(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023142605
(43)【公開日】2023-10-05
(54)【発明の名称】浄化カラム
(51)【国際特許分類】
A61M 1/34 20060101AFI20230928BHJP
【FI】
A61M1/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022049575
(22)【出願日】2022-03-25
(71)【出願人】
【識別番号】000003159
【氏名又は名称】東レ株式会社
(72)【発明者】
【氏名】坪井 拓也
(72)【発明者】
【氏名】宮本 大樹
【テーマコード(参考)】
4C077
【Fターム(参考)】
4C077AA05
4C077BB02
4C077CC04
4C077JJ03
4C077JJ16
4C077KK15
(57)【要約】
【課題】本発明は、ケースの端部、担体の外表面、及び、ヘッダーの内表面、で分画される所定の空間における被処理流体の滞留部が極小化された、効率性かつ安全性の高い浄化カラムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、外側に向けて直径が拡大するテーパー部が端部に設けられた、円筒状のケースと、該ケース内部に充填され、その一部が該ケースの端面から延出した、担体と、上記ケースの端部と、上記延出した担体とを覆う、ヘッダーと、を備え、上記ケースの端部、上記担体の外表面、並びに、上記ヘッダーの内表面、で分画される、空間Aを有し、該空間Aは、上記ケースの端面を境界として空間A1と空間A2とに区分される、浄化カラムを提供する。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外側に向けて直径が拡大するテーパー部が端部に設けられた、円筒状のケースと、
該ケース内部に充填され、その一部が該ケースの端面から延出した、担体と、
前記ケースの端部と、前記延出した担体とを覆う、ヘッダーと、を備え、
前記ケースの端部、前記担体の外表面、及び、前記ヘッダーの内表面、で分画される、空間Aを有し、
該空間Aは、上記ケースの端面を境界として空間A1と空間A2とに区分される、浄化カラム。
【請求項2】
前記ケースの軸方向における長さをLh、
前記ケースの軸方向における前記テーパー部の幅をW、としたときに、
W/Lh≦0.5
の関係を満たす、請求項1記載の浄化カラム。
【請求項3】
前記テーパー部と、前記担体の外表面とがなす角度αが、90°未満である、請求項1又は2記載の浄化カラム。
【請求項4】
前記ケースの端面における前記空間Aの幅をX、
前記ケースの端面における前記ケースの最端部の幅をY、としたときに、
1≦X/Y≦200
の関係を満たす、請求項1~3のいずれか一項記載の浄化カラム。
【請求項5】
前記ケースの軸方向における前記空間A1の断面積をS1、
前記ケースの軸方向における前記空間A2の断面積をS2、としたときに、
S2<S1
の関係を満たす、請求項1~4のいずれか一項記載の浄化カラム。
【請求項6】
前記空間Aの総容量をVA、
前記担体の総体積をVC、としたときに、
VA/VC≦0.30
の関係を満たす、請求項1~5のいずれか一項記載の浄化カラム。
【請求項7】
前記担体が、複数の糸を束ねた糸束である、請求項1~6のいずれか一項記載の浄化カラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、浄化カラムに関する。
【背景技術】
【0002】
浄化カラムは、担体の特性を利用して、被処理流体中の対象物質を除去するために用いられる。浄化カラムは一般的に上記の担体以外に、円筒状のケースと、該ケースの端部に配置されるヘッダーと、からなる。
【0003】
担体としては中実又は中空の多孔質繊維、すなわち、中実糸や中空糸が選択されることが多いが、これら多孔質繊維を束にしてケースの内部に高密に充填する場合には、ケースの軸方向の長さよりも長い多孔質繊維を束にしてケース内に挿入し、その後、ケースの端面から延出した余剰の多孔質繊維をカットする手法が通常である。しかしケースの破損等を回避するためには、多孔質繊維の束、つまり担体がケースの端面から一切延出しないようにカットをすることは不可能であり、ケースの端面から多少の担体が延出した状態となる。
【0004】
この場合ヘッダーは、ケースの端部と、多少延出した担体と、の双方を覆うように配置されるが、その配置の際に担体を押し潰すこと等が無いよう、担体よりも大きめの、若干の余裕ある内径に設計されることが通常である。
【0005】
上記のようにケース端部から延出した担体、及び、大きめに設計されたヘッダーを備える浄化カラムが構成された結果として、該浄化カラムは、ケースの端部、担体の外表面、及び、ヘッダーの内表面、で分画される、所定の空間を有することとなる。
【0006】
例えば特許文献1には、このような空間を有する浄化カラムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら上記のように形成された空間では、被処理流体の滞留部が生じ、例えば被処理流体が血液である場合には滞留部での凝固が懸念される等、浄化カラムが奏する浄化作用に悪影響を与えかねないのが現状であった。
【0009】
そこで本発明は、上記空間における被処理流体の滞留部が極小化された、効率性かつ安全性の高い浄化カラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明は、外側に向けて直径が拡大するテーパー部が端部に設けられた、円筒状のケースと、該ケース内部に充填され、その一部が該ケースの端面から延出した、担体と、上記ケースの端部と、上記延出した担体とを覆う、ヘッダーと、を備え、上記ケースの端部、上記担体の外表面、並びに、上記ヘッダーの内表面、で分画される、空間Aを有し、該空間Aは、上記ケースの端面を境界として空間A1と空間A2とに区分される、浄化カラムを提供する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、極めて簡便な構造により浄化カラム内部に形成される空間の形状を好適化することができ、その結果として、信頼性及び安全性等が顕著に向上した浄化カラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】本発明の浄化カラムの一実施形態を例示する縦断面図である。
【
図2】
図1の浄化カラムが有する空間Aの周辺を示す部分縦断面図である。
【
図3】
図1の浄化カラムが備えるケースと担体とのみを示す部分縦断面図である。
【
図4】本発明の浄化カラムが備えるケースに設けられた、テーパー部の複数例を示す部分縦断面図である。
【
図5】本発明の浄化カラムが備えるケースの最端部の複数例を示す部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の浄化カラムは、外側に向けて直径が拡大するテーパー部が端部に設けられた、円筒状のケースを備えることを必要とする。
【0014】
円筒状のケースの端部にテーパー部を設ける方法としては、例えば、円筒状のパイプ端部の切削、又は、円筒状のケースの射出成形が挙げられる。テーパー部は円筒状のケースの両端に設けても構わないし、方端に設けても構わない。テーパー部が両端に設けられた場合、その形状は相互に異なっていても構わないし、同一であっても構わない。
【0015】
円筒状のケースの材質としては、例えば、樹脂又は金属が挙げられる。中でも本発明の浄化カラムの被処理流体が血液である場合には、使い捨てとなるため樹脂が好ましい。樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル又はアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)が挙げられる。
【0016】
本発明の浄化カラムは、上記ケース内部に充填され、その一部が該ケースの端面から延出した、担体を備えることを必要とする。
【0017】
ここで「ケースの端面」とは、上記ケースの最端部における、ケースの軸方向に対し垂直な方向の面をいう。
【0018】
円筒状のケース内部に充填される担体としては、例えば、複数の糸を束ねた糸束、又は、複数のビーズが挙げられるが、大きな表面積を確保でき、かつ流路抵抗が制御し易い、糸束が好ましく、多孔質繊維を束ねた糸束がより好ましい。
【0019】
担体となる糸束を構成する糸、又は、ビーズの材質としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリールエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリスルチレン、ポリカーボネート、セルロース、セルローストリアセテート又はエチレン-ビニルアルコール共重合体が挙げられる。中でも本発明の浄化カラムの被処理流体が血液である場合には、タンパク質の吸着特性を有する、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル又はセルロースが好ましい。なお糸の形態としては、中空糸若しくは中実糸又はその組み合わせ(混合)のいずれも構わない。
【0020】
担体となる糸束を構成する糸の径(中空糸の場合は糸内径、中実糸の場合は糸外径)は、浄化性能を維持しつつ製造時の破損等を回避するため、10~1000μmが好ましく、20~400μmがより好ましく、50~190μmがさらに好ましい。
【0021】
本発明の浄化カラムは、上記ケースの端部と、上記延出した担体とを覆う、ヘッダーを備えることを必要とする。
【0022】
ヘッダーは、ケースの端部と、延出した担体との双方を覆うように配置されるが、その際に担体を押し潰すこと等が無いよう、担体よりも大きな内径に設計される。ヘッダーの材質としては、円筒状のケースと同様のものが好ましい。
【0023】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0024】
図1は、本発明の浄化カラムの一実施形態を例示する縦断面図である。浄化カラム100は、円筒形状のケース101と、ケース101の内部に充填され、その一部が該ケースの端面から延出した、担体102と、ケース101の両端部と、それぞれ延出した担体102とを覆う、二個のヘッダー103とを備えており、各々のヘッダー103には、浄化カラムの内部に通じる連通口が設けられている。浄化カラムの使用方法は特に限定されないが、例えば、一方の連通口を被処理流体の流入口104とし、また他方の連通口を被処理流体の流出口105とすることができる。さらに浄化カラム100は、担体102の流出を防止するためのフィルター106を備える。
【0025】
ケース101とヘッダー103とは、気密性が保たれるように互いに接合されることが好ましい。ケース101とヘッダー103との接合の手段としては、例えば、ねじ込み、超音波溶着による融着、接着剤を用いた接着、又は、それらの組み合わせが挙げられるが、簡易な超音波融着が好ましい。なお気密性を高めるため、ケース101とヘッダー103との間にOリングなどの弾性体を配置しても構わない。
【0026】
図2は、
図1の浄化カラムが有する空間Aの周辺を示す部分縦断面図である。ケース101の端部には、外側に向けて直径が拡大するテーパー部205が設けられている。また
図2中の破線は、ケース101の端面を表す。
【0027】
この浄化カラムは、ケース101の端部と、ケース101の端面204から延出した担体102の外表面と、ヘッダー103との外表面と、によって分画された、空間A(200)を有する。
【0028】
本発明の浄化カラムが有する空間Aは、上記ケースの端面を境界として空間A1と空間A2とに区分される。
図2における空間A(200)は、ケース101の端面204を境界として、空間A1(201)と空間A2(202)とに区分される。
【0029】
本発明の浄化カラムは、上記ケースの軸方向における前記空間A1の断面積をS1、上記ケースの軸方向における前記空間A2の断面積をS2、としたときに、下記式(1)の関係を満たすことが好ましい。
S2<S1 ・・・ (1)
S1がS2より大きいことで、被処理流体を担体に効率的に接触させつつ、空間A内に発生する被処理流体の滞留部を抑制することができる。
【0030】
本発明の浄化カラムは、ケースの軸方向における長さをLh、上記ケースの軸方向における前記テーパー部の幅をW、としたときに、下記式(2)の関係を満たすことが好ましい。
W/Lh≦0.5 ・・・ (2)
図3は、
図1の浄化カラムが備えるケースと担体とのみを示す部分縦断面図である。W/Lhが0.5以下であることで、ケースの軸方向に対し垂直な方向における被処理流体の分散が適度なものとなる。W/Lhの値は、0.3以下がより好ましく、0.1以下がより好ましい。
【0031】
本発明の浄化カラムは、テーパー部と、前記担体の外表面とがなす角度αが、90°未満であることが好ましい。
【0032】
図4は、本発明の浄化カラムが備えるケースに設けられた、テーパー部の複数例を示す部分縦断面図である。テーパー部205の形状は特に限定されないが、空間A2を小さくするため、
図4-Aに示すように連続的に直径が拡大するものが好ましい。なお角度αは、空間A内に発生する被処理流体の滞留部を抑制するため65°以下がより好ましく、59°以下がさらに好ましく、45°以下が特に好ましい。
【0033】
本発明の浄化カラムは、上記ケースの端面における上記空間Aの幅をX、上記ケースの端面における上記ケースの最端部の幅をY、としたときに、下記式(3)の関係を満たすことが好ましい。
1≦X/Y≦200 ・・・ (3)
図5は、本発明の浄化カラムが備えるケースの最端部の複数例を示す部分縦断面図である。ケースの最端部203の形状は特に限定されないが、必要な強度を確保するため、
図5-Aに示すように、ケースの端面において一定の幅Yを有することが好ましい。なおX/Yの値は、空間A内に発生する被処理流体の滞留部を抑制するため3~100がより好ましく、5~20がさらに好ましい。
【0034】
本発明の浄化カラムは、プライミングボリューム低減の観点から、上記空間Aの総容量をVA、上記担体の総体積をVC、としたときに、下記式(4)の関係を満たすことが好ましい。
VA/VC≦0.30 ・・・ (4)
VA/VCの値は、0.10以下がより好ましく、0.03以下がより好ましい。
【0035】
本発明の浄化カラムの被処理流体が血液である場合の除去対象物質としては、例えば、サイトカイン、エンドトキシン、β2-ミクログロブリン又は白血球等が挙げられる。
【実施例0036】
[実施例1]
3次元モデリングソフト“SOLIDWORKS”(登録商標;DASSAULT SYSTEMES社製)を用いて、
図1に示されるような本発明の浄化カラムの3Dモデルを作成した。この3Dモデルにおいてケースの軸方向における担体の長さLaは67.2mm、Lhは55mm、ケースの内径φDhは67mm、Wは4.5mm、Xは0.71mm、Yは0.7mmであり、αは4.8°であった。またS1は2.83mm
2、S2は0.42mm
2であった。
【0037】
作成した3Dモデルについて、数値流体解析ソフト“STAR CCM+”(登録商標;SIEMENS社製)を用いて流体解析を行った。血液相当(粘度0.005Pa・s、密度1050kg/m3)の流体(被処理流体)が流入口から100mm/sで流入する解析条件で、供給側のケースの端面を底面として供給側方向に高さ0.5mmの測定領域を設け、測定領域内における被処理流体の滞留時間(測定領域において被処理流体が完全に置き換わる時間)を測定した。結果を表1に示す。
【0038】
[実施例2]
3次元モデリングソフトを用いて、別の本発明の浄化カラムの3Dモデルを作成した。この3DモデルにおけるLaは67.2mm、Lhは55mm、φDhは68mm、Wは4.5mm、Xは1.23mm、Yは0.15mmであり、αは12.9°であった。またS1は2.83mm2、S2は2.37mm2であった。
【0039】
作成した3Dモデルについて、実施例1と同様に、測定領域内における滞留時間を測定した。結果を表1に示す。
【0040】
[比較例1]
3次元モデリングソフトを用いて、端部にテーパー部が設けられていない円筒状のケースを備える浄化カラムの3Dモデルを作成した。この3DモデルにおけるLaは67.2mm、Lhは55mm、φDhは65.6mm、Xは1.38mmであった。また、断面積S1は2.83mm2で、S2は0.00でmm2あった(空間A2は存在せず)。
【0041】
作成した3Dモデルについて、実施例1と同様に、測定領域内における滞留時間を測定した。結果を表1に示す。
【0042】
【0043】
実施例1と比較例1との結果の比較から、浄化カラムが備える円筒状のケースの端部に、外側に向けて直径が拡大されるテーパー部が設けられることで、空間Aにおける滞留時間が46%低減されたことが分かる。これはテーパー部の存在でケースの端部の幅Yを減少させることで、空間A内に発生する被処理流体の滞留部が減少したためであると考えられる。
【0044】
また、実施例2と実施例1との結果から、角度αをより大きくし、ケースの端部の幅Yをより小さくすることで、空間Aにおける滞留時間がさら低減されたことが分かる。これは角度αを大きくすることで被処理流体の滞留部がさらに減少したためであると考えられる。