение 10 минут, а затем осуществляли титрование водным раствором тиосульфата натрия (1,0⋅10 моль/л). В тот момент, когда цвет раствора становился бледно-желтым, добавляли 0,5 мл водного раствора 1 мас.% крахмала, а затем осуществляли интенсивное перемешивание при комнатной температуре. После этого титрование водным раствором тиосульфата натрия осуществляли до тех пор, пока раствор не становился бесцветным. Разность между количеством водного раствора тиосульфата натрия (1,0⋅10 моль/л), требуемым для титрования ультрачистой воды, которая не пропускалась через половолоконный мембранный модуль, и количеством водного раствора тиосульфата натрия (1,0⋅10 моль/л), требуемым для титрования исходной промывочной жидкости, определялось как показатель количества вымываемого вещества. Показатель количества вымываемого вещества, которое определяется посредством измерения жидкости, циркулирующей в течение 4 часов, представляет собой количество вымываемого вещества в процессе использования половолоконного мембранного модуля, в то время как показатель количества вымываемого вещества, которое определяется посредством измерения исходной промывочной жидкости, представляет собой количество вымываемого вещества в исходном состоянии половолоконного мембранного модуля.
[0039]
-3
2
Например, когда половолоконный мембранный модуль используется в качестве искусственной почки в процессе гемодиализа, расходуемое количество перманганата калия предпочтительно является небольшим. В исследовании допустимого эталона вымываемого вещества в контуре диализа установки искусственной почки титрование водным раствором перманганата калия (2,0⋅10 моль/л) осуществляется с использованием 10 мл исходной промывочной жидкости. С помощью этого эталона определяется, что расходуемое количество водного раствора перманганата калия в процессе титрование составляет 1 мл или менее. Данный эталон представляет собой эталон для исследования вымываемого вещества в контуре и значительно превосходит допустимый эталон диализатора. Таким образом, отсутствует необходимость очистки эталона половолоконного мембранного модуля согласно настоящему изобретению. Расходуемое количество перманганата калия для исходной промывочной жидкости составляет предпочтительно 3 мл или менее, предпочтительнее 2 мл или менее и еще предпочтительнее 1 мл или менее на 1 м площади мембраны.
[0040]
Средство, которое уменьшает вымываемое количество гидрофильного полимера, предпочтительно представляет собой способ, в котором промывочную жидкость выбирают, принимая во внимание константу адсорбционного равновесия гидрофильного полимера по отношению к полимеру на основе полисульфона, и половолоконная мембрана подвергается промыванию. В частности, оказывается предпочтительным, что выбирается полимер, у которого константа адсорбционного равновесия по отношению к полимеру на основе полисульфона составляет более чем константа адсорбционного равновесия по отношению к гидрофильному полимеру, который добавляется в мембрану, образуя концентрированный раствор, а затем половолоконная мембрана промывается промывочной жидкостью, содержащей данный полимер. На стадии промывания гидрофильный полимер, источником которого является гидрофильный полимер, который легко вымывается, добавляется в мембрану, образуя концентрированный раствор, заменяется полимером, имеющим более высокую константу адсорбционного равновесия. В результате этого уменьшается содержащееся в половолоконной мембране количество гидрофильного полимера, который легко вымывается. При этом полимер, имеющий высокую константу адсорбционного равновесия и адсорбированный на половолоконной мембране, не так легко вымывается по сравнению с гидрофильным полимером. В результате этого оказывается возможным такое получение половолоконной мембраны, в котором может регулироваться вымываемое количество гидрофильного полимера.
[0041]
Полимер, у которого константа адсорбционного равновесия по отношению к полимеру на основе полисульфона составляет более чем константа адсорбционного равновесия гидрофильного полимера, предпочтительно представляет собой сополимер, включающий гидрофильное звено и гидрофобное звено. Включение гидрофильного звена упрощает растворение полимера в воде. Поскольку полимер на основе полисульфона является гидрофобным, полимер, включающий гидрофобное звено, проявляет более высокую константу адсорбционного равновесия в результате гидрофобного взаимодействия с полимером на основе полисульфона. Хотя подробности остаются неясными, считается, что полимер, включающий гидрофильное звено и гидрофобное звено, как правило, имеет многочисленные межмолекулярные точки контакта с полимером на основе полисульфона, таким образом, что повышается вероятность сшивания данного полимера с полимером на основе полисульфона даже в тех условиях, в которых отсутствует вода, и процесс сшивания под действием излучения становится менее вероятным.
[0042]
Гидрофильное звено согласно настоящему изобретению означает такое звено среди мономерных звеньев, которые составляют полимер, что растворимость в 100 г воды при 20°C у полимера, получаемого с использованием только данного мономерного звена, составляет 1 г или более.
[0043]
Гидрофобное звено согласно настоящему изобретению такое звено среди мономерных звеньев, которые составляют полимер, что растворимость в 100 г воды при 20°C у полимера, получаемого с использованием только данного мономерного звена, составляет менее чем 1 г и предпочтительно 0,1 г или менее.
[0044]
Что касается соотношения между гидрофильными звеньями и гидрофобными звеньями в полимере, включающем гидрофильные звенья и гидрофобные звенья, небольшое содержание гидрофобных звеньев в полимере, содержащем гидрофильные группы, ослабляет взаимодействие с гидрофобным полимером, представляющим собой материал мембраны, и, таким образом, становится менее вероятным для полимера получение признания в повышении эффективности введения. При этом большое содержание гидрофобных звеньев может вызывать ухудшение гидрофильности внутренней поверхности половолоконной мембраны, приводя к ухудшению совместимости с кровью. Таким образом, содержание гидрофобных звеньев составляет предпочтительно 20 мол.% или более и предпочтительнее 30 мол.% или более. При этом данное содержание составляет предпочтительно 80 мол.% или менее и предпочтительнее 70 мол.% или менее.
[0045]
Как упоминается ниже, в целях введения сложноэфирной группы в поверхность функционального слоя, оказывается предпочтительным, что полимер, включающий гидрофильное звено и гидрофобное звено, дополнительно содержит сложноэфирные группы. В таком случае сложноэфирная группа предпочтительно присутствует в гидрофобном звене.
[0046]
Конкретные примерные полимеры, включающие гидрофильное звено и гидрофобное звено, представляют собой сополимер винилпирролидона и винилкапролактама, сополимер винилпирролидона и винилового спирта и подобные полимеры. Конкретные примерные полимеры, включающие гидрофильное звено и гидрофобное звено, а также содержащие сложноэфирную группу, представляют собой поливиниловый спирт, у которого степень омыления составляет менее чем 99%, сополимер винилпирролидона и винилацетата и подобные полимеры. Содержание любого из этих полимеров является предпочтительным. Из этих полимеров, по меньшей мере, один полимер, в качестве которого выбираются сополимер винилпирролидона и винилацетата и сополимер винилпирролидона и винилкапролактама, является пригодным для использования с точки зрения совместимости с полимером на основе полисульфона.
[0047]
Примерные способы промывания половолоконной мембраны промывочной жидкостью представляют собой способ, в котором промывочная ванна используется на стадии прядения половолоконной мембраны, и половолоконная мембрана пропускается через промывочную жидкость в ванне; способ, в котором половолоконные мембраны собираются вместе, и получается пучок половолоконных мембран, который выдерживается в промывочной жидкости; способ, в котором половолоконная мембрана вставляется в корпус, и получается половолоконный мембранный модуль, а затем промывочная жидкость вводится в половолоконный мембранный модуль и может стекать в сторону внутренней поверхности и сторону наружной поверхности половолоконной мембраны; и способ, в котором промывочная жидкость вводится в половолоконный мембранный модуль таким же образом, а затем промывочная жидкость может стекать направлении толщина мембраны половолоконной мембраны. В отношении способа не существует определенного ограничения, и в качестве способа соответствующим образом осуществляется способ, в котором после изготовления половолоконного мембранного модуля промывочная жидкость может проходить в направлении толщины мембраны, вследствие высокой эффективности промывания гидрофильного полимера. Когда полимер, включающий гидрофильное звено и гидрофобное звено, который должен добавляться в промывочную жидкость, имеет удовлетворительную биосовместимость, оказывается также возможным одновременное осуществление промывания гидрофильного полимера и придания высокой биосовместимости поверхности функционального слоя посредством пропускания промывочной жидкости в направлении толщины мембраны от поверхности функционального слоя половолоконной мембраны к противоположной поверхность. Когда промывочная жидкость может проходить в направлении толщины мембраны, продолжительность промывания составляет предпочтительно 10 секунд или более, предпочтительнее 30 секунд или более и еще предпочтительнее 1 минуту или более. При этом чрезмерно большая продолжительность промывания может приводить к избытку гидрофильного полимера на поверхности мембраны, и в результате этого увеличивается количество вымываемого вещества, таким образом, что продолжительность промывания составляет предпочтительно 30 минут или менее и 10 минут или менее. Пригодная для использования скорость потока промывочной жидкости находится в интервале от 200 до 1000 мл/мин.
[0048]
Чрезмерно малое количество полимера, которое добавляется в промывочную жидкость, не может приводить к проявлению недостаточного эффекта промывания, и данное количество составляет предпочтительно 0,002 мас.% или более, предпочтительнее 0,005 мас.% или более и еще предпочтительнее 0,0075 мас.% или более. При этом чрезмерно большое количество содержащегося полимера может приводить к вымыванию полимера, и данное количество составляет предпочтительно 0,05 мас.% или менее, предпочтительнее 0,03 мас.% или менее и еще предпочтительнее 0,02 мас.% или менее. Чрезмерно высокая температура промывочной жидкости может приводить к ухудшению эксплуатационных характеристик мембраны, и данная температура составляет предпочтительно 100°C или менее и предпочтительнее 90°C или менее. Увеличение температуры промывочной жидкости не считается предпочтительным с точки зрения эффективности изготовления вследствие необходимости оборудования для нагревания. Однако высокая температура может приводить к относительному увеличению гидрофобности полимера, поскольку становится неустойчивым состояние гидратации полимера, включающего гидрофильное звено и гидрофобное звено. А именно, константа адсорбционного равновесия по отношению к полимеру на основе полисульфона увеличивается, приводя к повышению эффективности промывания. Температура промывочной жидкости составляет предпочтительно 25°C или более, предпочтительнее 50°C или более, и еще предпочтительнее 70°C или более.
[0049]
В качестве еще одного способа уменьшения вымываемого количества гидрофильного полимера из половолоконной мембраны, существует также эффективный способ добавления полимера, имеющего высокую константу адсорбционного равновесия по отношению к полимеру на основе полисульфона, в нагнетаемую жидкость в процессе изготовления половолоконной мембраны. Добавление полимера, имеющего высокую константу адсорбционного равновесия в нагнетаемую жидкость, может вызывать замещение гидрофильным полимером, добавляемым в мембрану, и в процессе изготовления мембраны образуется концентрированный раствор на поверхности мембраны. Количество полимера, имеющего высокую константу адсорбционного равновесия, который добавляется в нагнетаемую жидкость, составляет предпочтительно 0,002 мас.% или более, предпочтительнее 0,005 мас.% или более и еще предпочтительнее 0,0075 мас.%. При этом чрезмерно большое количество полимера может приводить к вымыванию полимера, и данное количество составляет предпочтительно 0,05 мас.% или менее, предпочтительнее 0,03 мас.% или менее и еще предпочтительнее 0,02 мас.% или менее. Когда полимер, имеющий высокую константу адсорбционного равновесия, добавляется в нагнетаемую жидкость, вышеупомянутое промывание промывочной жидкостью может осуществляться с использованием воды или горячей воды.
[0050]
Что касается половолоконной мембраны согласно настоящему изобретению, гибкий слой существует на поверхности функционального слоя во влажном состоянии, и толщина гибкого слоя составляет 7 нм или более. Поверхность функционального слоя согласно настоящему изобретению представляет собой поверхность, находящуюся в контакте с обрабатываемым веществом, которое может протекать в половолоконном мембранном модуле. Если рассматривать в качестве примера половолоконный мембранный модуль, предназначенный для использования в процедуре диализа, поверхность на стороне, находящейся в контакте с кровью, представляет собой наружную поверхность функционального слоя. Толщина гибкого слоя представляет собой значение, получаемое посредством измерения поверхности функционального слоя половолоконной мембраны следующим способом, в котором используется атомно-силовой микроскоп (АСМ). Гибкий слой представляет собой слой, который образуется в результате набухания гидрофильного полимера, существующего на поверхности половолоконной мембраны, содержащей влага. Здесь влажное состояние может представлять собой состояние, в котором содержание воды в половолоконной мембране составляет 65 мас.% или более. Следующим образом можно оценить причину, по которой такой гибкий слой является важным. Компоненты, имеющие большой размер, такие как тромбоциты и другие клетки крови, находятся в контакте только с поверхностью функционального слоя без внедрения в половолоконную мембрану. Таким образом, считается, что когда увеличивается толщина гибкого слоя, тромбоциты и другие клетки крови с меньшей вероятностью приближаются к полимеру на основе полисульфона, и, таким образом, не происходит ни адгезия, ни активация. При этом имеющий чрезмерную толщину гибкий слой может приводить к захвату белка гибким слоем. Как упоминается выше, толщина гибкого слоя составляет предпочтительно 7 нм или более, и предпочтительнее 10 нм или более. Толщина гибкого слоя составляет предпочтительно 50 нм или менее, предпочтительнее 40 нм или менее, еще предпочтительнее 30 нм или менее и еще предпочтительнее 20 нм или менее.
[0051]
Толщина гибкого слоя на поверхности функционального слоя во влажном состоянии вычисляется на основании результатов измерения кривой силы, получаемой в процессе наблюдения с использованием атомно-силового микроскопа (АСМ). На фиг. 2 проиллюстрирована примерная кривая силы, представляющая соотношение между силой, прилагаемой к кантилеверу, и величиной смещения кантилевера в процессе измерения, в котором используется атомно-силовой микроскоп. Кривую силы иллюстрирует график, в котором вертикальная ось представляет силу, приложенную к кантилеверу, а горизонтальная ось представляет величину смещения кантилевера. В области 21 перед вступлением кантилевера в контакт с поверхность функционального слоя кривая силы проходит параллельно горизонтальной оси. После того, как кантилевер вступает в контакт с поверхность функционального слоя, когда гибкий слой не существует, сила, приложенная к кантилеверу, увеличивается пропорционально величине смещения кантилевера, в то время существует линейная зависимость между величиной смещения кантилевера и силой, приложенной к кантилеверу. Однако когда гибкий слой существует на поверхности функционального слоя, после вступления в контакт кантилевера с поверхностью функционального слоя на кривой силы появляется изогнутая нелинейная область 22. После прохождения нелинейной области возникает область 23, в которой наблюдается линейная зависимость между величиной смещения кантилевера и силой, прилагаемой к кантилеверу. Толщина 24 гибкого слоя определятся как расстояние от начальной точки нелинейной области 22, которая появляется после контакта кантилевера с поверхностью функционального слоя, до точки пересечения между продолжением линии и линейной области 23, на продолжении линии, проведенном по отношению к линии области 21, в которой кривая силы сдвигается параллельно горизонтальной оси перед контактом кантилевера с поверхность функционального слоя. Оказывается предпочтительным, что измерение осуществляется в 20 произвольных положениях многочисленных половолоконных мембран, выбранных произвольным образом, и определяется среднее значение. Отсутствует необходимость обязательного осуществления измерений по отношению к многочисленным половолоконным мембранам. Здесь используется значение, которое получается посредством округления до первого десятичного знака получаемого в результате вычисления значения.
[0052]
Чрезмерно большое содержание воды половолоконного мембранного модуля может вызывать опасения в отношении роста бактерий в течение хранения или может вызывать замораживание половолоконной мембраны, приводящее к ухудшению эксплуатационных характеристик. Когда излучение воздействует в состоянии высокого содержания воды, происходит сшивание и гелеобразование гидрофильного полимера, что может производить воздействие на эксплуатационные характеристики мембраны. При этом имеющая низкое содержание воды мембрана сухого типа позволяет уменьшать массу половолоконного мембранного модуля, что приводит к снижению расходов на транспортировку и повышению уровня безопасности. В половолоконном мембранном модуле сухого типа, содержащем практически сухие половолоконные мембраны, улучшается способность пеногашения в процессе использования. Таким образом, содержание воды в половолоконной мембране, встроенной в половолоконный мембранный модуль, составляет предпочтительно 10 мас.% или менее, предпочтительнее 7 мас.% или менее, еще предпочтительнее 4 мас.% или менее, особенно предпочтительно 2 мас.% или менее и наиболее предпочтительно 1 мас.% или менее по отношению к массе половолоконной мембраны.
[0053]
Здесь содержание воды согласно настоящему изобретению вычисляется согласно следующему уравнению: содержание воды (мас.%)=100 × (a - b)/c, после того, как измеряются (a) масса половолоконного мембранного модуля или пучка полых волокон до высушивания, (b) масса половолоконного мембранного модуля после высушивания половолоконной мембраны до тех пор, пока не будет достигнуто абсолютно сухое состояние, и (c) масса пучка полых волокон в абсолютно сухом состоянии.
[0054]
Когда измерение осуществляется в состоянии пучка половолоконных мембран, содержание воды вычисляется согласно следующему уравнению: содержание воды (мас.%)=100 × (d - e)/e, после того, как измеряются (d) масса пучка полых волокон до высушивания и (e) масса пучка половолоконных мембран в абсолютно сухом состоянии. В любом случае, используется значение, которое получается посредством округления до второго десятичного знака получаемого в результате измерения значения.
[0055]
Примерные способы высушивания половолоконной мембраны представляют собой способ, в котором высушивание осуществляется посредством пропускания потока газа, такого как сжатый воздух, в половолоконный мембранный модуль; способ, в котором высушивание осуществляется посредством воздействия микроволнового излучения; такой способ, как высушивание в вакууме, и т. д.
[0056]
С точки зрения совместимости с кровью, сложноэфирная группа предпочтительно существует на поверхности функционального слоя половолоконной мембраны. Существование сложноэфирной группы на поверхности функционального слоя половолоконной мембраны обеспечивает предотвращение адгезии белка и тромбоцитов. Хотя подробный механизм остается неясным, считается, что когда сложноэфирная группа имеет соответствующую гидрофильность, и состояние воды на поверхности функционального слоя и состояние воды вокруг белка представляют собой почти одинаковое состояние, в результате этого обеспечивается предотвращение неспецифической адсорбции белка.
[0057]
Хотя здесь отсутствует определенное ограничение в отношении способа введения сложноэфирной группы в состав поверхности функционального слоя, оказывается предпочтительной возможность введения сложноэфирной группы сравнительно простым способом, когда, в качестве полимера, который добавляется в промывочную жидкость и нагнетаемую жидкость, используется полимер, включающий гидрофильное звено и гидрофобное звено, а также содержащий сложноэфирную группу. Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что сложноэфирная группа сравнительно легко производит радикал при воздействии излучения, и радикальная реакция обеспечивает иммобилизацию на мембране даже в условиях низкого содержания воды. Оказывается особенно предпочтительный способ, в котором полимер, включающий гидрофильное звено и гидрофобное звено, а также содержащий сложноэфирную группу, добавляется в промывочную жидкость, и стадия промывания осуществляется, как упоминается выше. В результате этого гидрофильный полимер замещается полимером, включающим гидрофильное звено и гидрофобное звено, а также содержащим сложноэфирную группу, не только на поверхности половолоконной мембраны, но также внутри половолоконной мембраны. Другими словами, содержание гидрофильного полимера также уменьшается и внутри половолоконной мембраны, в которой присутствует полимер, содержащий сложноэфирную группу. В результате этого было обнаружено, что вымывание гидрофильного полимера может предотвращаться даже в состоянии, в котором гидрофильный полимер не подвергается ни сшиванию, ни гелеобразованию.
[0058]
Содержание сложноэфирных групп на поверхности половолоконной мембраны может быть определено посредством измерения количества углерода за счет сложноэфирной группы на поверхности половолоконной мембраны с использованием метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Чтобы проявлялся эффект предотвращения адгезии белка и тромбоциты, процентная площадь углеродного пика за счет сложноэфирной группы при измерении методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) составляет предпочтительно 1 ат.% или более, предпочтительнее 1,2 ат.% или более и еще предпочтительнее 1,5 ат.% или более, исходя из того, что суммарная площадь пика за счет углерода на поверхности функционального слоя составляет 100 ат.%. При этом чрезмерно высокое содержание сложноэфирных групп может иногда приводить к ухудшению эксплуатационных характеристик мембраны, и, им образом, процентная площадь углеродного пика за счет сложноэфирной группы составляет предпочтительно 10 ат.% или менее и предпочтительнее 5 ат.% или менее.
[0059]
В том случае, когда определяется содержание углерода за счет сложноэфирных групп на поверхности половолоконной мембраны посредством измерения с использованием метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), используются значения, измеряемые под углом, составляющим 90°. При измерении под углом, составляющим 90°, исследуется область от поверхности до глубины, составляющей приблизительно 10 нм. Используются средние значения результатов измерений в трех точках. Углеродный пик за счет сложноэфирной группы (COO) может определяться посредством деконволюции (разделения) наблюдаемых пиков, отделяемых от главного пика C1s за счет группы CH или C-C интервалом, составляющим от +4,0 до +4,2 эВ. Атомное процентное содержание углерода за счет сложноэфирной группы определяется посредством вычисления соотношения площади пика за счет сложноэфирной группы и суммарной площади пика за счет углерода. Более конкретно, пики C1s состоят из пяти компонентов: компонент, обусловленный, в основном, группами CHx, C-C, C=C, C-S; компонент, обусловленный, в основном, группами C-O, C-N; компонент, обусловленный сателлитом π-π*; компонент, обусловленный группой C=O; и компонент, обусловленный группой COO. Таким образом, пики разделяются на пять компонентов. Обусловленный группой COO компонент соответствует пику, который отделяется интервалом, составляющим от +4,0 до +4,2 эВ, от главного пика группы CHx или C-C, который наблюдается приблизительно при 285 эВ. Относительная площадь пика каждого компонента вычисляется посредством округления до второго десятичного знака. В результате разделения пиков относительное содержание, составляющее 0,4% или менее, определяется в качестве предела обнаружения.
[0060]
COO
CC
COO
CC
COO
CC
COO
CC
COO
CC
-1
-1
Оказывается возможным измерение количества полимера, содержащего сложноэфирные группы, в интервале нескольких микрометров (мкм) в направлении глубины от поверхности функционального слоя методом инфракрасной спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). Измерения методом НПВО осуществляются согласно следующей процедуре: инфракрасный спектр поглощения измеряется в 25 точках области измерения, имеющей размеры 3 мкм × 3 мкм, при числе накопления, составляющем 30 или более. На основании индивидуальных инфракрасных спектров поглощения соотношение (A)/(A) определяется следующим способом, и в результате этого вычисляется среднее значение для 25 точек. Фоновая линия проводится на получаемом в результате инфракрасном спектре поглощения в интервале от 1711 до 1759 см, и площадь пика, который ограничивают фоновая линия и положительная часть спектра, определяется как площадь пика (A) за счет сложноэфирной группы. Аналогичным образом, фоновая линия проводится в интервале от 1549 до 1620 см, и площадь пика, который ограничивают фоновая линия и положительная часть спектра, определяется как площадь пика (A) за счет бензольного кольца C=C полисульфона. Затем вычисляется их соотношение (A)/(A). Измерение в 25 точках осуществляется в трех различных местах около обоих концов и вокруг продольного центра для каждой половолоконной мембраны из трех половолоконных мембран в каждом модуле, и среднее значение для 9 точек (3 × 3) определяется как среднее значение соотношения (A)/(A). Это среднее значение соотношения (A)/(A) составляет предпочтительно 0,02 или более, предпочтительнее 0,03 или более и еще предпочтительнее 0,05 или более. При этом чрезмерно высокое содержание сложноэфирных групп может приводить к сильной гидрофобности получаемой в результате поверхности и к ухудшению совместимости с кровью, и, таким образом, это среднее значение составляет предпочтительно 0,5 или менее, предпочтительнее 0,3 или менее и еще предпочтительнее 0,15 или менее.
[0061]
Способ изготовления половолоконного мембранного модуля согласно настоящему изобретению включает следующие стадии:
смешивание основного материала, состоящего из гидрофобного полимера, с гидрофильным полимером, в котором отсутствует гидрофобное звено, для изготовления половолоконной мембраны;
промывание половолоконной мембраны промывочной жидкостью, содержащей 0,002 мас.% или более и 0,05 мас.% или менее полимера, включающего гидрофильное звено и гидрофобное звено, а также содержащего сложноэфирную группу; и
встраивание половолоконной мембраны в корпус модуля и облучение половолоконной мембраны в условиях, в которых концентрация кислорода в атмосфере, окружающей половолоконную мембрану, находится в интервале от 0 до 1%, и содержание воды по отношению к массе половолоконной мембраны находится в интервале от 0 до 25 мас.%.
[0062]
Сначала будет описан способ изготовления половолоконной мембраны. Половолоконная мембрана предпочтительно представляет собой мембрану, имеющую асимметричную структуру, которую составляют слой, обеспечивающий разделительные характеристики, и опорный слой, обеспечивающий механическую прочность мембраны, с точки зрения эксплуатационных характеристик проницаемости и разделения.
[0063]
Такая половолоконная мембрана предпочтительно изготавливается посредством выпуска мембранообразующего концентрированного раствора, содержащего гидрофобный полимер, соответствующий сильный растворитель и соответствующий слабый растворитель, через щелевую часть двухкольцевой фильеры и одновременного выпуска нагнетаемой жидкости через круглую трубчатую часть, после чего выпускаемый мембранообразующий концентрированный раствор проходит через сухую часть, и его коагуляция происходит в коагуляционной ванне.
[0064]
Здесь сильный растворитель означает растворитель, который растворяет полимер на основе полисульфона в мебранообразующем концентрированном растворе. N,N-диметилацетамид и N-метилпирролидон являются пригодными для использования вследствие растворимости, хотя здесь не существует определенных ограничений. При этом слабый растворитель означает растворитель, который не растворяет полимер на основе полисульфона в мембранообразующем концентрированном растворе. Вода являются пригодной для использования, хотя здесь не существует определенных ограничений.
[0065]
Механическая прочность половолоконной мембраны может увеличиваться посредством увеличения концентрации полимера на основе полисульфона в мебранообразующем концентрированном растворе. При этом чрезмерно большая концентрация полимера на основе полисульфона может вызывать проблемы, такие как уменьшение растворимости и неудовлетворительный выпуск вследствие увеличения вязкости мембранообразующего концентрированного раствора. Концентрация полимера на основе полисульфона обеспечивает регулирование проницаемости и предельной отсекаемой молекулярной массы. Увеличение концентрации полимера на основе полисульфона может вызывать увеличение плотности внутренней поверхность половолоконной мембраны, что приводит к снижению проницаемости и предельной отсекаемой молекулярной массы. Таким образом, концентрация полимера на основе полисульфона в мебранообразующем концентрированном растворе составляет предпочтительно 24 мас.% или менее, в то время как концентрация полимера на основе полисульфона составляет предпочтительно 12 мас.% или более.
[0066]
В случае образования половолоконной мембраны существует необходимость смешивания гидрофильного полимера в качестве порообразующего вещества таким образом, чтобы регулировалась вязкость мембранообразующего концентрированного раствора. Примерные гидрофильные полимеры представляют собой, но не ограничиваются этим, полиэтиленгликоль, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон, карбоксиметилцеллюлоза, полипропиленгликоль и подобные вещества. Среди этих полимеров, поливинилпирролидон является пригодным для использования с точек зрения совместимости с полимером на основе полисульфона и безопасности.
[0067]
Однако такой гидрофильный полимер, который добавляется в мембранообразующий концентрированный раствор, в частности, низкомолекулярный гидрофильный полимер, часто вызывает образование вымываемого вещества после воздействия излучения. Предположительная причина этого заключается в следующем. В случае мембранообразующего концентрированного раствора, изготовленного посредством использования полисульфона в качестве полимера на основе полисульфона и поливинилпирролидона в качестве гидрофильного полимера, вымывание происходит вследствие низкой константы адсорбционного равновесия полисульфона и поливинилпирролидона. Как упоминается ниже, когда содержание воды является низким в процессе воздействия излучения, уменьшается вероятность возникновения реакции сшивания вследствие воздействия излучения, и, таким образом, увеличивается вероятность вымывания гидрофильного полимера. Таким образом, оказывается эффективным уменьшение количества вымываемого вещества посредством промывания половолоконной мембраны с использованием вышеупомянутого способа промывания.
[0068]
Предполагается, что гидрофильный полимер, смешанный в мебранообразующем концентрированном растворе, служит в качестве порообразующего вещества и производит эффект повышения проницаемости и гидрофильности получаемой таким способом половолоконной мембраны. Оказывается возможным регулирования вязкости мембранообразующего концентрированного раствора посредством смешивания гидрофильного полимера, и, таким образом, обеспечивается предотвращение образования макрополостей, которые вызывают уменьшение прочности мембраны. Чрезмерно большое количество гидрофильного полимера, который смешивается в мебранообразующем концентрированном растворе, может иногда вызывать уменьшение растворимости и неудовлетворительный выпуск вследствие увеличения вязкости мембранообразующего концентрированного раствора. Удерживание большого количества гидрофильного полимера в половолоконной мембране может приводить к ухудшению проницаемости вследствие увеличения сопротивления проникновению. Хотя оптимальное количество гидрофильного полимера, который добавляется в мембранообразующий концентрированный раствор, изменяется в зависимости от его типов и целевых эксплуатационных характеристик, данное количество составляет предпочтительно 1 мас.% или более, причем данное время количество составляет предпочтительно 15 мас.% или менее по отношению к полной массе мембранообразующего концентрированного раствора. Здесь не существует определенного ограничения в отношении гидрофильного полимера, который добавляется в мембранообразующий концентрированный раствор, и поливинилпирролидон оказывается пригодным для использования вследствие своей высокой совместимости с полимером на основе полисульфона. Гидрофильный полимер может использоваться индивидуально, или в форме смеси могут использоваться два или более гидрофильных полимеров.
[0069]
В целях повышения проницаемости половолоконной мембраны оказывается пригодным для использования гидрофильный полимер, имеющий сравнительно низкую молекулярную массу, поскольку усиливается порообразующее действие. Когда используется низкомолекулярный гидрофильный полимер, становится вероятным осуществление вымывания из половолоконной мембраны. Однако согласно настоящему изобретению, такое вымывание может уменьшаться.
[0070]
Когда полимер на основе полисульфона плавится таким образом, что для получения мембранообразующего концентрированного раствора полимер предпочтительно плавится при высокой температуре, и таким образом, повышается растворимость, но может происходить денатурация полимера под действием нагревания и изменение состава вследствие испарения растворителя. Таким образом, температура плавления составляет предпочтительно 30°C или более и 120°C или менее. Оптимальный интервал температура плавления иногда изменяется в зависимости от типа полимера на основе полисульфона и добавок.
[0071]
Нагнетаемая жидкость, которая используется в процессе образование половолоконной мембраны, представляет собой смешанный раствор, содержащий сильный растворитель и слабый растворитель по отношению к полимеру на основе полисульфона, и проницаемость и предельная отсекаемая молекулярная масса половолоконной мембраны могут регулироваться посредством соотношения между этими растворителями. Здесь не существует определенного ограничения в отношении слабого растворителя, и вода оказывается пригодной для использования. Кроме того, здесь не существует определенного ограничения в отношении сильного растворителя, и N,N-диметилацетамид оказывается пригодным для использования.
[0072]
Когда мембранообразующий концентрированный раствор находится в контакте с нагнетаемой жидкостью, фазовое разделение мембранообразующего концентрированного раствора индуцируется действием слабого растворителя, и, таким образом, происходит коагуляция. Когда относительное содержание слабого растворителя в нагнетаемой жидкости чрезмерно увеличивается, снижаются проницаемость и предельная отсекаемая молекулярная масса мембраны. При этом, когда соотношение слабого растворителя в нагнетаемой жидкости чрезмерно увеличивается, раствор капает в состоянии жидкости, и, таким образом, половолоконная мембрана не может быть получена. Надлежащее относительное содержание обоих растворителей в нагнетаемой жидкости изменяется в зависимости от типа сильного растворителя и слабого растворителя. Содержание слабого растворителя составляет предпочтительно 10 мас.% или более в смешанном растворителе, содержащем оба растворителя, причем его содержание предпочтительно составляет 80 мас.% или менее. Содержание сильного растворителя в нагнетаемой жидкости составляет предпочтительно 40 мас.% или более и еще предпочтительнее 50 мас.% или более, причем его содержание составляет предпочтительно 90 мас.% или менее, предпочтительнее 80 мас.% или менее и еще предпочтительнее 70% или менее. Как упоминается выше, в нагнетаемую жидкость может добавляться полимер, включающий гидрофильное звено и гидрофобное звено.
[0073]
Температура двухкольцевой фильеры в процессе выпуска производит воздействие на вязкость мембранообразующего концентрированного раствора, поведение при фазовом разделении и скорость диффузии нагнетаемой жидкости, попадающей в мембранообразующий концентрированный раствор. Как правило, чем выше температура двухкольцевой фильеры, тем выше проницаемость и предельная отсекаемая молекулярная масса получаемой в результате половолоконной мембраны. Чрезмерно высокая температура двухкольцевой фильеры может вызывать неустойчивый выпуск вследствие уменьшения вязкости мембранообразующего концентрированного раствора и ухудшения свойства коагуляции, что приводило к ухудшению пригодности для прядения. При этом низкая температура двухкольцевой фильеры может вызывать осаждение воды на двухкольцевой фильере вследствие конденсации росы. Таким образом, температура двухкольцевой фильеры составляет предпочтительно 20°C или более, и при этом температура двухкольцевой фильеры составляет предпочтительно 90°C или менее.
[0074]
Мембранообразующий концентрированный раствор выпускается через двухкольцевую фильеру, проходит через сухую часть, а затем подвергается коагуляции посредством погружения в коагуляционную ванну. В сухой части, когда наружный поверхность мембранообразующего концентрированного раствора находится в контакте с воздухом, влага воздуха внедряется и служит в качестве слабого растворителя, и, таким образом, осуществляется фазовое разделение мембранообразующего концентрированного раствора. Таким образом, открытая пористость наружной поверхности получаемой таким способом половолоконной мембраны может регулироваться посредством изменения температуры конденсации сухой части. Если температура конденсации сухой части является низкой, фазовое разделение иногда не осуществляется в достаточной степени, и открытая пористость наружной поверхности может уменьшаться, таким образом, что трение половолоконной мембраны увеличивается, что приводит к ухудшению пригодности для прядения. При этом, даже когда температура конденсации сухой части является чрезмерно высокой, наружная поверхность может иногда подвергаться коагуляции, что приводит к уменьшению открытой пористости. Температура конденсации сухой части составляет предпочтительно 60°C или менее, и при этом температура конденсации составляет предпочтительно 10°C или более.
[0075]
Когда сухая часть имеет чрезмерно малую длину, коагуляция происходит до тех пор, как в достаточной степени осуществляет фазовое разделение мембранообразующего концентрированного раствора, что приводило к ухудшению проницаемости и характеристик фракционирования. Таким образом, длина сухой части составляет предпочтительно 50 мм или более и предпочтительнее 100 мм или более. При этом, когда длина сухой части является чрезмерно большой, устойчивость в процессе прядения могут уменьшаться колебания волокон, и, таким образом, длина сухой части составляет предпочтительно 600 мм или менее.
[0076]
Коагуляционная ванна содержит в качестве основного компонента слабый растворитель для полимера на основе полисульфона, и необязательно добавляется сильный растворитель. Вода является пригодной для использования в качестве слабого растворителя. Когда мембранообразующий концентрированный раствор поступает в коагуляционную ванну, мембранообразующий концентрированный раствор подвергается коагуляции под действием большого количества слабого растворителя в коагуляционной ванне, и структура мембраны фиксируется. Поскольку коагуляция предотвращается дополнительным увеличением температуры в коагуляционной ванне, повышаются проницаемость и предельная отсекаемая молекулярная масса.
[0077]
Оказывается предпочтительным, что половолоконная мембрана, получаемая в результате коагуляции в коагуляционной ванне, промывается водой, как упоминается выше, поскольку половолоконная мембрана содержит избыток содержащего гидрофильные группы полимера, источниками которого являются растворитель и концентрированный раствор. Недостаточное промывание водой может приводить к усложнению промывания перед использованием половолоконного мембранного модуля, а также может вызывать такую проблему, как поток вымываемого вещества в обрабатываемую жидкость.
[0078]
Поскольку коэффициент переноса материала пленки может уменьшаться по мере того, как уменьшается толщина половолоконной мембраны, улучшаются эксплуатационные характеристики половолоконной мембраны в отношении отделения вещества. При этом, когда мембрана имеет чрезмерно малую толщину, становится вероятным возникновение разрыва волокон и разрушения в процессе высушивания, что может приводить к проблемам в отношении производства. Легкость разрушения половолоконной мембраны проявляет корреляцию с толщиной и внутренним диаметром половолоконной мембраны. Таким образом, толщина половолоконной мембраны составляет предпочтительно 20 мкм или более, и предпочтительнее 25 мкм или более. При этом толщина составляет предпочтительно 50 мкм или менее и предпочтительнее 45 мкм или менее. Внутренний диаметр половолоконной мембраны составляет предпочтительно 80 мкм или более, предпочтительнее 100 мкм или более и еще предпочтительнее 120 мкм или более, и при этом внутренний диаметр составляет предпочтительно 250 мкм или менее, предпочтительнее 200 мкм или менее и еще предпочтительнее 160 мкм или менее.
[0079]
Внутренний диаметр половолоконной мембраны представляет собой значение, получаемое посредством измерения толщины каждой из 16 половолоконных мембран, выбранных случайным образом с использованием портативного микроскопа с линзой VH-Z100 от компании Keyence Corporation, имеющей 1000-кратное увеличение, после чего определяется среднее значение «a», а затем осуществляется вычисление согласно приведенному ниже уравнению. Наружный диаметр половолоконной мембраны представляет собой значение, получаемое посредством измерения наружного диаметра каждой из 16 половолоконных мембран, выбранных случайным образом с использованием лазерного измерителя смещений, например, модели LS5040T от компании Keyence Corporation.
Внутренний диаметр (мкм) половолоконной мембраны=наружный диаметр половолоконной мембраны - 2 × толщина мембраны
[0080]
Половолоконный мембранный модуль получается посредством встраивания в корпус половолоконной мембраны, изготовленной вышеупомянутым способом. Неограничительный примерный способ встраивания половолоконной мембраны в корпус проиллюстрирован ниже. Сначала половолоконную мембрану разделяют на отрезки, имеющие желательную длину, и желательное число этих отрезков собирают в пучок, а затем помещают в цилиндрический корпус. После этого оба конца временно закрывают крышками, и герметизирующий материал помещают на оба конца половолоконной мембраны. В этом процессе предпочтительным оказывается способ помещения герметизирующего материала, когда модуль находится в состоянии вращения посредством центробежного устройства, потому что таким способом можно равномерно вводить герметизирующий материал. После того, как герметизирующий материал затвердевает, оба конца отрезаются, и в результате этого могут образовываться отверстия на обоих концах половолоконной мембраны. К каждой стороне корпуса присоединяется коллектор, а затем сопло коллектора и корпус закрывается пробкой, и получается половолоконный мембранный модуль.
[0081]
Существует потребность, чтобы половолоконный мембранный модуль для очистки крови, например, в установке искусственной почки, подвергался стерилизации, и в процессе стерилизации часто используется излучение вследствие его высокой устойчивости и простоты. Используемое излучение может представлять собой α-излучение, β-излучение, γ-излучение, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое излучение, электронное излучение или излучение другого типа. Среди них γ-излучение или электронное излучение является пригодным для использования вследствие его высокой устойчивости и простоты. Полимер, включающий гидрофильное звено и гидрофобное звено, который помещается на внутреннюю поверхность полого волокна, может прикрепляться посредством осуществления сшивания с материалом мембраны за счет воздействия излучения, которое может приводить к уменьшению количества вымываемого вещества. Таким образом, предпочтительно осуществляется воздействие излучения. Низкая доза излучения может приводить к низкому эффекту стерилизации, в то время как высокая доза излучения может вызывать разложение полимера, включающего гидрофильное звено и гидрофобное звено, или материала мембраны, что приводит к ухудшению совместимости с кровью. Таким образом, доза излучения составляет предпочтительно 15 кГр или более и предпочтительно 100 кГр или менее.
[0082]
Чтобы предотвратить сшивание и гелеобразование полимера на основе полисульфона и гидрофильного полимера под действием излучения, оказывается предпочтительным воздействие излучения в состоянии, в котором является низким содержание воды в половолоконной мембране. Таким образом, содержание воды в половолоконной мембране в процессе воздействия излучения составляет предпочтительно 25 мас.% или менее, предпочтительнее 10 мас.% или менее, еще предпочтительнее 7 мас.% или менее, еще предпочтительно 4 мас.% или менее, особенно предпочтительно 2 мас.% или менее и наиболее предпочтительно 1 мас.% или менее.
[0083]
Когда концентрация кислорода вокруг половолоконной мембраны является высокой в процессе воздействия излучения, становится вероятным образование кислородных радикалов посредством воздействия излучения. В состоянии, в котором содержание воды в половолоконной мембране является низким, может происходить ухудшение качества мембраны и увеличение количества вымываемого вещества. Воздействие излучения предпочтительно осуществляется в таких условиях, в которых концентрация кислорода в атмосфере, окружающей половолоконную мембрану, составляет 1% или менее, предпочтительнее 0,5% или менее, еще предпочтительнее 0,2% или менее и особенно предпочтительно 0,1% или менее. Использование кислородного денситометра обеспечивает измерение концентрации кислорода внутри модуля.
[0084]
Примерные способы уменьшения концентрации кислорода внутри половолоконного мембранного модуля включают способ, в котором инертный газ может втекать в половолоконный мембранный модуль, и способ, в котором используется поглотитель кислорода. Однако в способе с использованием поглотитель кислорода для этого поглотителя кислорода требуются высокие расходы, а также существует необходимости использования упаковочного контейнера, имеющего низкую кислородопроницаемость, в качестве упаковочного контейнера половолоконной мембраны. Таким образом, является подходящим способ заполнения модуля инертным газом. Оказывается возможным достижение состояния с низкой концентрацией кислорода в атмосфере, окружающей половолоконную мембрану, причем для этой цели используется инертный газ, причем этот инертный газ может втекать в половолоконный мембранный модуль, и осуществляется герметизация всех впусков половолоконного мембранного модуля, или инертный пропускается в половолоконный мембранный модуль, и половолоконный мембранный модуль помещается в упаковочный пакет, имеющий низкую кислородопроницаемость, а затем осуществляется его герметизация.
[0085]
Чрезмерно высокая влажность вокруг половолоконной мембраны и внутри упаковочного контейнера может вызывать конденсацию росы и замораживание при низкой температуре, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик. Таким образом, относительная влажность при 25°C вокруг половолоконной мембраны и внутри упаковочного контейнера составляет предпочтительно менее чем 80%, предпочтительнее 60% и предпочтительнее менее чем 40%. Относительная влажность, которая используется согласно настоящему изобретению, представлена следующим уравнением: относительная влажность (%)=100 × p/P, в котором присутствует парциальное давление (p) водяного пара при комнатной температуре и давление (P) насыщенного водяного пара при комнатной температуре.
[0086]
2
2
2
2
2
Проницаемость половолоконной мембраны составляет предпочтительно 100 мл/час/мм рт. ст./м или более, предпочтительнее 200 мл/час/мм рт. ст./м или более и еще предпочтительнее 300 мл/час/мм рт. ст./м или более. В случае установки искусственной почки чрезмерно высокая проницаемость может вызывать такое явление, как остаточная кровь, таким образом, что проницаемость составляет предпочтительно 2000 мл/час/мм рт. ст./м или менее и предпочтительнее 1500 мл/час/мм рт. ст./м или менее. Проницаемость (скорость ультрафильтрации UFR) вычисляется согласно следующей формуле:
2
UFR (мл/час/м/мм рт. ст.)=Qw/(P × T × A)
2
где Qw представляет собой величину фильтрации (мл), T представляет собой продолжительность вытекания (час), P представляет собой давление (мм рт. ст.), и A представляет собой площадь внутренней поверхности (м) половолоконной мембраны.
[0087]
3
2
Совместимость с кровью на внутренней поверхности половолоконной мембраны может оцениваться числом тромбоцитов, прикрепленных к половолоконной мембране. Поскольку большое число прикрепленных тромбоцитов может приводить к свертыванию крови, можно сказать, что внутренняя поверхность половолоконной мембраны имеет неудовлетворительную совместимость с кровью. Число тромбоцитов, прикрепленных к внутренней поверхности половолоконной мембраны, может оцениваться посредством наблюдения внутренняя поверхность половолоконной мембраны после контакта с кровью человека с использованием сканирующего электронного микроскопа. Подробное описание условий оценки будет представлено в приведенных ниже примерах. Когда внутренняя поверхность образца наблюдается при 1500-кратном увеличении, число прикрепленных тромбоцитов в поле наблюдения (4,3⋅10 мкм) составляет предпочтительно 20 тромбоцитов или менее, предпочтительнее 10 тромбоцитов или менее, еще предпочтительнее 8 тромбоцитов или менее, и особенно предпочтительно 4 тромбоцита или менее. Здесь используется среднее значение, получаемое в результате округления до первого десятичного знака числа прикрепленных тромбоцитов, наблюдаемых в десяти различных полях.
[Примеры]
[0088]
(1) Измерение количества нерастворимого компонента
Навеску 1 г половолоконной мембраны помещали в колбу Эрленмейера (Erlenmeyer), добавляли 40 мл N,N-диметилацетамида (DMAc), а затем осуществляли перемешивание в течение двух 2 часов. После этого центрифугирование осуществляли при скорости 2500 об/мин, и в результате этого осаждали нерастворимый компонент, а надосадочную жидкость удаляли. К нерастворимому компоненту, получаемому таким способом, добавляли 10 мл DMAc, и нерастворимый компонент промывали, а затем надосадочную жидкость удаляли в результате центрифугирования. Эту операцию выполняли три раза. Наконец, надосадочную жидкость удаляли, и получаемый в результате нерастворимый компонент подвергали лиофилизации. Измеряли сухую массу нерастворимого компонента, и величину сухой массы в расчете на 1 г массы половолоконной мембраны, умноженную на 100, определяли как содержание (мас.%) нерастворимого компонента по отношению к полной массе половолоконной мембраны. Здесь использовали величину, которая получается посредством округления до второго десятичного знака получаемого в результате вычисленного значения.
[0089]
(2) Исследование вымываемого вещества
Ультрачистую воду, нагретую до 37°C, пропускали по стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны половолоконного мембранного модуля со скоростью 100 мл/мин в течение 7 минут, затем пропускали через канал на стороне наружной поверхности половолоконной мембраны со скоростью 500 мл/мин в течение 5 минут, повторно пропускали по стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны со скоростью 100 мл/мин в течение 3 минут, и в результате этого осуществляли промывание половолоконной мембраны. После этого 4 л ультрачистой воды, нагретой до 37°C, пропускали по стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны в процессе циркуляции со скоростью 200 мл/мин в течение 4 часов, и после циркуляции в течение 4 часов воду собирали, чтобы получать раствор образца. Поскольку раствор образца, получаемый таким способом, представлял собой разбавленный раствор, этот раствор образца стократно концентрировали методом лиофилизации, а затем осуществляли его измерение методом гельфильтрационной хроматографии. Измерение методом гельфильтрационной хроматографии было осуществлено в следующих условиях.
Колонка: TSKgel GMPWXL (производитель Tosoh Corporation)
Растворитель: раствор 0,1 моль/л нитрата лития в смеси равных объемов воды и метанола
Скорость потока: 0,5 мл/мин
Температура колонка: 40°C
Детектор: дифференциальный рефрактометр RI-8010 (производитель Tosoh Corporation).
[0090]
Сначала измерение методом гельфильтрационной хроматографии осуществляли, используя, в качестве стандартных образцов, водные растворы нескольких типов, изготовленные путем растворения поливинилпирролидона (K90, производитель ISP), изменяя его концентрацию. Была построена калибровочная кривая, определяющая соотношение между площадью пика поливинилпирролидона в стандартных образцах, и переменной концентрацией. После этого концентрацию вымываемого вещества в растворе образца вычисляли на основании суммарной величины площади всех пиков, получаемой для исследуемого раствора образца, и калибровочной кривой.
[0091]
После этого количество гидрофильного полимера, содержащегося в 4 л ультрачистой воды после циркуляции в течение 4 часов, вычисляли согласно следующему уравнению. При этом вычисление осуществляли, приближенно считая массу 1 л чистой воды как 1 кг. Здесь использовали величину, которая получается посредством округления до второго десятичного знака получаемого в результате вычисленного значения.
Количество гидрофильного полимера в 4 л (мг)=концентрация (частей на миллион) гидрофильного полимера в образце для измерения × 4 (кг)/100
2
2
Значение, вычисленное в результате деления получаемого таким способом количества (мг) гидрофильного полимера в 4 л воды после циркуляции в течение 4 часов на суммарное значение (м) площади внутренней поверхности половолоконной мембраны, помещенной в измеряемый половолоконный мембранный модуль, определяли как количество вымываемого вещества (мг/м) согласно настоящему изобретению. Здесь используется величина, которая получается посредством округления до второго десятичного знака получаемого в результате вычисленного значения,.
2
2
Количество вымываемого вещества (мг/м)=количество гидрофильного полимера в 4 л (мг)/значение суммарной площади внутренней поверхности половолоконной мембраны (м)
2
Значение суммарной площади внутренней поверхности половолоконной мембраны (м)=π × внутренний диаметр половолоконной мембраны (м) × эффективная длина (м) × число половолоконных мембран
Здесь эффективная длина означает часть, в которой герметизирующий материал не наносится на половолоконную мембрану, помещаемую в половолоконный мембранный модуль.
[0092]
(3) Измерение гибкого слоя поверхности полого волокна
Половолоконную мембрану разрезали вдоль, получая полуцилиндрическую форму, с использованием ножа с однолезвийным клинком, и внутреннюю поверхность измеряли, используя атомно-силовой микроскоп (АСМ). Образец для измерения промывали ультрачистой водой, высушивали при комнатной температуре и давлении 0,5 торр (67 Па) в течение 10 часов, а затем осуществляли его измерение.
[0093]
Половолоконную мембрану прикрепляли на столик для образцов, воду наносили капельным способом на мембрану, чтобы увлажнить эту мембрану, и в результате этого получали мембрану в увлажненном состоянии, в котором содержание воды составляло 65 мас.% или более. В этом состоянии измерение кривой силы было осуществлено в режиме контакта. Было уделено особое внимание тому, чтобы поверхность образца не высыхала в процессе измерения. Примерный график кривой силы, на котором сила, прилагаемая к кантилеверу, представлена на вертикальной оси, а величина смещения кантилевера представлена на горизонтальной оси, проиллюстрирован на фиг. 2. В результате измерения, когда гибкий слой существует на поверхности функционального слоя, после контакта кантилевера с поверхностью функционального слоя, на кривой силы наблюдается изогнутая нелинейная область 22. После прохождения этой нелинейной области наблюдается область 23, в которой существует линейная зависимость между величиной смещения кантилевера и силой, прилагаемой к кантилеверу. Толщина 24 гибкого слоя определяется как расстояние от начальной точки нелинейной области 22, которая наблюдается после контакта кантилевера с поверхностью функционального слоя, до точки пересечения между продолжением линии и линейной областью 23, на продолжении линии, проведенном по отношению к линии области 21, причем кривая силы сдвигается параллельно по отношению к горизонтальной оси до контакта кантилевера с поверхностью функционального слоя. Измерение было осуществлено в произвольных 20 точках множества половолоконных мембран, выбранных произвольным образом, и было использовано среднее значение. Была использована величина, которая получается посредством округления до первого десятичного знака получаемого в результате вычисленного значения.
[0094]
Исследования методом АСМ осуществляли в следующих условиях: в качестве измерительного устройства использовался сканирующий зондовый микроскоп модели SPM 9500-J3 от компании Shimadzu (Киото, Япония), наблюдения осуществлялись в контактном режиме, использовался зонд модели NP-S шириной 120 мм от компании Nihon Veeco K. K. (Токио, Япония), интервал сканирования составлял 5 мкм × 5 мкм, и скорость сканирования составляла 1 Гц.
[0095]
(4) Измерение содержания воды в половолоконной мембране
Масса получаемого таким способом половолоконного мембранного модуля измерялась для получения массы (a) половолоконного мембранного модуля. Данный половолоконный мембранный модуль помещали в вакуумный сушильный шкаф при температуре 50°C и высушивали при давлении 0,5 торр (67 Па) в течение 12 часов, а затем измеряемая масса определялась как масса (b) половолоконного мембранного модуля в абсолютно сухом состоянии. Кроме того, еще один модуль, изготовленный таким же способом, разбирали, чтобы извлечь из него половолоконную мембрану. После высушивания в вакууме при температуре 50°C и давлении 0,5 торр (67 Па) в течение 12 часов измеряемая масса определялась как масса (c) половолоконной мембраны в состоянии абсолютного высушивания. Содержание воды в половолоконной мембране вычисляли согласно следующему уравнению. Здесь используется величина, которая получается посредством округления до второго десятичного знака получаемого в результате измерений значения.
Содержание воды (мас.%)=100 × (a-b)/c
Здесь a представляет собой массу половолоконного мембранного модуля (г), b представляет собой массу половолоконного мембранного модуля (г) после абсолютного высушивания, и c представляет собой массу половолоконной мембраны (г) в состоянии абсолютного высушивания.
[0096]
(5) Микроскопический метод НПВО
-1
-1
CC
COO
COO
CC
Половолоконную мембрану разрезали вдоль, получая полуцилиндрическую форму, с использованием ножа с однолезвийным клинком, промывали ультрачистой водой, а затем высушивали при комнатной температуре при давлении 0,5 торр (67 Па) в течение 10 часов, чтобы получить образец для измерения поверхности. Каждая поверхность высушенной половолоконной мембраны была измерена микроскопическим методом НПВО с использованием прибора IRT-3000, изготовленного компанией Jasco Corporation. Измерение было осуществлено в одном месте в области наблюдения (отверстии) с размерами 100 мкм × 100 мкм в интервале измерения 3 мкм × 3 мкм, причем совокупное число измерений составляло 30, и были измерены 25 точек (5 точек в направлении длины × 5 точек в направлении ширины. На получаемом в результате спектре в интервале волновых чисел от 1549 до 1620 смбыла проведена фоновая линия, и площадь пика, которую ограничивали фоновая линия и положительная часть спектра, была определена как площадь пика (A) за счет бензольного кольца C=C полисульфона. Таким же образом была проведена фоновая линия на спектре в интервале от 1711 до 1759 см, и площадь пика, которую ограничивали фоновая линия и положительная часть спектра, была определена как площадь пика (A) за счет сложноэфирной группы. Средние значения результатов для 25 точек были использованы для вычисления соотношения (A)/(A).
[0097]
COO
CC
Измерение в 25 точках осуществляется в трех различных местах около обоих концов и вокруг продольного центра для каждой половолоконной мембраны из трех половолоконных мембран в каждом модуле, и среднее значение результатов для 9 точек (3 × 3) определяется как среднее значение соотношения (A)/(A), и при этом здесь используется средняя величина, которая получается посредство округления до трех десятичных знаков получаемого в результате измеряемого значения.
[0098]
(6) Измерение константы адсорбционного равновесия по отношению к полисульфону, такому как гидрофильный полимер
После установки золотой сенсорной пластинки от компании GE Healthcare Bio-Sciences на установку для нанесения покрытий методом центрифугирования одну или две капли хлорбензольного раствора 0,1 мас.% полисульфона (Udel (зарегистрированный товарный знак)-P3500 от компании Amoco) помещали на пластинку с помощью пипетки Пастера (Pasteur). Немедленно после этого установка для нанесения покрытий методом центрифугирования осуществляла вращение со скоростью 3000 об/мин в течение одной минуты, и в результате этого получалась золотая сенсорная пластинка, содержащая на своей поверхности тонкий слой полимера на основе полисульфона. Сенсорную пластинку вставляли в прибор BIACORE (зарегистрированный товарный знак) 3000, изготовленный компанией GE Healthcare Bio-Sciences. После этого сенсорную пластинку промывали водой в течение 2000 секунд, и описанные ниже операции повторно осуществляли с различными водными растворами, содержащими гидрофильный полимер в каждой из концентраций, включая 10, 100, 250, 500 и 1000 частей на миллион.
1. Пропускали водный раствор гидрофильного полимера (750 мкл), и в результате этого полимер адсорбировался на поверхности полисульфона.
2. Осуществляли промывание водой в течение 2000 секунд.
3. Пропускали раствор 0,025 мас.% Triton (750 мкл), и в результате этого отслаивался гидрофильный полимер, адсорбированный в ходе операции 1.
4. Осуществляли промывание водой в течение 2000 секунд.
[0099]
Количество полимера, адсорбированного на поверхности полимера на основе полисульфона, определяли, как описывается ниже. Значение, получаемое после промывания водой в течение 2000 секунд, немедленно после вставки сенсорной пластинки, считали равным нулю, и количество полимера, адсорбированного на поверхности, определяли как величину каждой разности, которая получалась после завершения операции 2. Когда значение, получаемое после завершения операции 4, составляло более чем значение, получаемый после промывания водой немедленно после вставки сенсорная пластинка, считалось, что гидрофильный полимер не полностью отслаивался пол действием раствора 0,025 мас.% Triton, и увеличение добавляли к адсорбированному количеству. Описанные выше операции повторяли для каждой из вышеупомянутых концентраций, и константу адсорбционного равновесия вычисляли из получаемый в результате изотермы адсорбции (на которой горизонтальная ось представляет собой концентрацию гидрофильного полимера, а вертикальная ось представляет собой адсорбированное количество) методом наименьших квадратов для подгонки, используя общую модель адсорбции из раствора для полимера и соответствующую поверхность адсорбции (приближение по уравнению Фрейндлиха (Freundlich)) (уравнение 1):
n
Q=KC (уравнение 1)
(здесь Q представляет собой адсорбированное количество на единицу площади, K представляет собой константу адсорбционного равновесия, и n представляет собой константу Фрейндлиха).
[0100]
(7) Способ исследования адгезии тромбоцитов человека
3
2
3
2
3
2
Двухстороннюю клейкую ленту прикрепляли к полистирольной круглой пластинке, имеющей диаметр 18 мм, и на нее прикрепляли половолоконную мембрану. Прикрепленную половолоконную мембрану разрезали вдоль, получая полуцилиндрическую форму, с использованием ножа с однолезвийным клинком, таким образом, что открывалась внутренняя поверхность половолоконной мембраны. Эта операция должна выполняться аккуратно, потому что если на внутренней поверхности полого волокна присутствуют загрязнения, царапины, складки или другие дефекты, тромбоциты могут прикрепляться к такой дефектной части, и в результате этого правильное осуществление становится невозможным. Круглую пластинку прикрепляли к цилиндрическому отрезку трубки Falcon (зарегистрированный товарный знак) трубка (№ 2051, диаметр 18 мм), таким образом, что несущая половолоконную мембрану поверхность помещалась внутри цилиндра, и просвет закрывала растягивающаяся парафиновая пленка Parafilm. Внутреннее пространство цилиндрической трубки промывали физиологическим раствором, а затем заполняли физиологическим раствором. Гепарин добавляли в концентрации 50 Ед/мл в венозную кровь здорового человека немедленно после отбора образца крови. После того, как физиологический раствор выливали из цилиндрической трубки, 1,0 мл крови помещали в цилиндрическую трубку в течение 30 минут после отбора образца и встряхивали при 37°C в течение одного часа. После этого половолоконную мембрану промывали, используя 10 мл физиологического раствора, и добавляли физиологический раствор, содержащий 2,5% глутарового альдегида, а затем компоненты крови, прикрепленные к половолоконной мембране, иммобилизовали на ней посредством выдерживания. После истечения одного часа или более продолжительного времени компоненты крови промывали, используя 20 мл дистиллированной воды. После промывания половолоконную мембрану высушивали при комнатной температуре при пониженном давлении 0,5 торр (67 Па) в течение 10 часов. Половолоконную мембрану затем прикрепляли на предметный столик сканирующего электронного микроскопа с помощью двухсторонней клейкой ленты. Затем тонкую пленку Pt-Pd наносили на поверхность половолоконной мембраны методом напыления, и в результате этого получали образец. Внутреннюю поверхность образца половолоконной мембраны наблюдали, используя полевой эмиссионный сканирующий электронный микроскоп модели S-800, изготовленный компанией Hitachi, Ltd., при 1500-кратном увеличении, и считали число прикрепленных тромбоцитов в наблюдаемом поле (4,3⋅10 мкм). Число прикрепленных тромбоцитов (тромбоциты/4,3⋅10 мкм) определялось как среднее значение чисел прикрепленных тромбоцитов, которые считали в десяти различных полях вокруг продольного центра полого волокна. Здесь используется величина, которая получается посредством округления до первого десятичного знака получаемого в результате вычисленного значения. Когда число прикрепленных тромбоцитов в наблюдаемом поле превышает 50 тромбоцитов/4,3⋅10 мкм, оно считается равным 50 тромбоциты. Концы полого волокна в продольном направлении были исключены из измеряемых предметов в отношении величины адгезии, потому что кровь проявляла тенденцию к застаиванию на них.
[0101]
(8) Измерение изменения коэффициента просеивания альбумина в зависимости от времени
На фиг. 3 проиллюстрирована схематическая диаграмма, представляющая устройство для измерения изменения коэффициента просеивания альбумина в зависимости от времени. В качестве диализатора использовался прибор TR3000S изготовленный компанией Toray Medical Co., Ltd. Проиллюстрированный на фиг. 3 прибор TR3000S включает элементы, представляющие собой насос Bi 34, насос F 35 и диализатор 32. Во всех контурах присутствуют камеры (камера контура Do 44, камера контура Di 45, камера контура Bi 46 и камера контура Bo 47) для удаления пузырьков, содержащихся в жидкости. Уровень жидкости в камере контура Bi и уровень жидкости в камере контура Di, а также верхняя часть камеры контура Bo и верхняя часть камеры контура Do были установлены на такую же высоту, как базовая линия 31, таким образом, чтобы не создавалась разность давлений.
[0102]
Добавляемая бычья кровь, содержащая цитрат натрия, была изготовлена таким образом, что ее значение гематокрита составляло 30%, суммарное содержание белка составляло 6,5 г/дл, и температура составляла 37°C, и ее помещали в циркуляционный сосуд 37, а затем циркуляционный сосуд 37 устанавливали в резервуар с теплой водой 43, как проиллюстрировано на фиг. 3.
[0103]
Впуск для технологической жидкости половолоконного мембранного модуля 33 и циркуляционный сосуд 37 соединялись через контур Bi 38 посредством насоса Bi 34. Выпуск для технологической жидкости половолоконного мембранного модуля 33 и циркуляционный сосуд 37 соединялись через контур Bo 39. Выпуск диализного раствора из диализатора 32 и впуск для технологической жидкости половолоконного мембранного модуля 33 соединялись через контур Di 40. Впуск диализного раствора в диализатор 32 и выпуск для технологической жидкости из половолоконного мембранного модуля 33 соединялись через контур Do 41.
[0104]
Диализные растворы (раствор Kindaly AF № 2, производитель Fuso Pharmaceutical Industries, Ltd.) A и B помещали в диализатор 32. Концентрация диализного раствора устанавливалась в интервал от 13 до 15 мСм/см, и температура составляла 34°C или более, а диализный раствор скорость потока составляла 500 мл/мин.
[0105]
Впуск контура Bi 38 помещали в сосуд, содержащий физиологический раствор и скорость потока насоса Bi 34 составляла 200 мл/мин, а затем насос включали, половолоконный мембранный модуль промывали в течение 5 минут.
[0106]
2
После этого впуск контура Bi 38 помещали в сосуд 37, содержащий 2 л бычьей крови при температуре 37°C, приготовленной согласно приведенному выше описанию, и скорость потока насоса Bi 34 устанавливали на уровне 200 мл/мин, а затем насос включали. После того, как жидкость выходила из выпуска контура Bo 39, ее помещали в контейнер для отходов 36 на 90 секунд, выпуск контура Bo 39 и выпуск контура Do 41 немедленно помещали в циркуляционный сосуд 37 для создания состояния циркуляции. После этого скорость откачивания насоса F 35 устанавливали на уровне 10 мл/(мин⋅м), и насос включали в режиме ECUM. Диализный раствор, содержащий часть крови, профильтрованной через половолоконную мембрану, выходил из выпуска для технологической жидкости половолоконного мембранного модуля 33. Часть выпущенного диализного раствора возвращалась в циркуляционный сосуд через контур циркуляции фильтрата 42 посредством насоса F 35, чтобы предотвращалось концентрирование циркулирующей крови. Отбор образца осуществляли через некоторое время со стороны впуска контура Bi 38, стороны выпуска контура Bo 39 и стороны выпуска контура Do 41. Образец крови из контура Bi 38 и контура Bo 39 подвергался центрифугированию при скорости центрифугирования 3000 об/мин в течение 10 минут, и плазма крови, которая представляла собой надосадочную жидкость, использовалась в качестве образца для измерения концентрации альбумина. Концентрацию альбумина измеряли, используя аналитический набор A/GB Test Wako, изготавливаемый компанией Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Коэффициент просеивания альбумина (Sc-Alb) определяли в каждый заданный момент времени согласно следующему уравнению:
Sc-Alb (%)=2CDo/(CBi+CBo) × 100
в котором CDo представляет собой концентрацию альбумина (г/мл) на стороне выпуска контура Do, CBi представляет собой концентрацию альбумина (г/мл) на стороне впуска контура B, и CBo представляет собой концентрацию альбумина (г/мл) на стороне выпуска контура Bo. Используя следующий уравнение, относительное сохранение коэффициента просеивания альбумина после истечения периода, составлявшего 240 минут, вычисляли на основании значений коэффициента просеивания альбумина после циркуляции в течение 5 минут и после циркуляции в течение 240 минут.
Относительное сохранение коэффициента просеивания альбумина (%)=Sc-Alb (через 240 минут)/Sc-Alb (через 5 минут) × 100.
[0107]
(9) Измерение количества вымываемого вещества с помощью водного раствора перманганата калия
-3
-2
-2
-2
Ультрачистую воду в качестве исходной промывочной жидкости пропускали через внутреннюю сторону измеряемого половолоконного мембранного модуля со скоростью 100 мл/мин и первые 25 мл воды, вытекающей после заполнения половолоконного мембранного модуля водой, отбирали в качестве образца, из которого отбирали 10 мл воды. В эту воду добавляли 20 мл водного раствора перманганата калия (2,0⋅10 моль/л), 1 мл раствора серной кислоты (10 об.%) и предотвращающие взрывообразное кипение камешки, а затем осуществляли кипячение в течение трех минут. Смесь охлаждали до комнатной температуры. После добавление 1 мл водного раствора 10 мас.% йодида калия смесь интенсивно перемешивали при комнатной температуре и выдерживали в состоянии покоя в течение 10 минут, а затем осуществляли титрование водным раствором тиосульфата натрия (1,0⋅10 моль/л). В тот момент времени, когда цвет раствора становился бледно-желтым, добавляли 0,5 мл водного раствора 1 мас.% крахмала, а затем осуществляли интенсивное перемешивание при комнатной температуре. Титрование водным раствором тиосульфата натрия продолжали до тех пор, пока раствор не становился бесцветным. Ультрачистая вода, которая не пропускалась через половолоконный мембранный модуль, также подвергалась титрованию таким же образом как в случае исследуемого образца, в целях измерения разности между количеством водного раствора тиосульфата натрия (1,0⋅10 моль/л), требуемым для титрования ультрачистой воды, которая не пропускалась через половолоконный мембранный модуль, и количеством водного раствора тиосульфата натрия (1,0⋅10 моль/л), требуемым для титрования исходной промывочной жидкости, и эта разность определялась как показатель количества вымываемого вещества. Среднее значение результатов, получаемых посредством двух измерений, определялось в качестве измеренного значения, и использовалась величина, которая получается посредством округления результата до третьего десятичного,.
(10) Измерение относительной влажности
Гидротермограф (индикатор HM141, зонд HMP42, производитель Vaisala K. K.) вставляли в герметически закупоренный половолоконный мембранный модуль и осуществляли измерения.
[0108]
(11) Оценка способности пеногашения
В состоянии, в котором впуск для обрабатываемой жидкости половолоконного мембранного модуля обращен к нижней стороне, а выпуск для обрабатываемой жидкости обращен к верхней стороне, ультрачистую воду пропускали через половолоконный мембранный модуль при скорости потока, составляющей 100 мл/мин, в течение 5 минут. При этом уделялось внимание тому, чтобы отсутствовала вибрация половолоконного мембранного модуля. После этого ультрачистая вода пропускалась через половолоконный мембранный модуль в течение двух минут. В этом случае пузырьки, образующиеся внутри полого волокна, собирались в стеклянную бутылку посредством вытеснения воды, а затем ее закрывали крышкой в воде. После этого капли воды вокруг стеклянной бутылки удаляли с помощью сжатого воздуха и измеряли массу (x) стеклянной бутылки. Отдельно измеряли массу (y) в состоянии, в котором стеклянная бутылка была наполнена водой. Использовалось среднее значение массы стеклянной бутылки, которое представляет собой массу стеклянной бутылки, получаемую посредством трех измерений в процессе заполнения водой. Количество пузырьков, образующихся внутри полого волокна, определялось по разности между массой (y) стеклянной бутылки в процессе заполнения водой и массой (x) стеклянной бутылки после сбора пузырьков. Плотность воды равняется 1,0. Здесь используется величина, которая получается посредством округления до третьего десятичного знака получаемого в результате вычисленного значения. Способность пеногашения оценивалась как «высокая», когда количество пузырьков составляло менее чем 0,15 мл, и при этом способность пеногашения оценивалась как «низкая», когда количество пузырьков составляло 0,15 мл или более.
Количество образующихся пузырьков (мл)=y (г) - x (г).
[0109]
[Пример 1]
При нагревании растворялись 16 мас.% полисульфона («Udel (зарегистрированный товарный знак)» P-3500, производитель Solvay S.A.), 4 мас.% поливинилпирролидона (K30, производитель International Specialty Products, Inc. (далее кратко называется ISP), 2 мас.% поливинилпирролидона (K90, производитель ISP), 77 мас.% N,N-диметилацетамида и 1 мас.% воды, и получался мембранообразующий концентрированный раствор. Раствор, содержащий 63 мас.% N,N-диметилацетамида и 37 мас.% воды, использовался в качестве нагнетаемой жидкости.
[0110]
Мембранообразующий концентрированный раствор и нагнетаемая жидкость поступали в прядильную фильеру при температуре 50°C и выходили через отверстие наружной трубки двухкольцевой фильеры, у которой круглая щелевая часть имела наружный диаметр 0,35 мм и внутренний диаметр 0,25 мм, в то время как нагнетаемая жидкость выходила через внутреннюю трубку. Выходящий мембранообразующий концентрированный раствор пропускался через зону длиной 350 мм с сухой атмосферой при температуре 30°C и температурой конденсации 28°C, а затем пропускался через коагуляционную ванну, содержащую 100 мас.% воды при температуре 40°C. Половолоконная мембрана проходила через стадию промывания водой при температуре от 60 до 75°C в течение 90 секунд, стадию высушивания при температуре 130°C в течение 2 минут и стадию гофрирования при температуре 160°C, и получалась половолоконная мембрана. Половолоконная мембрана, получаемая таким способом, свертывалась в половолоконный мембранный пучок. Половолоконная мембрана имела внутренний диаметр 200 мкм и наружный диаметр 280 мкм.
[0111]
2
Половолоконная мембрана 13 помещалась в корпус 11 таким образом, что она имела эффективную площадь внутренней поверхности (площадь поверхности части, которая не покрывается герметизирующим материалом, наносимым на последующей стадии на внутреннюю поверхность половолоконной мембраны), составляющую 1,5 м, и оба конца половолоконной мембраны прикреплялись на концы корпуса с помощью герметизирующего материала 17. Концы герметизирующего материала частично отрезали, чтобы образовались отверстия на обоих концах половолоконной мембраны, и коллекторы 14A и 14B прикрепляли к обоим сторонам корпуса, чтобы получился половолоконный мембранный модуль.
[0112]
После этого на стадии промывания водный раствор 0,01 мас.% частично омыленного поливинилового спирта (PVA417, производитель Kuraray Co., Ltd.) при 25°C пропускали из впуска 15A для обрабатываемой жидкости (впуск на стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны) половолоконного мембранного модуля в выпуск 15B для обрабатываемой жидкости (выпуск на стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны) со скоростью 500 мл/мин в течение одной минуты. Кроме того, раствор пропускали из впуск 15A для обрабатываемой жидкости в сопло (впуск для технологической жидкости) 16A в направлении толщины мембраны со скоростью 500 мл/мин в течение одной минуты. После этого заполняющая жидкость выдавливалась из сопла 16A во впуск 15A для обрабатываемой жидкости под действием сжатого воздуха при давлении 100 кПа, и заполняющая жидкость на стороне внутренней поверхности половолоконной мембраны выдувалась под действием сжатого воздуха в направлении от 15B до 15A таким образом, что достигалось состояние, в котором только половолоконная мембрана является смоченной. Кроме того, в процессе одновременного продувания сжатого воздуха на стороне внутренней поверхности и стороне наружной поверхности половолоконной мембраны при скорости потока, составляющей 30 л/мин, половолоконная мембрана высушивалась под действием микроволнового излучения (2,5 кВт). Здесь содержание воды половолоконного мембранного модуля определялось таким же способом, как описывается выше.
[0113]
Воздух в половолоконном мембранном модуле был вытеснен азотом, и после этого модуль закрывали кислородонепроницаемой резиновой пробкой, а затем осуществлялось воздействие γ-излучения при дозе излучения, составляющей 25 кГр, и получался половолоконный мембранный модуль 1. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. Половолоконный мембранный модуль, получаемый таким способом, представляет собой модуль, в котором, хотя и не наблюдается нерастворимый компонент, вымывается небольшое количество вымываемого вещества, гибкий слой имеет достаточную толщину, и тромбоциты прикрепляются в меньшем количестве.
[0114]
[Пример 2]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что водный раствор 0,01 мас.% статистического сополимера винилпирролидона и винилацетата в молярном соотношении 5/5 (такое же обозначение применяется и далее) («KOLLIDON» (зарегистрированный товарный знак) VA55, производитель BASF Corporation) при 25°C присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 2. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. Таким образом, был получен половолоконный мембранный модуль, в котором, хотя нерастворимый компонент не наблюдался, как в примере 1, гибкий слой имеет достаточную толщину, и тромбоциты прикрепляются в меньшем количестве. Хотя константа равновесия десорбции полимера (статистический сополимер винилпирролидона и винилацетата (5/5)), содержащегося в промывочной жидкости, по отношению к полисульфону является несколько ниже, чем в случае полимера, используемого в примере 1, может быть достигнут низкий уровень вымывания.
[0115]
[Пример 3]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 2, за исключением того, что температура промывочной жидкости составляла 50°C, и был получен половолоконный мембранный модуль 3. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. Увеличение температуры промывочной жидкости приводит к увеличению количества полимера, присутствующего на поверхности, и к усилению эффекта промывания, и, таким образом, обеспечивается достижение менее высокого уровня вымывания, чем в примере 2.
[0116]
[Пример 4]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что водный раствор 0,01 мас.% статистического сополимера винилпирролидона и винилацетата (6/4) («KOLLIDON» (зарегистрированный товарный знак) VA64, производитель BASF Corporation) при 25°C присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 4. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. Таким образом, был получен половолоконный мембранный модуль, в котором, хотя нерастворимый компонент не наблюдается, как в примере 1, гибкий слой имеет достаточную толщину, и тромбоциты прикрепляются в меньшем количестве. Хотя константа равновесия десорбции полимера (статистический сополимер винилпирролидона и винилацетата (6/4)), содержащегося в промывочной жидкости, по отношению к полисульфону является несколько ниже, чем в случае полимеров, используемых в примерах 1 и 2, может быть достигнут низкий уровень вымывания.
[0117]
[Пример 5]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что водный раствор 0,03 мас.% статистического сополимера винилпирролидона и винилацетата (7/3) (производитель BASF Corporation «KOLLIDON» (зарегистрированный товарный знак) VA73) при 50°C присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 5. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. Хотя константа равновесия десорбции полимера (статистический сополимер винилпирролидона и винилацетата (7/3)), содержащегося в промывочной жидкости, по отношению к полисульфону оказывается несколько ниже, чем в случае полимеров, используемых в примерах 1 и 2, может быть достигнуто низкое вымываемое количество, а также уменьшение числа прикрепленных тромбоцитов.
[0118]
[Пример 6]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что водный раствор 0,01 мас.% сополимера винилпирролидона и винилкапролактама (5/5) (VPC55) при 25°C присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 6. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. Половолоконный мембранный модуль, получаемый таким способом, представляет собой модуль, в котором, хотя и не наблюдается нерастворимый компонент, как в примере 1, гибкий слой имеет достаточную толщину. Хотя константа равновесия десорбции полимера (статистический сополимер винилпирролидона и винилкапролактама (5/5)), содержащегося в промывочной жидкости, по отношению к полисульфону оказывается несколько ниже, чем в случае полимера, используемого в примере 1, может быть достигнуто низкое вымываемое количество. Вследствие отсутствия сложноэфирных групп число прикрепленных тромбоцитов оказалось несколько увеличенным.
[0119]
[Пример 7]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что водный раствор 0,01 мас.% статистического сополимера винилпирролидона и винилацетата (6/4) («KOLLIDON» (зарегистрированный товарный знак) VA64, производитель BASF Corporation) при 70°C присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и концентрация кислорода в половолоконном мембранном модуле в процессе воздействия гамма-излучения составляла 1,0%, и был получен половолоконный мембранный модуль 7. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. По сравнению с примером 4, сложноэфирные группы присутствовали в большом количестве на поверхности функционального слоя половолоконной мембраны. Предположительная причина заключается в том, что увеличение температуры промывочной жидкости приводит к усилению гидрофобного взаимодействия между полимером и полисульфоном в промывочной жидкости. Кроме того, низкий уровень вымывания может быть достигнут даже в условиях несколько повышенной концентрации кислорода.
[0120]
[Пример 8]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что водный раствор 0,02 мас.% статистического сополимера винилпирролидона и винилацетата (6/4) («KOLLIDON» (зарегистрированный товарный знак) VA64, производитель BASF Corporation) при 25°C присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 8. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. По сравнению с примером 4, сложноэфирные группы присутствовали в большом количестве на поверхности функционального слоя половолоконной мембраны. Предположительная причина заключается в том, что увеличение количества полимера, добавляемого в промывочную жидкость, приводит к улучшению промывочных свойств и к увеличению количества полимера, адсорбированного на поверхности.
[0121]
[Пример 9]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что водный раствор 0,01 мас.% статистического сополимера винилпирролидона и винилацетата (6/4) («KOLLIDON» (зарегистрированный товарный знак) VA64, производитель BASF Corporation) при 60°C присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 9. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. По сравнению с примером 4, сложноэфирные группы присутствовали в большом количестве на поверхности функционального слоя половолоконной мембраны. Предположительная причина заключается в том, что увеличение температуры промывочной жидкости приводит к усилению гидрофобного взаимодействия между полимером и полисульфоном в промывочной жидкости. Кроме того, вымывалось небольшое количество вымываемого вещества.
[0122]
[Пример 10]
Пятнадцать массовых процентов (15 мас.%) полисульфона («Udel (зарегистрированный товарный знак)» P-3500, производитель Solvay S.A.), 1 мас.% поливинилпирролидона (K30, ISP), 3 мас.% поливинилпирролидона (K90, производитель ISP), 80 мас.% N,N-диметилацетамида и 1 мас.% воды растворялись при нагревании, и получался мембранообразующий концентрированный раствор. Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что раствор 63 мас.% N,N-диметилацетамида, 36,97 мас.% воды и 0,03 мас.% статистического сополимера винилпирролидона и винилацетата (6/4) («KOLLIDON» (зарегистрированный товарный знак) VA64, производитель BASF Corporation) использовался в качестве нагнетаемой жидкости, а вместо раствора, используемого для промывания, использовалась вода при 50°C, и был получен половолоконный мембранный модуль 10. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. Даже в том случае, когда полимер, включающий гидрофильное звено и гидрофобное звено, добавлялся в нагнетаемую жидкость, был получен половолоконный мембранный модуль с низким содержанием нерастворимого компонента и вымываемого вещества.
[0123]
[Сравнительный пример 1]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что вода при 25°C присутствовала в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 11. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. По сравнению с примером 1, гидрофильный полимер вымывался в большем количестве. Предположительная причина заключается в том, что низкий эффект промывания проявлялся в том случае, когда использовалась чистая вода. Кроме того, гибкий слой имел малую толщину, и тромбоциты прикреплялись в большом количестве.
[0124]
[Сравнительный пример 2]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что вода при 70°C присутствовала в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 12. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. Увеличение температуры промывочной жидкости приводит к уменьшению вымываемого количества гидрофильного полимера по сравнению со сравнительным примером 1.
[0125]
[Сравнительный пример 3]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что водный раствор 0,01 мас.% винилпирролидона K90 (производитель IPS) при 25°C присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 13. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. По сравнению со сравнительными примерами 1 и 2, количество вымываемого вещества и число прикрепленных тромбоцитов уменьшалось, но этот эффект не проявлялся в достаточной степени. Предположительная причина заключается в том, что была низкой константа адсорбционного равновесия винилпирролидона по отношению к полисульфону, что приводило к недостаточному промыванию.
[0126]
[Сравнительный пример 4]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 1, за исключением того, что водный раствор 0,001 мас.% статистического сополимера винилпирролидона и винилацетата (6/4) («KOLLIDON» (зарегистрированный товарный знак) VA64, производитель BASF Corporation) при 25°C присутствовал в качестве промывочной жидкости, которая использовалась на стадии промывания, и был получен половолоконный мембранный модуль 14. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Результаты проиллюстрированы в таблице 2. Хотя гибкий слой имел большую толщину, и тромбоциты прикреплялись в меньшем количестве, эффект промывания не проявлялся в достаточной степени, и вымывалось большое количество вымываемого вещества.
[0127]
[Сравнительный пример 5]
Было осуществлено такое же исследование, как в сравнительном примере 4, за исключением того, что содержание воды половолоконного мембранного модуля в процессе воздействия гамма-излучения составляла 283%, половолоконный мембранный модуль 15 был получен. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Вследствие высокого содержания воды в процессе воздействия гамма-излучения происходит реакция сшивания, приводящая к высокому содержанию нерастворимого компонента. В качестве причины может рассматриваться тот факт, что снижение подвижности полимера на поверхности мембраны приводит к низкому относительному сохранению коэффициента просеивания альбумина. Способность пеногашения также снижалась по сравнению с полимером, имеющим низкое содержание воды.
[0128]
[Сравнительный пример 6]
Было осуществлено такое же исследование, как в примере 4, за исключением того, что концентрация кислорода в половолоконном мембранном модуле в процессе воздействия гамма-излучения составляла 2,5%, и получался половолоконный мембранный модуль 16. Были измерены количество нерастворимого компонента получаемого в результате половолоконного мембранного модуля, количество вымываемого вещества, и микроскопическое НПВО и число прикрепленных тромбоцитов на внутренней поверхности половолоконной мембраны. Вследствие высокой концентрации кислорода в процессе воздействия гамма-излучения и процесса разложения полимера под действием образующихся кислородных радикалов количество вымываемого вещества увеличивалось.
[0129]
[Таблица 1]
Состав концентрированного раствора PSf/PVP K30/K90
Константа адсорбционного равновесия PVP K30/K90 (пг/мм<sup>2</sup>⋅частей на миллион)
Промывочная жидкость
Константа адсорбционного равновесия PSf по отношению к полимеру, добавляемому в промывочную жидкость или нагнетаемую жидкость (пг/мм<sup>2</sup>⋅частей на миллион)
Температура промывочной жидкости (°C)
Пример 1
16/4/2
126/317
PVA 100 частей на миллион
1300
25
Пример 2
16/4/2
126/317
VA55 100 частей на миллион
845
25
Пример 3
16/4/2
126/317
VA55 100 частей на миллион
845
50
Пример 4
16/4/2
126/317
VA64 100 частей на миллион
701
25
Пример 5
16/4/2
126/317
VA73 300 частей на миллион
558
50
Пример 6
16/4/2
126/317
VPC55 100 частей на миллион
485
25
Пример 7
16/4/2
126/317
VA64 100 частей на миллион
701
70
Пример 8
16/4/2
126/317
VA64 200 частей на миллион
701
25
Пример 9
16/4/2
126/317
VA64 100 частей на миллион
701
60
Пример 10
15/1/3
126/317
Нагнетаемая жидкость: VA64 300 частей на миллионПромывочная жидкость: вода
701
50
Сравнительный пример 1
16/4/2
126/317
Вода
-
25
Сравнительный пример 2
16/4/2
126/317
Вода
-
70
Сравнительный пример 3
16/4/2
126/317
PVP K90 100 частей на миллион
317
25
Сравнительный пример 4
16/4/2
126/317
VA64 10 частей на миллион
701
25
Сравнительный пример 5
16/4/2
126/317
VA64 10 частей на миллион
701
25
Сравнительный пример 6
16/4/2
126/317
VA64 100 частей на миллион
701
25
[0130]
В таблице используются следующие сокращения.
PSf: Полисульфон
PVP: Поливинилпирролидон
PVA: Частично омыленный поливиниловый спирт
[0131]
[Таблица 2]
Содержание нерастворимого компонента (мас.%)
Вымываемое количество гидрофильного полимера (мг/м<sup>2</sup>)
Толщина гибкого слоя (нм)
Содержание воды (%)
Концентрация кислорода в процессе воздействия γ-излучения (%)
Углерод за счет сложноэфирной группы поверхности функционального слоя (ат.%)
Нарушенное полное внутреннее отражение (НПВО) (A<sub>COO</sub>)/(A<sub>CC</sub>)
Число прикрепленных тромбоцитов (тромбоциты/4,3⋅10<sup>3</sup> мкм<sup>2</sup>)
Относительное сохранение коэффициента просеивания альбумина (%)
Расходуемое количество перманганата калия для исходной промывочной жидкости (мл/м<sup>2</sup>)
Относительная влажность при 25°C (%)
Способность пеногашения
Пример 1
0,8
0,7
8
2,2
0,02
2,1
0,03
10
57
0,75
15,7
Высокая
Пример 2
0,4
0,8
14
0,9
0,02
1,6
0,04
1
55
0,82
12,1
Высокая
Пример 3
0,5
0,5
19
1,2
0,02
2,1
0,07
2
60
0,69
15,2
Высокая
Пример 4
0,5
0,9
13
1,5
0,02
1,1
0,02
2
63
0,68
10,1
Высокая
Пример 5
0,7
1,0
18
1,6
0,02
1,6
0,043
3
54
0,88
13,5
Высокая
Пример 6
0,8
0,8
14
2,5
0,02
-
-
10
50
0,85
16,4
Высокая
Пример 7
0,6
0,7
21
2,3
1,00
2,4
0,01
1
68
0,72
15,8
Высокая
Пример 8
0,6
0,7
16
1,2
0,02
1,4
0,03
2
64
0,71
9,5
Высокая
Пример 9
0,5
0,5
19
1,8
0,02
1,6
0,05
2
70
0,62
14,6
Высокая
Пример 10
0,6
1,0
19
1,9
0,02
1,6
0,06
2
61
0,91
17,3
Высокая
Сравнительный пример 1
0,8
6,0
4
2,1
0,02
-
-
50
29
-
16,6
Высокая
Сравнительный пример 2
0,8
4,9
4
2,3
0,02
-
-
50
26
-
13,2
Высокая
Сравнительный пример 3
0,6
2,0
6
1,6
0,02
-
-
30
-
-
12,9
Высокая
Сравнительный пример 4
0,5
2,3
7
1,1
0,02
0,8
0,01
10
56
-
8,5
Высокая
Сравнительный пример 5
5,3
0,3
14
283,0
0,02
1,1
0,02
2
49
-
-
Низкая
Сравнительный пример 6
0,5
1,5
13
1,1
2,50
1,1
0,02
3
55
-
10,2
Высокая
[0132]
[Список условных обозначений]
11: Цилиндрический корпус
13: Половолоконная мембрана
14A: Коллектор
14B: Коллектор
15A: Впуск для обрабатываемой жидкости (половолоконная мембрана внутри впуска)
15B: Выпуск для обрабатываемой жидкости (половолоконная мембрана внутри выпуска)
16A: Сопло (впуск для технологической жидкости)
16B: Сопло (выпуск для технологической жидкости)
17: Герметизирующий материал
21: Область до контакта кантилевера с поверхностью функционального слоя
22: Изогнутая нелинейная область на кривой силы, которая возникает после контакта кантилевера с поверхностью функционального слоя
23: Область, в которой кривая силы имеет линейную зависимость, которая возникает после контакта кантилевера с поверхностью
24: Толщина гибкого слоя
31: Базовая линия
32: Диализатор
33: Половолоконный мембранный модуль
34: Насос Bi
35: Насос F
36: Контейнер для отходов
37: Циркуляционный сосуд
38: Контур Bi
39: Контур Bo
40: Контур Di
41: Контур Do
42: Контур циркуляции фильтрата
43: Резервуар с теплой водой
44: Камера контура Do
45: Камера контура Di
46: Камера контура Bi
47: Камера контура Bo