特開 2023-142605 浄化カラム

(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】

【特許文献1】国際公開第２０１８／１３９２４５号

【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／ｍ^３）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２．８３ｍｍ^２、Ｓ２は２．３７ｍｍ^２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２．８３ｍｍ^２で、Ｓ２は０．００でｍｍ^２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】

【表1】

【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。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明の浄化カラムは、水又は血液等の浄化に用いることができる。

【符号の説明】

【0046】

１００ 浄化カラム
１０１ ケース
１０２ 担体
１０３ ヘッダー
１０４ 流入口
１０５ 流出口
１０６ フィルター
２００ 空間Ａ
２０１ 空間Ａ１
２０２ 空間Ａ２
２０３ ケースの最端部
２０４ 端面
２０５ テーパー部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】