ПОРИСТАЯ МЕМБРАНА, МОДУЛЬ ОЧИСТКИ КРОВИ, СОДЕРЖАЩИЙ ПОРИСТУЮ МЕМБРАНУ, И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОЙ МЕМБРАНЫ
POROUS MEMBRANE, BLOOD PURIFYING MODULE INCORPORATING POROUS MEMBRANE  AND METHOD FOR PRODUCING POROUS MEMBRANE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к пористой мембране, модулю очистки крови, содержащему пористую мембрану, и способу получения пористой мембраны. Более конкретно, настоящее изобретение относится к пористой мембране, используемой для искусственной почки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Пористые мембраны пригодны для использования при мембранном разделении веществ в жидкости, где вещество просеивают в зависимости от размера пор. Пористые мембраны широко используют в медицинских применениях, таких как гемодиализ и гемофильтрация, а также такой обработке воды, как та, которую используют в домашнем очистителе воды и при очистке воды.
2
2
1
[0003] В частности, в области очистки крови, такой как гемодиализ, существует потребность в разделительной мембране, которая имеет высокую эффективность фракционирования, избирательно допускающую проникновение ненужных низко- и среднемолекулярных веществ в крови, при этом не допуская проникновение нужного высокомолекулярного вещества. Типичные низкомолекулярные вещества включают уремические токсины, такие как мочевина, креатинин и фосфор. При диализе удаление этих веществ происходит преимущественно посредством диффузии и, следовательно, разделительная мембрана должна обладать высокой проницаемостью для воды. Типичные среднемолекулярные вещества включают β-микроглобулин. β-микроглобулин представляет собой белок, имеющий молекулярную массу приблизительно 12000, который предположительно представляет собой вещество, отвечающее за диализный амилоидоз, и, соответственно, необходимо удалять это вещество при диализе. С другой стороны, альбумин, который представляет собой белок, имеющий молекулярную массу приблизительно 66000, выполняет определенные функции, в том числе поддержание осмотического давления и удерживание и транспортировка различных веществ. Соответственно, он представляет собой вещество, которое должно оставаться в крови, и его утрату при диализе следует уменьшать. В последнее время полагают, что некоторые вещества с молекулярной массой в диапазоне около 30000, как типично представлено α-микроглобулином, также подлежат удалению.
1
[0004] Соответственно, существует потребность в пористой мембране, одновременно демонстрирующей высокую проницаемость для воды и высокую эффективность фракционирования белков, которую можно использовать в качестве разделительной мембраны для диализа. В частности, при гемодиафильтрации, которая является терапией, которой в последнее время уделяют внимание, где кровь, которую развели раствором для диализа, концентрируют посредством фильтрования через разделительную мембрану, разделительная мембрана, используемая для гемодиафильтрации, должна иметь высокую проницаемость для воды. Также необходима высокая эффективность фракционирования белков с тем, чтобы α-микроглобулин, имеющий высокую молекулярную массу, можно было удалять с высокой степенью, при этом ослабляя утрату альбумина.
2
[0005] Когда диаметр пор пористой мембраны уменьшают для того, чтобы ослаблять утрату альбумина, происходит снижение проницаемости для воды, а также снижение способности к удалению низкомолекулярных веществ, таких как уремические токсины. С другой стороны, когда происходит увеличение диаметра пор пористой мембраны для того, чтобы усовершенствовать способность к удалению β-микроглобулина, количество утраченного альбумина будет возрастать, несмотря на усовершенствование проницаемости для воды. Как описано выше, на проницаемость для воды и эффективность фракционирования белков значительно влияет диаметр пор на поверхности пористой мембраны, и одновременная реализация проницаемости для воды и эффективности фракционирования белков затруднительна.
[0006] Образцовым способом усовершенствования проницаемости для воды и эффективности фракционирования пористой мембраны является тот, где большой диаметр увеличивают по отношению к малому диаметру посредством растягивания поверхностных пор. Способ, используемый для растягивания пор на поверхности пористой мембраны, включает способ, в котором растягивание проводят после затвердевания пористой мембраны, и способ, где вытягивание проводят перед затвердеванием пористой мембраны.
[0007] В патентных документах 1 и 2 раскрыты пористые мембраны, полученные посредством растягивания. В патентных документах 3 и 4 раскрыты пористые мембраны, полученные посредством вытягивания. В патентных документах 5 и 6 раскрыты пористые мембраны, где растянутая геометрическая форма пор на внутренней поверхности сформирована посредством корректировки композиции прядильного пастообразного раствора и температуры формирования мембраны, чтобы тем самым управлять образованием пор и коагуляцией с помощью фазового разделения.
ДОКУМЕНТЫ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Патентные документы
[0008] Патентный документ 1: публикация нерассмотренного японского патента (Kokai) № SHO 64-75015
Патентный документ 2: публикация нерассмотренного японского патента (Kokai) № SHO 59-64055
Патентный документ 3: международная публикация WO 2010/029908
Патентный документ 4: публикация нерассмотренного японского патента (Kokai) № HEI 6-165926
Патентный документ 5: публикация нерассмотренного японского патента (Kokai) № SHO 58-114702
Патентный документ 6: публикация нерассмотренного японского патента (Kokai) № HEI 9-308685
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проблемы, подлежащие решению с помощью изобретения
[0009] В патентном документе 1 раскрыта пористая мембрана, где большой диаметр поверхностных пор по меньшей мере в 1,5 раза удлинен относительно малого диаметра поверхностных пор посредством растягивания. Однако малый диаметр пор составляет целых от 3 мкм до 30 мкм, и эта мембрана не позволяет проводить фракционирование белков. Кроме того, в этом документе ничего не сказано о дисперсии большого диаметра. В патентном документе 2 раскрыта пористая мембрана для обработки крови, где большой диаметр поверхностных пор от 1,5 до 20 раз удлинен относительно малого диаметра поверхностных пор посредством растягивания. Однако в этом документе ничего не сказано относительно диапазона малого диаметра поверхностных пор, а также в этом документе ничего не сказано о дисперсии большого и малого диаметра, которая вносит вклад в эффективность фракционирования.
[0010] В патентном документе 3 раскрыта мембрана из полых волокон для очистителей воды, где поры, сформированные посредством вытягивания, имеют высокое соотношение большого диаметра и малого диаметра, а также высокую пористость. Однако эта мембрана из полых волокон не позволяет проводить фракционирование белков из-за крупного малого диаметра поверхностной поры в 1 мкм. Несмотря на предполагаемую относительно высокую дисперсию диаметра поры, в этом документе ничего не сказано об этом усовершенствовании. Также в этом документе ничего не сказано об остаточном количестве гидрофильного полимера, который необходим для усовершенствования проницаемости для воды и биосовместимости. В патентном документе 4 раскрыта пористая мембрана, где малый диаметр поверхностных пор составляет от 1 нм до 50 нм, а также в этом документе раскрыто прядение при достаточно высоком соотношении вытягивания. Однако в этом документе ничего не сказано о соотношении большого диаметра и малого диаметра, и следует отметить, что соотношение большого диаметра и малого диаметра автоматически не увеличивается с увеличением соотношения вытягивания, как описано далее. Также в этом документе ничего не сказано о дисперсии диаметра поры, которая вносит вклад в эффективность фракционирования. Следует отметить, что в этом документе также ничего не сказано о большом диаметре поверхностных пор.
[0011] В патентном документе 5 раскрыта мембрана из полых волокон, которая имеет внутреннюю поверхность, где усредненный малый диаметр составляет вплоть до 50 нм и соотношение большого диаметра и малого диаметра составляет по меньшей мере 3. В документе также раскрыто, что малый диаметр пор должен быть как можно более единообразным. Однако в документе не раскрыты какие-либо средства для достижения такой однородности и в документе даже не раскрыто растягивание или вытягивание для удлинения поверхностных пор. Соответственно, в этом документе не реализовано точное управление дисперсией диаметра поры, и не может быть достигнута высокая эффективность фракционирования. Следует отметить, что эта мембрана страдает от повышенного сопротивления проникновению из-за относительно небольшого диаметра поры на внешней поверхности, и усовершенствование проницаемости для воды является затруднительным. В патентном документе 6 раскрыта пористая мембрана, где большой диаметр поверхностных пор составляет по меньшей мере в 2 раза и предпочтительно по меньшей мере в 3 раза больше, чем малый диаметр, и нижний предел малого диаметра пор составляет 20 нм. В этом документе раскрыто, что «усредненная ширина меньше чем 0,02 мкм ведет к пониженной скорости проникновения воды и пониженной скорости ультрафильтрования при фильтровании крови, а также к повышенному риску засорения по истечении определенного времени с пониженной проницаемостью уремического токсина, такого как мочевина и креатинин. Более предпочтительный нижний предел усредненной ширины составляет 0,04 мкм, и в документе не рассмотрено соотношение большого диаметра и малого диаметра пор или дисперсия диаметра поры в диапазоне малого диаметра пор по настоящему изобретению. По отношению к малому диаметру поверхностных пор в документе раскрыто, что малый диаметр поверхностных пор предпочтительно согласован для реализации свойства стабильного фракционирования, хотя в документе абсолютно ничего не сказано о конкретных средствах, таких как растягивание или вытягивание, для удлинения поверхностных пор, и, следовательно, очень вероятно, что в этом документе не осуществляют точного управления дисперсией большого диаметра и малого диаметра пор.
[0012] Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить пористую мембрану, которая одновременно демонстрирует высокую проницаемость для воды и высокую эффективность фракционирования.
Средства решения проблем
[0013] Для того чтобы решить проблемы, как описано выше, настоящее изобретение имеет следующие положения.
[0014] Соответственно, настоящее изобретение предусматривает пористую мембрану, используемую для очистки крови, которая содержит гидрофильный полимер с содержанием по меньшей мере 0,5% по массе и вплоть до 8% по массе, где поры, формируемые на одной поверхности отвечают следующим условиям (A) и (B):
(A) усредненное соотношение большого диаметра и малого диаметра пор составляет по меньшей мере 3, и
(B) усредненный малый диаметр составляет по меньшей мере 5 нм и вплоть до 20 нм и стандартное отклонение составляет вплоть до 4 нм.
Хотя измерение диаметров пор описано далее, в другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, поры, формируемые на другой поверхности, отвечают следующим условиям (C) и (D):
(C) усредненное соотношение большого диаметра и малого диаметра пор составляет по меньшей мере 1,5, и
(D) усредненный малый диаметр составляет по меньшей мере 0,2 мкм и вплоть до 0,6 мкм.
Более конкретно, поры, формируемые на одной поверхности, отвечают условиям (A) и (B), тогда как поры, формируемые на другой поверхности, отвечают условиям (C) и (D). В более предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон, и в еще более предпочтительном варианте осуществления в мембране из полых волокон поверхность, отвечающая условиям (A) и (B), представляет собой внутреннюю поверхность, и поверхность, отвечающая условиям (C) и (D), представляет собой внешнюю поверхность. Когда используют в целях очистки крови, кровь проходит во внутреннюю часть мембраны, и ненужные компоненты крови удаляют в направлении от внутренней поверхности, которая имеет поры с меньшими диаметрами, к внешней поверхности, которая имеет поры с относительно крупными диаметрами.
[0015] Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, поверхность, имеющая поры, отвечающие условиям (A) и (B), имеет пористость по меньшей мере 1% и вплоть до 10%.
[0016] Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, материал, образующий основной компонент пористой мембраны, представляет собой аморфный полимер, и согласно более предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, аморфный полимер представляет собой полисульфоновый полимер. Основной компонент представляет собой компонент, который имеет наибольшее массовое содержание в мембране.
[0017] По другому аспекту настоящего изобретения, настоящее изобретение предусматривает модуль очистки крови, который вмещает пористую мембрану, как описано выше.
Полезный эффект изобретения
2
[0018] Настоящее изобретение предусматривает пористую мембрану, которая одновременно демонстрирует высокую проницаемость для воды и высокую эффективность фракционирования. Например, когда такую пористую мембрану используют в качестве мембраны из полых волокон для очистки крови и, в частности, для искусственной почки, получаемый модуль будет демонстрировать высокую способность к удалению низкомолекулярных веществ, таких как уремические токсины, и высокую эффективность фракционирования, которая допускает прохождение низкомолекулярных белков, таких как β-микроглобулин, при этом избегая прохождения среднемолекулярных белков, таких как альбумин.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
[0019] [ФИГ. 1] На фиг. 1 представлено изображение поверхности пористой мембраны, получаемое способом из примера 1 и сделанное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).
[ФИГ. 2] На фиг. 2 представлено изображение, полученное посредством бинаризации SEM изображения на фиг. 1.
[ФИГ. 3] На фиг. 3 представлен график, на котором показана кривая фракционирования декстрана.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
2
2
[0020] Пористые мембраны в целом выполняют свою функцию просеивания вещества, подлежащего удалению, за счет размера пор на поверхности, и, следовательно, когда поры на поверхности мембраны, имеют продолговатую форму с направлениями большой и малой оси, эффективность фракционирования зависит от малого диаметра поверхностных пор. Например, когда пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон, поры растягивают в ходе прядения в осевом направлении, поскольку пастообразный раствор, претерпевающий затвердевание, растягивают в осевом направлении, и соответственно, осевое направление мембраны из полых волокон соответствует большой оси пор, и диаметр в направлении, перпендикулярном осевому направлению, представляет собой малый диаметр. При просеивании за счет размера пор, кажущийся размер вещества, подлежащего удалению, больше, чем фактический размер из-за эффекта броуновского движения и т. п., и, следовательно, поверхностный диаметр поры должен быть больше, чем размер вещества, подлежащего удалению. Принимая это во внимание, когда пористую мембрану в соответствии с настоящим изобретением используют в качестве мембраны из полых волокон для применения в очистке крови, например, в диализе, усредненный малый диаметр пор на одной поверхности мембраны (поверхности, имеющей функцию фракционирования, обычно внутренней поверхности в случае мембраны из полых волокон) типично составляет по меньшей мере 5 нм, предпочтительно по меньшей мере 7 нм, и еще более предпочтительно по меньшей мере 10 нм, чтобы удалять β-микроглобулин, поскольку размер молекул β-микроглобулина, который представляет собой вещество, подлежащее удалению, составляет приблизительно 3 нм. Малый диаметр пор на такой поверхности меньше чем 5 нм является нежелательным, поскольку проницаемость для воды значительно снижается при таком диапазоне диаметра. С другой стороны, альбумин который предпочтительно остается не удаленным при диализе, имеет размер молекул приблизительно 8 нм, и малый диаметр пор на поверхности, как описано выше, типично имеет усредненное значение вплоть до 20 нм, предпочтительно вплоть до 18 нм, более предпочтительно вплоть до 15 нм, и еще более предпочтительно вплоть до 12 нм, чтобы предотвращать проникновение альбумина. Разделение белков, подлежащих удалению, и белков, не подлежащих удалению, можно усовершенствовать посредством управления малым диаметром пор, как описано выше.
[0021] Для того чтобы усовершенствовать эффективность фракционирования белка, необходимо принимать во внимание не только усредненное значение, но также дисперсию малого диаметра пор на этой поверхности. В настоящем изобретении, стандартное отклонение, которое представляет дисперсию малого диаметра пор на поверхности, типично составляет вплоть до 4 нм, предпочтительно вплоть до 3,8 нм, и еще более предпочтительно вплоть до 3,5 нм. С другой стороны, достаточное стандартное отклонение составляет по меньшей мере 2 нм ввиду сложности управления диаметром поры, и реализация проще, когда стандартное отклонение составляет по меньшей мере 2,5 нм. Дисперсию поверхностного диаметра поры можно эффективно снижать посредством растягивания пор на поверхности в направлении большого диаметра. Например, в случае мембраны из полых волокон, круглые поры растягивают, когда мембрану из полых волокон растягивают в осевом направлении, и получаемые продолговатые поры демонстрируют сниженную дисперсию малого диаметра пор. Когда поры на поверхности растягивают в направлении большого диаметра, поры с крупным малым диаметром подвергаются более значительной деформации, и, как следствие, малый диаметр более крупных отверстий уменьшают в большей степени по сравнению с небольшими отверстиями, где малый диаметр уменьшают не так значительно. Это ведет к уменьшению дисперсии малого диаметра. В отношении эффективности фракционирования, которая описана далее, ее можно вычислять по абсолютному значению наклона кривой фракционирования, которую строят по значениям коэффициента просеивания декстрана для каждой молекулярной массы.
[0022] Посредством увеличения большого диаметра пор на поверхности, при этом препятствуя изменению малого диаметра, можно снижать сопротивление проникновению воды, при этом сохраняя эффективность фракционирования, и тем самым делают возможным усовершенствование проницаемости для воды, а также усовершенствуют эффективность удаления. При диализе низкомолекулярные вещества могут диффундировать в большей степени, когда мембрана имеет более высокую проницаемость для воды. Другими словами, проницаемость для воды будет увеличена по отношению к эффективности фракционирования, когда усредненное соотношение большого диаметра и малого диаметра пор (малый диаметр/большой диаметр) выше. Соответственно, усредненное соотношение должно составлять по меньшей мере 3, и это усредненное значение предпочтительно составляет по меньшей мере 3,5. Между тем, также важна прочность структуры мембраны, и ввиду этого усредненное соотношение предпочтительно составляет вплоть до 6 и более предпочтительно вплоть до 4.
[0023] Эффективный способ, используемый для увеличения усредненного соотношения большого диаметра и малого диаметра пор на поверхности, как описано выше, включает растягивание пор и, более конкретно, растягивание пор после затвердевания пористой мембраны и растягивание пор перед затвердеванием пористой мембраны посредством увеличения соотношения вытягивания. Среди них увеличение соотношения вытягивания является предпочтительным ввиду широкой применимости без ограничения по материалу и способу получения пористой мембраны. С другой стороны, способ растягивания можно использовать только когда пористая мембрана имеет достаточную прочность, и использование этого способа ограничено случаем, например, когда используемый материал мембраны является кристаллическим полимером или тому подобное.
[0024] Соотношение вытягивания представляет собой значение, получаемое путем деления скорости приема пористой мембраны на линейную скорость выталкивания из щели, выталкивающей прядильный пастообразный раствор. Линейная скорость выталкивания представляет собой значение, получаемое путем деления скорости выталкиваемого потока на площадь поперечного сечения щели в фильере, из которой выталкивают пастообразный раствор. Соответственно, соотношение вытягивания обычно увеличивают посредством увеличения скорости приема. В настоящем изобретении, однако, соотношение вытягивания предпочтительно увеличивают посредством увеличения площади поперечного сечения выталкивающей части щели. Этот способ увеличения площади поперечного сечения щели предпочтителен, поскольку этот способ позволяет без труда достигать увеличения соотношения вытягивания без изменения геометрической формы пористой мембраны. Способ увеличения скорости приема связан с риском потери физической прочности пористой мембраны из-за уменьшения площади поперечного сечения пористой мембраны. Простое увеличение скорости приема может вызывать коагуляцию полимера в коагуляционной ванне прежде достаточного растягивания пор в осевом направлении мембраны из-за более короткого времени перед входом мембраны в коагуляционную ванну и в таком случае достаточное растягивание пор посредством увеличения соотношения вытягивания является затруднительным.
[0025] В настоящем изобретении, обнаружено, что, когда формируют пористую мембрану, которая имеет ту же толщину, линейную скорость выталкивания можно снижать посредством увеличения соотношения площади поперечного сечения щели, формируемой в фильере для выталкивания прядильной пасты, и площади поперечного сечения части пленочной толщины каждой отвержденной пористой мембраны, и, следовательно, соотношение вытягивания можно увеличивать без изменения скорости приема, чтобы тем самым растягивать поверхностные поры. Соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения части пленочной толщины пористой мембраны предпочтительно составляет по меньшей мере 3, более предпочтительно по меньшей мере 5 и еще более предпочтительно по меньшей мере 10. С другой стороны, чрезмерно высокое соотношение площадей поперечного сечения ведет к сложности управления выталкиванием и разрыву волокна и т. п., и, соответственно, соотношение площадей поперечного сечения предпочтительно составляет вплоть до 30 и более предпочтительно вплоть до 20.
[0026] Это применимо не только к случаю, когда пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон, но также к плоской мембране и мембране из сплошных волокон, и поверхностные поры эффективно растягивают посредством усовершенствования соотношения вытягивания путем увеличения площади поперечного сечения щели фильеры. Тем самым уменьшают дисперсию диаметра поры.
[0027] Большой диаметр пор на поверхности, отвечающей таким требованиям (которую далее в настоящем документе обозначают как поверхность, которая имеет поры, отвечающие (A) и (B)), преимущественно вносит вклад в проницаемость для воды. Растягивание отверстий ведет к увеличению площади поры, и это вносит вклад в усовершенствование проницаемости для воды. Соответственно, усредненный большой диаметр поры предпочтительно составляет по меньшей мере 25 нм, более предпочтительно по меньшей мере 30 нм и даже более предпочтительно по меньшей мере 35 нм. Между тем, структурная прочность мембраны будет недостаточной, когда усредненный большой диаметр поры слишком велик и, следовательно, усредненный большой диаметр поры предпочтительно составляет вплоть до 100 нм, более предпочтительно вплоть до 70 нм и даже более предпочтительно вплоть до 50 нм.
[0028] Поскольку большой диаметр поры формируют посредством растягивания пор различных размеров, которые сформированы во время фазового разделения, дисперсию большого диаметра поры увеличивают посредством растягивания. Ввиду проницаемости для воды, большой диаметр поры предпочтительно имеет более высокую дисперсию, и, соответственно, стандартное отклонение большого диаметра поры предпочтительно составляет по меньшей мере 10 нм, более предпочтительно по меньшей мере 13 нм, и еще более предпочтительно по меньшей мере 15 нм. Между тем, стандартное отклонение большого диаметра поры предпочтительно составляет вплоть до 100 нм, более предпочтительно вплоть до 70 нм и еще более предпочтительно вплоть до 50 нм ввиду структурной прочности мембраны.
[0029] Степень дисперсии большого диаметра поры на поверхности можно увеличивать посредством растягивания крупных пор, которые неотъемлемо имеют высокую степень дисперсии диаметра пор. Когда растягивают поры на поверхности, более крупные поры подвергаются большей деформации и, как последствие, большой диаметр более крупных пор увеличивают в большей степени при увеличении степени деформации, тогда как большой диаметр менее крупных пор не изменяют так сильно. Это ведет к увеличению дисперсии большого диаметра. Образцовые способы, используемые при увеличении дисперсии диаметра пор перед растягиванием включают увеличение распределения средневзвешенной молекулярной массы гидрофильного полимера, который добавляют в прядильный пастообразный раствор в качестве порообразующего средства, чтобы тем самым облегчать неединообразное фазовое разделение и содействие фазовому разделению, чтобы тем самым содействовать такому росту поверхностных пор. Поскольку поры растут путем слияния со смежными порами в процессе фазового разделения, рост пор зависит от вероятности столкновения, а формируемые поры имеют неединообразные размеры. Фазовое разделение можно облегчать посредством корректировки композиции прядильного пастообразного раствора, композиции коагуляционной ванны, температуры фазового разделения, времени до затвердевания и т. п.
[0030] Для управления фазовым разделением эффективным также является добавление гидрофильного полимера в прядильный пастообразный раствор. Когда гидрофильный полимер добавляют в прядильный пастообразный раствор, происходит снижение времени затвердевания, когда основной компонент, образующий пастообразный раствор, приводят в контакт со слабым растворителем, и это делает возможным достаточное растягивание в ходе фазового разделения, и тем самым снижают дисперсию малого диаметра пор. Поскольку чрезмерно высокая средневзвешенная молекулярная масса добавляемого гидрофобного полимера ведет к утрате совместимости с прядильным пастообразным раствором, средневзвешенная молекулярная масса гидрофильного полимера предпочтительно составляет вплоть до 1500000 и более предпочтительно вплоть до 1200000, несмотря на то, что средневзвешенная молекулярная масса конкретно не ограничена. Между тем, добавление гидрофильного полимера, который имеет небольшую средневзвешенную молекулярную массу, в прядильный пастообразный раствор, связано с риском элюирования гидрофильного полимера из мембраны. Соответственно, средневзвешенная молекулярная масса гидрофильного полимера предпочтительно составляет по меньшей мере 20000 и более предпочтительно по меньшей мере 40000.
[0031] Средневзвешенную молекулярную массу гидрофильного полимера в пористой мембране можно измерять, например, посредством растворения пористой мембраны в растворителе, экстрагирования гидрофильного полимера с использованием растворителя, который представляет собой хороший растворитель для гидрофильного полимера и слабый растворитель для полимера, образующего структуру пористой мембраны, и измерения средневзвешенной молекулярной массы гидрофильного полимера в экстракте с помощью гельпроникающей хроматографии или тому подобного. Условия, используемые при экстрагировании, можно в достаточной мере корректировать в зависимости от комбинации полимера, образующего структуру пористой мембраны, и гидрофильного полимера. Более точное измерение средневзвешенной молекулярной массы возможно, когда высока степень извлечения гидрофильного полимера.
[0032] В отношении слабого растворителя для полимера, который представляет собой основной компонент, образующий прядильный пастообразный раствор, добавление такого слабого растворителя облегчает протекание фазового разделения, и это ведет к более выраженному эффекту растягивания пор. Полимер, который представляет собой основной компонент, образующий прядильный пастообразный раствор, является полимером с самым высоким содержанием (по массе) среди полимеров, образующих прядильный пастообразный раствор. Несмотря на то, что оптимальный диапазон может отличаться в зависимости от композиции прядильного пастообразного раствора и типа слабого растворителя, когда используемый слабый растворитель представляет собой воду, содержание воды в прядильном пастообразном растворе предпочтительно составляет по меньшей мере 0,5% по массе и более предпочтительно по меньшей мере 0,8% по массе. Между тем, чрезмерное содержание слабого растворителя в прядильном пастообразном растворе ведет к затвердеванию прядильного пастообразного раствора и, следовательно, содержание воды предпочтительно составляет вплоть до 3% по массе.
[0033] В настоящем изобретении, большой диаметр и малый диаметр пор, формируемых на поверхности, можно измерять на изображении, получаемом путем наблюдения поверхности с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM). Малый диаметр представляет собой наибольший диаметр в направлении малой оси, а большой диаметр представляет собой наибольший диаметр в направлении большой оси. Анализируют все поры в произвольно выбранной области 1 мкм × 1 мкм, которые можно распознать путем наблюдения с использованием SEM на увеличении 50000. Когда общее число измеряемых пор составляет меньше чем 50, измерение в области 1 мкм × 1 мкм повторяют до тех пор, пока общее число пор не достигнет по меньшей мере 50, чтобы добавлять к данным. Арифметическое среднее значение и стандартное отклонение вычисляют по измерениям путем округления числа до 1 десятичного разряда. Стандартное отклонение представляет собой стандартное отклонение (выборочное стандартное отклонение), оцениваемое на выборке, которое вычисляют с помощью следующего уравнения:
2
1/2
[0034] Стандартное отклонение={Σ(a-b)/(c-1)}
где a представляет собой усредненный диаметр поры, b представляет собой измеренный диаметр поры, и с представляет собой число измеренных диаметров пор.
В отношении пор, формируемых на другой поверхности (например, внешней поверхности, не влияющей на эффективность фракционирования, когда пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон и на внутренней поверхности формируют мелкие поры), усредненное соотношение большого диаметра пор и малого диаметра пор предпочтительно составляет по меньшей мере 1,5 ввиду усовершенствования проницаемости для воды. Между тем, усредненное значение этого соотношения предпочтительно составляет вплоть до 4 и более предпочтительно вплоть до 3, поскольку чрезмерно высокое усредненное соотношение может вести к ломкой структуре мембраны и, таким образом, сниженной прочности. Усредненный малый диаметр пор, формируемых на внешней поверхности, предпочтительно составляет по меньшей мере 0,2 мкм, и более предпочтительно по меньшей мере 0,3 мкм ввиду эффективности, например, проницаемости для воды и трения, когда превращают в пучок волокон. Между тем, усредненный малый диаметр пор предпочтительно составляет вплоть до 0,6 мкм ввиду прочности волокна.
[0035] Диаметр поры внешней поверхности можно корректировать с помощью условий сухой секции после выталкивания пастообразного раствора, как описано далее.
[0036] Пористая мембрана будет иметь увеличенную проницаемость для воды, когда пористая поверхность мембраны имеет повышенную пористость из-за увеличения пути потока воды. С другой стороны, путем снижения пористости обеспечивают более высокую структурную прочность поверхности. Соответственно, пористость поверхности пористой мембраны предпочтительно составляет по меньшей мере 1% и более предпочтительно по меньшей мере 3%. С другой стороны, пористость предпочтительно составляет меньше чем 10% и более предпочтительно вплоть до 8%.
[0037] Пористость можно эффективно увеличивать посредством увеличения количества гидрофильного полимера, добавляемого в прядильный пастообразный раствор.
[0038] Пористость поверхности можно измерять, используя изображение, полученное при наблюдении поверхности пористой мембраны с использованием SEM. Более конкретно, любую область 1 мкм × 1 мкм на изображении поверхности при увеличении 50000 обрабатывают для того, чтобы бинаризовать структурную часть мембраны и пористую часть, и для применения в качестве пористости в измеряемой области вычисляют процентную долю площади для площади пор.
[0039] Структуру пористой мембраны в направлении толщины классифицируют на симметричную структуру мембраны, где диаметр поры по существу постоянен, и асимметричную мембрану, где диаметр поры непрерывно или постепенно меняется так, что одно из поверхности, внутренней части мембраны и другой поверхности имеет отличающийся диаметр поры. Среди них слой с небольшим диаметром поры, вносящий вклад в исключение по размерам, является тонким в случае асимметричной мембраны, и такая мембрана демонстрирует низкое сопротивление для проникновения воды и, таким образом, высокую проницаемость для воды. Соответственно, асимметричная структура является предпочтительной для структуры мембраны в направлении толщины. В этом случае обычно только одна поверхность мембраны является поверхностью, отвечающей (A) и (B).
[0040] Более конкретно, более выраженная асимметрия благоприятна для проницаемости для воды. Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления пористой мембраны, используемой для гемодиафильтрации, усредненный малый диаметр пор на другой поверхности составляет по меньшей мере 0,1 мкм и более предпочтительно по меньшей мере 0,2 мкм, несмотря на то, что размер поры конкретно не ограничен. Между тем, усредненный малый диаметр пор на такой поверхности предпочтительно составляет вплоть до 0,6 мкм и более предпочтительно вплоть до 0,5 мкм ввиду структурной прочности мембраны. Термин «другая поверхность», как используют в настоящем документе, представляет собой поверхность, противоположную поверхности, на которой формируют поры, отвечающие (A) и (B). Другими словами, мембрана асимметрична, и одну поверхность формируют с порами с маленьким диаметром поры, отвечающим (A) и (B), тогда как другую поверхность формируют с порами, которые имеют диаметр поры, как определено выше.
[0041] Кроме того, соотношение большого диаметра и малого диаметра пор на такой поверхности предпочтительно составляет по меньшей мере 1,5 и вплоть до 3 ввиду структурной прочности мембраны.
[0042] Материал, образующий основной компонент пористой мембраны, предпочтительно представляет собой аморфный полимер. Аморфный полимер представляет собой полимер, который не претерпевает кристаллизацию и который не демонстрирует экзотермический пик при кристаллизации при измерении посредством дифференциального сканирующего калориметра.
[0043] Аморфные полимеры восприимчивы претерпевать структурные деформации, и это делает возможным эффективное растягивание пор. Также облегчено управление структурой в направлении толщины мембраны. Известно, что пористую мембрану, выполняемую из аморфного полимера, получают, вызывая фазовое разделение прядильного пастообразного раствора, который получен посредством растворения аморфного полимера в растворителе с использованием тепла или слабого растворителя и удаления растворяющего компонента. Поскольку аморфный полимер в растворителе очень подвижен, аморфный полимер образует агрегаты во время фазового разделения и это делает возможным увеличение концентрации и формирование плотной структуры. Используя другую скорость фазового разделения в направлении толщины мембраны, можно получать мембрану, которая имеет асимметричную структуру, где диаметр поры различается в направлении толщины мембраны.
[0044] Примеры аморфного полимера, используемого для материала пористой мембраны, включают акриловые полимеры, винилацетатные полимеры и полисульфоновые полимеры. Среди них предпочтительно используют полисульфоновый полимер ввиду легкого управления диаметром поры. Термин «полисульфоновый полимер», используемый в настоящем изобретении, представляет полимер, который в главной цепи содержит ароматическое кольцо, сульфонильную группу и группу простого эфира. Образцовые неограничивающие предпочтительные полисульфоновые полимеры включают те, которые представлены следующими химическими формулами (1) и (2). В формуле n представляет собой, например, целое число от 50 до 80.
[0045] [Химическая формула]
[0046] Примеры полисульфонов включают полисульфон Udel (зарегистрированный товарный знак) P-1700 и P-3500 (производства Solvay), Ultrason (зарегистрированный товарный знак) S3010 и S6010 (производства BASF), VICTREX (зарегистрированный товарный знак) (производства Sumitomo Chemical Co., Ltd.) и Radel (зарегистрированный товарный знак) A (производства Solvay). Несмотря на то, что полисульфон, используемый в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой полимер, который содержит только конституционное повторяющееся звено, представленное формулой (1) и/или (2), полисульфон может быть в форме сополимера с другим мономером в той степени, которая не оказывает нежелательного влияния на качества изобретения. Содержание такого другого мономера предпочтительно составляет вплоть до 10% по массе несмотря на то, что такое содержание конкретно не ограничено.
[0047] Когда гидрофильный полимер добавляют в прядильный пастообразный раствор, получаемая пористая мембрана будет содержать гидрофильный полимер, и, таким образом, усовершенствованная смачиваемость водой ведет к усовершенствованной проницаемости для воды. Кроме того, эффект растягивания пор будет недостаточным, даже если соотношение вытягивания или соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны, увеличивают как описано выше, если пастообразный раствор не содержит гидрофильный полимер. Кроме того, обеспечение гидрофильности также обладает эффектом усовершенствования биосовместимости. Соответственно, пористая мембрана предпочтительно содержит по меньшей мере 0,5% по массе и более предпочтительно по меньшей мере 1% по массе гидрофильного полимера. С другой стороны, чрезмерно высокое содержание гидрофильного полимера в пористой мембране ведет к увеличению элюата, и гидрофильный полимер предпочтительно составляет вплоть до 8% по массе, более предпочтительно вплоть до 6% по массе и еще более предпочтительно вплоть до 4% по массе.
[0048] Способ, используемый для измерения содержания гидрофильного полимера, следует определять с учетом типа полимера. Типичным способом является элементарный анализ.
[0049] Когда в поверхности пористой мембраны следует обеспечивать гидрофильность, избирательное обеспечение можно осуществлять посредством добавления гидрофильного полимера в коагуляционный раствор или посредством проведения нанесения покрытия поверхности после получения мембраны. В частности, в случае мембраны из полых волокон, если гидрофильный полимер добавляют в инжекционную жидкость, используемую при выталкивании, прядильный пастообразный раствор будет в контакте с инжекционной жидкостью, чтобы вызывать фазовое разделение, и гидрофильный полимер будет диффундировать на сторону пастообразного раствора в ходе коагуляции для того, чтобы содействовать встраиванию гидрофильного полимера. Когда полимер, преимущественно образующий пористую мембрану, представляет собой гидрофобный полимер, эффективность встраивания в поверхность мембраны можно усовершенствовать, используя гидрофильный полимер, который содержит гидрофобное звено, а именно используя взаимодействие между гидрофобными фрагментами.
[0050] Образцовые неограничивающие примеры гидрофильного полимера включают полиэтиленгликоль, поливинилпирролидон, полиэтиленимин, поливиниловый спирт, их производные и продукт полимеризации такого гидрофильного полимера с другим мономером.
[0051] Гидрофильный полимер можно в достаточной мере выбирать, принимая в расчет аффинность с материалом, используемым для пористой мембраны, или растворитель. В случае полисульфонового полимера, предпочтительным является использование поливинилпирролидона ввиду высокой совместимости, хотя конкретное ограничение отсутствует.
[0052] В случае пористой мембраны, используемой в целях очистки крови, важным является количество гидрофильного полимера на поверхности, которую приводят в контакт с кровью, а именно на поверхности, где предусмотрены поры, отвечающие (A) и (B), по настоящему изобретению (предпочтительно, на внутренней поверхности в случае мембраны из полых волокон). Недостаточное количество гидрофильного полимера на такой поверхности приведет к недостаточной совместимости с кровью и, таким образом, к повышенному риску свертывания крови. Соответственно, количество гидрофильного полимера на поверхности, которую приводят в контакт с кровью, предпочтительно составляет по меньшей мере 20% по массе, более предпочтительно по меньшей мере 22% по массе и еще более предпочтительно по меньшей мере 25% по массе. Между тем, чрезмерный гидрофильный полимер приведет к увеличению количества элюирования гидрофильного полимера в кровь и, таким образом, элюированный полимер может вызывать побочные эффекты и осложнения. Соответственно, количество гидрофильного полимера на поверхности предпочтительно составляет вплоть до 45% по массе и более предпочтительно вплоть до 42% по массе.
[0053] Гидрофильный полимер на пористой поверхности мембраны можно измерять посредством рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS). Используют значение, которое измеряют при угле выхода 90°. При угле выхода 90° обнаруживают область от поверхности до глубины приблизительно 10 нм. Используют усредненное значение измерений в 3 различных местах. Например, когда гидрофобный полимер представляет собой полисульфон и гидрофильный полимер представляет собой поливинилпирролидон, содержание поливинилпирролидона на поверхности вычисляют по измерениям содержания азота (d (атомн.%)) и содержания серы (e (атомн.%)) с помощью следующего уравнения:
Содержание поливинилпирролидона (f)=100×(d×111)/(d×111+e×442)
Ввиду получения прядильного пастообразного раствора, растворимость при высокой температуре важна для усовершенствования растворимости при использовании. Однако растворение при высокой температуре связано с риском изменения композиции посредством тепловой денатурации полимера и испарения растворителя. Соответственно, температура раствора предпочтительно составляет по меньшей мере 30°C и вплоть до 120°C, хотя оптимальная температура раствора может варьировать в зависимости от типа полимера и используемых добавок.
[0054] Приемлемую форму пористой мембраны можно выбирать из плоской мембраны, трубчатой мембраны, мембраны из полых волокон и т. п., в зависимости от применения. Несмотря на отсутствие конкретного ограничения, пористая мембрана предпочтительно представляет собой мембрану из полых волокон ввиду большой площади мембраны на единицу объема, а именно возможности компактного размещения мембраны, которая имеет большую площадь. Мембрану из полых волокон получают посредством выталкивания инжекционной жидкости или инжекционного газа из цилиндрической трубы во внутреннюю часть фильеры с двойной трубой и выталкивания прядильного пастообразного раствора из щели на внешней стороне. Структурой внутренней поверхности мембраны из полых волокон можно управлять посредством корректировки концентрации и температуры слабого растворителя инжекционной жидкости или посредством добавления добавки. Соответственно, малым диаметром пор следует управлять на внутренней поверхности мембраны из полых волокон.
[0055] Пористую мембрану по настоящему изобретению получают с помощью способа получения, который включает стадии выталкивания прядильного пастообразного раствора из щели, формируемой в фильере, и стадии затвердевания прядильного пастообразного раствора в коагуляционной ванне после того, как прядильный пастообразный раствор пропускают через сухую секцию с газовой фазой, несмотря на то, что способ получения конкретно не ограничен. Когда фазовое разделение вызывают с помощью тепла, прядильный пастообразный раствор отверждают посредством быстрого охлаждения в коагуляционной ванне после охлаждения в сухой секции. Когда фазовое разделение вызывают с помощью слабого растворителя, прядильный пастообразный раствор выталкивают с тем, чтобы прядильный пастообразный раствор находится в контакте с коагулирующим раствором, содержащим слабый растворитель для основного компонента прядильного пастообразного раствора, и прядильный пастообразный раствор дополнительно отверждают в коагуляционной ванне, содержащей слабый растворитель для основного компонента. В способе, где фазовое разделение вызывают с помощью слабого растворителя, подают слабый растворитель в направлении толщины мембраны посредством диффузии и вызывают разность концентрации слабого растворителя в направлении толщины мембраны для того, чтобы содействовать формированию асимметричной структуры. Соответственно, коагуляционный раствор, содержащий слабый растворитель, и прядильный пастообразный раствор предпочтительно приводят в контакт друг с другом в сухой секции.
[0056] Когда корректируют концентрацию коагуляционного раствора в виде смеси слабого растворителя и хорошего растворителя, будет меняться способность к коагуляции и будет меняться диаметр пор на поверхности.
[0057] Слабый растворитель представляет собой растворитель, в котором основной полимерный компонент, образующий прядильный пастообразный раствор, не растворим при температуре формирования мембраны. Несмотря на отсутствие конкретного ограничения, использование воды для растворителя, в котором полисульфоновый полимер трудно растворим, является предпочтительным для слабого растворителя. Предпочтительные неограничивающие примеры хорошего растворителя включают N,N-диметилацетамид.
[0058] Предпочтительный диапазон композиции коагуляционного раствора варьирует в зависимости от условий, таких как композиция прядильного пастообразного раствора, тип слабого растворителя и хорошего растворителя, и т. п. Когда концентрация хорошего растворителя слишком низка, коагуляция протекает при более высокой скорости, а диаметр поры будет небольшим и эффект растягивания будет незначительным. Соответственно, концентрация хорошего растворителя коагуляционного раствора предпочтительно составляет по меньшей мере 40% по массе и более предпочтительно 50% по массе. Между тем, чрезмерно высокая концентрация хорошего растворителя нежелательно влияет на коагуляцию прядильного пастообразного раствора, и это может вести к плохой прядомости. Соответственно, концентрация хорошего растворителя предпочтительно составляет вплоть до 80% по массе и более предпочтительно вплоть до 70% по массе.
[0059] Как описано выше, большой диаметр пор на поверхности можно увеличивать по отношению к малому диаметру посредством увеличения соотношения вытягивания и проведения растягивания перед затвердеванием. Поскольку растягивание проводят перед затвердеванием пастообразного раствора, разрывы и трещины, свойственные растягиванию, не возникают. Соотношение вытягивания типично составляет по меньшей мере 1,5, предпочтительно по меньшей мере 2 и более предпочтительно по меньшей мере 2,5. С другой стороны, чрезмерно высокое соотношение вытягивания ведет к разрыву нити и, следовательно, соотношение вытягивания должно составлять вплоть до 10 и предпочтительно вплоть до 9.
[0060] Когда пастообразный раствор имеет высокую вязкость, напряжение при растягивании будет повышено и эффект удлинения поверхностных пор будет усовершенствован, а большой диаметр будет увеличен по отношению к малому диаметру. Поскольку вязкость возрастает с протеканием фазового разделения, растягивание в условиях высокой вязкости делают возможным путем продления времени прохождения через сухую секцию, чтобы тем самым продлевать время, предусмотренное для протекания фазового разделения. Время прохождения через сухую секцию предпочтительно составляет по меньшей мере 0,3 секунды и более предпочтительно по меньшей мере 0,5 секунды, несмотря на то, что время прохождения может зависеть от условий, влияющих на протекание фазового разделения, таких как композиция и температура прядильного пастообразного раствора. Между тем, время прохождения предпочтительно составляет вплоть до 1,5 секунды и более предпочтительно вплоть до 1 секунды. Кроме того, в случае полого волокна, фазовое разделение на стороне внешней поверхности можно вызывать с помощью контакта с влажным воздухом в сухой секции и, соответственно, влажность влажного воздуха предпочтительно составляет по меньшей мере 50%, более предпочтительно по меньшей мере 60%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 70%. Поскольку прогресс фазового разделения вероятно будет недостаточным при низкой температуре влажного воздуха, температура влажного воздуха предпочтительно составляет по меньшей мере 10°C и более предпочтительно по меньшей мере 20°C. Между тем, температура влажного воздуха предпочтительно составляет вплоть до 60°C и более предпочтительно вплоть до 40°C, поскольку чрезмерно высокая температура может вызывать потерю прядомости.
[0061] Вязкость прядильного пастообразного раствора можно увеличивать посредством увеличения количества полимера, образующего основной компонент прядильного пастообразного раствора, и/или гидрофильного полимера посредством добавления загустителя или посредством использования более низкой температуры выталкивания. Однако когда вязкость прядильного пастообразного раствора слишком низка, напряжение при растягивании будет низком и это нежелательно влияет на эффект удлинения пор и, следовательно, вязкость прядильного пастообразного раствора при температуре выталкивания предпочтительно составляет по меньшей мере 0,5 Па×с и более предпочтительно по меньшей мере 1,0 Па×с. Между тем, чрезмерно высокая вязкость прядильного пастообразного раствора влечет увеличение давления выталкивания и, таким образом, нестабильность при прядении и, следовательно, вязкость предпочтительно составляет вплоть до 20 Па×с и более предпочтительно вплоть до 15 Па×с.
[0062] Когда большое количество гидрофильного полимера добавляют в прядильный пастообразный раствор, количество гидрофильного полимера на границе между порами и структурой возрастает при формировании пор пористой мембраны, и это ведет к большему запутыванию молекулярной цепи полимера в структуре, чтобы подавлять деформацию пор. С другой стороны, увеличение количества гидрофильного полимера ведет к увеличению числа пор и, таким образом, увеличению пористости поверхности пористой мембраны. Соответственно, концентрация гидрофильного полимера в прядильном пастообразном растворе предпочтительно составляет вплоть до 70% по массе и более предпочтительно вплоть до 60% по массе от концентрации полимера, который является основным компонентом пористой мембраны. Между тем, поскольку пористость поверхности можно увеличивать посредством увеличения концентрации гидрофильного полимера, концентрация гидрофильного полимера предпочтительно составляет по меньшей мере 10% по массе и более предпочтительно по меньшей мере 20% по массе от концентрации полимера, который является основным компонентом прядильного пастообразного раствора.
[0063] Температура фильеры во время выталкивания влияет на вязкость и характеристики фазового разделения прядильного пастообразного раствора. В целом, использование более высокой температуры фильеры ведет к более высокому проникновению воды получаемой пористой мембраны, а также к более высокой пороговой молекулярной массе. Чрезмерно высокая температура, однако, влечет снижение вязкости и способности к коагуляции у прядильного пастообразного раствора и, таким образом, к нестабильному выталкиванию и плохой прядомости. Между тем, чрезмерно низкая температура фильеры может вести к конденсации росы и, таким образом, оседанию влаги на фильере с двойной трубой. Соответственно, температура фильеры предпочтительно составляет по меньшей мере 20°C и предпочтительно вплоть до 90°C, с другой стороны.
[0064] После выталкивания прядильного пастообразного раствора из фильеры, выталкиваемую пасту предпочтительно пропускают через коагуляционную ванну, чтобы фиксировать структуру мембраны. Температура коагуляционной ванны предпочтительно находится в диапазоне от 20 до 90°C. Предпочтительная композиция представляет собой от 60 до 100% воды и от 40 до 0% хорошего растворителя, используемого для прядильного пастообразного раствора.
[0065] Мембрану после прохождения коагуляционной ванны предпочтительно пропускают через ванну промывания водой для того, чтобы удалять оставшийся растворитель и т. п. Ванну промывания водой предпочтительно корректируют в температурном диапазоне от 60 до 90°C, поскольку когда температура выше можно осуществлять промывание с повышенной эффективностью.
[0066] Таким образом можно сушить получаемую пористую мембрану. Образцовые способы, используемые для сушки, включают сушку горячим воздухом, сушку с помощью микроволн и сушку при пониженном давлении, а предпочтительной является сушка горячим воздухом.
[0067] Кроме того, когда пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон, можно придавать извитость, поскольку происходит усовершенствование потока раствора для диализа в получаемом модуле. Мембране предпочтительно придают извитость с шагом в диапазоне от 5 до 30 мм и амплитудой в диапазоне от 0,2 до 3 мм.
[0068] Толщину пористой мембраны можно в достаточной мере определять ввиду давления, прикладываемого при использовании, и эффективности диффузии. Толщина предпочтительно составляет по меньшей мере 20 мкм и более предпочтительно по меньшей мере 25 мкм, поскольку чрезмерно тонкая мембрана может не выдержать давление, прикладываемое при использовании. С другой стороны, чрезмерно толстая мембрана может вызывать увеличение сопротивления проникновению воды и, таким образом, пониженную проницаемость для воды и, следовательно, толщина предпочтительно составляет вплоть до 50 мкм и более предпочтительно вплоть до 45 мкм.
[0069] Когда пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон, сопротивлению давлению коррелирует с соотношением толщины мембраны и внутреннего диаметра, и высокое соотношение толщины мембраны и внутреннего диаметра может вызывать увеличение сопротивления давлению. Когда уменьшают внутренний диаметр, можно уменьшать размер модуля, и сопротивление давлению будет усовершенствовано. Однако мембрану с уменьшенным внутренним диаметром получают посредством уменьшения диаметра при получении мембраны, и вероятно получают волокно в форме звезды со складчатой внутренней частью. Фазовое разделение неединообразно в таком волокне в форме звезды, что влечет повышенную дисперсию диаметра пор и тем самым снижают эффективность фракционирования. Соответственно, внутренний диаметр мембраны из полых волокон предпочтительно составляет по меньшей мере 80 мкм, более предпочтительно по меньшей мере 100 мкм и еще более предпочтительно по меньшей мере 120 мкм и также предпочтительно вплоть до 250 мкм, более предпочтительно вплоть до 200 мкм и еще более предпочтительно вплоть до 160 мкм.
[0070] Внутренний диаметр мембраны из полых волокон представляет собой значение, получаемое посредством измерения каждой толщины мембраны у 16 случайно выбранных мембран из полых волокон под линзой на увеличении 1000 Microwatcher (VH-Z100 производства KEYENCE) и вычисления усредненного a, и проведения вычисления с помощью следующего уравнения. Внешний диаметр мембраны из полых волокон определяют посредством измерения внешнего диаметра каждой из 16 случайно выбранных мембран из полых волокон с использованием лазерного датчика смещения (например, LS5040T производства KEYENCE) и вычисления усредненного значения.
[0071] Внутренний диаметр мембраны из полых волокон (мкм)=внешний диаметр мембраны из полых волокон-2×толщина мембраны
2
2
2
2
2
2
Проникновение воды у пористой мембраны предпочтительно составляет по меньшей мере 200 мл/ч/м/мм рт. ст., более предпочтительно по меньшей мере 500 мл/ч/м/мм рт. ст. и еще более предпочтительно по меньшей мере 800 мл/ч/м/мм рт. ст. Однако проникновение воды у пористой мембраны предпочтительно составляет вплоть до 2500 мл/ч/м/мм рт. ст., более предпочтительно вплоть до 2200 мл/ч/м/мм рт. ст. и еще более предпочтительно вплоть до 2000 мл/ч/м/мм рт. ст., поскольку чрезмерно высокое проникновение воды влечет увеличение внутреннего фильтрования, и это ведет к повышенной эффективности удаления растворенных веществ, при этом стимуляция частиц крови также будет увеличена в случае применения в очистке крови. Проницаемость для воды (UFR) вычисляют с помощью следующего уравнения:
2
UFR (мл/ч/м/мм рт. ст.)=Qw/(P×T×A)
2
где Qw представляет собой объем фильтрата (мл), T представляет собой время фильтрования (ч), P представляет собой давление (мм рт. ст.) и A представляет собой площадь поверхности внутренней части мембраны из полых волокон (м). Показатель эффективности фракционирования, используемый для мембраны из полых волокон, представляет собой коэффициент просеивания декстрана. Коэффициент просеивания декстрана представляет собой долю декстрана, проникающую через мембрану, когда водный раствор декстрана фильтруют через мембрану из полых волокон, и это значение определяют для каждой средневзвешенной молекулярной массы. Коэффициент просеивания декстрана вычисляют с помощью следующего уравнения:
[0072]
SC=2Cf/(Ci+Co)
где SC представляет собой коэффициент просеивания декстрана, Ci представляет собой концентрацию водного раствора, подаваемого на разделительную мембрану, Co представляет собой концентрацию водного раствора, остающегося на стороне подачи после фильтрования, и Cf представляет собой концентрацию фильтрата. Концентрацию декстрана для каждой молекулярной массы можно измерять таким способом, как гельпроникающая хроматография. При измерении калибровочные кривые молекулярной массы и концентрации можно строить с использованием растворов декстрана, которые имеют известные молекулярные массы и концентрации. Мембрану из полых волокон можно определять как имеющую более высокую эффективность разделения, когда высоко абсолютное значение наклона кривой фракционирования, которую строят по значениям коэффициента просеивания декстрана для каждой молекулярной массы, и, в частности, когда высоко абсолютное значение наклона кривой фракционирования в диапазоне коэффициента просеивания от 0,45 до 0,55. Абсолютное значение наклона кривой фракционирования представляет собой значение, получаемое путем округления числа до второго десятичного разряда. Абсолютное значение наклона кривой фракционирования предпочтительно составляет по меньшей мере 1,35, более предпочтительно по меньшей мере 1,40 и еще более предпочтительно по меньшей мере 1,45. Молекулярную массу, когда коэффициент просеивания декстрана составляет 0,1, используют для пороговой молекулярной массы.
[0073] Несмотря на то, что способ, используемый для размещения пористой мембраны по настоящему изобретению в модуле, конкретно не ограничен, образцовое размещение, когда пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон, можно выполнять посредством нарезания мембраны из полых волокон необходимой длины; получения пучков из необходимого числа мембран; размещения пучка в цилиндрическом футляре; размещения ориентировочных колпаков на противоположных концах цилиндрического футляра; выливания заливочного средства на противоположных концах мембраны из полых волокон (предпочтительно посредством введения заливочного средства при вращении модуля с помощью центрифуги с тем, чтобы можно было равномерно заполнять заливочным средством); резания противоположных концов с тем, чтобы противоположные концы мембраны из полых волокон оставались открытыми после затвердевания заливочного средства; установки головок на противоположных концах футляра; и вставления головки и фильерной секции футляра, чтобы получать модуль с мембраной из полых волокон. Ввиду облегчения равномерного потока раствора для диализа, модуль с мембраной из полых волокон предпочтительно заполняют в диапазоне от 30 до 70% и более предпочтительно от 40 до 60%.
[0074] С целью биосовместимости и сдерживания засорения белком, на поверхности пористой мембраны можно предоставлять полимер или тому подобное в той степени, которая не оказывает нежелательного влияния на эффективность мембраны. Образцовый способ, используемый для усовершенствования биосовместимости мембраны из полых волокон посредством покрывания поверхности мембраны полимером, включает добавление полимера в прядильный пастообразный раствор мембраны из полых волокон, добавление полимера в инжекционную жидкость, используемую при получении мембраны из полых волокон, и нанесение покрытия полимером на поверхность мембраны после получения мембраны из полых волокон. Предпочтительно неограниченный раствор, используемый для покрывания, представляет собой водный раствор. «Поверхность мембраны», как используют в настоящем документе, обозначает поверхность, которую приводят в контакт с жидкостью, подлежащей обработке, такой как кровь в случае диализной мембраны.
[0075] Более конкретно, когда нанесение покрытия проводят в том случае, в котором пористая мембрана представляет собой гидрофобный полимер, а полимер, используемый для нанесения покрытия, представляет собой гидрофильный полимер, единообразное покрытие поверхности пористой мембраны возможно, когда высока адсорбционная константа равновесия гидрофобного полимера и гидрофильного полимера в покрывающем растворе. Соответственно, гидрофильный полимер, используемый для нанесения покрытия, предпочтительно содержит гидрофобную группу.
[0076] Кроме того, используемый полимер предпочтительно представляет собой полимер, содержащий сложноэфирную группу, поскольку присутствие сложноэфирной группы на поверхности мембраны препятствует осаждению белков и тромбоцитов, хотя конкретный механизм неизвестен. Ввиду указанного выше, образцовые неограничивающие полимеры, используемые для нанесения покрытия, включают винилкарбоксилаты, такие как винилацетат, акрилаты, такие как метилакрилат и метоксиэтилакрилат, метакрилаты, такие как метилметакрилат, этилметакрилат и гидроксиэтилметакрилат, поливиниловый спирт, имеющий степень омыления меньше 99%, сополимер винилпирролидона и винилацетата, сополимер винилпирролидона и винилкапролактама и сополимер винилпирролидона и винилового спирта. Среди них предпочтительным является сополимер винилпирролидона и винилацетата.
[0077] Например, когда используемый полимер, содержащий сложноэфирную группу, представляет собой Kollidon VA64 (BASF) который является сополимером (6/4) винилпирролидона и винилацетата, предпочтительный диапазон для количества VA64 в прядильном пастообразном растворе составляет от 1 до 10% по массе, температура фильеры составляет от 20 до 60°C, температура сухой секции составляет от 10 до 60°C и относительная влажность составляет от 70 до 95%RH. Когда полимер, содержащий сложноэфирную группу, добавляют в инжекционную жидкость, композиционное соотношение инжекционной жидкости, температура инжекционной жидкости, композиция прядильного пастообразного раствора и т. п. могут оказывать определенные эффекты. В случае VA64, количество, добавляемое в инжекционную жидкость, предпочтительно составляет от 0,001 до 10% по массе, температура инжекционной жидкость предпочтительно составляет от 10 до 60°C и композиция прядильного пастообразного раствора предпочтительно является такой, что концентрация полисульфонового полимера составляет от 14 до 25% по массе. В случае поливинилпирролидона предпочтительными являются от 2 до 10% по массе. Для того чтобы сдерживать диффузию VA64 в мембране, полисульфоновый полимер предпочтительно имеет более низкую средневзвешенную молекулярную массу, и предпочтительно используют тот, который имеет молекулярную масса вплоть до 100000 и, в частности, вплоть до 50000. Когда полисульфоновый полимер подвергают постобработке, такой как нанесение покрытия, концентрация полимера, содержащего сложноэфирную группу, в покрывающем растворе, время контакта, температура при нанесении покрытия могут оказывать определенные эффекты. Например, когда водный раствор VA64 используют для нанесения покрытия, концентрация VA64 предпочтительно составляет от 1 до 5000 ч./млн, время контакта предпочтительно составляет по меньшей мере 10 секунд, а температура составляет от 10 до 80°C. В случае, когда нанесение покрытия проводят непрерывно и не порциями, нанесение покрытия будет иметь более высокую равномерность, когда скорость потока водного раствора VA64 является более высокой. Однако нанесение достаточного количества покрытия не может быть выполнено, когда скорость потока слишком высока, и, следовательно, предпочтительный диапазон составляет от 200 до 1000 мл/мин. Кроме того, полимер, нанесенный на поверхность мембраны, иммобилизуют с помощью излучения, тепловой обработки, химической реакции или тому подобного.
[0078] Количество сложноэфирных групп на поверхности мембраны можно измерять с помощью электронной спектроскопии для химического анализа (далее в настоящем документе также обозначается как ESCA), и процентная доля площади пика углерода, соответствующего сложноэфирной группе, типично составляет по меньшей мере 0,1 (атомн.%), предпочтительно по меньшей мере 0,5 (атомн.%) и более предпочтительно по меньшей мере 1 (атомн.%). Между тем, поскольку чрезмерное количество сложноэфирных групп может вести к утрате эффективности мембраны, процентная доля площади предпочтительно составляет вплоть до 10 (атомн.%) и предпочтительно вплоть до 5 (атомн.%).
x
x
[0079] При измерении посредством ESCA, используют измерение, которое измеряют при угле выхода 90°. При угле выхода 90° обнаруживают область от поверхности до глубины приблизительно 10 нм. Используемое значение является усредненным для измерений в 3 различных местах. Пик углерода, соответствующий сложноэфирным группам (COO), получают с помощью расщепления пика для пика при от +4,0 до 4,2 эВ от основного пика CH и C-C для C1s. Количество углерода (атомн.%), соответствующее сложноэфирной группе, можно определять посредством вычисления доли удельной площади пика по отношению ко всем элементам. Более конкретно, C1s состоит из 5 компонентов, а именно, компонента, преимущественно соответствующего CH, C-C, C=C и C-S, компонента, преимущественно соответствующего C-O и C-N, компонента, соответствующего π-π* сателлиту, компонента, соответствующего C=O, и компонента, соответствующего COO. Соответственно, пик расщепляют на 5 компонентов. Компонент, соответствующий COO, представляет собой пик от +4,0 до 4,2 эВ от основного пика CH и C-C (около 285 эВ). Соотношение площадей пиков этих компонентов вычисляют посредством округления числа до 1 десятичного разряда. Вычисление можно проводить путем умножения количества углерода (атомн.%) для C1s на соотношение площадей пиков для компонента, соответствующего COO. Когда результат расщепления пиков составляет вплоть до 0,4%, считают, что результат ниже предела обнаружения.
[0080] В случае диализной мембраны, используемой для гемодиафильтрации, белок может оседать на поверхности мембраны, чтобы вызывать засорение из-за фильтрования большого количества жидкости, и это может вызывать проблему сниженной эффективности удаления и увеличивать трансмембранное давление (TMP). Как описано выше, пористая мембрана, которая имеет сложноэфирные группы на поверхности, которая входит в контакт с жидкостью, подлежащей обработке, способна сдерживать засорение белком, и такая мембрана является предпочтительной, поскольку можно сдерживать снижение эффективности удаления и увеличение TMP. С течением времени изменение коэффициента просеивания альбумина (Sc-Alb) во время использования мембраны из полых волокон измеряли в качестве показателя стабильности эффективности мембраны с течением времени. Альбумин является одним из белков, которые полезны для организма человека, и в современных модулях с мембраной из полых волокон, с увеличением диаметра поры мембраны для того, чтобы содействовать удалению уремического белка (также обозначаемого как низкомолекулярный белок), возникает потребность в эффективности фракционирования, которое позволяет сдерживать чрезмерное проникновение или утрату альбумина, при этом допуская проникновение низкомолекулярного белка, имеющего меньшую молекулярную массу, и, следовательно, коэффициент просеивания альбумина стал типичным показателем эффективности разделения для мембраны. Другими словами, стабильность эффективности модуля с мембраной из полых волокон с течением времени можно найти посредством измерения изменения коэффициента просеивания альбумина с течением времени.
[0081] Изменение коэффициента просеивания альбумина с течением времени измеряли с помощью процедуры, как описано ниже. Бычью кровь с добавлением цитрата натрия корректировали с тем, чтобы гематокрит составлял 30%, концентрация общего белка составляла 6,5 г/дл, 37°C и 2 л. Использовали диализер TR2000S производства Toray Medical Co., Ltd.
2
[0082] Задавали скорость удаления воды диализером 10 мл/(мин×м). Впускную секцию контура Bi помещали в циркуляционный стакан, заполненный 2 л бычьей крови (37°C), которую получали, как описано выше, и запускали насос Bi (скорость потока 200 мл/мин). Незамедлительно после отбрасывания текучего вещества, выпущенного из выпускной секции контура Bo в течение 90 секунд, выпускную секцию контура Bo и выпускную секцию контура Do помещали в циркуляционный стакан, чтобы начать фазу циркуляции.
[0083] Затем в диализере запускали насос удаления воды и взятие образцов проводили через регулярные интервалы из каждого из Bi, Bo и Do. По истечении определенного времени измеряли концентрацию альбумина и вычисляли коэффициент просеивания альбумина при каждом взятии образца с помощью следующего уравнения:
[0084]
Sc-Alb(%)=CDo/(CBi+CBo)
где CDo представляет собой концентрацию альбумина (г/мл) в выпускной секции контура Do, CBo представляет собой концентрацию альбумина (г/мл) в выпускной секции контура Bo и CBi представляет собой концентрацию альбумина (г/мл) во впускной секции контура Bi.
Эффективность предотвращения засорения выше, когда выше соотношение значения В при от 60 до 240 минут после введения крови и значения A при от 5 до 10 минут после введения крови (B/A), и соотношение B/A предпочтительно составляет по меньшей мере 0,4, более предпочтительно по меньшей мере 0,5 и более предпочтительно по меньшей мере 0,6.
[0085] Когда эту процедуру проводят в условиях предварительного разведения для гемодиафильтрации, используют бычью кровь, полученную посредством добавления 1,8 л физиологического раствора к 2,2 л бычьей крови, которая имеет гематокрит 30% и концентрацию общего белка 6,0 г/дл, и процедуру, как описано выше, повторяют при скорости потока крови 450 мл/мин и скорости удаления воды 200 мл/мин.
[0086] Пористую мембрану, используемую в применении к очистке крови, таком как искусственная почка, следует стерилизовать, и стерилизацию главным образом проводят с помощью излучения, ввиду низкой остаточной токсичности и удобства. Образцовое излучение включает α-излучение, β-излучение, γ-излучение, рентгеновское излучение, УФ излучение и электронный пучок. Предпочтительным используемым излучением является γ-излучение и электронный пучок ввиду низкой остаточной токсичности и удобства. Кроме того, облучение пучком излучения является предпочтительным, поскольку также гидрофильный полимер, встроенный в пористую мембрану, иммобилизуют посредством сшивки с материалом мембраны, которая обусловлена облучением излучением, и это ведет к снижению элюата. Эффект стерилизации будет недостаточным, когда доза облучения излучением низка, тогда как использование чрезмерной дозы облучения влечет разложение полимера, содержащего гидрофильную группу, и материала мембраны, и, таким образом, потерю биосовместимости. Соответственно, доза облучения предпочтительно составляет по меньшей мере 15 кГр и вплоть до 100 кГр.
Примеры
[0087]
(1) Измерение проницаемости для воды
Образцовое измерение описано для случая, в котором пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон.
[0088] 40 мембран из полых волокон помещали в корпус, который имеет диаметр приблизительно 5 мм и длину 17 см, и противоположные концы корпуса заливали адгезивом с химической реакцией по типу эпоксидной смолы «Quick Mender» (зарегистрированный товарный знак) производства Konishi Co., Ltd. и формировали отверстие с помощью среза для того, чтобы получать модуль с мембраной из полых волокон. Затем мембрану из полых волокон в модуле и внутреннюю часть модуля промывали в течение 30 минут дистиллированной водой. Объем фильтрата на единицу времени измеряли посредством подачи воды под давлением 100 мм рт. ст. во внутреннюю часть мембраны из полых волокон и измерения количества воды, вытекающей из мембраны из полых волокон. Проницаемость для воды (UFR) вычисляли с помощью следующего уравнения:
[0089]
2
UFR (мл/ч/мм рт. ст./м)=Qw/(P×T×A)
2
где Qw представляет собой объем фильтрата (мл), T представляет собой время фильтрования (ч), P представляет собой давление (мм рт. ст.) и A представляет собой площадь поверхности внутренней части мембраны из полых волокон (м).
(2) Способ измерения коэффициента просеивания декстрана
Измерение описано для случая, в котором пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон.
[0090] Использовали модуль с мембраной из полых волокон, использованный при измерении в (1). Водные растворы декстрана (пастообразный раствор) получали посредством растворения декстрана, который имеет усредненную молекулярную массу вплоть до 1500 (№ 31394), усредненную молекулярную массу вплоть до 6000 (№ 31388), усредненную молекулярную массу от 15000 до 20000 (№ 31387), усредненную молекулярную массу вплоть до 40000 (№ 31389), усредненную молекулярную массу вплоть до 60000 (№ 31397) и усредненную молекулярную массу вплоть до 200000 (№ 31398) производства FULKA, в дистиллированной воде с тем, чтобы каждый раствор имел 0,5 м/мл (общее растворенное вещество, 3,0 мг/мл). Пастообразный раствор применяли в модуле с тем, чтобы раствор тек через внутреннюю часть мембраны из полых волокон для фильтрования на внешнюю часть мембраны из полых волокон. Пастообразный раствор использовали при температуре 37°C, и скорость потока корректировали с тем, чтобы скорость потока пастообразного раствора составляла 15 мл/мин и скорость потока фильтрата составляла 0,36 мл/мин. С 15 минут до 23 минут после прохождения пастообразного раствора собирали раствор на впуске, раствор на выходе и фильтрат для того, чтобы измерять концентрацию посредством GPC. GPC проводили посредством фильтрования отобранного водного раствора с использованием фильтра, который имеет маленький диаметр поры 0,45 мкм, и наносили фильтрат на колонку для GPC (TSK-gel-G3000PWXL производства Tosoh Corporation) при температуре колонки 40°C с дистиллированной водой для жидкостной хроматографии в качестве подвижной фазы при скорости потока 1 мл/мин и загружаемом количестве образца 100 мкл и с использованием дифференциального рефрактометра (PJ-8020 производства Tosoh Corporation) на частоте дискретизации 0,01 мин и диапазоне базового уровня от 4,5 до 11,0 мин. Калибровочные кривые средневзвешенной молекулярной массы декстрана изображали непосредственно перед измерением с использованием монодисперсного декстрана (стандарт декстрана № 31416, № 31417, № 31418, № 31420 и № 31422 производства FULKA). Коэффициент просеивания (SC) при каждой средневзвешенной молекулярной массе вычисляли по концентрации декстрана в растворе на впуске модуля для пастообразного раствора (Ci), концентрации декстрана (Co) в растворе на выпуске и концентрации декстрана в фильтрате (Cf) в соответствии со следующим уравнением:
[0091]
SC=2Cf/(Ci+Co)
В качестве показателя эффективности разделения абсолютное значение наклона кривой фракционирования (s) вычисляли с помощью следующего уравнения по средневзвешенной молекулярной массе, когда SC составляет 0,45 (MW0,45), и средневзвешенной молекулярной массе, когда SC составляет 0,55 (MW0,55). Более высокое абсолютное значение s соответствует более высокой эффективности разделения. Используемое значение s представляло собой значение, получаемое путем округления числа до второго десятичного разряда.
[0092]
0,45
0,55
s=(0,45-0,55)/(logMW-logMW)
Средневзвешенную молекулярную массу, когда SC составляет 0,1, использовали в качестве пороговой молекулярной массы.
(3) Подробный анализ азота
Процедура описана для случая, в котором аморфный полимер, образующий пористую мембрану, представляет собой полисульфон, и гидрофильный полимер представляет собой поливинилпирролидон.
[0093] Образец, используемый для анализа, получали посредством замораживания пористой мембраны, пульверизации замороженной мембраны, и сушки мембраны в течение 2 часов при нормальной температуре и пониженном давлении. Для измерения использовали следующие аппарат и условия:
[0094] Измерительный аппарат: микродетектор азота ND-100 (производства Mitsubishi Chemical)
Температура электрической печи (горизонтальный реактор)
секция термического разложения: 800°C
секция катализатора: 900°C
2
Скорость основного потока O: 300 мл/мин
2
Скорость потока O: 300 мл/мин
Скорость потока Ar: 400 мл/мин
Чувствительность: низкая
Измерение проводили 3 раза и для измерения (N) использовали усредненное значение. Значение корректировали до 2-го значащего разряда.
[0095] Поскольку полисульфон не содержит атом азота, обнаруживали азот только из поливинилпирролидона. Соответственно, количество поливинилпирролидона в пористой мембране можно вычислять с помощью следующего уравнения:
[0096]
Количество поливинилпирролидона (% по массе)=100×(N×111)/14
(4) Измерение поверхностного диаметра поры
Измерение описано для случая, в котором пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон, и внутренняя поверхность представляет собой плотный слой.
[0097] Мембрану из полых волокон резали пополам в осевом направлении, чтобы обнажать внутреннюю поверхность. Внутреннюю поверхность мембраны из полых волокон наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) (S-5500 производства Hitachi High-Technologies Corporation) на увеличении 50000, чтобы захватывать изображение на компьютере.
2
[0098] Наибольший диаметр в направлении малой оси использовали для «малого диаметра поры» и наибольший диаметр в направлении большой оси использовали для «большого диаметра». Все поры в произвольно выбираемой области 1 мкм × 1 мкм анализировали с использованием программного обеспечения обработки изображений (ImageJ, разработанное в NIH). SEM изображение бинаризовали для того, чтобы получать изображение, на котором полые части черные, а структурные части белые. Когда полую часть и структурную часть нельзя четко бинаризовать из-за недостаточного контраста изображения анализируемого вещества, изображение обрабатывали после окрашивания полой части черным, и усредненное значение и стандартное отклонение вычисляли по малому и большому диаметрам анализируемой области. В этом процессе поры, имеющие площадь вплоть до 0,0001 мкм, исключали, чтобы отсечь шум. Кроме того, для каждой поры определяли соотношение большого диаметра и малого диаметра, и также вычисляли усредненное значение этого соотношения. Когда пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон и внешняя поверхность является плотной, аналогичное измерение можно осуществлять для внешней поверхности. В случае плоской мембраны аналогичное измерение можно осуществлять для поверхности, которая имеет менее крупные поры. Однако тип и увеличение микроскопа можно в достаточной мере изменять в зависимости от размера пор.
[0099]
(5) Измерение пористости поверхности
Поверхность пористой мембраны наблюдали путем повторения процедуры (4), и бинаризацию проводили для всех пор в выбранной области 1 мкм × 1 мкм на получаемом SEM изображении для анализа. Общую площадь полых частей определяли для того, чтобы вычислять процентную долю общей полой площади в анализируемой области для получения пористости. Аналогичное измерение проводили для 3 местоположений и вычисляли усредненное значение.
[0100]
(6) Измерение диаметра поры на противоположной поверхности
Измерение описано для случая, в котором пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон, а внутренняя поверхность представляет собой плотный слой.
[0101] Внешнюю поверхность мембраны из полых волокон наблюдали с использованием SEM (S-800 полевой эмиссионный сканирующий электронный микроскоп FE-SEM производства Hitachi) при увеличении 3000, чтобы захватывать изображение на компьютере. Все поры в произвольно выбранной области 20 мкм × 20 мкм на SEM изображении анализировали с помощью программного обеспечения обработки изображений (ImageJ, разработанное в NIH). SEM изображение бинаризовали для получения изображения, на котором полая часть черная, а структурная часть белая. Когда полую часть и структурную часть нельзя бинаризовать четко из-за недостаточного контраста изображения анализируемого вещества, изображение обрабатывают после окрашивания полой части черным и вычисляют усредненное значение по малому и большому диаметрам пор анализируемой области. Когда пористая мембрана представляет собой мембрану из полых волокон и внешняя поверхность является плотной, аналогичное измерение осуществляют для внутренней поверхности. В случае плоской мембраны аналогичное измерение осуществляют для поверхности с более крупным диаметром поры. Однако тип и увеличение микроскопа можно в достаточной мере менять в зависимости от размера пор.
[0102]
[Пример 1]
16% по массе полисульфона («Udel» (зарегистрированный товарный знак) P-3500 производства Solvay), 4% по массе поливинилпирролидона (K30 производства International Specialty Products, далее в настоящем документе сокращаемый как ISP), и 2% по массе поливинилпирролидона (K90 производства ISP) добавляли в смешанный растворитель из 77% по массе N,N-диметилацетамида и 1% по массе воды, и смесь нагревали до 90°C в течение 6 часов для расплавления, чтобы тем самым получать прядильный пастообразный раствор. Этот прядильный пастообразный раствор выталкивали из кольцевой щели двойной кольцевой фильеры. Кольцевая щель имела внешний диаметр 0,5 мм и внутренний диаметр 0,25 мм. Раствор, содержащий 63% по массе N,N-диметилацетамида и 37% по массе воды, выталкивали в качестве инжекционной жидкости из внутренней трубы. Поддерживали температуру фильеры 50°C. Выталкиваемому прядильному пастообразному раствору позволяли проходить через сухую секцию (350 мм), которая имеет точку росы 26°C (температура 30°C; влажность 80%), за 0,7 секунды, направляли в водяную баню (коагуляционная ванна) при 40°C для затвердевания, принимали с помощью первого валика вне коагуляционной ванны на скорости 30 м/мин, промывали в водяной бане при 60°C и наматывали на рулон. Посредством корректировки скорости выталкивания пастообразного раствора и инжекционной жидкости получали пористую мембрану в форме мембраны из полых волокон, которые имеют диаметр (внутренний диаметр) 198 мкм и толщину мембраны 40,5 мкм. Соотношение вытягивания составляло 2,7 и соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон составляло 4,9.
[0103] Проводили измерение проницаемости для воды, измерение коэффициента просеивания декстрана, измерение поверхностного диаметра поры и элементарный анализ. Результаты представлены в таблице 1. Изображение поверхности пористой мембраны, полученной способом из этого примера, захватывали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), и изображение представлено на фиг. 1.
[0104] Получали пористую мембрану, которая имеет асимметричную структуру. Малый диаметр пор на поверхности имел низкое усредненное значение и низкое стандартное отклонение. Большой диаметр пор был достаточно больше, чем малый диаметр пор. Эта пористая мембрана демонстрировала высокую проницаемость для воды, а также высокую эффективность фракционирования.
[0105]
[Пример 2]
Эксперимент проводили посредством повторения процедуры из примера 1 за исключением того, что кольцевая щель фильеры имела внешний диаметр 0,73 мм и внутренний диаметр 0,23 мм. Получаемая пористая мембрана в форме мембраны из полых волокон имела диаметр (внутренний диаметр) 198 мкм и толщину мембраны 39 мкм. Соотношение вытягивания составляло 7,6 и соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон составляло 13,0.
[0106] Проводили измерение проницаемости для воды, измерение коэффициента просеивания декстрана, измерение поверхностного диаметра поры и элементарный анализ. Результаты представлены в таблице 1.
[0107] Как и в случае примера 1, получаемая пористая мембрана имела низкое усредненное значение и низкое стандартное отклонение малого диаметра, и пористая мембрана демонстрировала высокую проницаемость для воды, а также высокую эффективность фракционирования.
[0108]
[Пример 3]
Эксперимент проводили посредством повторения процедуры из примера 2 за исключением того, что раствор, содержащий 60% по массе N,N-диметилацетамида и 40% по массе воды, использовали для инжекционной жидкости. Получаемая пористая мембрана в форме мембраны из полых волокон имела внутренний диаметр 203 мкм и толщину мембраны 40 мкм. Соотношение вытягивания составляло 7,6 и соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон составляло 12,5.
[0109] Проводили измерение проницаемости для воды, измерение коэффициента просеивания декстрана, измерение поверхностного диаметра поры и элементарный анализ. Результаты представлены в таблице 1.
[0110] Как и в случае примера 1, получаемая пористая мембрана имела низкое усредненное значение и низкое стандартное отклонение малого диаметра, и пористая мембрана демонстрировала высокую проницаемость для воды, а также высокую эффективность фракционирования.
[0111]
[Пример 4]
Эксперимент проводили посредством повторения процедуры из примера 1 за исключением того, что кольцевая щель фильеры имела внешний диаметр 0,6 мм и внутренний диаметр 0,25 мм. Получаемая пористая мембрана в форме мембраны из полых волокон имела внутренний диаметр 185 мкм и толщину мембраны 40 мкм. Соотношение вытягивания составляло 5,4 и соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон составляло 8,4.
[0112] Проводили измерение проницаемости для воды, измерение коэффициента просеивания декстрана, измерение поверхностного диаметра поры и элементарный анализ. Результаты представлены в таблице 1.
[0113] Когда кольцевая щель фильеры имела больший внутренний диаметр, проницаемость для воды была относительно низкой из-за низкой пористости. Однако пористая мембрана имела превосходную эффективность фракционирования.
[0114]
[Пример 5]
Эксперимент проводили посредством повторения процедуры из примера 1 за исключением того, что кольцевая щель фильеры имела внешний диаметр 0,6 мм и внутренний диаметр 0,35 мм. Получаемая пористая мембрана в форме мембраны из полых волокон имела внутренний диаметр 200 мкм и толщину мембраны 40 мкм. Соотношение вытягивания составляло 3,1, и соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон составляло 6,2.
[0115] Проводили измерение проницаемости для воды, измерение коэффициента просеивания декстрана, измерение поверхностного диаметра поры и элементарный анализ. Результаты представлены в таблице 1.
[0116]
[Пример 6]
Эксперимент проводили посредством повторения процедуры из примера 1 за исключением того, что прядильный пастообразный раствор имел композицию 15% по массе полисульфона («Udel» (зарегистрированный товарный знак) P-3500 производства Solvay), 5% по массе поливинилпирролидона (K90 производства ISP), 80% по массе N,N-диметилацетамида и 1% по массе воды. Получаемая пористая мембрана в форме мембраны из полых волокон имела внутренний диаметр 200 мкм и толщину мембраны 40 мкм. Соотношение вытягивания составляло 2,9 и соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон составляло 4,9. Проводили измерение проницаемости для воды, измерение коэффициента просеивания декстрана, измерение поверхностного диаметра поры и элементарный анализ. Результаты представлены в таблице 1.
[0117]
[Сравнительный пример 1]
Эксперимент проводили посредством повторения процедуры из примера 1 за исключением того, что кольцевая щель фильеры имела внешний диаметр 0,35 мм и внутренний диаметр 0,25 мм. Получаемая пористая мембрана в форме мембраны из полых волокон имела внутренний диаметр 197 мкм и толщину мембраны 41 мкм. Соотношение вытягивания составляло 0,76, и соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон составляло 1,5.
[0118] Проводили измерение проницаемости для воды, измерение коэффициента просеивания декстрана, измерение поверхностного диаметра поры и элементарный анализ. Результаты представлены в таблице 1.
[0119] Из-за низкого соотношения вытягивания и низкого соотношения площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон, поры не были достаточно растянуты и проницаемость для воды была относительно низкой. Кроме того, из-за большого стандартного отклонения малого диаметра, пористая мембрана имела низкую эффективность фракционирования.
[0120]
[Сравнительный пример 2]
Эксперимент проводили посредством повторения процедуры из сравнительного примера 1 за исключением того, что корректировали скорость выталкивания пастообразного раствора и скорость выталкивания инжекционной жидкости, и пористая мембрана в форме мембраны из полых волокон имела внутренний диаметр 130 мкм и толщину мембраны 26 мкм. Соотношение вытягивания составляло 1,3, и соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон составляло 3,1.
[0121] Проводили измерение проницаемости для воды, измерение коэффициента просеивания декстрана, измерение поверхностного диаметра поры и элементарный анализ. Результаты представлены в таблице 1.
[0122] Соотношение вытягивания было низким, поскольку скорость выталкивания была низкой, несмотря на высокое соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон. Соответственно, эффект растягивания пор был недостаточным, и пористая мембрана демонстрировала большое стандартное отклонение малого диаметра и низкую эффективность фракционирования.
[0123]
[Сравнительный пример 3]
Эксперимент проводили посредством повторения процедуры из примера 1 за исключением того, что прядильный пастообразный раствор имел композицию 18% по массе полисульфона («Udel» (зарегистрированный товарный знак) P-3500 производства Solvay), 82% по массе N,N-диметилацетамида и 1% по массе воды. Получаемая пористая мембрана в форме мембраны из полых волокон имела внутренний диаметр 199 мкм и толщину мембраны 40 мкм. Соотношение вытягивания составляло 2,65 и соотношение площади поперечного сечения щели и площади поперечного сечения мембраны из полых волокон составляло 12,9.
[0124] Проводили измерение проницаемости для воды, измерение коэффициента просеивания декстрана, измерение поверхностного диаметра поры и элементарный анализ. Результаты представлены в таблице 1.
[0125] Эффект растягивания пор был недостаточным, несмотря на увеличение соотношения вытягивания и соотношения площадей поперечного сечения из-за отсутствия гидрофильного полимера в прядильном пастообразном растворе. Тем самым вызывали увеличение стандартного отклонения малого диаметра. Соответственно, пористая мембрана имела низкую эффективность фракционирования. [0126]
Таблица 1-1
Кольцевая щель
Соотношение вытягивания
Площадь поперечного сечения щели/площадь поперечного сечения мембраны из полых волокон
Усредненный малый диаметр на внутренней поверхности
Стандартное отклонение малого диаметра внутренней поверхности
Пористость внутренней поверхности
Соотношение большого диаметра и малого диаметра внутренней поверхности
Стандартное отклонение большой оси внутренней поверхности
Внешний диаметр (мм)
Внутренний диаметр (мм)
-
-
нм
нм
%
-
нм
Пр. 1
0,5
0,25
2,7
4,9
10,2
3,3
5,4
3,4
17,4
Пр. 2
0,73
0,23
7,6
13,0
10,9
3,4
6,4
3,6
17,7
Пр. 3
0,73
0,23
7,6
12,5
9,5
2,8
2,0
3,4
11,7
Пр.4
0,6
0,25
5,4
8,4
10,1
3,3
4,5
3,2
16,2
Пр. 5
0,6.
0,35
3,1
6,2
10,8
2,3
1,1
3,0
18,6
Пр. 6
0,5
0,25
2,9
4,9
12,1
3,4
5,1
3,8
20,7
Сравн. пр. 1
0,35
0,25
0,76
1,5
11,1
4,2
4,9
2,9
13,9
Сравн. пр. 2
0,35
0,25
1,3
3,1
12,9
4,5
2,2
2,8
15,5
Сравн. пр. 3
0,5
0,25
2,7
12,9
17,4
14,8
0,6
2,2
27,3
*1 Не определено, поскольку поры не могут быть подтверждены
[0127]
Таблица 1-2
Соотношение большого диаметра к малому диаметру внешней поверхности
Усредненный малый диаметр на внешней поверхности
Проницаемость для воды
Пороговая молекулярная масса
Наклон кривой фракционирования (абсолютное значение)
Содержание гидрофильного полимера
-
мкм
мл/мм рт. ст./ч/м<sup>2</sup>
-
% масс.
Пр. 1
1,9
0,4
1856
73082
1,47
2,2
Пр. 2
2,2
0,4
2363
96774
1,50
2,3
Пр. 3
2,3
0,4
1943
64620
1,50
2,1
Пр. 4
2,5
0,3
1008
30898
1,42
2,3
Пр. 5
3,0
0,4
557
16364
1,48
2,4
Пр. 6
2,7
0,4
1887
75281
1,50
6,2
Сравн. пр. 1
2,0
0,4
1338
55959
1,34
2,2
Сравн. пр. 2
2,2
0,1
366
40030
1,06
2
Сравн. пр. 3
*1
*1
470
167627
0,66
0
*1 Не определено, поскольку поры не могут быть подтверждены