KR101177199B1

KR101177199B1 - 혈액 처리용 다공질 중공사막

Info

Publication number: KR101177199B1
Application number: KR1020107010878A
Authority: KR
Inventors: 히데토시 히다카; 다카히로 이치
Original assignee: 아사히 가세이 메디컬 가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2012-08-24
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: CN101888863B; CA2707685C; EP2216060A4; ES2394841T3; EP2216060A1; ES2394841T5; KR20100080842A; US20100258496A1; US9616393B2; EP2216060B1; CN101888863A; WO2009072548A1; JP5211071B2; TWI396565B; EP2216060B2; TW200938239A; JPWO2009072548A1; CA2707685A1

Abstract

박막화된 폴리술폰계 중공사막이어도, 생산 공정이나 이송중 또는 취급시에 기계적 손상이 잘 발생하지 않고, 또한 분획성이 우수한 혈액 처리용 다공질 중공사막을 제공한다. 폴리술폰계 폴리머와 폴리비닐피롤리돈을 포함하고, 막 두께 방향의 내측으로부터 외측을 향해 구멍 직경이 확대되는 그래디언트 다공질 구조를 이루는 혈액 처리용 다공질 중공사막에 있어서, 이 다공질 구조는 막 두께가 25 ㎛ 이상 40 ㎛ 미만이고, 전체 평균 굵기가 100 ㎛～200 ㎛의 피브릴이, 막 두께 방향의 외측 평균 굵기(To)와 내측 평균 굵기(Ti)의 비(To/Ti)가 2 이하가 되도록 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈액 처리용 다공질 중공사막.

Description

혈액 처리용 다공질 중공사막{POROUS HOLLOW FIBER MEMBRANE FOR TREATING BLOOD}

본 발명은, 혈액 처리용 다공질 중공사막에 관한 것이다. 특히 투석 요법에서 이용될 때에, 중공사막이 기계적 파손을 발생시키는 리스크가 낮고, 분획성이 우수한 혈액 처리용 다공질 중공사막에 관한 것이다.

여러 가지의 원인에 의해 혈액중에 축적하는 병인 물질이나 독성의 노폐물을 혈액으로부터 제거하는 것에 의해 증상을 개선하는 치료 방법으로서, 체외 순환식의 혈액 정화 요법이 널리 보급되어 있다. 혈액 처리막은 체외 순환식의 혈액 정화 요법에 이용되는 혈액 처리기, 예컨대 혈액 투석기, 혈액 여과기, 혈액 성분 분획기, 혈장 분리기 등에 충전되는 분리막이고, 현재는 그 대부분을 중공사막형의 혈액 처리막이 차지하고 있다.

혈액 처리막의 막 구조로서는, 막의 횡단면에서, 스킨층을 갖지 않고 전체가 치밀한 균일막과, 분리 기능부인 스킨층(치밀층)과 보강부인 지지층을 포함하는 불균일막으로 대별되고, 불균일막은 대칭막과 비대칭막으로 더 대별된다. 이러한 막 구조는 막의 구체적인 용도에 따라서 적절하게 설계되지만, 예컨대 수량 비율이나 제품의 다양성의 점에서 혈액 처리기의 대표격이라고도 할 수 있는 혈액 투석기의 경우, 보다 고성능화하는 데 있어서, 확산성과 여과성의 밸런스가 매우 중요시된다. 그리고 매우 높은 확산성과 여과성을 구현화하는 일 수단으로서, 막 구조에 비대칭의 다공질 구조가 채용되는 경우가 많다.

혈액 처리막의 소재로서는, 셀룰로오스계, 셀룰로오스 아세테이트계, 폴리아미드계, 폴리올레핀계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리술폰계 등의 폴리머를 주체로 하는 막 소재가 사용되어 왔다. 그 중에서도, 폴리술폰계 폴리머는 생물학적 안전성이나 화학적 안정성에 추가로 제막성이 우수하고, 여러 가지 투과성이나 막 구조를 설계할 수 있는 범위가 넓기 때문에, 최근에는 혈액 처리막의 막 소재로서 급속히 보급되어 왔다.

이러한 막 구조와 막 소재를 조합시키는 것에 의해, 폴리술폰계 폴리머를 이용한 여러 가지 혈액 처리용 다공질 중공사막이 검토되어 왔다. 전술과 같이, 특히 혈액 투석기에 있어서는, 분리 대상 물질의 사이즈상의 이유로, 다른 혈액 처리기와 같이 여과성에만 착안하는 것은 아니라, 확산성과 여과성의 절묘한 밸런스를 취해야 한다. 이를 위해서는 용기 형상도 중요한 요소이기는 하지만, 기반이 되는 것은 막에 고유한 분획성이다.

일반적으로, 막의 분획성이란, 확산, 여과, 흡착 등의 분리 원리의 종합적 결과로서, 막을 투과시켜야 하는 성분과 투과를 저지해야 하는 성분을 골라내는 정도의 지표를 말한다. 혈액 투석용 중공사막의 경우는, 요독 물질이고, 투석 요법에 있어서 제거해야 할 타깃의 하나인 β₂-마이크로글로불린 등의 저분자량 단백질을 고율로 투과 제거하면서도, 상기 단백질과의 분자량의 차는 작지만 유용 단백질이며, 투석 요법에 있어서 유지해야 할 알부민의 투과를 억제하는 정도의 지표이다. 분획성이 높은 것(샤프함이라고도 함)은 혈액 처리막에 요구되는 중요한 성능이고, 막 구조나 제조방법 등의 여러 가지 각도로부터 분획성 향상을 도모한 폴리술폰계의 다공질 중공사막은 수많이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1, 2). 그러나, 모두 아직 생체 신장과 같은 샤프한 분획성에는 미치지 않아, 기술 개량이 한층 더 요구되고 있다.

한편, 혈액 처리용 다공질 중공사막은, 대체로 공업용 중공사막보다 내외 직경이나 막 두께가 작고, 기계적 물성이 결코 높지 않다. 그 결과, 보통 혈액 처리를 하기에는 충분해도, 몇 개의 요인으로 기계적 손상을 발생시키는 경우가 있다. 통상, 그 취급에는 세심한 주의를 기울이고 있지만, 예컨대 중공사막을 다발(번들)로서 통형상 용기에 삽입하고, 혈액 처리기를 조립할 때에, 다발의 외주부의 중공사막이 용기의 내벽과 닿아 절곡되는 경우가 있다. 이것은 품질상의 외관 불량이나 혈액의 흐름 불량 요인이 되기 때문에, 제조 공정에서 제외해야 한다. 또한, 혈액 처리기 내에 도입되는 물의 영향은 크고, 웨트형의 혈액 처리기에서는 물의 충전 공정이나 충전 후의 이송시에, 고수류?고수압이나 물의 진동 등에 의해 중공사막이 기계적 손상을 발생시키는 경우가 있다. 치료 시설에서 사용 전에 행해지는 세정 조작이나 재사용시의 세정 공정에서는, 웨트형이나 드라이형에 관계없이 고수류?고수압의 영향을 받는 경우가 있다. 중공사막은 고수류?고수압이나 물의 진동에 의해 가장 심한 경우에는 끊어지는 경우가 있고, 이러한 경우, 제조 공정에서 제외해야 하며, 치료 시설에서는 사용을 중지하고 교환해야 한다. 또한 사전에 문제점이 발각되지 않는 채로 치료에 사용되면, 정도의 차는 있지만 혈액 누설에 이르는 경우도 있다.

중공사막의 기계적 손상의 원인은 애당초 직경이나 막 두께가 매우 작은 것에 의하지만, 막 소재의 폴리머에 고유의 물성이나, 얻어진 중공사막에 고유의 물성도 크게 관여하고 있다. 예컨대 중공사막에 고유의 기계적 물성으로서, 파단 강도나 파단 신도의 영향은 특히 크다고 생각되고 있다. 혈액 처리용 다공질 중공사막은, 이와 같이 기계적 손상을 발생시키기 쉽다고 하는 숙명을 짊어지는 한편, 투과성을 더 높이거나, 다발 직경을 작게 하여 혈액 처리기를 보다 조밀히 설계한다는 관점에서, 막 두께를 가능한 한 얇게 하는 것도 요구되고 있다. 따라서, 중공사막의 기계적 물성의 향상도 또한, 계속적으로 기술적으로 중요한 과제이다.

그래서, 최근의 혈액 정화용 고성능 중공사막, 특히 폴리술폰계의 중공사막에 있어서 강도나 신도 등의 기계적 물성에 언급한 기술에 착안한다. 예컨대 특허문헌 3에는 치밀층에 연속하는 지지층을 설치하는 것에 의해 막의 강도가 향상하는 것이 기재되어 있고, 특허문헌 4에는, 비대칭막의 경사 구조가 샤프한 분획성에 중요한 것이 기재되어 있지만, 이들은 이미 일반화된 비대칭막의 기본 구조나 특징을 진술한 것에 불과하다. 또한 특허문헌 5에는 비대칭의 경사 구조를 갖는 막 두께 35 ㎛～55 ㎛의 중공사막이 고강도와 고신도를 나타내는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 중공사막은 물을 첨가한 불안정한 제막 원액을 저온 응고라는 특수한 조건에서 방사하여 얻어진 것이고, 분획성의 정도나 구체적인 막 구조는 불명하다.

이들에 대하여, 중공사막의 강도나 신도와 막 구조의 관계를 보다 상세히 언급한 기술도 몇 개 있다. 우선 비교적 거시적인 시점으로서, 특허문헌 6에는 중공사막 두께부의 메시형 골격이 표시되고, 이 골격이 폴리비닐피롤리돈(친수화재)의 피복층을 수반한 폴리술폰인 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 7에는 방출부 바로 아래에서 발생하는 바러스 효과에 의한 미세 구조 변화와 신도, 분획성과의 관계가 기재되어 있다. 이들 중공사막은 강도나 신도에 우수한 것이기는 하지만, 모두 막 두께 45 ㎛의 예가 나타나 있는 것에 불과하고, 박막화하면 기계적 물성이 저하되는 것은 피하기 어렵다고 생각된다. 이것에 대하여 특허문헌 8 및 9에는 막 두께 35 ㎛의 소위 박막화 폴리술폰계 중공사막이 기재되어 있다. 그러나, 이들은 모두, 막의 공극률과 강도의 관계에서 균일 구조막이 되어 있고, 비대칭막과 같이 확산성을 충분히 고려한 막 구조가 아니다.

한편, 보다 아주 작은 분자 레벨에서의 시점으로서, 특허문헌 10에는 방사 텐션의 최적화로 폴리머끼리의 결합 강화가 이루어지기 때문에, 동일한 공극률이라도 기계적 물성이 보다 높은 막을 얻을 수 있는 것이 기재되고, 특허문헌 11에는 폴리비닐피롤리돈이 폴리술폰 입자 사이에 끼어들면, 막의 강도 저하를 야기하는 것이 기재되어 있다. 이들 중공사막은 강도나 신도에 우수한 것이기는 하지만, 모두 막 두께 45 ㎛의 예가 나타나 있는 것에 불과하고, 박막화하면 기계적 물성이 저하되는 것은 피하기 어렵다고 생각된다. 또한, 막 구조와의 관계는 추정 메카니즘이 시사되어 있는 것뿐이고, 상세한 설명은 확실하지 않다. 이것에 대하여 특허문헌 12 및 13에는, 막 두께 35 ㎛의 소위 박막화 폴리술폰계 중공사막이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 12에는 치밀한 구조중에 폴리비닐피롤리돈을 봉입하면, 약품 처리 전후의 신도가 유지된다고 기재되어 있지만, 균일 구조막이다. 또한, 특허문헌 13에는 막 밀도, 구체적으로는 치밀층과 조대층의 두께 비율 등이 막의 강도나 신도에 관여한다고 기재되고, 폴리비닐피롤리돈의 함유율이 더 높으면 막의 골격이 소프트해져 신도 확보에 유리한 것이 기재되어 있다. 그러나, 얻어지는 신도는 겨우 46.3%이고, 충분히 높은 신도가 얻어진다고는 할 수 없다. 상기와 같이, 친수화재인 폴리비닐피롤리돈은 폴리술폰계 중공사막의 강도?신도에 큰 영향을 미치게 때문에, 막의 기계적 물성의 점에서 반드시 바람직한 것이 아니다. 그러나, 소수성이 높은 폴리술폰을 혈액 처리에 적합하도록 할 때, 폴리비닐피롤리돈을 친수화재에 이용하는 것이 여러 가지의 이유에서 적합하다. 이 것이, 폴리술폰계 중공사막의 박막화를 한층 더 어렵게 하고 있다.

이상 진술한 바와 같이, 우수한 분획성을 구비한 폴리술폰계의 중공사막에 있어서, 기계적 물성과 구체적인 막 구조와의 관계에 대해서는, 공극률, 밀도, 균일 구조라는 시점으로부터 주로 검토되어 왔지만, 얻어진 중공사막은 모두 만족할 수 있는 것이 아니었다. 막 구조로서는, 상기한 시점 외에, 예컨대 피브릴 구조를 들 수 있고, 막 표면의 피브릴 구조와 분획성의 관계(특허문헌 14)나, 막 표면의 피브릴 구조와 혈액 적합성과의 관계(특허문헌 15)에 언급한 기술이 알려져 있다. 또한, 막 두께부의 피브릴 구조의 균일성에 언급한 기술도 알려져 있다(특허문헌 16). 그러나, 이러한 미세 구조가 기계적 물성에 부여하는 영향에 대해서는 아무것도 알려져 있지 않다. 따라서, 지금까지 주목되지 않았던 막 구조 인자와 기계적 물성이나 분획성 등과의 관계를 새롭게 발견하는 것에 의해 개선을 거듭해 가는 것이, 하나의 방향성으로서 기대되고 있다.

[특허문헌]

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평4-300636호 공보

특허문헌 2: 일본 특허 공개 평10-243999호 공보

특허문헌 3: 일본 특허 공고 평5-54373호 공보

특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2003-33432호 공보

특허문헌 5: 일본 특허 공개 제2000-334281호 공보

특허문헌 6: 일본 특허 공개 제2005-58906호 공보

특허문헌 7: 일본 특허 공개 제2003-245524호 공보

특허문헌 8: 일본 특허 공개 평10-109023호 공보

특허문헌 9: 일본 특허 공개 평9-154936호 공보

특허문헌 10: 국제 공개 제98/52683호 팜플렛

특허문헌 11: 일본 특허 공개 제2003-154240호 공보

특허문헌 12: 일본 특허 공개 평10-216488호 공보

특허문헌 13: 일본 특허 공개 제2005-342139호 공보

특허문헌 14: 국제 공개 제2005/46763호 팜플렛

특허문헌 15: 일본 특허 공개 제2005-87350호 공보

특허문헌 16: 일본 특허 공개 평10-118472호 공보

본 발명은, 박막화된 폴리술폰계 중공사막이어도, 기계적 물성이 높고, 제조 공정이나 이송중 또는 치료 시설에서의 취급시에 기계적 손상을 잘 발생시키지 않고, 또한 분획성이 우수한 혈액 처리용 다공질 중공사막을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 막 두께부 대부분에 메시형으로 존재하는 「피브릴」이라는 골격이, 기계적 물성 중 특히 신도와의 관계에 있어서 중요한 역할을 담당하고 있는 것을 발견했다. 그리고, 피브릴의 굵기와 그 분포는, 종래 알려져 있지 않는 마이크로미터 스케일의 막 구조 인자를 특정하는 것에 의해 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다. 즉 본 발명은,

(1) 폴리술폰계 폴리머와 폴리비닐피롤리돈을 포함하고, 막 두께 방향의 내측으로부터 외측을 향해 구멍 직경이 확대되는 그래디언트 다공질 구조를 이루는 혈액 처리용 다공질 중공사막에 있어서, 이 다공질 구조는 막 두께가 25 ㎛ 이상 40 ㎛ 미만이고, 전체 평균 굵기가 100 ㎚～200 ㎚의 피브릴이, 막 두께 방향의 외측 평균 굵기(To)와 내측 평균 굵기(Ti)의 비(To/Ti)가 1 이상 2 이하가 되도록 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈액 처리용 다공질 중공사막,

(2) 피브릴의 전체 평균면 밀도(ADav)가 2～60개/㎛²인 상기 (1)에 기재된 혈액 처리용 다공질 중공사막,

(3) 상기 중공사막은 투수량이 5～450 mL/m²/hr/㎜Hg인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 혈액 처리용 다공질 중공사막,

(4) 폴리술폰계 폴리머가 비스페놀형 폴리술폰인 상기 (1)～(3) 중 어느 하나에 기재된 혈액 처리용 다공질 중공사막,

(5) 상기 (1)～(4) 중 어느 하나에 기재된 다공질 중공사막이 통형상 용기에 충전되고, 이 양단부가 수지포매 후에 중공사막의 개구 단부에 가공된 후, 이 양단부에 액체의 도입 또는 도출용 노즐을 갖는 헤더캡이 장전되어 이루어지는 혈액 처리기에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 박막화된 폴리술폰계 중공사막이어도 기계적 물성이 높고, 제조 공정이나 이송중 또는 치료 시설에서의 취급시에 기계적 손상을 잘 발생시키지 않으며, 또한 분획성이 우수한 혈액 처리용 다공질 중공사막이 제공된다. 특히 본 발명의 혈액 처리용 다공질 중공사막은, 종래부터 박막이어도 충분히 높은 신도를 갖는 결과, 예컨대 동요에 기인하는 누설 발생을 억제한다고 하는 효과를 나타낸다. 이러한 새로운 막 구조 설계의 지침은 이후의 혈액 처리용 다공질 중공사막의 발전에도 기여하는 바가 크다.

도 1a는 본 발명에서 막 두께 30 ㎛ 이하의 중공사막 비율 단면의 측정 부위를 도시하는 모식도이다. 도면의 굵은 프레임부는 촬영부를, 백색부는 계측하는 영역대를 도시한다. 각 커트는 설명을 위해 편의적으로 종방향으로 어긋나게 하여 표시하고 있다.
도 1b는 본 발명에서 막 두께 30 ㎛를 초과하는 중공사막 할단면의 측정 부위를 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다공질 구조에서의 피브릴을 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 피브릴 굵기의 측정 부위를 도시하는 모식도이다.

이하, 본 발명의 혈액 처리용 다공질 중공사막에 대해서 설명한다.

본 발명의 혈액 처리용 다공질 중공사막은, 체외 순환식의 혈액 정화 요법에 이용되는 혈액 처리기의 내부에 다발형으로 충전되는 혈액 처리막이다. 혈액 처리기로서는, 예컨대 혈액 투석기, 혈액 여과기, 혈액 여과 투석기나 이들의 지속적 용도, 즉 지속식 혈액 투석기, 지속식 혈액 여과기, 지속식 혈액 여과 투석기가 특히 적합하다. 각 용도에 따라서, 혈액 처리막의 치수나 분획성 등의 상세 사양이 결정된다.

막 소재로서는, 소수성의 폴리술폰계 폴리머를 주체로 하고, 이것에 혈액 정화막의 친수화제로서 가장 널리 사용되고 있는 폴리비닐피롤리돈을 포함하는 것이 필요하다. 그렇게 함으로써, 용도에 따른 분획성이 미묘히 제어되고, 후술하는 미세한 막 구조를 구비한 다공질 중공사막이 되며, 또한 혈액 적합성의 최적화도 행하기 쉽기 때문이다. 이 조성을 기본으로 하는 한, 글리세린이나 폴리에틸렌글리콜 등의 제2 친수화제나, 그 외의 첨가제, 표면 개질재 등을 포함하여도 좋다.

폴리술폰계 폴리머(이하, PSf)란, 하기 식(1)에 나타나는 반복 단위를 갖는 폴리머인 비스페놀형 폴리술폰(이하, Bis-PSf)이나, 하기 식(2)에 나타나는 반복 단위를 갖는 폴리머인 폴리에테르술폰(이하, PES)의 총칭이고, 중공사막의 소재로서 널리 이용되고 있다.

(-Φ-SO₂-Φ-O-Φ-C(CH₃)₂-Φ-O-)_n(1)

(-Φ-SO₂-Φ-O-)_n(2)

여기서 Φ는 벤젠환을, n은 폴리머의 반복을 나타낸다. 식 (1)의 Bis-PSf는 예컨대 솔베이사에서는 「유델(상표)」의 명칭으로, BASF사에서는 「울트라존(상표)」의 명칭으로 시판되고 있고, 또한 식 (2)의 PES는 스미토모화학공업에서 「스미카엑셀(상표)」의 명칭으로 시판되고 있으며, 중합도 등에 의해 몇 개의 종류가 존재하기 때문에, 이들을 적절하게 이용하면 된다.

폴리비닐피롤리돈(이하, PVP)이란, N-비닐피롤리돈을 비닐 중합시킨 수용성의 고분자 화합물이고, 친수화제나 구멍 형성제로서 중공사막의 소재로서 널리 이용되고 있다. PVP는 ISP사에서는 「플라스돈(상표)」의 명칭으로, 또한 BASF사에서는 「루비테크(상표)」의 명칭으로 각각 몇 개의 분자량의 것이 시판되고 있기 때문에, 이들을 적절하게 이용하면 된다.

막 구조로서는 다공질체이고, 주사형 전자현미경으로 막 두께부를 1000배 정도로 확대 관찰했을 때에, 폴리머로부터 형성된 메시형 네트워크와, 그 이외의 부분인 다수의 미세 구멍이 대략 전체에 걸쳐 존재하고 있는 모습이 확인된다. 이 정도의 확대 배율로는 미세 구멍이 관찰되지 않고, 거의 일률적으로 보이는 소위 균일막과는 상이하다. 보다 구체적으로는, 길이 방향으로 수직인 횡단면, 즉 막 두께부에서, 중공부측인 내측으로부터 외측을 향해 다공질부의 구멍 직경이 서서히 확대되는 그래디언트 다공질 구조이다. 이러한 막 구조에서는 내측이 상대적으로 치밀층이 되고, 가장 내측이 분획성을 지배하는 층이 된다. 한편, 상대적으로 조대한 층은 오로지 지지층이지만, 다공질부의 구멍 직경이 서서히 확대되는 그래디언트 구조를 취하는 것에 의해, 투석이나 여과에서의 물질 이동이 보다 원활해짐과 동시에 기계적 물성의 향상에 공헌한다. 또한, 직경이 10 ㎛～수10 ㎛ 정도의 거대 공극이 존재하면 구멍 직경 변화의 연속성이 손상되기 때문에, 매크로 보이드를 포함하지 않는 편이 바람직하다.

본 발명의 혈액 처리용 다공질 중공사막은, 막 두께가 25 ㎛ 이상 40 ㎛ 미만인 것이 필요하다. PSf를 이용한 혈액 처리막의 경우, 이 정도의 막 두께는 이미 알려져 있지만, 실용화에까지 이르는 것은, 비스페놀형의 폴리술폰(Bis-PSf)으로 40 ㎛～55 ㎛ 정도이고, 박막화의 메리트를 얻기 위해서는 이것보다 막 두께를 얇게 하지 않으면 의미가 없다. 또한, PES에서는 35 ㎛ 정도로도 실용화에 이르고 있지만, 이 중공사막은 기계적 물성, 특히 강도와 신도가 낮다고 하는 결점을 갖는다. 본 발명자들의 지견에 의하면, 실측 신도는 불과 30%대에 불과했다. 막 두께가 25 ㎛ 미만으로 얇아지면, PSf를 이용한 다공질 중공사막에서는, 후술하는 미세한 막 구조를 제어하여도 미리 정해진 기계적 물성을 얻기 어려워지고, 제조 공정에서의 취급성이 극단적으로 저하한다. 또한 수류 등에 의해 기계적 손상을 발생시키는 리스크도 높아지기 때문에, 바람직하지 않다. 특히 혈액 투석막으로서의 분획성을 중시하면서 미리 정해진 기계적 물성을 얻는 데에 있어서, 보다 바람직한 막 두께는 30 ㎛ 미만이고, 특히 바람직한 막 두께는 35 ㎛ 미만이다.

본 발명의 혈액 처리용 다공질 중공사막은, 전술과 같은 그래디언트 다공질 구조에 있어서, 박막이고, 막 두께부 대부분에 메시형으로 존재하는 「피브릴」이라는 골격 모양의 구조 부분에 특징을 갖는다. 특히, 골격 모양의 미세한 구조 부분에서는 피브릴의 굵기(T)가 중요하고, 막 두께부 전체의 평균값인 「전체 평균 굵기(Tav)」와, 막 두께부의「내측 평균 굵기(Ti)에 대한 외측 평균 굵기(To)의 비(To/Ti)」라는 2점에서 특징이 부여된다.

우선, 피브릴의 굵기에 대해서, 측정 방법을 보이면서 설명한다. 대상이 되는 중공사막을 물로 습윤시킨 후, -30℃로 동결시킨 상태로 길이 방향에 대략 수직으로 할단함으로써, 횡단면 할단 시료를 얻는다. 얻어진 횡단면 할단 시료를, 주사형 전자현미경(본 발명에서는 히타치제 고분해능 SEM-S4700을 사용했음)을 이용하여 촬영 가속 전압 10 kV, 촬영 배율 10000배로써 관찰한다. 이 조건에 의해, 막 두께부의 폭 15 ㎛ 상당의 구조를 관찰할 수 있다. 우선, 막 두께가 30 ㎛ 이하의 중공사막에서는 막 두께부의 최내측(중공부측)을 시야의 끝에 맞춰 1 커트째를 촬영한다. 다음에 최외측을 시야의 끝에 맞춰 2 커트째를 촬영한다[도 1의 (a)를 참조). 그리고, 막 두께가 30 ㎛를 초과하는 중공사막에서는, 막 두께 방향의 중심점을 결정한 후, 시야의 중앙을 그 중심점에 맞춰 3 커트째를 더 촬영한다(도 1면의 (b)를 참조). 이렇게 하여 얻어진 횡단면의 각 구조 사진은 막을 구성하는 폴리머가 메시형으로 전개하여 다수의 구멍을 형성한 다공질 구조를 찍어 내고 있다. 각 구멍을 구획하는 폴리머벽이 마치 섬유상으로 관찰되기 때문에, 본 발명에서는 이 구조 부분을 피브릴로 칭한다(도 2를 참조). 도 1면에 도시하는 바와 같이, 각 피브릴은 3개 이상의 구멍에 둘러싸이는 부분으로 피브릴끼리의 접합부를 형성하면서, 막 두께부를 3차원 방향으로 전개하고 있다. 따라서, 본 발명에서 말하는 피브릴은, 용융 방사법에 있어서 고연신에 의해 길이 방향으로 형성되는 피브릴(라멜라 구조라고도 칭함)과는 상위하고, 또한 습식 방사법에서 중공사막의 내표면상에 길이 방향으로 형성되는 피브릴과도 상위한 것이다.

본 발명에서 정의하는 피브릴의 굵기(T)란, 상기 사진에서 관찰되는 각 피브릴의 중앙부 부근의 굵기, 즉 피브릴끼리의 접합부와 접합부 사이에서 가장 폭이 좁은 부분의 굵기를, 피브릴의 길이 방향에 대하여 90도의 각도로 판독한 것이다(도 3을 참조). 피브릴의 굵기는, 프린트한 사진을 수동으로 스케일을 이용하여 판독하여도 좋고, 컴퓨터 화면상에서 화상 처리 소프트를 이용하여 판독하여도 좋다. 피브릴의 굵기를 측정하는 부위는, 폭 15 ㎛ 상당을 촬영한 각 막 구조 사진에 있어서, 막 두께 방향의 중앙부 폭 5 ㎛ 상당의 영역대로 하고, 그 영역대에 있는 피브릴을 임의로 100개 선택하여 굵기를 측정한다. 이것을 각 구조 사진에 대해서 실시하고, 측정한 모든 피브릴 굵기의 평균값을 「전체 평균 굵기(Tav)」로 한다. 또한 막 두께부 최외층의 시야에서의 피브릴 굵기의 평균값을 「내측 평균 굵기(To)」로 하고, 최내층의 시야에서의 피브릴 굵기의 평균값을 「외측 평균 굵기(Ti)」로 하여 「피브릴 굵기의 비(To/Ti)」를 구하며, 이것을 막 두께 방향에서의 피브릴 굵기의 분포를 나타내는 지표로 하였다.

또한, 본 발명과 같은 그래디언트 구조의 중공사막에서는, 막 두께부의 가장 내측에, 일반적으로 2 ㎛～3 ㎛의 두께를 갖는 치밀층이 형성되어 있는 경우가 많다. 통상 이러한 치밀층은 폴리머 입자가 밀집되어 있고, 본 발명에서 정의하는 피브릴이 관찰되지 않는 막 구조가 되지만, 이 경우도 막 두께 방향의 최내측으로부터 5 ㎛의 라인을 기점으로 함으로써, 입자가 밀집된 부분은 피브릴의 굵기 측정 영역에서 제외된다.

본 발명자 등은, 이제까지 전혀 주목되지 않은 다공질 구조중의 피브릴 굵기에 대해서 상세히 검토한 결과, 전체 평균 굵기(Tav)를 특정한 범위로 하는 것과, 이와 같은 피브릴을, 막 두께 방향의 외측 평균 굵기(To)와 내측 평균 굵기(Ti)의 비(To/Ti)가 특정한 비율이 되도록 막 두께부에 배치한다는 미세한 막 구조 제어에 의해, 중공사막의 기계적 물성 중 특히 신도와, 분획성을 제어할 수 있는 것을 처음으로 발견했다.

우선, 신도의 제어에 대해서 설명한다. 본 발명에서 말하는 신도란, 막의 길이 방향으로의 인장 강도 시험에서의 파단 신도를 가리킨다. 중공사막은 그대로로는 혈액 처리에 이용할 수 없기 때문에, 수천～수만개 정도를 묶어 통형상 용기에 삽입 후, 양단을 수지로 밀봉하여 모듈(혈액 처리기)에 조립하고, 전형적으로는 수용액을 충전하여 웨트형 혈액 처리기로 한 후에 멸균된다. 이 때, 중공사막의 기계적 물성이 낮으면 모듈 제조 공정에서의 변형으로 구부리거나, 충전시나 운반시에, 충전수의 운동(흔들림)으로 구부러져 손상될 가능성이 높아진다. 또한, 치료 시설에서 사용 전에 행해지는 세정 조작이나 재사용시의 세정 공정에서의 고수류?고수압의 영향을 받는 경우가 있기 때문에, 웨트형이나 드라이형 중 어느 것이라도, 물에 기인하여 기계적 손상이 생길 가능성이 있다. 이 상태의 중공사막을 투석 요법에 이용하면, 정도의 차는 있지만 중공사로부터의 혈액 누설을 유발할 우려가 있다.

물에 기인하는 중공사막의 기계적 손상은, 기계적 물성 중 강도와 신도가 주로서 관여한다고 생각되지만, 본 발명자 등이 상세히 검토한 바, 의외로 신도를 높이는 것만으로도 기계적 손상을 억제할 수 있었다. 그리고, 다공질 중공사막의 피브릴 굵기가 이 신도 향상에 특히 기여하고 있는 것을 밝혀내고, 피브릴의 전체 평균 굵기(Tav)를 100 ㎛ 이상으로 해두면, 25 ㎛ 이상 40 ㎛ 미만이라는 PSf의 박막이라도, 물에 기인하는 중공사막의 기계적 손상을 충분히 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 이러한 박막에 있어도, 신도 50% 이상을 충분히 확보할 수 있다. 전체 평균 굵기(Tav)를 100 ㎚ 미만으로 가늘게 하면 충분한 신도가 잘 얻어지지 않는 경향이 있고, 큰 충격에 의해 기계적 손상을 발생시키는 경향이 높아진다. 보다 바람직하게는 110 ㎚ 이상이다. 이 기구는 추측이긴 하지만, 섬유상의 피브릴이 매끄러운 드럼 형상을 나타내고 있고, 소수성으로 단단한 PSf와 친수성으로 부드러운 PVP라는 혼합 조성이 어우러져, 막이 국소적으로 신축함으로써 변형 응력을 흡수하며, 기계적 파손을 면하고 있는 것이 아닌가 생각된다.

상기한 바와 같이 피브릴을 굵게 하는 것이 신도 확보의 점에서 중요한 한편, 알부민 투과율과의 관계에서 한계가 있는 것도 알았다. 즉, 전체 평균 굵기(Tav)가 작을수록 알부민의 누출량이 적은 것을 발견하고, 예의 검토를 더 중첩한 결과, 피브릴의 전체 평균 굵기(Tav)를 200 ㎚ 이하로 해두면, 영양 불량이 되지 않을 정도로 알부민의 누출량을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 보다 바람직하게는 180 ㎚ 이하이다. 이 추정 기구는 후술하지만, 이상의 이유로부터, 피브릴의 전체 평균 굵기(Tav)를 100 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하로 하는 것이 필요해진다. 그리고, 이러한 피브릴이 다공질 구조를 구성하면, 박막이면서도 기계적 물성(특히 신도)이 우수하고, 분획성의 일부를 담당하는 알부민의 누출 억제 효과를 얻을 수 있다.

더 놀랍게도, 피브릴은 그 평균 굵기(Tav)뿐만 아니라, 막 두께부에서의 굵기의 분포가 분획성에 관여하고 있는 것도 알았다. 즉, 막 두께 방향의 외측 평균 굵기(To)와 내측 평균 굵기(Ti)의 비(To/Ti)가 작을수록, 분획성이 향상하는 것을 발견했다. 본 발명에서 말하는 분획성이란, β₂-마이크로글로불린의 제거 지수(클리어런스)와, 알부민의 손실 지수(누출량)의 비를 가리킨다. 혈액 투석막 등의 분획성이라고 하면, 혈중에서 제거해야 하는 β₂-마이크로글로불린과 혈중에 남겨야 하는 알부민의 투과율비를 논하는 경우가 많지만, 고성능화가 진행되고 있는 PSf 중공사에 있어서는 수치가 정점이 되어 차이를 발견하기 어렵다. 또한, 본 발명과 같은 박막에서는 β₂-마이크로글로불린의 제거에 막 고유의 확산성도 기여하고 있다[예컨대 하이퍼포먼스 멤브레인 연구회편『투석 스탭을 위한 하이퍼포먼스 멤브레인』, 동경의학사(1990), p.139를 참조]. 따라서, β₂-마이크로글로불린의 클리어런스와 알부민의 누출량의 비를 분획성의 지표로 하는 것은, 매우 분획성이 우수한 중공사막을 적확하게 평가하는 지표가 된다.

본 발명자 등이 예의 검토한 결과, 임상상 우수한 분획성을 발휘하기 위해서는, 전술의 전체 평균 굵기에 있는 피브릴이, 내외 굵기비(To/Ti)가 2 이하가 되도록 막 두께부에 배치되어 있는 것이 필요해진다. 그리고, 각 피브릴이 이와 같이 배치되어 박막의 다공질 구조를 구성하면, 우수한 분획성을 얻을 수 있다. 내외 굵기비가 2를 초과하면 본 발명에서 말하는 분획성의 지표가 100을 하회하는 바닥값이 되고, 혈액 처리 용도로서는 분획성이 불충분해진다. 보다 바람직하게는 내외 굵기비(To/Ti)가 1.8 이하이고, 균일성의 점에서 가장 바람직하게는 1이다. 제조방법으로서, 에어갭을 설치한 건습식 방사에 있어서, 응고성의 중공내액과 외부 응고욕을 이용하여 제막하는 한, 응고성의 제어만으로 내외 굵기비(To/Ti)를 1 미만으로 하는 것은 매우 어려워진다.

이상 진술한 피브릴의 전체 평균 굵기(Tav) 및 내외의 굵기비(To/Ti)가, 알부민 투과율(누출량) 및 분획성에 관여하는 이유는 분명하지 않지만, 이하의 원리에 기초한다고 생각된다.

우선, 알부민은 음성 하전을 갖는 것은 잘 알려져 있다. 이 때문에, 막 두께부의 피브릴에 다량의 알부민이 흡착되면 피브릴 자체가 강하게 음성 하전을 띠고, 새롭게 투과하고자 하는 알부민에 대하여 하전 반발에 의한 저항으로서 작용한다. 그리고, 피브릴의 전체 평균 굵기(Tav)가 작은 것은, 알부민이 흡착하는 표면적 더 나아가서는 하전 반발 밀도를 증대시키게 되고, 알부민 누출을 효과적으로 억제할 수 있는 구조인 것을 의미한다.

또한, 피브릴이 어느 일정 레벨의 전체 평균 굵기(Tav)이고, 내외의 굵기비(To/Ti)가 작은 것은, 막 두께부 전체의 하전 반발 밀도가 높게 유지되고, 결과로서 막 두께부 전체가 알부민의 투과 저해에 유효하게 작용하는 바람직한 구조인 것을 의미한다. 반대로, 내외의 굵기비(To/Ti)가 큰 것은, 막 외층부에서의 하전 반발 밀도가 낮아지는 것을 의미하고 있고, 알부민의 누출 억제 작용을 기대할 수 없다. 또한 유체 역학적인 관점에서는, 피브릴 굵기(T)가 큰, 즉 전체 평균 굵기(Tav) 및/또는 외측 평균 굵기(To)가 크면, 막을 투과하는 액체의 소용돌이가 발달하고, 피브릴에의 알부민 흡착이 저해되며, 결과로서 유효한 하전 반발층이 잘 형성되지 않고, 알부민 누출 억제에 대하여 불리해진다. 이상의 작용은 하전 단백질인 알부민에 특유의 작용이고, β₂-마이크로글로불린을 비롯하는 제거 대상의 저분자량 단백질에는 투과 저해 작용으로서 작용하지 않는다. 따라서, 전체 평균 굵기(Tav)가 작고, 내외의 굵기비(To/Ti)가 작은 막 구조는, 오로지 알부민의 샤프컷에 의해 우수한 분획성을 나타내고 있는 것으로 생각된다.

한편, β₂-마이크로글로불린의 투과 거동에 관해서는 이하와 같이 생각된다. 피브릴이 어느 일정 레벨의 전체 평균 굵기(Tav)이고, 내외의 굵기비(To/Ti)가 큰 것은, 내측 평균 굵기(Ti)가 과도하게 작은, 즉 최내층부에 작은 구멍이 다수 존재하는 것을 의미한다. 작은 구멍에서는 액류가 체류되기 쉽고, 결과로서 β₂-마이크로글로불린 등의 제거 대상의 저분자량 단백질도 고농도로 체류한다. 본 발명과 같은 하이플럭스막에서는 β₂-마이크로글로불린과 같은 저분자량 단백질에도 확산 작용이 작용한다고 하지만, 상기와 같이 액막 저항이 극도로 발달한 경우에 상당하는 미세 구조가 되면, β₂-마이크로글로불린의 확산 제거를 크게 저해할지도 모른다. 바꿔 말하면, 내외의 굵기비(To/Ti)가 큰 막은, 오로지 저분자 단백질의 투과 장해가 되어, 분획성에 불리하게 작용한다고 생각된다.

지금까지의 막 성능 향상은 투과율의 향상에 주안을 두고, 그 귀결로서 그래디언트 구조의 확대가 목표로 되어 왔다. 막의 개공 기술이 미숙하고, 로우 플럭스～미들 플럭스막이 주류였던 시대에는 알부민의 과대 누출이 발생할 수 없었기 때문에, 그 설계 사상은 결코 틀리지 않았다. 그러나, 오늘날 하이플럭스막이 주류가 되고, 알부민의 누출이 임상상의 문제가 되는 것에 이르러, 새로운 설계 사상의 구축이 요구되고 있었다. 본 발명의 혈액 처리용 다공질 중공사막은 단백질의 투과 특성에는 큰 영향을 부여하지 않는다고 생각되어 온 막 두께부의 피브릴 구조의 제어에 주안을 두어 만들어진 것이고, 이후의 혈액 처리용 다공질 중공사막의 발전을 위해, 새로운 설계 사상을 제기하는 것이다.

본 발명의 혈액 정화용 다공질 중공사막은, 박막이면서도 높은 기계적 물성을 발휘하는 데에 있어서, PSf와 PVP를 포함하는 그래디언트 다공질 구조에 있어서, 특정한 막 두께 요건과, 특정한 피브릴 굵기 및 내외의 굵기비를 필요로 하지만, 보다 바람직한 양태로 하기 위해, 이하의 요건을 더 부가할 수도 있다.

제1은 중공사막의 투수량이다. 혈액 처리기에 충전되어 이용되는 경우, 혈액중의 수분 제거를 최저한 행하는 한편, 투석액중의 엔도톡신 혈액측에의 침입을 저지하기 위해, 중공사막의 투수량을 5～450 mL/m²/hr/㎜Hg으로 설정하면 좋다. 이 정도로도, 알부민의 누출량을 낮게 억제하면서 β₂-마이크로글로불린을 제거하는 것이 가능하지만, 특히 β₂-마이크로글로불린의 투과성을 높이면서 분획성을 최대한으로 하기 위해서는, 중공사의 투수량을 120～450 mL/m²/hr/㎜Hg으로 설정하면 보다 바람직하다.

제2는 피브릴의 전체 평균면 밀도(ADav), 바꿔 말하면 막 두께부의 단위 면적당 피브릴 개수이다. 피브릴의 전체 평균면 밀도(ADav)는 피브릴의 전체 평균 굵기나 내외의 굵기비에 의한 작용 효과를 높이는 데에 바람직한 인자이다. 전체 평균면 밀도(ADav)가 극단적으로 낮아지면 중공사막으로서의 강도 부족이 현재화되고, 반대로 너무 높으면 막 전체가 치밀화되어 버린다. 극단적인 치밀화는 그래디언트 다공질 구조의 이점을 손상할 뿐만 아니라, 중공사막의 강성이 커져 신도와의 밸런스를 무너뜨릴 수 있다. 따라서, 전체 평균 굵기가 100 ㎚～200 ㎚이고, 피브릴의 전체 평균면 밀도(ADav)를 2～60개/㎛²로 설정해 두면 바람직하고, 5～30개/㎛²로 해두면 보다 바람직하다.

전체 평균면 밀도(ADav)의 측정은, 피브릴 전체 평균 굵기(Tav)의 측정 방법과 마찬가지로 실시한다. 즉, 구조 사진의 전체 평균 굵기(Tav)의 측정 영역에서, 임의의 100개의 굵기 대신에 전체 개수를 센다. 이것을 각 구조 사진에 대해서 총합하고, 측정 영역의 총 면적으로 나눈 것이 전체 평균면 밀도(ADav)이다.

또한, 전자현미경은 초점 심도의 범위 내에서 깊이를 묘사할 수 있기 때문에, 어느 구멍 안에 다른 피브릴이 관찰되는 경우가 있다. 이 깊이는, 본 조건에서는 약 1 ㎛ 미만이기 때문에 편의적으로 동일 평면으로 간주하고, 본 발명에서는 그와 같이 관찰되는 피브릴도 카운트한다. 또한, 구조 사진은 중공사막의 할단면이기 때문에, 할단면을 대략 이차원 방향으로 신장되어 있는 피브릴만이 명확히 관찰되고, Z축 방향의 피브릴은 시야의 이면측이 되거나, 시야측에서 할단되어 있기 때문에 카운트할 수 없다. 그러나, 대략 랜덤으로 삼차원 전개하고 있기 때문에, 그 중 이차원분을 카운트함으로써 충분한 계수적 의미를 갖는다.

다음에, 본 발명의 혈액 처리용 다공질 중공사막의 제조방법에 대해서 설명한다.

제막 원액은, PSf와 PVP를 공통 용매에 용해하는 것에 의해 조정할 수 있다. 공통 용매로서는, 예컨대 디메틸아세트아미드(이하, DMAc), 디메틸설폭시드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 설포란, 디옥산 등의 용매, 또는 상기 2종 이상의 혼합액으로 이루어지는 용매를 들 수 있다. 제막 원액에는 물 등의 첨가물을 가하여도 좋지만, 수분은 제막 원액의 안정성을 손상하는 경향이 있기 때문에, 가능한 한 첨가하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 앞에 기술한 바와 같이 어느 레벨 이상의 신도가 필요하다. 이 점에 대해서는, PSf에 고유의 특성으로서, PES보다 Bis-PSf가 우수한 경향이 있기 때문에, Bis-PSf가 특히 바람직하다.

한편, PSf의 소수성을 완화시키고, 막에 혈액 적합성을 부여하는 목적으로 친수화제도 포함된다. 혈액 처리용 중공사막에 사용할 수 있는 친수화제로서는, PVP, 폴리에틸렌글리콜, 2-메타크릴로일옥시에틸포스포릴콜린(MPC), 폴리글리콜모노에스테르, 전분 및 그 유도체, 카르복시메틸셀룰로오스, 아세트산셀룰로오스 등의 수용성 셀룰로오스 유도체나 이들 조합이 알려져 있지만, PSf와의 친화성이 낮은 친수화제를 이용하면 혈액 처리 내부에 아주 작은 결함을 내재시키게 되고, 결과적으로 신도의 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 또한 친화성이 높아도 친수화 능력이 낮으면 다량의 친수화제를 이용해야 하기 때문에, 역시 신도의 저하를 초래한다. 이 때문에, 본 발명의 중공사막을 얻기 위해서는, PSf와의 높은 친화성과 높은 친수화 능력을 겸비한 친수화제가 필수이고, 이들을 겸비한 친수화제로서 PVP를 이용해야 한다.

여기서, 친수화제로서 이용하는 PVP의 분자량이 낮은 경우, 중공사막을 구성하는 피브릴이 가늘어지는 경향이 있고, 결과로서 중공사막의 인장 신도가 저하되어 버린다. 본 발명의 다공질 중공사막에 있어서, 피브릴의 전체 평균 굵기를 100 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하로 제어하기 위해서는 분자량이 높은 PVP를 사용하는 것이 바람직하고, 일반적으로는 중량 평균 분자량으로 100만 부근의 K80～K90 등급을 이용하는 것이 바람직하다.

제막 원액중의 PSf 농도는, 제막할 수 있으며, 얻어진 막이 투과막으로서의 성능을 갖는 농도의 범위이면 특별히 제한되지 않고, 5 중량%～35 중량%, 바람직하게는 10 중량%～30 중량%이다. 높은 투수 성능을 달성하는 경우에는 폴리머 농도는 낮은 편이 좋고, 10 중량%～25 중량%이 바람직하다. PVP 농도는 PSf에 대한 PVP의 혼화 비율이 27 중량% 이하, 바람직하게는 18 중량%～27 중량%, 더 바람직하게는 20 중량%～27 중량%가 되도록 조정한다. PSf에 대한 PVP의 혼화 비율이 27 중량%를 초과하면 용출량이 증가하는 경향이 있고, 또한 18 중량% 미만에서는 막 내표면의 PVP 농도가 저하되며, 환자의 혈액중의 백혈구 농도가 급격히 저하되는 로이코페니아 증상이 관찰되기 때문에 바람직하지 않다.

다음에, 튜브-인-오리피스형의 방사 구금을 이용하고, 이 방사 구금의 오리피스로부터 제막 원액을, 튜브로부터 이 제막 원액을 응고시키기 위한 중공내액과 동시에 공중에 토출시킨다. 중공내액은 물, 또는 물을 주체로 한 응고액을 사용할 수 있고, 일반적으로는 제막 원액에 사용한 용제와 물의 혼합 용액이 적합하게 사용된다. 예컨대 20 중량%～60 중량%의 DMAc 수용액 등이 이용된다. 이 때, 원액 토출량과 중공내액 토출량을 조정함으로써 중공사막의 내경과 막 두께를 원하는 값으로 조정할 수 있다. 중공사막의 내경은, 혈액 처리 용도에서는 170 ㎛～250 ㎛이면 좋고, 바람직하게는 180 ㎛～200 ㎛이다. 막 두께는 너무 두꺼우면 투과막으로서의 물질 이동 저항이 크고 저분자량 물질의 확산 제거의 효율이 저하된다. 이 때문에 본 발명의 중공사막의 막 두께는 40 ㎛ 미만이어야 한다.

방사 구금으로부터 중공내액과 함께 토출된 제막 원액은, 에어갭부를 주행시켜, 방사 구금 하부에 설치한 물을 주체로 하는 응고욕중에 도입하고, 일정 시간 침지하여 응고를 완료시킨다. 소위 건습식 방사법이다. 에어갭이란, 방사 구금과 응고욕 사이의 공간을 의미한다. 제막 원액은 방사 구금으로부터 동시에 토출된 중공내액중의 빈용매 성분에 의해, 내표면측으로부터 응고가 시작하고, 에어갭부를 주행중에 그 응고가 외측을 향해 진행한다. 중공내액측으로부터 공급되는 빈용매는, 주로 확산에 의해 제막 원액중에 침투하고 중공사막의 구조를 형성시켜 가지만, 외측으로 감에 따라 빈용매의 농도는 희박해져 간다. 따라서, 상대적으로 외표면측의 응고 속도는 내표면측에 비해 천천히 진행한다. 에어갭부에서의 주행시간이 길어지면, 이러한 외표면측의 느린 응고가 진행되고, 피브릴 구조가 굵게 성장하여 버린다. 반대로, 에어갭부에서의 주행 시간이 짧아지면, 중공내액측으로부터 공급되는 빈용매가 외표면측까지 충분히 확산되지 않는 채 응고욕에 침지되고, 미응고 외표면측은 빈용매인 물을 주체로 하는 응고욕액에 의한 급격한 응고가 발생하며, 구멍의 형성이 저해되고, 결과적으로 외표면측의 피브릴의 구조도 굵은 것이 된다.

본 발명에서는 특히, 막 두께부에서, 외측 평균 굵기(To)와 내측 평균 굵기(Ti)의 비(To/Ti)가 2 이하가 되도록 피브릴을 배치하는 것이 중요하지만, 이러한 막 구조를 실현하기 위해, 이하의 식 (3)에 나타내는 관계식에 따라서 에어갭 길이, 방사 속도 및 중공사막 두께를 제어하면 바람직한 것을 발견했다.

-0.18≤H/V-M/46.6≤0.18 식 (3)

여기서, H는 에어갭 길이(m), V는 방사 속도(m/초), M은 중공사막 두께(㎛)이다.

H/V는 에어갭부에서의 주행 시간을 나타내고, M/46.6은 중공내액의 침투 속도를 의미한다. H/V-M/46.6으로써, 에어갭부에서의 제막 원액의 응고 밸런스를 의미하고, 상기와 같은 피브릴을 배치하는 관계식이다. 식 (3)에서 0.18보다 큰 값을 취하는 케이스는, 방사 속도가 늦고 에어갭부에서의 주행 시간이 길어져 느린 응고가 진행되어 피브릴 구조가 굵어지는 경우나, 막 두께가 얇고 중공내액의 침투가 비교적 빠르게 진행되어 피브릴 구조가 굵어지는 경우가 있다. 한편, -0.18보다 작은 값을 취하는 케이스는 에어갭 길이가 짧고 에어갭부 주행 시간이 짧으며 순간적으로 응고욕에 침지되어 외표면측의 피브릴 구조가 굵어지는 경우나, 막 두께가 두텁게 중공내액측으로부터 공급되는 빈용매가 외표면측까지 충분히 확산되지 않는 채 응고욕에 침지되게 되어 피브릴의 구조가 굵어지는 경우가 있다.

피브릴 개수는, 제막 원액 종류나 토출량이 일정하면 피브릴 굵기에 음의 상관을 나타낸다. 피브릴 구조가 굵어지면 개수는 적어지는 경향을 나타낸다.

응고욕에서의 침지를 끝낸 중공사막은, 이어서 열수 등에 의한 세정에 의해 중공사막에 잔류하고 있는 용매를 제거한 후, 연속적으로 건조기 안에 유도하고, 열풍 등에 의해 건조한 중공사막을 얻을 수 있다. 중공사막을 절단하지 않고 연속적으로 건조하는 경우는, 중공사막의 외표면으로부터 건조가 진행되어 가기 때문에, 내표면측에 비해 강한 열이력을 받게 된다. 이 원리를 이용하여, 막 두께 방향 외측의 피브릴만을 특이적으로 수축시켜 굵기를 보다 가늘게 조정하는 것이 가능하다. 이 때, 건조에 이용하는 열풍의 온도는 150℃ 내지 180℃의 범위 내가 바람직하다. 단, 이러한 고온에서는 중공사막 전체의 피브릴의 수축이나 연화를 막아야 하고, 단시간에서의 고속 건조가 필요해진다. 바람직하게는 60초 이내에 건조를 종료시킴으로써 외표면측의 피브릴 굵기를 수축에 의해 조정하는 것이 가능하다. 이 때, 중공사막의 이동 방향과 향류가 되도록 열풍을 부여하는 것이 건조 효율의 점에서는 효율적이지만, 본 발명과 같은 미세한 피브릴 구조를 제어하기에는, 급속한 수축을 완화하는 목적으로 향류와 병류를 교대로 부여하면 바람직하다. 피브릴의 굵기는, 방출부 뿐만 아니라 이러한 건조 방법을 병용하는 것에 의해서도 제어되지만, 이것에 의해, 전체 평균 굵기와 내외 굵기비 양쪽 모두를 제어할 수 있다.

이상의 공정을 경유하여 얻어진 혈액 처리용 다공질 중공사막은, 원하는 막 면적이 되도록, 길이와 개수를 조정한 다발로서 모듈 제조 공정에 제공된다. 이 공정에서는, 측면의 양단부 부근에 2개의 노즐(투석액의 입구 및 출구 노즐)을 갖는 통형상 용기에 충전되고, 양단부가 우레탄 수지로 포매된다. 손이나 기계에 의해 이들을 조작할 때, 중공사막에 대하여 많은 인장?굴곡?압축 작용이 작용하고, 특히 다발 외주 부근의 중공사막의 기계적 손상을 초래하기 쉽다. 이들 기계적인 변형을 흡수하고, 응력을 완화시키기 위해서는 어느 정도 이상의 신도가 필요해지지만, 본 발명의 다공질 중공사막은 소재의 선택과 막 구조(피브릴 굵기, 분포)의 최적화에 의해, 충분한 신도를 확보하고 있는 것은 이미 기술했다.

다음에 경화된 우레탄 부분을 절단하여 중공사막이 개구된 단부에 가공한다. 이 양단부에, 액체 도입(도출)용 노즐(혈액측 노즐)을 갖는 헤더캡을 장전하여 혈액 처리기 형상으로 조립한다. 이어서, 방사선 멸균이나 전자선 멸균 등을 경유하여, 혈액 처리기로서 완성된다.

[실시예]

이하에 실시예를 나타내어, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다. 처음에, 중공사막 또는 혈액 처리기의 평가 방법에 대해서 설명한다.

[중공사막의 신도]

실온 20℃～25℃, 습도 55 RH%～60 RH%의 실내에서, 인장 시험기(시마즈 제작소제, EZ Test series)의 측정부에, 건조한 20 ㎝의 중공사막 하나를, 척을 이용하여 고정한다. 30 ㎝/분의 속도로 인장하고, 파단했을 때의 신장을, 측정 전의 중공사막의 길이인 20 ㎝로 나눠 100을 곱한 값을 신도(%)로 한다.

[중공사막의 내충격성(누설 시험)]

혈액 처리기의 운반시의 동요를 상정한 시험으로서, 모든 노즐에 폴리프로필렌제 경질 마개를 부착한 혈액 처리기로써 낙하 시험을 실시한다. 혈액측을 밀폐 상태인 채로 중공 외부(비혈액측)에 물을 충전하고, 다시 밀폐한 후, 양쪽 헤더를 상하 방향으로 한 상태에서, 높이 75 ㎝에서 낙하시키는 것에 의해 충격을 가한다. 낙하 후에 중공사막의 누설 시험을 하여, 누설이 발생할 때까지, 또는 총 횟수가 10회 도달할 때까지 낙하?누설 시험을 반복한다. 이 조건으로는 중공 내부가 쿠션이 될 수 있는 물로 채워져 있지 않아, 낙하시의 물의 동요에 의해 막이 보다 손상되기 쉽기 때문에, 심한 동요를 상정한 과혹 시험에 상당한다.

중공사막의 누설 시험은, 상기한 혈액 처리기에 물을 충전하고, 통형상 용기의 2개의 노즐이 위를 향하도록 고정한 상태에서 이들 노즐을 개방하고, 한 쪽 헤더의 노즐로부터 0.15 MPa의 압축 공기로 더 가압한다(이 때, 반대측의 헤더 노즐은 폐지). 30초 관찰하고, 그 사이에 용기 안에 공기의 누설이 없는 상태를 누설 없음, 공기의 누설이 있는 상태를 누설 있음(NG)으로 판정한다.

[중공사막의 투수량]

중공사막을 샘플링하여 유효 길이 18 ㎝의 미니 모듈을 제작하지만, 중공사막은 습윤 상태라도 건조 상태라도 상관없다. 제작한 미니 모듈은 측정 전의 1시간, 37±0.5℃로 온도 조절한 순수에 침지한다. 37±0.5℃로 온도 조절한 순수를 통액하면서, 막간 압력 차 200 ㎜Hg에서 중공사막을 투과하는 수량을 측정한다.

[혈액 처리기의 우혈장계에서의 투과 성능]

우혈장을 이용한 클리어런스 측정은, 일본 투석의학회가 정한 혈액 정화기의 성능 평가법(사토 다케시, 외: 투석회지 1996년 29권 p1231～1245, 가와구치 요시히토, 외: 투석회지 1999년 32권 p1465～1469)에 따라, 혈액측 입구 유량 QBin=200 mL/분, 투석액측 입구 유량 QDin=500 mL/분, 여과액 유량 QF=10 mL/분/m²에서, 요소 및 β₂-마이크로글로불린의 클리어런스를 측정한다.

알부민 누출량에 대해서는, QBin=200 mL/분, QDin=500 mL/분, QF=0 mL/분의 조건으로 하여, 혈액측에는 총 단백 농도 6.5±0.5 g/dL의 우혈장 2 L를, 투석액측에는 투석액 5 L를 함께 순환하고, 1시간 순환 후의 투석액을 채취한다. 투석액중의 알부민 농도를 CBB법(PIERCE사제 Coomassie Plus Protein Assay Reagent)으로 분석하고, 1시간 순환중에 투석액중에 누출된 알부민량을 알부민 누출량으로 한다.

실시예 1

Bis-PSf(솔베이사제, P-1700) 17 중량부, PVP(ISP사제, K-90) 4 중량부, DMAc(키시다화학, 시약 특급) 79 중량부로 이루어지는 제막 원액을 작성했다. 중공내액에는 DMAC 60 중량% 수용액을 이용하여, 슬릿 폭 50 ㎛의 방사 구금으로부터 토출시켰다. 이 때, 토출시의 제막 원액의 온도는 40℃였다. 토출한 원액을 후드로 덮은 낙하부를 경유하여 물로 이루어지는 60℃의 응고욕에 침지하여 응고시켰다. 그 때에, 에어갭 길이를 400 ㎜, 방사 속도 30 m/분으로 했다. 수세, 건조를 하여 혈액 처리막을 얻었다. 여기서 건조 온도는 160℃, 건조 시간은 100초이고, 건조 후의 막 두께를 35 ㎛, 내경을 185 ㎛에 맞추도록 제막 원액, 중공내액의 토출량을 조정하였다(이하의 실시예, 비교예도 마찬가지로 막 두께, 내경을 조정). 이 방사 조건에서, H/V-T/4=0.05였다. 얻어진 중공사막으로부터 유효막 면적 1.5 m²의 혈액 처리기(인공 신장)를 조합하였다.

이하의 실시예 및 비교예도 합쳐, 얻어진 중공사막의 막 두께, Tav, Ti, To, To/Ti, ADav, 신도, 요소 클리어런스(Urea CL), β₂-마이크로글로불린 클리어런스(β₂ MG CL), 알부민 누출량(Alb 누출량), 투수량을 표 1에 나타낸다. 내충격성 시험을 총 횟수 10회 실시했지만, 누설은 보이지 않았다.

실시예 2

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에 있어서, H/V-T/4=0.06이었다. 내충격성 시험을 총 횟수 10회 실시했지만, 누설은 보이지 않았다.

실시예 3

중공내액에 DMAC 20 중량% 수용액을 이용하여, 건조 후의 막 두께를 40 ㎛, 내경을 185 ㎛에 맞추도록 제막 원액, 중공내액의 토출량을 조정한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=-0.05였다. 내충격성 시험을 총 횟수 10회 실시했지만, 누설은 보이지 않았다.

실시예 4

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용하여, 에어갭 길이를 200 ㎜, 방사 속도 21 m/분으로 한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=-0.17이었다.

실시예 5

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용하여, 에어갭 길이를 600 ㎜, 방사 속도 39 m/분으로 한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=0.17이었다.

실시예 6

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용하여, 에어갭 길이를 200 ㎜, 방사 속도 25 m/분으로 하고, 건조 후의 막 두께를 25 ㎛, 내경을 185 ㎛에 맞추도록 제막 원액, 중공내액의 토출량을 조정한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=-0.05였다.

실시예 7

PES(스미토모화학사제, 스미카엑셀 4800P) 17 중량부, PVP(ISP사제, K-90) 4 중량부, DMAc(키시다 화학, 시약 특급) 79 중량부로 이루어지는 제막 원액을 작성했다. 중공내액에는 DMAC 30 중량% 수용액을 이용하여, 슬릿 폭 50 ㎛의 방사 구금으로부터 토출시켰다. 이 때, 토출시의 제막 원액의 온도는 40℃였다. 토출한 원액을 후드로 덮은 낙하부를 경유하여 물로 이루어지는 60℃의 응고욕에 침지하여 응고시켰다. 그 때에, 에어갭 길이를 400 ㎜, 방사 속도 30 m/분으로 했다. 수세, 건조를 하여 혈액 처리막을 얻었다. 여기서 건조 온도는 160℃, 건조 시간은 100초이며, 건조 후의 막 두께를 35 ㎛, 내경을 185 ㎛에 맞추도록 제막 원액, 중공내액의 토출량을 조정했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=0.04였다. 얻어진 중공사막으로부터 유효막 면적 1.5 m²의 혈액 처리기(인공 신장)를 조합하였다.

[비교예 1]

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용하여, 방사 속도 25 m/분으로 한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에 있어서, H/V-T/4=0.20이었다.

[비교예 2]

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용하여, 방사 속도 45 m/분으로 한 것 이외는, 실시예 1와 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=-0.21였다.

[비교예 3]

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용하여, 건조 온도를 120℃로 한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=0.05였다.

[비교예 4]

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용하여, 건조 시간을 250초로 한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=0.04였다.

[비교예 5]

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용하여, 건조 온도를 190℃로 한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=0.06이었다.

[비교예 6]

중공내액에 DMAC 50 중량% 수용액을 이용하여, 건조 후의 막 두께를 45 ㎛, 내경을 185 ㎛에 맞추도록 제막 원액, 중공내액의 토출량을 조정한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법을 실시했다. 이 방사 조건에 있어서, H/V-T/4=-0.16이었다.

[비교예 7]

PES(스미토모화학사제, 스미카엑셀 4800P) 17 중량부, PVP(ISP사제, K-90) 4 중량부, DMAc(키시다 화학, 시약 특급) 79 중량부로 이루어지는 제막 원액을 작성했다. 중공내액에는 DMAC 30 중량% 수용액을 이용하여, 슬릿 폭 50 ㎛의 방사 구금으로부터 토출시켰다. 이 때, 토출시의 제막 원액의 온도는 40℃였다. 토출한 원액을 후드로 덮은 낙하부를 경유하여 물로 이루어지는 60℃의 응고욕에 침지하여 응고시켰다. 이 때에, 에어갭 길이를 200 ㎜, 방사 속도 30 m/분으로 했다. 수세, 건조를 하여 혈액 처리막을 얻었다. 여기서 건조 온도는 160℃, 건조 시간은 100초이고, 건조 후의 막 두께를 35 ㎛, 내경을 185 ㎛에 맞추도록 제막 원액, 중공내액의 토출량을 조정했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=-0.35였다. 얻어진 중공사막으로부터 유효막 면적 1.5 m²의 혈액 처리기(인공 신장)를 조립하였다.

[비교예 8]

PES(스미토모화학사제, 스미카엑셀 4800P) 17 중량부, PVP(ISP사제, K-90) 0.8 중량부, PVP(ISP사제, K-30) 3.2 중량부, DMAc(키시다 화학, 시약 특급) 79 중량부로 이루어지는 제막 원액을 작성했다. 중공내액에는 DMAC 30 중량% 수용액을 이용하여, 슬릿 폭 50 ㎛의 방사 구금으로부터 토출시켰다. 이 때, 토출시의 제막 원액의 온도는 40℃였다. 토출한 원액을 후드로 덮은 낙하부를 경유하여 물로 이루어지는 60℃의 응고욕에 침지하여 응고시켰다. 그 때에, 에어갭 길이를 200 ㎜, 방사 속도 30 m/분으로 하였다. 수세, 건조를 하여 혈액 처리막을 얻었다. 여기서 건조 온도는 160℃, 건조 시간은 100초이고, 건조 후의 막 두께를 30 ㎛, 내경을 185 ㎛에 맞추도록 제막 원액, 중공내액의 토출량을 조정했다. 이 방사 조건에서, H/V-T/4=-0.25였다. 얻어진 중공사막으로부터 유효막 면적 1.5 m²의 혈액 처리기(인공신장)를 조립하였다.

표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 전체 평균 굵기(Tav)가 100 ㎚～200 ㎚의 피브릴이, 막 두께 방향의 외측 평균 굵기(To)와 내측 평균 굵기(Ti)의 비(To/Ti)가 2 이하가 되도록 배치되어 이루어지는 중공사막은, 막 두께가 40 ㎛를 하회하는 박막이어도 신도가 50% 이상으로 높고, 가혹한 조건을 상정한 누설 시험이어도 높은 내충격성을 나타내고 있다. 특히 Bis-PSf에 있어서는 그 경향이 현저하고, 동일한 PSf여도 폴리머 고유의 기계적 물성의 영향이 확인된다. 또한, 분획성의 지표값도 100을 충분히 초과하는 높은 분획성을 나타내고 있다.

또한, 표 2에서, 피브릴의 내외 굵기비(To/Ti)가 1을 약간 하회하고, 일견하여 균일성이 높다고 생각되는 예가 있지만(비교예 4 및 5), 이것은 과잉 건조 수축에 결과이고, 그 열이력의 영향으로부터인지, 신도와 분획성 모두에 지장이 생기고 있다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명의 혈액 처리용 다공질 중공사막은, 투석 요법에 있어서 이용될 때에 중공사막이 기계적 파손을 받는 리스크가 낮으며, 요독 물질과 유용 단백의 분획성이 우수하기 때문에, 혈액 투석 등의 체외 순환 요법에 있어서, 안전하고 효과적으로 이용된다.

1: 1 커트째, 2: 2 커트째, 3: 3 커트째, 4: 피브릴, 5: 접합부, 6: 구멍, 7: 피브릴 굵기

Claims

폴리술폰계 폴리머와 폴리비닐피롤리돈을 포함하고, 막 두께 방향의 내표면부터 외표면까지 구멍 직경이 확대되는 그래디언트 다공질 구조를 이루는 혈액 처리용 다공질 중공사막에 있어서, 상기 다공질 구조는 막 두께가 25 ㎛ 이상 40 ㎛ 미만이고 전체 평균 굵기가 100 ㎚～200 ㎚의 피브릴이, 막 두께 방향의 외측 평균 굵기(To)와 내측 평균 굵기(Ti)의 비(To/Ti)가 1 이상 2 이하가 되도록 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈액 처리용 다공질 중공사막.
제1항에 있어서, 상기 피브릴의 전체 평균면 밀도(ADav)가 2～60개/㎛²인 것인 혈액 처리용 다공질 중공사막.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중공사막은 투수량이 5～450 mL/m²/hr/㎜Hg인 것인 혈액 처리용 다공질 중공사막.
제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리술폰계 폴리머가 비스페놀형 폴리술폰인 것인 혈액 처리용 다공질 중공사막.
제1항 또는 제2항에 기재된 다공질 중공사막이 통형상 용기에 충전되고, 상기 통형상 용기의 양단부가 수지 포매 후에 중공사막의 개구 단부에 가공된 후, 상기 양단부에 액체의 도입 또는 도출용 노즐을 갖는 헤더캡이 장전되어 이루어지는 혈액 처리기.