DE69212714T2

DE69212714T2 - Verfahren zur Bestimmung der Virusentfernungsfähigkeit einer durchlässigen Polymermembran

Info

Publication number: DE69212714T2
Application number: DE69212714T
Authority: DE
Inventors: Seiichi Manabe; Hiroo Nakano
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Medical Co Ltd
Priority date: 1991-06-06
Filing date: 1992-06-03
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: EP0517501B1; ATE141411T1; DE69212714D1; AU1801392A; CA2070358A1; CA2070358C; KR930000675A; TW224160B; US5185082A; IE73438B1; EP0517501A2; KR960006581B1; EP0517501A3; AU643174B2; ES2090518T3; IE921798A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls zum Entfernen von Viren durch Futration. Tnsbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Methode zur Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls zum Entfernen von Viren durch Filtration aus einem, ein Virus-enthaltendes, Fluid, wobei die Methode das Füllen eines Raumes auf einer Seite der Membran des Moduls mit einer Flüssigkeit, Beschicken eines anderen Raumes auf der anderen Seite der Membran mit einem Gas, Beendigung der Zugabe des Gases, wenn der Transmembrandruck einen vorherbestimmten Wert erreicht (der höher ist als ein Wert, bei dem die Bildung nicht-sichtbarer Blasen beginnt, jedoch bei einem niedrigeren Wert als dem Wert, bei dem die Bildung sichtbarer Blasen beginnt), Stehenlassen des Moduls, wobei der Transmembrandruck an der Membran verringert wird, und Messen der Transmembrandruck-Erniedrigung während einer vorbestimmten Zeitspanne nachdem die Zufuhr des Gases beendet ist, umfaßt. Durch die Methode der vorliegenden Erfindung kann die Fähigkeit eines Moduls zur Entfernung von Viren wirksam und effizient bewertet werden, wodurch die Auswahl eines Moduls ermöglicht wird, das wenigstens einen vorherbestimmten Grad der Fähigkeit zur Virus-Entfernung hat, und das in geeigneter Weise zur Entfernung von Viren aus einem Fluid verwendet werden kann, welches ein Virus, z.B. Protein- Lösungen, wie ein Plasma, ein Plasma-Fraktionierungs-Produkt, ein Kulturmedium, das zur Zellkultur verwendet wird, und biologisch-pharmazeutische Produkte, enthalten kann.

Diskussion des Standes der Technik

In den letzten Jahren haben Trenntechniken unter Verwendung einer polymeren Membran einen bemerkenswerten Fortschritt erreicht, und werden in einer breiten Varietät von Anwendungsgebieten verwendet. Die Trenntechniken unter Verwendung einer polymeren Membran werden gemäß dem prinzipiellen Trennmechanismus in zwei Typen eingeteilt, d.h. der Trennung durch Filtration, basierend auf dem Unterschied zwischen dem Porendurchmesser einer porösen Membran und der Größe einer zu entfernenden Substanz, und der Trennung, basierend auf den unterschiedlichen physikalischen und chemischen Wechselwirkungen, wie einer Adsorption, usw. zwischen einer Membran und einer zu entfernenden Substanz.
Beim Entfernen von Viren aus einem, ein Virus-enthaltendes, Fluid wird jedoch ein poröses, polymeres Membran-Modul unter Verwendung des ersteren Typs der Trenntechnik (Filtration) in besonders vorteilhafter Weise angewendet.
Bezüglich der Trenntechnik zum Entfernen von Viren aus einem, ein Virus-enthaltendes, Fluid durch Filtration unter Verwendung eines porösen, polymeren Membran-Moduls wurden unterschiedliche Vorschläge gemacht. Beispiele derartiger Trenntechniken werden in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 60-142860, 60-142861 und 61-168367 (bei denen allen eine poröse Olefin-Membran verwendet wird); US Patent Nummern 4 808 315 und 4 857 196 und den japanischen Offenlegungsschriften Nrn. 61-254202 und 61-274707 (bei denen allen eine poröse, regenerierte Cellulose-Membran verwendet wird) und der offengelegten japanischen offenlegungsschrift Nr. 62-266072 (in der eine poröse Substanz, umfassend Calciumphosphat, als eine Hauptkomponente verwendet wird) offenbart.
Da die Virus-entfernende Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls im breiten Maß durch den Porendurchmesser der Membran beeinflußt wird, wurde inzwischen die Auswahl eines porösen, polymeren Membranmoduls, das eine vorherbestimmte Virus-entfernende Fähigkeit hat, konventionellerweise hauptsächlich durch die Messung des Porendurchmessers der Membran durchgeführt. So sind konventionellerweise viele Methoden zum Messen des Porendurchmessers einer porösen Membran bekannt geworden. Jedoch ist keine der konventionellen Methoden - wie nachstehend ausführlich beschrieben wird - als eine Methode zur Messung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls zum Entfernen von Viren befriedigend.
Z.B. ist die Quecksilber-Intrusion-Methode bekannt. Jedoch erfordert bei der Quecksilber-Intrusion-Methode die Messung des Porendurchmessers einer porösen, polymeren Membran (der Durchmesser liegt im Submikron-Bereich) das Anlegen eines extrem hohen Drucks auf eine poröse, polymere Membran, so daß die poröse Membran wahrscheinlich beschädigt wird. Daher ist diese Methode zur Messung des Porendurchmessers eines porösen, polymeren Membranmoduls zur Virus-Entfernung ungeeignet.
Weiterhin ist der sogenannte Blasen-Punkt-Test bekannt, bei dem ein erster Raum auf einer Seite einer porösen, polymeren Membran eines Moduls mit Wasser gefüllt wird, und ein zweiter Raum auf der anderen Seite der Membran mit einem Gas beschickt wird, und der Transmembrandruck zu dem Zeitpunkt, wenn die klare Bildung visuell beobachtbarer Blasen auftritt, gemessen wird. Jedoch erfordert im Fall einer porösen, polymeren Membran mit einem Porendurchmesser von 100 nm (= 0,1 µm) oder weniger, wie Membranen zur Verwendung des Entfernens von Viren, die Messung des Porendurchmessers durch den Blasen- Punkt-Test die Anwendung eines so hohen Drucks wie 30 kg/cm² oder mehr, so daß die Membran wahrscheinlich beschädigt wird. Daher ist diese Methode zur Auswahl eines porösen, polymeren Membranmoduls zur Entfernung von Viren ungeeignet.
Es ist auch eine Methode bekannt, bei der die Messung des Porendurchmessers durch Beobachten von Poren durch ein Elektronenmikroskop durchgeführt wird. Diese Methode hat dahingehend einen Vorteil, daß der Porendurchmesser einzelner Poren direkt und genau gemessen werden kann. Jedoch hat diese Methode die folgenden schwerwiegenden Nachteile: d.h. je größer die Vergrößerung des Elektronenmikroskops ist, desto mehr ist die Fläche eines Anteils begrenzt, der beobachtet werden kann. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es im allgemeinen notwendig, daß Elektronen-Mikroskop-Photographien von zahlreichen Anteilen der Membran aufgenommen werden, wodurch die Arbeitsweise äußerst mühsam wird. Weiterhin ist es unmöglich, die Durchmesser aller Poren der großen Anzahl von Poren einer Membran zu messen, so daß die Messung des Porendurchmessers im Hinblick auf die gesamte Membran nicht durchgeführt werden kann. Deshalb kann diese Methode praktisch nicht verwendet werden.
Als eine relativ praktische Methode ist eine Methode bekannt, bei der die Geschwindigkeit der Permeation von Wasser durch eine poröse Membran gemessen wird, um so den durchschnittlichen Porendurchmesser der Membran zu bestimmen. Jedoch ist es mit dieser Methode unmöglich, eine Verteilung der Porendurchmesser der Membran zu messen, so daß das Verhältnis der Poren, die einen Porendurchmesser von mehr als dem durchschnittlichen Porendurchmesser haben, und die Größe des Unterschieds von dem durchschnittlichen Porendurchmesser (die beide einen großen Einfluß auf die Leistung einer Membran haben) nicht bestimmt werden kann. Deshalb kann diese Methode nicht in befriedigender Weise für die Auswahl eines porösen, polymeren Membranmoduls zur Entfernung von Viren verwendet werden.
Auf dem Gebiet von Filtern zur Entfernung von Bakterien sind verschiedene Testmethoden, "Integritätstests" genannt, entwikkelt und als Methoden zur Untersuchung der Fähigkeit eines Filters zur Entfernung von Bakterien verwendet worden.
Unter den Integritätstets befinden sich eine Methode, bei der ein Blasenpunkt wie oben beschrieben gemessen wird, und eine Diffusionsmethode, bei der der Diffusionsgrad eines Gases in eine Flüssigkeit durch eine Membran bei einem Transmembrandruck, gemessen wird, bei dem keine Blasen gebildet werden. Die Diffusionsmethode kann weiterhin in einen Test des Vorwärtsfließens, bei dem die Fließgeschwindigkeit eines Gases durch eine Membran während der Zufuhr des Gases gemessen wird, und einen Test des Druckbeibehaltens einklassifiziert werden, bei dem die Gaszufuhr bei einem geeigneten Transmembrandruck beendet wird, und dann eine Transmembrandruck-Erniedrigung während einer vorherbestimmten Zeitspanne nach der Beendigung der Gas-Zufuhr gemessen wird (siehe z.B. "Field experience in testing membran filter integrity by the forward flow test method" von Wayne Pauh, Ph.D., veröffentlicht von Pall Corporation, Glen Cove, New York, USA). So können diese Integritätstests grob in zwei Typen von Methoden klassifiziert werden, d.h. eine Methode (Blasen-Punkt-Test), bei der ein Transmembrandruck, bei dem visuell beobachtbare Blasen gebildet werden, gemessen wird, und eine Methode (Diffusionstest), bei der der Diffusionsgrad eines Gases in eine Flüssigkeit durch eine Membran bei einem Transmembrandruck, bei dem keine Blasen erzeugt werden, gemessen wird. In der Praxis wird die am meisten geeignete Methode ausgewählt, wobei verschiedene Faktoren in Betracht gezogen werden; wie die Porenstruktur, die Gleichförmigkeit, die Festigkeit und die Herstellungmethode der zu untersuchenden Membran.
In jeder der oben erwähnten Integritätstest-Methoden zur Untersuchung der Fähigkeit zum Entfernen von Bakterien wird hauptsächlich Wasser als eine Flüssigkeit verwendet. Im allgemeinen ist Wasser als eine Flüssigkeit zur Verwendung beim Testen eines Filters auf das Entfernen von Bakterien geeignet, wobei das Filter einen so großen maximalen Porendurchmesser wie 0,5 µm oder mehr hat. Wenn Wasser als eine Flüssigkeit bei der Messung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines Moduls (in einem derartigen Modul ist der maximale Porendurchmesser der Membran so klein wie 0,25 µm oder weniger) verwendet wird, ist - da Wasser eine große Oberflächenspannung hat - der Transmembrandruck, bei dem die Messung durchgeführt wird, unvermeidbar zu hoch, wodurch die Membran, die in dem Modul enthalten ist, beschädigt wird. Deshalb können die oben erwähnten Integritätstests für Bakterien-entfernende Filter für die Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls zur Entfernung von Viren nicht verwendet werden.
So gibt es keine konventionellen Testmethoden, die in wirksamer und effizienter Weise für die Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls zur Entfernung von Viren ohne die Gefahr der Beschädigung der porösen, polymeren Membran angewendet werden können.
Unter diesen Umständen ist eine neue Methode zur Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls zur Entfernung von Viren äußerst erwünscht.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Zwecks der Entwicklung einer wirksamen und effizienten Methode zur Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membrans zur Entfernung von Viren haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgedehnte und intensive Untersuchungen vorgenommen. Als ein Ergebnis wurde unerwarteterweise gefunden, daß dieses Ziel durch eine spezielle Druckbeibehaltungsmethode erreicht werden kann, bei der die Zufuhr eines Gases beendet wird, wenn ein Transmembrandruck einenvorherbestimmten Wert Ph erreicht, der der folgenden Formel genügt:
d < Ph < c,
worin d und c jeweils die spezifischen Transmembrandrücke an den Punkten (d) und (c) in der vorliegenden Fig. 1 sind, und dann eine Transmembrandruckerniedrigung der Wertes Ph während einer vorherbestimmten Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszufuhr gemessen wird. Die vorliegende Erfindung basiert auf diesem neuartigen Ergebnis.
Die vorhergehenden und andere Merkmale und Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung erreicht und werden dem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, ersichtlich werden.

Kurze Bechreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Beispiel einer graphischen Darstellung, die eine Kurve enthält, die die Beziehung zwischen dem Transmembrandruck und der Gaszuführungsgeschwindigkeit eines Modellmoduls einer porösen, polymeren Membran zeigt, worin die Abbildungspunkte (d) und (c) zur Bestimmung des Wertes Ph gekennzeichnet sind, der für die vorliegende Erfindung wesentlich ist.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform einer Apparatur illustriert, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und
Fig. 3 ist eine graphische Abbildung, die die Beziehung zwischen der Transmembrandruckerniedrigung aus dem Wert Ph während einer vorbestimmten Zeitspanne nach der Beendigung der Zufuhr eines Gases im Test I und der Fähigkeit zur Entfernung von JEV (Japanese encephalitis virus) (JEV-Entfernungs;Verhältnis) mittels des logarithmischen Virusabstoßungskoeffizienten (Φ) für JEV zeigt, wobei diese Beziehung in bezug auf ein poröses, polymeres Membranmodul erhalten wird, das eine poröse, polymere Membran enthält, die einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 35 ± 2,0 nm und einen maximalen Porendurchmesser von etwa 60 nm bis etwa 80 nm und eine wirksame spezifische Oberfläche von 0,03 m² hat.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Im wesentlichen wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Methode zur Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls zum Entfernen von Viren aus einem, ein Virus-enthaltendes Fluid durch Filtration bereitgestellt, wobei das Modul umfaßt: ein Gehäuse mit einem Einlaß für ein, ein Virus-enthaltendes Fluid und einen Auslaß für ein Filtrat und eine poröse, polymere Membran, die in dem Gehäuse angeordnet ist, um das Innere des Gehäuses in einen ersten Raum an einer Seite der Membran - wobei der erste Raum mit entweder dem Einlaß oder dem Auslaß in Verbindung steht - und einen zweiten Raum an der anderen Seite der Membran zu unterteilen, wobei der zweite Raum entweder mit dem verbleibenden Einlaß oder Auslaß in Verbindung steht, wobei das Verfahren darin besteht, daß das poröse, polymere Membranmodul dem Test I unterzogen wird,
wobei der Test I die folgenden Stufen umfaßt:
(1) Füllen des ersten Raumes auf einer Seite der Membran mit einer Flüssigkeit, die gegenüber der Membran chemisch inert ist,
(2) Beschicken des zweiten Raums auf der anderen Seite der Membran mit einem Gas, das gegenüber der Membran chemisch inert ist,
(3) Beendigen der Zugabe des Gases, wenn der Transmembrandruck an der Membran einen vorherbestimmten Wert Ph erreicht, wobei der Wert Ph der folgenden Formel genügt:
d < Ph < c,
worin d und c jeweils die Transmembrandrücke an den Punkten (d) und (c) der vorliegenden Fig. 1 sind,
(4) Stehenlassen des Moduls, wobei der Transmembrandruck an der Membran verringert wird, und
(5) Messen der Transmembrandruck-Erniedrigung aus dem Wert Ph während einer vorbestimmten Zeitspanne nachdem die Zufuhr des Gases beendet ist,
worin die Fig. 1 eine Abbildung ist, die eine Kurve enthält, die die Beziehung zwischen dem Transmembrandruck und der Gaszuführungsgeschwindigkeit des Modellmoduls einer porösen, polymeren Membran zeigt, worin das Modellmodul im wesentlichen das gleiche ist wie das Modul, das dem Test I unterzogen wird, das eine poröse, polymere Membran mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser und einem maximalen Porendurchmesser enthält, die jeweils innerhalb der Bereiche liegen, die gemäß der Größe der zu entfernenden Viren vorherbestimmt sind, wobei diese Beziehung zwischen dem Transmembrandruck und der Gaszuführungsgeschwindigkeit erhalten wird durch: Füllen des ersten Raumes auf einer Seite der Membran des Modellmoduls mit einer Flüssigkeit, die gegenüber der Membran chemisch inert ist, und Beschicken des zweiten Raums an der anderen Seite der Membran des Modellmoduls mit einem Gas, das gegenüber der Membran chemisch inert ist, während der Transmembrandruck und die Gaszuführungsgeschwindigkeit gemessen werden, und worin:
eine gerade Linie, die durch Verlängern des Anteils der geraden Linie, der zuerst in der Kurve der Fig. 1 vorliegt, als die gerade Linie (a) definiert ist, wobei der Anteil der geraden Linie, der zuerst vorliegt, die Zunahme der Gaszuführungsgeschwindigkeit im Verhältnis zu der Zunahme des Transmembrandrucks darstellt;
ein Transmembrandruck am Punkt (d), der dem Punkt (d&sub1;) auf der Kurve entspricht, an dem die Kurve von der geraden Linie (a) abzuweichen beginnt, als ein Transmembrandruck d definiert ist,
eine gerade Linie, die durch Verbinden der Punkte (e) und (f) auf der Kurve erhalten wird, wobei an den Punkten (e) und (f) die Gaszuführungsgeschwindigkeiten das 2,5-fache bzw. 3,0-fache der Gaszuführungsgeschwindigkeit am Punkt (d&sub1;) sind, als die gerade Linie (b) definiert ist, und ein Transmembrandruck (c), der dem Punkt (c&sub1;) entspricht, an dem sich die gerade Linie (a) mit der geraden Linie (b) schneidet, als ein Transmembrandruck c definiert ist.
In der Methode der vorliegenden Erfindung umfaßt das poröse, polymere Membranmodul, das dem Test I unterzogen wird, ein Gehäuse, das einen Einlaß für ein, ein Virus-enthaltendes Fluid und einen Auslaß für ein Filtrat und eine in dem Gehäuse vorliegende poröse, polymere Membran hat. Die poröse, polymere Membran teilt das Innere des Gehäuses in einen ersten Raum an einer Seite der Membran - wobei der erste Raum mit entweder dem Einlaß oder dem Auslaß in Verbindung steht - und einen zweiten Raum an der anderen Seite der Membran, wobei der zweite Raum entweder mit dem verbleibenden Einlaß oder mit dem verbleibenden Auslaß in Verbindung steht.
Bezüglich des Typs der porösen, polymeren Membran, die in dem Modul enthalten ist, gibt es keine bestimmte Einschränkung, solange sie eine poröse Struktur hat, die zum Entfernen von Viren geeignet ist. Beispiele derartiger Membranen umfassen unterschiedliche Typen von Membranen, wie eine Hohlfasermembran, eine Flachmembran und eine rohrförmige Membran, die einen Außendurchmesser hat, der größer als der einer Hohlfasermembran ist. Von diesen Membranen wird vom Standpunkt des Erreichens einer großen wirksamen spezifischen Oberfläche pro Einheitsvolumen des Moduls aus gesehen eine Hohlfasermembran bevorzugt.
Bezüglich des Typs des Moduls gibt es keine bestimmte Einschränkung. Beispiele von Modul-Typen umfassen verschiedenartige Typen, wie ein Modul vom Stapelschicht-Typ, ein Modul vorn gefalteten Typ und ein Modul vom Typ einer künstlichen Niere, bei dem beide Enden eines Bündels einer Anzahl von Hohlfasermembranen durch ein Einbettungsharz oder dergleichen fixiert sind. Unter diesen Modulen können Module vorteilhaft verwendet werden, die poröse, polymere Membrane des Typs enthalten, der in den US Patent- Nrn. 4 808 315 und 4 857 196 offenbart ist.
Bezüglich des Materials für eine poröse, polymere Membran gibt es keine bestimmte Einschränkung. D.h. das Material für eine poröse, polymere Membran kann entweder ein organisches Polymer oder ein anorganisches Polymer sein. Beispiele derartiger Materialien umfassen organische Polymere wie synthetische Polymere, z.B. Polyolefin, Nylon und Polyester, Cellulosederivate, regenerierte Cellulosen wie Cuprammonium-Cellulose, Viscose-Rayon und acetylierte Cellulose, die erhalten werden, indem man Cellulosederivate einer solchen Behandlung wie der Verseifung unterzieht, ein natürlich vorkommendes Polymer und anorganische Polymere wie Glas- und Keramik-Typen. Von diesen ist regenerierte Cuprammonium-Cellulose am meisten bevorzugt, da sie eine ausgezeichnete Permeabilität für Protein hat und zur Zeit im breiten Umfang in künstlichen Nieren und dergleichen verwendet wird.
Die Methode der vorliegenden Erfindung umfaßt das Testen des porösen, polymeren Membranmoduls mittels des nachstehend beschriebenen Tests I. Durch den Test I kann die Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls bestimmt werden.
Der Test I der Methode der vorliegenden Erfindung umfaßt die folgenden Stufen:
(1) Füllen des ersten Raumes auf einer Seite der Membran mit einer Flüssigkeit, die gegenüber der Membran chemisch inert ist,
(2) Beschicken des zweiten Raums auf der anderen Seite der Membran mit einem Gas, das gegenüber der Membran chemisch inert ist, wobei die Zuführungsgeschwindigkeit des Gases erhöht wird,
(3) Beendigen der Zugabe des Gases, wenn der Transmembrandruck an der Membran einen vorherbestimmten Wert Ph erreicht, wobei der Wert Ph der folgenden Formel genügt:
d < Ph < c,
worin d und c jeweils die Transmembrandrücke an den Punkten (d) und (c) in der vorliegenden Fig.1 sind
(4) Stehenlassen des Moduls, wobei der Transmembrandruck an der Membran verringert wird, und
(5) Messen der Transmembrandruck-Erniedrigung aus dem Wert Ph während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Zufuhr des Gases beendet ist.
Nach dem oben erwähnten Test I kann die Auswahl eines Moduls, der wenigstens einen vorherbestimmten Grad an Virus-entfernender Fähigkeit hat, durch eine Methode erfolgen, die die folgenden Stufen umfaßt:
(6) Bestimmen, ob die gemessene Transmembrandruck-Erniedrigung nicht größer ist als ein Wert, der gemäß einem vorher ausgewählten Virusentfernungs-Verhältnis vorherbestimmt ist, und
(7) Einstufen des Moduls als geeignet oder ungeeignet, basierend auf der Bestimmung in Stufe (6).
Wie oben erwähnt ist, ist Fig. 1 eine graphische Abbildung, die eine Kurve enthält, die die Beziehung zwischen dem Transmembrandruck und der Gaszuführungsgeschwindigkeit eines Modellmoduls einer polymeren Membran zeigt, wobei das Modellmodul im wesentlichen das gleiche ist wie das Modul, das dem Test I unterzogen wird, das eine poröse , polymere Membran mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser und einem maximalen Porendurchmesser enthält, die jeweils innerhalb der Bereiche liegen, die gemäß der Größe der zu entfernenden Viren vorherbestimmt sind.
Bezüglich eines Beispiels der tatsächlichen Arbeitsweise zur Auftragung der Fig. 1, erfolgt nachstehend eine ausführliche Erklärung.
Die Arbeitsweise umfaßt folgende Stufen:
(1) es wird ein erwünschter durchschnittlicher Porendurchmesser für poröse, polymere Membrane von herzustellenden Modulen (und die durch die Methode der vorliegenden Erfindung bewertet werden sollen) spezifiziert, und dann werden die Bedingungen zur Herstellung von porösen, polymeren Membranen, die den oben spezifizierten durchschnittlichen Porendurchmesser haben, festgesetzt;
(2) bezüglich der porösen, polymeren Membranen, die gemäß der festgelegten Herstellungsbedingungen hergestellt werden sollen, werden akzeptierbare Bereiche für den durchschnittlichen Porendurchmesser bzw. den maximalen Porendurchmesser (der aus dem nachstehend beschriebenen Blasenpunktdruck erhalten wird) bestimmt;
(3) unter Verwendung der porösen, polymeren Membranen, die unter den oben erwähnten Herstellungsbedingungen hergestellt und gemäß den oben bestimmten akzeptierbaren Bereichen des durchschnittlichen Porendurchmessers und des maximalen Porendurchmessers als geeignet identifiziert wurden, werden Modellmodule konstruiert;
(4) andererseits werden Typen von Flüssigkeit und Gas, die in der Methode der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollen, spezifiziert, und
(5) die Beziehung zwischen dem Transmembrandruck und der Gaszuführungsgeschwindigkeit des Modellmoduls einer porösen, polymeren Membran, das oben in Punkt (3) konstruiert wurde, wird dadurch erhalten, daß ein erster Raum auf einer Seite der Membran des Modellmoduls mit der Flüssigkeit gefüllt wird, die in Punkt (4) oben spezifiziert wurde, und ein zweiter Raum auf der anderen Seite der Membran des Modellmoduls mit dem Gas, das in Punkt (4) oben spezifiziert wurde, auf die Membran beaufschlagt wird, während der Transmembrandruck und die Gaszuführungsgeschwindigkeit gemessen werden, und eine graphische Abbildung - wie in Fig. 1 gezeigt - hergestellt wird, und Transmembrandruck-Werte an den Punkten (d) und (c) (die nachstehend definiert werden) erhalten werden, worin die graphischen Abbildungen jeweils im Hinblick auf wenigstens drei Modellmodule, die im Punkt(3) oben konstruiert wurden, hergestellt werden, und
(a) die Transmembrandrücke an den Punkten (d) und (c) werden im Hinblick auf alle der wenigstens drei Modellmodule erhalten, und die erhaltenen Transmembrandruck-Werte an jedem der Punkte (d) und (c) werden gemittelt, oder
(b) eine durchschnittliche graphische Abbildung wird aus den wenigstens drei graphischen Abbildungen ausgewählt, und die Transmembrandruck-Werte an den Punkten (d) und (c) werden im Hinblick auf die ausgewählte graphische Abbildung erhalten.
In Verbindung mit der Bildung der Fig. 1, insbesondere bezüglich der Punkte (1), (2), (3) und (5) oben, sollte bemerkt werden, daß das Modul einer porösen, polymeren Membran, das in bezug auf seine Virus-entfernenden Fähigkeit durch die Methode der vorliegenden Erfindung bewertet werden soll, in Abhängigkeit von dem Typ eines zu entfernenden Virus aus einem Virus-enthaltenden Fluid spezifiziert ist. Die Größe eines Virus hängt von dem Virustyp ab. Z.B. hat das Virus der Japanese Encephalitis eine Größe von etwa 45 nm, und das AIDS- Virus hat eine Größe von etwa 100 nm. D.h. es ist notwendig, daß der durchschnittliche Porendurchmesser und der maximale Porendurchmesser der Modellmoduls der porösen, polymeren Membran in die entsprechenden Bereiche fallen, die gemäß der Größe eines zu entfernenden Virus vorherbestimmt sind. Demgemäß werden im obigen Punkt (2) die akzeptierbaren Bereiche für den durchschnittlichen Porendurchmesser und den maximalen Porendurchmesser der Membran jeder der wenigstens drei Modellmodule, die zur Erhaltung der Transmembrandruck-Gaszuführungsgeschwindigkeits-Beziehung - dargestellt in Fig. 1 - verwendet werden sollen, basierend auf dem erwünschten durchschnittlichen Porendurchmesser, der im obigen Punkt (1) spezifiziert ist, gemäß der Größe eines zu entfernden Virus bestimmt.Der Bereich für den durchschnittlichen Porendurchmesser ist definiert durch : ± 0,1 x , worin den erwünschten durchschnittlichen Porendurchmesser darstellt, der im obigen Punkt (1) spezifiziert ist, und der Bereich für den maximalen Durchmesser 1,5 bis 5 beträgt, worin wie oben definiert ist.
Im obigen Punkt (3) werden die durchschnittlichen Porendurchmesser und die maximalen Porendurchmesser der Membranen der konstruierten Modellmodule gemessen.
Der durchschnittliche Porendurchmesser einer porösen, polymeren Membran kann aus der Wasserpermeabilität durch Berechnung gemäß der folgenden Formel:
bestimmt werden, worin
2 f der durchschnittliche Porendurchmesser ist, v die Wasserpermeabilität (ml/min) ist, t die Wanddicke (um) der Membran ist, µ die Viskosität des Wassers (cP) ist, ΔP der Transmembrandruck (mm Hg) ist, bei dem die Wasserpermeabilität gemessen wird, A die wirksame Oberfläche (m²) der Membran ist, und α die Porosität (%) der Membran ist.
Alternativ kann die Messung des durchschnittlichen Porendurchrnessers durch andere konventionelle Methoden durchgeführt werden. Z.B. kann eine Methode angewendet werden, bei der ein Porendurchmesser direkt durch ein Elektronenmikroskop gemessen wird.
Der maximale Porendurchmesser einer porösen, polymeren Membran kann z.B. durch Berechnung unter Verwendung des Blasenpunktdrucks (Transmembrandruck, bei dem die Bildung visuell beobachtbarer Blasen beginnt), der durch einen Blasenpunkttest erhalten wird, bestimmt werden. Ein Blasenpunkttest kann gemäß ASTM-F316-80 durchgeführt werden. Aus dem erhaltenen Blasenpunktwert kann ein maximaler Porendurchmesser durch Berechnung gemäß der folgenden Formel:
bestimmt werden, worin
2rmax der maximale Porendurchmesser ist, τ die Oberflächenspannung (dyn/cm) der in dem Blasenpunkttest verwendeten Flüssigkeit ist, Φ der Kontaktwinkel der in dem Blasenpunkttest verwendeten Flüssigkeit ist, und P der dem Blasenpunkt entsprechende Transmembrandruck (kg/cm²) ist.
Alternativ kann die Messung eines maximalen Porendurchmessers durch andere konventionelle Methoden durchgeführt werden.
In Fig. 1 ist eine gerade Linie, die durch Verlängern des Anteils der geraden Linie erhalten wird, der zuerst in der Kurve der Fig. 1 auftritt, als gerade Linie (a) definiert. Der zuerst auftretende Anteil der geraden Linie der Kurve stellt die Zunahme der Gaszuführungsgeschwindigkeit im Verhältnis zu der Zunahme des Transmembrandrucks dar. Ein Transmembrandruck am Punkt (d), der dem Punkt (d&sub1;) auf der Kurve entspricht, an dem die Kurve von der geraden Linie (a) abzuweichen beginnt, ist als der Transmembrandruck d definiert. Eine gerade Linie, die durch Verbinden der Punkte (e) und (f) auf der Kurve erhalten wird, wobei an den Punkten (e) und (f) die Gaszuführungsgeschwindigkeiten das 2,5-fache bzw. das 3,0-fache der Gaszuführungsgeschwindigkeit an dem Punkt (d&sub1;) betragen, ist als gerade Linie (b) definiert. Ein Transmembrandruck am Punkt (c), der dem Punkt (c&sub1;) entspricht, an dem die gerade Linie (a) sich mit der geraden Linie (b) schneidet, ist als der Transmembrandruck c definiert.
Die gerade Linie (a) in Fig. 1, die durch Verlängern des Anteils der geraden Linie erhalten wird, der zuerst in der Kurve auftritt, stellt die Beziehung zwischen dem Transmembrandruck und der Gaszuführungsgeschwindigkeit während der Diffusion des Gases von der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche in die Flüssigkeit ohne die Bildung irgendwelcher Blasen dar.
Die gerade Linie (b), die durch Verbinden der Punkte (e) und (f) auf der Kurve erhalten wird, wobei an den Punkten (e) und (f) die Gaszuführungsgeschwindigkeiten das 2,5-fache bzw. 3,0- fache der Gaszuführungsgeschwindigkeit an dem Punkt (d&sub1;) betragen, ist von dem Teil der Kurve abgeleitet, der der Bildung visuell beobachtbarer Blasen entspricht, und eine Beziehung zu der durchschnittlichen Porendurchmesser-Verteilung der wenigstens drei Modellmodule hat.
Der Transmembrandruck (c) entspricht dem Punkt (c&sub1;), bei dem die gerade Linie (a) die gerade Linie (b) schneidet.
Der Transmembrandruck (d), der dem Punkt (d&sub1;) auf der Kurve entspricht, wobei an dem Punkt (d&sub1;) die Kurve von der geraden Linie (a) abzuweichen beginnt, soll einen Transmembrandruck darstellen, an dem sich feine Blasen, die visuell nicht beobachtet werden können, an einer Pore zu bilden beginnen, die einen maximalen Porendurchmesser hat.
Nach der Auftragung der graphischen Abbildung der Fig. 1 wird ein geeigneter Wert Ph so eingestellt, daß er der folgenden Formel genügt:
d < Ph < c,
worin d und c jeweils die Transmembrandrücke an den Punkten (d) und (c) in Fig. 1 sind.
In der Stufe (1) des Tests I der Methode der vorliegenden Erfindung wird ein erster Raum auf einer Seite der Membran des Moduls mit einer Flüssigkeit gefüllt, die gegenüber der Membran chemisch inert ist.
Als Flüssigkeit, die im Test I verwendet werden soll, die gegenüber der Membran chemisch inert ist, können verschiedenartige Flüssigkeiten verwendet werden. Z. B. umfassen in dem Fall, in dem die poröse, polymere Membran aus regenerierter Cuprammonium-Cellulose besteht, repräsentative Beispiele derartiger Flüssigkeiten fluorhaltige Flüssigkeiten wie Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeit und ein Flon wie Freon , Alkohole wie Ethanol und Methanol, und Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel wie Hexan und Pentan.
In der Methode der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, daß die Flüssigkeit, die im Test I verwendet wird, eine Oberflächenspannung von nicht mehr als etwa 25 dyn/cm aufweist, und das im Test I verwendete Gas eine Löslichkeit von etwa 1,0 cm³ Gas/cm³ Flüssigkeit für die Flüssigkeit, ausgedrückt als Ostwald'scher Löslichkeitskoeffizient, aufweist.
Wenn eine Flüssigkeit, die eine Oberflächenspannung von nicht mehr als 25 dyn/cm aufweist, in dem Test I anstelle von Wasser verwendet wird, das eine so hohe Oberflächenspannung wie etwa 70 dyn/cm bis 75 dyn/cm aufweist - welches konventionellerweise bei der Messung der Fähigkeit eines Filters zur Entfernung von Bakterien verwendet wird -, wird es möglich, den Test I bei einem Transmembrandruck durchzuführen, der nicht größer als etwa ein Drittel des Transmembrandrucks ist, der benötigt wird, wenn Wasser als eine Flüssigkeit im Test I verwendet wird. Wenn z.B. ein poröses, polymeres Membranmodul, bei dem eine Membran verwendet wird, die einen maximalen Porendurchmesser von 100 nm hat, dem Test I unter Verwendung einer Flüssigkeit, die eine Oberflächenspannung von nicht mehr als etwa 25 dyn/cm hat, unterzogen wird, kann ein Transmembrandruck, bei dem die Bildung von visuell beobachtbaren Blasen auftritt, auf nicht mehr als etwa 10 kg/cm² reduziert werden, was ein Drittel des Transmembrandrucks (30 kg/cm²) ist, bei dem die Bildung visuell beobachtbaren Blasen bei der Verwendung von Wasser als einer Flüssigkeit auftritt.
In der Stufe (2) des Tests I der Methode der vorliegenden Erfindung wird ein zweiter Raum auf der anderen Seite der Membran des Moduls mit einem Gas beschickt, das gegenüber der Membran chemisch inert ist.
Als das in dem Test I zu verwendende Gas, das gegenüber der Membran chemisch inert ist, können verschiedenartige Gase verwendet werden. Z.B. umfassen in dem Fall, in dem die poröse, polymere Membran aus regenerierter Cuprammonium-Cellulose besteht, repräsentative Beispiel derartiger Gase Luft, Stickstoffgas, Heliumgas, Argongas und dergleichen.
In der Stufe (3) des Tests I der Methode der vorliegenden Erfindung wird die Gaszuführung beendet, wenn der Transmembrandruck an der Membran einen Wert Ph erreicht, der vorher - basierend auf Fig. 1, wie oben erwähnt - festgelegt ist. Dann wird in der Stufe (4) das Modul stehengelassen, wobei verursacht wird, daß sich der Transmembrandruck an der Membran erniedrigt, und in der Stufe (5) eine Transmembrandruckerniedrigung vom Wert Ph während einer vorherbestimmten Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszuführung gemessen wird.
Die Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszuführung , bei der eine Transmembrandruckerniedrigung vom Wert Ph gemessen wird (nachstehend häufig als "Meßzeit" bezeichnet), ist als die Zeitspanne definiert, bei der ein erstes Modul (definiert als das Modul, das dem Test I unterzogen wird) eine geringere Transmembrandruckerniedrigung aufweist als ein zweites Modul einer porösen polymeren Membran, wobei das zweite Modul im wesentlichen das gleiche wie das erste Modul ist, außer daß das zweite Modul einen geringeren Transmembrandruck an einem Punkt aufweist, der dem Punkt (c) entspricht, als das erste Modul (das Modul, das dem Test I unterzogen wird). Ein Beispiel einer Methode zur Vorherbestimmung der Meßzeit wird nachstehend erklärt.
Wenigstens zehn Modellmodule der Modellmodule, die im Punkt (3) der wie oben beschriebenen Arbeitsweise für die Herstellung der Fig. 1 konstruiert worden sind, werden individuell einem ersten Test unterzogen, umfassend die gleichen Arbeitsweisen wie in den Stufen (1) bis (5) des Tests I, worin innerhalb von 60 Sekunden variierende Zeitspannen als eine Meßzeit für den ersten Test jedes der Modellmodule angewendet werden. Basierend auf den Ergebnissen des ersten Tests werden Zeitspannen ausgewählt, mit denen eine Transmembrandruckerniedrigung mit guter Reproduzierbarkeit (was bedeutet, daß die Transmembrandruckerniedrigungswerte, die in bestimmten Zeitspannen in dem ersten Test gemessen werden, nicht breit streuen und innerhalb eines Bereichs liegen, der durch: Δ ± 0,1 x Δ bestimmt ist, worin Δ den Durchschnitt der Transmembrandruckerniedrigungswerte darstellt, gemessen nach bestimmten Zeitspannen in dem ersten Test) bestimmt werden kann. Dann werden wenigstens 10 frische Module aus den Modellmodulen, die in Punkt (3) der wie oben beschriebenen Arbeitsweise für die Auftragung der Fig. 1 konstruiert worden sind, individuell dem gleichen zweiten Test unterzogen, umfassend die gleichen Arbeitsweisen wie in Punkt (5) der oben erwähnten Arbeitsweise für die Herstellung der Fig. 1 beschrieben, um graphische Abbildungen zu erhalten, die den graphischen Abbildungen der Fig. 1 ähnlich sind, um so Punkte zu bestimmen, die dem Punkt (c) mit den wenigstens zehn entsprechenden Modellmodulen entsprechen. Weiterhin werden hinsichtlich jedes Modellmoduls, die Beziehungen der Transmembrandruckerniedrigungswerte (entsprechend den oben ausgewählten Zeitspannen) zu den Transmembrandrücken an den Punkten, die dem Punkt (c) entsprechen, untersucht. Unter den oben ausgewählten Zeitspannen, bei denen eine Transmembrandruckerniedrigung mit guter Reprodzierbarkeit gemessen werden kann, werden Zeitspannen, bei denen ein erstes Modell-Modul eine geringere Transmembrandruckerniedrigung ausweist als ein zweites Modell- Modul, das einen geringeren Transmembrandruck an einem Punkt, der dem Punkt (c) entspricht, als das erste Modellmodul aufweist, weiterhin ausgewählt und können als die "Meßzeit" verwendet werden. Jedoch wird es in der Praxis bevorzugt, als die Meßzeit eine kürzeste Zeitspanne aus den oben weiterhin ausgewählten Zeitspannen auszuwählen. Der Grund für die Auswahl der kürzesten Zeitspanne ist der, daß das Verhältnis des Einflusses der Diffusion des Gases in die Flüssigkeit an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche auf die Transmembrandruckerniedrigung relativ zu dem Einfluß der Bildung von Gasblasen an Poren, die Porendurchmesser von etwa einem maximalen Porendurchmesser haben, auf die Transmembrandruckerniedrigung auf nachteilige Weise groß wird, wenn die Meßzeit zu lang ist.
Die "Meßzeit", die erst einmal für Modellmodule bestimmt wird, die spezifische poröse polymere Membrane enthalten, kann üblicherweise in Testmodulen verwendet werden, solange nicht nur die Herstellungbedingungen für poröse polymere Membranen sondern auch die vorgeschriebenen Bereiche des durchschnittlichen Porendurchmessers und des maximalen Porendurchmessers (entsprechend dem Blasenpunktdruck) der Membranen für die zu testenden Module nicht verändert werden.
In dem konventionellen Druckhaltetest wird die Zuführung des Gases bei einem Transmembrandruck beendet, der niedriger ist als ein Transmembrandruck, bei dem die Bildung feiner Blasen, die nicht visuell beobachtet werden können, beginnt, und dann wird eine Transmembrandruckerniedrigung als eine vorherbestimmte Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszuführung bestimmt. Demgemäß ist in dem konventionellen Druckhaltetest die gemessene Transmembrandruckerniedrigung hauptsächlich auf die Diffusion des Gases, nicht jedoch auf die Blasenbildung, zurückzuführen, so daß die Zeitspanne zwischen der Beendigung der Gaszuführung und der Bestimmung einer Transmembrandruckerniedrigung unvermeidbar lang ist, nämlich wenigstens 10 Minuten.
Demgegenüber wird in der Methode der vorliegenden Erfindung die Gaszuführung bei einem vorherbestimmten Transmembrandruck (Ph) beendet, der höher ist als ein Transmembrandruck (d), bei dem angenommen wird, daß die Bildung feiner Blasen, die visuell nicht beobachtet werden können, beginnt, und dann wird eine Transmembrandruckerniedrigung aus dem Wert Ph bei einer vorherbestimmten Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszuführung bestimmt. Demgemäß ist in der Methode der vorliegenden Erfindung die nachgewiesene Transmembrandruckerniedrigung hauptsächtlich auf die Bildung von Blasen zurückzuführen, so daß die Zeitspanne zwischen der Beendigung der Gaszuführung und der Bestimmung einer Transmembrandruckerniedrigung auf allgemein 1 bis 60 Sekunden, vorzugsweise 5 bis 45 Sekunden, extrem vermindert werden kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nach der Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls ein Modul, das eine erwünschte Virus-entfernenden Fähigkeit hat, durch eine Methode ausgewählt, umfassend die Stufen:
(6) Bestimmen, ob die gemessene Transmembrandruckerniedrigung nicht größer ist als ein Wert, der gemäß einem vorher ausgewählten Virusentfernungs-Verhältnis vorherbestimmt ist, und
(7) Einstufen des Moduls als geeignet oder ungeeignet, basierend auf der Bestimmung in Stufe (6).
In der Stufe (6) der vorliegenden Erfindung wird eine Bestimmung gemacht, ob die gemessene Transmembrandruckerniedrigung nicht größer als ein Wert ist, der gemäß einem vorherausgewählten, erwünschten Virus-Entfernungsverhältnis bestimmt wird. Der obere Grenzwert der Transmembrandruckerniedrigung als ein Kriterium für die Auswahl eines porösen, polymeren Membranmoduls kann aus der Beziehung zwischen dem Virus-Entfernungsverhältnis (als logarithmischer Virusabstoßungskoeffizient Φ) und der Transmembrandruckerniedrigung (wie in der Fig. 3 gezeigt ist) bestimmt werden.
In der vorliegenden Erfindung wird das Virus-Entfernungsverhältnis als logarithmischer Virusabstoßungskoeffizient Φ ausgedrückt, der durch die folgende Formel definiert ist:
Φ = log (No/Nf),
worin N&sub0; die Virus-Konzentration (ausgedrückt als TCID&sub5;&sub0;/ml, infektiöse Dosis/ml von 50 % der Gewebekultur) des Virusenthaltenden Fluids vor dem Filtrieren ist, und Nf die Virus- Konzentration (ausgedrückt als TCDI&sub5;&sub0;/ml) des durch Filtration erhaltenen Filtrats ist.
In dem Fall der Filtration zur Entfernung von Bakterien durch ein Filter zur Entfernung von Bakterien, ist es notwendig, daß keine Bakterien in dem Filtrat, das durch einmalige Filtration erhalten wurde, vorliegen dürfen, da sich Bakterien von selbst ohne eine Wirtszelle vermehren können. Da sich ein Virus nicht durch sich selbst ohne eine Wirtszelle vermehren kann, ist es demgegenüber in dem Fall der Filtration zur Entfernung von Viren mittels eines porösen, polymeren Membranmoduls zur Virus-Entfernung möglich, die Virus-entfernende Fähigkeit als das Verhältnis der Viren-Konzentration des Virus-enthaltenden Fluids vor der Filtration zu der Virus-Konzentration des Filtrats, das durch die Filtration erhalten wird (Virus-Entfernungsverhältnis), auszudrücken. Demgemäß wird in der vorliegenden Erfindung die Virus-entfernende Fähigkeit des Moduls zum Entfernen von Viren als ein oben definierter logarithmischer Virusabstoßungskoeffizients-Wert (Φ) ausgedrückt.
Zur Bestimmung eines Φ-Werts eines Moduls wird die Virus- Konzentration Nf des Filtrats in der obigen Formel praktisch wie folgt bestimmt. Nach der Filtration eines, ein Virusenthaltendes, Fluids, werden verschiedene Aliquote des Futrats entnommen und zu verschiedenen Konzentrationen verdünnt, und individuell mit einer geeigneten Wirtskultur gezüchtet, um so den Wirt mit irgendwelchen nichtentfernten Viren zu infizieren. Aus jedem der Verhältnisse des Virus-infizierten Wirts zu dem gesamten Wirt, die hinsichtlich jeder der kultivierten Aliquote erhalten werden, wird die Virus-Konzentration (ausgedrückt als TCID&sub5;&sub0;/ml) des gesamten Filtrats bestimmt. Wenn der Wirt nicht mit irgendeinem der kultivierten Aliquote infiziert ist, kann angenommen werden, daß das gesamte Filtrat keinen Virus enthält. In diesem Fall ist jedoch aus Sicherheitsgründen die Virus-Konzentration des gesamten Filtrats als 100,5TCID&sub5;&sub0;/ml definiert, wenn die Virus-Konzentration des Virus-enthaltenden Fluids vor der Filtration 10xTCID&sub5;&sub0;/ml ist. Demgemäß ist es höchst wahrscheinlich, daß der tatsächliche Φ-Wert eines derartigen Moduls höher als log(10x/1000,5) ist. Da sich ein Virus nicht durch sich selbst ohne eine Wirtszelle vermehren kann, ist ferner zu beachten, daß die Entfernung von Viren aus einer, ein Virus-enthaltenden, Flüssigkeit durch Filtration unter Verwendung eines Moduls durch ein mehrstufiges Verfahren durchgeführt werden kann Deshalb wird allgemein der erforderliche Grad der Virus-entfernenden Fähigkeit als ein bestimmter Φ-Wert (der durch die obige Formel erhalten wird) "oder mehr" ausgedrückt.
Hinsichtlich eines Beispiels der tatsächlichen Arbeitsweise zur Vorbestimmung der oberen Grenze der in der Stufe (5) gemessenen Transmembrandruckerniedrigung, wobei die oberste Grenze ein Kriterium zur Einstufung des Testmoduls als geeignet oder ungeeignet ist, wird nachstehend eine Erklärung gegeben.
Wenigstens 20 Modellmodule aus den Modellmodulen, die wie oben für die Herstellung der Fig. 1 beschrieben in Punkt (3) konstruiert worden sind, werden individuell einem dritten Test unterzogen, umfassend die gleichen Arbeitsweisen wie in den Stufen (1) bis (5) des Tests I, um so eine Transmembrandrukkerniedrigung vom Wert Ph im Hinblick auf jedes Modul zu messen. In diesem Fall wird es bevorzugt, daß die Modellmodule eine breite Varietät von Transmembrandruckerniedrigungswerten aufweisen, so daß eine derartige graphische Abbildung, wie in Fig. 3 gezeigt ist, erhalten wird, wobei die graphische Abbildung die Beziehung zwischen der Transmembrandruckerniedrigung vom Wert Ph während einer vorherbestimmten Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszuführung in einem dritten Test und der Fähigkeit zur Entfernung eines Virus, ausgedrückt als dem logarithmischen Virusabstoßungskoeffizienten (Φ) für das Virus, zeigt. Diese Arbeitsweise wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Wenn das zu entfernende Virus JEV (Japanese Encephalitis Virus) ist, dessen Größe etwa 45 nm beträgt, werden z.B. Modellmodule poröser, polymerer Membrane, die jeweils eine poröse, polymere Membran mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 35 ± 2,0 nm und einem maximalen Porendurchmesser von etwa 60 bis 80 nm enthalten, verwendet. Um die Transmembrandruckerniedrigungswerte zu verteilen, werden zusätzlich dazu verschiedene Typen von Modellmodulen, die verschiedene Transmembrandruckerniedrigungswerte aufweisen, durch eine geeignete Methode hergestellt. Z.B. werden verschiedene Modellmodule unter Verwendung von sowohl einer großen Anzahl von porösen Hohlfasern, die jeweils einen durchschnittlichen Porendurchmesser von etwa 35 ± 2,0 nm und einen maximalen Porendurchmesser von etwa 60 bis etwa 80 nm, und eine wirksame Oberfläche von 0,03 m² haben, als auch eine vorherbestimmte geringere Anzahl poröser, polymerer Membranen verwendet, die jeweils einen variierenden durchschnittlichen Porendurchmesser von mehr als 35 nm, z.B. 75 nm, haben. Diese wenigstens 20 Modellmodule werden einzeln einem dritten Test unterzogen, um so eine Transmembrandruckerniedrigung von dem Wert Ph während einer vorherbestimmten Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszuführung zu bestimmen. Weiterhin wird die Fähigkeit zur Entfernung von JEV, ausgedrückt als der logarithmische Virusabstoßungskoeffizient (Φ), hinsichtlich jedes der Modellmodule bestimmt. Der logarithmische Virusabstoßungskoeffizient(Φ) jedes Modellmoduls wird durch Berechnung auf die oben erwähnte Weise bestimmt. Basierend auf diesen Ergebnissen wird die Fig. 3 erhalten.
Fig. 3 ist eine graphische Abbildung, die die Beziehung zwischen einer Transmembrandruckerniedrigung vom Wert Ph während eine vorherbestimmten Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszuführung in dem dritten Test und die Fähigkeit zur Entfernung von JEV, ausgedrückt als logarithmischer Virusabstoßungskoeffizient(Φ) für JEV, zeigt, wobei beide in bezug auf wenigstens 20 Modellmodule bestimmt werden, die jeweils eine poröse, polymere Membran mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 35 ± 2,0 nm und einem maximalen Porendurchmesser von etwa 60 bis etwa 80 nm, und einer wirksamen Oberfläche von 0,03 m² enthalten, worin die wenigstens 20 Modellmodule solche umfassen, die keine Hohlfasern mit varierenden durchschnittlichen Porendurchmessern enthalten und solche, die Hohlfasern mit varierenden, durchschnittlichen Porendurchmessern enthalten. In der Fig. 3 gibt ein gefüllter Kreis, der einen aufwärtsgerichteten Pfeil aufweist, an, daß der Φ-Wert, dargestellt durch einen gefüllten Kreis, ein derartiger Wert ist, daß ein tatsächlicher Φ-Wert, der dem gefüllten Kreis entspricht, höher sein kann als der angegebene Wert.
In dem Versuch, der zur Bildung der graphischen Abbildung der Fig. 3 durchgeführt wurde, wurden eine Perfluorkohlenstoff- Flüssigkeit mit einer Oberflächenspannung von 15,0 dyn/cm und ein Stickstoffgas mit einer Löslichkeit von 0,37 cm³ Gas/cm³ Flüssigkeit für die Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeit, ausgedrückt als Ostwald'scher Löslichkeitskoeffizient, als eine Flüssigkeit und ein Gas in dem dritten Test verwendet, wobei die Meßzeit 15 Sekunden betrug.
Die Fig. 3 zeigt, daß die obere Grenze der Transmembrandruckerniedrigung 2,5 atm beträgt, um einen Φ-Wert von wenigstens 4,5 zu erhalten. Praktisch wird ein Φ-Wert gemäß dem Zweck der Verwendung eines porösen, polymeren Membranmoduls zur Entfernung eines Virus willkürlich festgelegt.
Ein anderes Beispiel, bei dem die obere Grenze einen Transmembrandruckerniedrigungswerts hinsichtlich des AIDS-Virus bestimmt wird, wird nachstehend erklärt, wobei als ein Beispiel der Fall genommen wird, bei dem eine Perfluorkohlenstoff- Flüssigkeit mit einer Oberflächenspannung von 15,0 dyn/cm und Stickstoffgas mit einer Löslickeit von 0,37 cm³ Gas/cm³ Flüssigkeit für die Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeit, ausgedrückt als Ostwald'scher Löslichkeitskoeffizient, als eine Flüssig keit und als ein Gas in dem dritten Test verwendet wurden.
Wenn das zu entfernende Virus HIV (Human-Immunmangel-Virus, d.h. AIDS-Virus) ist, dessen Größe etwa 100 nm beträgt, wird ein Modellmodul einer porösen, polymeren Membran verwendet, das eine poröse, polymere Membran mit z.B. einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 75 ± 4,0 nm und einem maximalen Porendurchmesser von etwa 120 bis etwa 175 nm, und einer wirksamen Oberfläche von 0,01 m² enthält. Der Wert Ph wird auf einen Transmembrandruck von 4.0 kg/cm² eingestellt, und die Meßzeit wird auf 15 Sekunden eingestellt. Es wird im wesentlichen die gleiche Arbeitsweise durchgeführt, wie diejenige, die oben in Verbindung mit der Auftragung der graphischen Abbildung der Fig. 3 erwähnt wurde, außer daß die Bedingungen so verändert werden, daß eine graphische Abbildung erhalten wird, die die Beziehungen zwischen einer Transmembrandruckerniedrigung vom Wert Ph während eine vorherbestimmten Zeitspanne (15 Sekunden) nach der Beendigung der Gaszuführung eines Gases in dem dritten Test und der Fähigkeit zum Entfernen von HIV, ausgedrückt als logarithmischer Virusabstoßungskoeffizient(Φ) für HIV, zeigt. Als ein Ergebnis wird gefunden, daß die Transmembrandruckerniedrigung vom Wert Ph 15 Sekunden nach der Beendigung der Gaszuführung nicht größer als 1,5 kg/cm² sein sollte, um einen logarithmischen Virusabstoßungskoeffizienten Φ von wenigstens 5,0 zu erreichen.
Nach der Bestimmung, ob die gemessene Transmembrandruckerniedrigung nicht größer als ein Wert ist, der gemäß einem vorher ausgewählten Virusentfernungs-Verhältnis [Stufe (6)] vorherbestimmt ist, wird das Modul, basierend auf der obigen Bestimmung [Stufe (7)], als geeignet oder ungeeignet eingestuft.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2. wird nun die Methode der vorliegenden Erfindung wie folgt illustriert.
In der Fig. 2 wird ein Diagramm gezeigt, das eine bevorzugte Ausführungsforrn der vorliegenden Erfindung illustriert.
Zuerst wird ein Gefäß für eine Flüssigkeit mit einer Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeit gefüllt, die eine Oberflächenspannung von 15,0 dyn/cm aufweist, und es wird ein zu untersuchendes poröses, polymeres Membranmodul bereitgestellt. Das Modul umfaßt ein Gehäuse, das einen Einlaß für ein Virus-enthaltendes Fluid und einen Auslaß für ein Filtrat, und eine poröse polymere Membran (Hohlfasermembran) aufweist, die in dem Gehäuse so angeordnet ist, um das Innere des Gehäuses in einen ersten Raum auf einer Seite der Membran - wobei der erste Raum mit entweder dem Einlaß oder dem Auslaß in Verbindung steht - und einen zweiten Raum auf der anderen Seite der Membran zu unterteilen, wobei der zweite Raum entweder mit dem verbleibenden Einlaß oder verbleibenden Auslaß in Verbindung steht.
Dann werden die Ventile V1, V2 und V3 geöffnet, und das Ventil V4 wird geschlossen. Die Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeit wird durch die Flüssigkeits-transportierende Pumpe P1 durch das Ventil V 1, die Pumpe P1, das Ventil V2, das Filter F1 und das Ventil V3 transportiert und in den ersten Raum auf einer Seite der Membran eingespritzt, um so den ersten Raum mit der Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeit zu füllen.
Dann wird das automatische Ventil V5 geöffnet, um den zweiten Raum auf der anderen Seite der Membran mit Stickstoffgas - das eine Löslichkeit von 0,37 cm³ Gas/cm³ Flüssigkeit für die Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeit, ausgedrückt durch den Ostwald'schen Löslichkeitskoeffizienten, hat - von der Stickstoffgasleitung durch das Filter F2, das automatische Ventil V5 und den Drucksensor S1 zu versorgen, während der Transmembrandruck durch den Drucksensor S1 nachgewiesen wird. Wenn der Transmembrandruck an der Membran, gemessen durch den Sensor S1, einen vorherbestimmten Wert Ph erreicht hat, wird die Zufuhr des Stickstoffgases durch das automatische Ventil V5 beendet.
Das Modul wird stehengelassen, wobei eine Erniedrigung des Transmembrandrucks an der Membran verursacht wird. Es wird eine Transmembrandruckerniedrigung vorn Wert Ph während einer vorherbestimmten Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszuführung gemessen.
Es erfolgt eine Bestimmung, ob der so gemessene Transmembrandruckerniedrigungswert nicht größer ist als ein Wert, der gemäß einer vorher ausgewählten Virus-entfernenden Fähigkeit vorherbestimmt ist, d.h. dem logarithmischen Virusabstoßungskoeffizienten Φ. Wenn der Transmembrandruckerniedrigungswert gleich dem oder kleiner als der vorherbestimmte Wert ist, wird das getestete Modul als ein annehmbares (geeignetes) Modul ausgewählt. Wenn der Transmembrandruckerniedrigungswert größer als der vorherbestimmte Wert ist, wird das getestete Modul als ein nichtannehmbares (ungeeignetes) Modul ausgeschlossen.
Wie oben beschrieben ist, kann gemäß der Methode der vorliegenden Erfindung die Virus-entfernende Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls gemäß den Stufen (1) bis (5) der Methode der vorliegenden Erfindung bewertet werden, wenn ein erwünschter durchschnittlicher Porendurchmesser einer porösen, polymeren Membran, ein Ph-Wert und die "Meßzeit" erst einmal gemäß dem Typ eines zu entfernenden Virus und mit dem erwünschten Grad an Virus-entfernender Fähigkeit, ausgedrückt als Φ-Wert, bestimmt sind. Und wenn die obere Grenze der Transmembrandruckerniedrigung bei der "Meßzeit" (für ein als geeignet eingestuftes Modul) gemäß dem erwünschten Φ-Wert bestimmt ist, kann das Modul, das einen erwünschten Grad von Φ hat, auf einfache Weise gemäß den Stufen (6) bis (7) nach den Stufen (1) bis (5) der Methode der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden.
Für die praktische Bewertung des Moduls und die Auswahl des Moduls wirksamer und effizienter gemäß der Methode der vorhegenden Erfindung durchzuführen, ist es erwünscht, daß die zu bewertenden und auszuwählenden Module poröse, polymere Membranen aufweisen, die einen durchschnittlichen Porendurchmesser und einen maximalen Porendurchmesser innerhalb vorherbestimmter Bereiche haben. Von diesem Gesichtspunkt aus gesehen wird es bevorzugt, daß die zu testenden Module solche sind, die unter Verwendung vorher ausgewählter poröser, polymerer Membranen, z.B. gemäß den Produktsansätzen, hergestellt wurden, so daß die Membranen einen durchschnittlichen Porendurchmesser und einen maximalen Porendurchmesser haben, die jeweils innerhalb vorherbestimmter Bereiche liegen.
Inzwischen haben auf dem Gebiet von Filtern zum Entfernen von Bakterien die Hersteller von Bakterien-entfernenden Filtern Methoden zur Untersuchung der Fähigkeit eines Bakterien-entfernenden Filters zum Entfernen von Bakterien entwickelt. Auf diesem Gebiet ist es für die Hersteller seit kurzem wünschenswert, den Anwendern von Bakterien-entfernenden Filtern Methoden zur Untersuchung der Fähigkeit von Bakterien-entfernenden Filtern bereitzustellen, so daß die Anwender selbst die Bakterien-entfernende Fähigkeit derartiger Filter vor und/oder nach der Anwendung derselben prüfen können. Seit kurzem wird es auch auf dem Gebiet von Modulen zur Entfernung eines Virus - aufgrund der Tatsache, daß die Entwicklung und die Verwendung von Modulen zur Entfernung eines Virus anwachsen - wünschenswert, ein Doppeltestsystem bereitzustellen, bei dem ein Test eines Moduls durch den Hersteller in wirkungsvoller Weise mit dem Test eines Moduls durch den Anwender des Moduls kombiniert wird, so daß der Anwender prüfen kann, ob gegebenenfalls ein vorherbestimmter Grad der Fähigkeit zum Entfernen des Virus nach dem Test durch den Hersteller beibehalten wird.
Demgemäß wird es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß die Methode der vorliegenden Erfindung weiterhin nach dem Test I einen zerstörungsfreien Test oder einen zerstörenden Test hinsichtlich der Beibehaltung eines vorherbestimmten Grads der Fähigkeit zum Entfernen des Virus umfaßt.
Wenn ein poröses, polymeres Membranmodul mittels Durchführen des oben beschriebenen Tests I ausgewählt worden ist, ist es sicher, daß das getestete Modul einen vorherbestimmten Grad der Fähigkeit zum Entfernen eines Virus wenigstens zum Zeitpunkt des Tests I hat. Wenn daher das Modul nach dem Test I keine Beschädigung erlitten hat, insbesondere in der darin angeordneten porösen, polymeren Membran, weist das Modul sicher den vorherbestimmten Grad der Fähigkeit zum Entfernen eines Virus auf. Wenn jedoch nach dem Test I möglicherweise das Modul irgendeine Beschädigung erlitten hat, insbesondere in der darin angeordneten Membran, ist es erwünscht, daß vor und/oder nach der Verwendung desselben, der vorherbestimmte Grad der Virus-entfernenden Fähigkeit beibehalten wird.
Da der Test I auf einem Modul vor der Anwendung - wie oben beschrieben wurde - durchgeführt werden soll, ist es notwendig, daß der Test I der Methode der vorliegenden Erfindung ein zerstörungsfreier Test ist.
Andererseits kann der weitere Test (Test II), der nach dem Test I durchgeführt werden kann, sowohl ein zerstörungsfreier als auch ein zerstörender Test sein, je nachdem, ob der weitere Test vor oder nach der Verwendung- des Moduls durchgeführt werden soll. Wenn der weitere Test vor der Verwendung des Moduls durchgeführt werden soll, ist es eine Voraussetzung, daß der weitere Test zerstörungsfrei ist. Wenn jedoch der weitere Test auf Proben von Modulen durchgeführt werden soll, kann der weitere Test ein zerstörender Test sein, selbst wenn er vor der Anwendung durchgeführt wird.
Da ein Modul, das dem Test II unterzogen werden soll, notwendigerweise bereits dem Test I unterzogen worden ist, so daß es bereits vollständig bestätigt wurde, daß das Modul den vorherbestimmten Grad der Virus-entfernenden Fähigkeit hat, sollte hinsichtlich des weiteren Tests (Test II) bemerkt werden, daß der Test II ein relativ einfacher Test sein kann, solange in wirksamer Weise bestätigt werden kann, daß nach dem Test I das Modul keine Beschädigung aufgrund von starken Schlägen, drastischen Temperaturänderungen, extrem hohen Drücken,usw. erlitten hat, die während der Lagerung oder Verwendung desselben hätten verursacht werden können. So ist es in bezug auf den Test II nicht notwendig, eine exakte Messung z.B. des maximalen Porendurchmessers und des durchschnittlichen Porendurchmessers der in dem Modul verwendeten porösen, polymeren Membran durchzuführen.
Demgemäß umfaßt ein mehr bevorzugter Modus der Methode der vorliegenden Erfindung nach dem Test I: Durchführen eines zerstörungsfreien Tests (Test II) mit dem Modul, einschließlich des Füllens des ersten Raumes des Moduls mit Wasser, und Anlegen eines Transmembrandrucks von bis zu etwa 2,0 kg/cm² an die Membran durch Beschicken des zweiten Raumes des Moduls mit einem Gas, und Bestimmung, ob nicht in dem ersten, mit Wasser gefüllten Raum die Bildung visuell beobachtbarer Blasen erfolgt.
Wenn Blasen bei einem derartig extrem niedrigen Transmembrandruck gebildet werden, ist es in diesem Fall offensichtlich, daß die in dem Modul verwendete Membran eine ernsthafte Beschädigung, wie einen Bruch, erlitten hat, und so das Modul nicht in geeigneter Weise zur Entfernung eines Virus verwendet werden kann. In diesem Zusammenhang sollte bemerkt werden, daß eine poröse, polymere Membran zur Entfernung von Viren, die im allgemeinen eine Teilchengröße von nicht mehr als etwa 300 nm haben, extrem feine Poren hat, die zum Entfernen von Viren geeignet sind, und daß es für ein Modul, das eine komplette Porenstruktur ohne irgendeinen Defekt in der Membran hat, unmöglich ist, eine Blase bei einem so geringen Transmembrandruck, wie bis zu etwa 2,0 kg/cm², zu erzeugen.
Beispiele von Gasen, die in diesem Test II brauchbar sind, der in dem mehr bevorzugten Modus der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden sollte, umfassen die gleichen Gase wie diejenigen, die oben im Zusammenhang mit dem Test I erwähnt wurden.
Der oben erwähnte Test II, bei dem die Untersuchung hinsichtlich der Erzeugung von Blasen bei einem Transmembrandruck von bis zu etwa 2,0 kg/cm² durchgeführt wird, wird nachstehend häufig als "Leckagetest" bezeichnet. Durch den Leckagetest kann auf eine einfache Weise bestimmt werden, ob die Membran gegebenenfalls irgendeine Beschädigung erlitten hat, wie eine große Ausdehnung der Poren und das Auftreten von Rissen.
Falls es erwünscht ist, auf genauere Weise das Beibehalten eines vorherbestimmten Grads der Virus-entfernenden Fähigkeit eines Moduls nach dem Test I zu bestätigen, kann jedoch der Test II auf eine unterschiedliche Weise durchgeführt werden.
Demgemäß umfaßt ein anderer, mehr bevorzugter Modus der Metho de der vorliegenden Erfindung weiterhin nach dem Test I: zerstörungsfreies Testen (Test II), einschließlich Füllen des ersten Raumes mit Wasser, Anlegen eines Transmembrandrucks von bis zu 2,0 kg/cm² an die Membran durch Beschicken des zweiten Raumes mit einem Gas, Beenden der Gaszuführung, Stehenlassen des Moduls, wobei eine Transmembrandruckerniedrigung an der Membran verursacht wird, und Bestimmen, ob nicht gegebenenfalls eine Erniedrigung des Transmembrandrucks von dem angelegten Druck eher als etwa 10 Minuten nach der Beendigung der Gaszuführung auftritt.
In diesem mehr bevorzugten Modus der Methode der vorliegenden Erfindung kann durch diesen Test II nach dem Test I in geeigneter Weise durch Bestimmung irgendeiner Erniedrigung des Transmembrandrucks aufgrund der erhöhten Dispersion von Gas in das Wasser bestätigt werden, ob gegebenenfalls die Membran eine relativ geringe Beschädigung erlitten hat, die nicht durch den oben erwähnten Leckagetest nachgewiesen werden kann.
Wenn ein so geringer Transmembrandruck wie bis zu etwa 2,0 kg/cm² an die Membran, die keine Beschädigung nach dem Test I erlitten hat, eines Moduls angelegt wird, kann die normale Membran keine Transmembrandruckerniedrigung aufweisen. Wenn daher irgendeine Transmembrandruckerniedrigung nach der Anwendung eines so geringen Transmembrandrucks wie bis zu etwa 2,0 kg/cm² nachgewiesen wird, ist es offensichtlich, daß das Modul eine gewisse Beschädigung in der Membran nach dem Test I erlitten hat, so daß das Modul nicht in geeigneter Weise zum Entfernen eines Virus aus einem, ein Virus-enthaltendes, Fluid verwendet werden kann.
Beispiele von Gasen, die in diesem Test II anwendbar sind, der in diesem mehr bevorzugten Modus der Methode der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden soll, umfassen die gleichen Gase wie die oben im Zusammenhang mit dem Test I verwendeten Gase.
In den oben erwähnten zwei mehr bevorzugten Modi der Methode der vorliegenden Erfindung wird ein zerstörungsfreier Test (Test II) nach dem Test I durchgeführt. Falls es erwünscht ist, weiterhin die Beibehaltung des vorherbestimmten Grads der Virus-entfernenden Fähigkeit des Moduls zu bestätigen, kann jedoch das zerstörende Testen als Test II nach dem Test I durchgeführt werden.
Demgemäß umfaßt noch ein weiterer bevorzugter Modus der Methode der vorliegenden Erfindung nach dem Test I: Durchführung des zerstörenden Tests (Test II) mit dem Modul, einschließlich der Anwendung eines Fluids auf das Modul, das einen Virus- Ersatz enthält, der durch Filtration abgetrennt werden soll, und die Bestimmung, ob das Modul zur Entfernung des Ersatzes wenigstens bei einem vorher ausgewählten Entfernungsverhältnis befähigt ist.
Repräsentative Beispiele von Fluiden, die einen Virusersatz enthalten, umfassen eine wäßrige Lösung oder Dispersion des Virusersatzes.
Hinsichtlich des Virusersatzes gibt es keine bestimmte Einschränkung, so lange er einen Teilchendurchmesser hat, der etwa der gleiche wie der des Virus ist, das durch das Modul entfernt werden soll, und er eine enge Teilchendurchmesser- Verteilung hat.
Repräsentative Beispiele von Virusersatzstoffen umfassen kolloidale Goldteilchen und feine Polystyrollatex-Teilchen.
Die Methode zur Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines Moduls unter Verwendung eines Virusersatzes wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Für die Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines Moduls unter Verwendung eines Virusersatzes, wird ein Modul bereitgestellt, das einen vorherbestimmten Grad an Virusentfernender Fähigkeit hat, und ein Fluid, das einen Virusersatz enthält, wird auf das Modul aufgebracht,und ein logarithmischer Abstoßungskoeffizient (Φ) wird für den Virusersatz bestimmt. Der logarithmische Abstoßungskoeffizient (Φ) für den Ersatz wird als ein Standard zur Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines Moduls verwendet. Diese Arbeitsweise wird nachstehend weiterhin beschrieben, wobei als ein Beispiel der Fall verwendet wird, in dem kolloidale Goldteilchen als ein Ersatz für den Japanese encephalitis-Virus (JEV) verwendet werden.
Wie oben erwähnt wurde, hat - wenn ein Modul unter Verwendung einer porösen, polymeren Membran mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 35 ± 2,0 nm und einem maximalen Porendurchmesser von etwa 60 nm bis etwa 80 nm, und einer wirksamen Oberfläche von 0,03 m² eine Transmembrandruckerniedrigung von 2,5 kg/cm² oder weniger aufweist, wie gemäß dem oben beschriebenen Test I bestimmt wurde - das Modul eine JEV-entfernende Fähigkeit, die durch einen Φ-Wert von 4,5 oder mehr dargestellt wird. Bei der Durchführung von Versuchen durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung, in denen eine wäßrige Dispersion von kolloidalen Goldteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 40 nm auf eine Vielzahl derartiger Module aufgebracht wurde, wiesen alle Module einen logarithmischen Abstoßungskoeffizienten für kolloidale Goldteilchen (Φg) von 2,5 oder mehr auf. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, daß, wenn die oben erwähnten Module (bei denen eine poröse, polymere Membran mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 35 ± 2,0 nm und einem maximalen Porendurchmesser von etwa 60 nm bis etwa 80 nm, und einer wirksamen Oberfläche von 0,03 m², und die eine Transmembrandruckerniedrigung von 2,5 kg/cm² oder weniger aufweist, wie durch Test I bestimmt wurde, verwendet wird) einen logarithmischen Abstoßungskoeffizienten (Φg) von 2,5 oder mehr für kolloidale Goldteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 40 nm aufweisen, es geschlossen werden kann, daß der vorherbestimmte Grad der JEV-entfernenden Fähigkeit derselben, d.h. ein logarithmischer Virus-Abstoßungskoeffizient (Φ) von 4,5 oder mehr nach dem Test I beibehalten wird.
In der vorliegenden Erfindung können - zusätzlich zum Test I - der oben erwähnte zerstörende und zerstörungsfreie Test (Test II) individuell oder in Kombination verwendet werden.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Methode zur Entfernung von Viren aus einem Virus-enthaltenden Fluid bereitgestellt, umfassend: das Durchführen einer Filtration des Virus-enthaltenden Fluids durch das poröse, polymere Membranmodul, das durch die Stufen (1) bis (5) bewertet und durch die Stufen (6) bis (7) im Anschluß an die Stufen (1) bis (5) der Methode der vorliegenden Erfindung ausgewählt wurde.
Obwohl die obige Beschreibung hinsichtlich eines porösen, polymeren Membranmoduls zum Entfernen von Viren gemacht wurde, sollte wohlverstanden werden, daß die Methode der vorliegenden Erfindung auch auf ein poröses, polymeres Membranmodul zum Entfernen anderer Mikroorganismen angewendet werden kann, die wie ein Virus eine Wirtszelle für ihre Vermehrung benötigen. Beispiele derartiger Mikroorganismen umfassen Rickettsia, Chlamydia und dergleichen.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, die nicht als einschränkend auf den Umfang der vorliegenden Erfindung angesehen werden sollten.

Beispiele 1 bis 10

Poröse, polymere Hohlfasermembranen, die zur Entfernung des JEV-Virus hergestellt wurden und aus regenerierter Cuprammonium Cellulose bestehen, wurden bereitgestellt, wobei jede einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 35,0 ± 2,0 nm - wie basierend auf der Wasser-Permeabilität gemessen wurde - und einen Blasenpunktwert von 9,5 ± 0,5 kg/cm² (entsprechend einem maximalen Porendurchmesser von etwa 60 bis etwa 80 nm) - wie unter Verwendung von Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeit, das eine Oberflächenspannung von 15,0 dyn/cm hat, und Stickstoffgas gemessen wurde - hat. Unter Verwendung dieser porösen, polymeren Hohlfasermembranen wurden 10 poröse, polymere Membranmodule hergestellt, die jeweils eine wirksame spezifische Oberfläche von 0,03 m² haben. Jedes Modul umfaßt ein Gehäuse mit einem Einlaß für ein, ein Virus-enthaltendes, Fluid und einen Auslaß für ein Filtrat, und eine poröse, polymere Membran, die in dem Gehäuse angeordnet ist, um das Innere des Gehäuses in einen ersten Raum an einer Seite der Membran - wobei der erste Raum mit dem Auslaß in Verbindung steht - und einen zweiten Raum an der anderen Seite der Membran zu unterteilen, wobei der zweite Raum mit dem Einlaß in Verbindung steht.
Die 10 Module wurden individuell dem folgenden Test unterworfen: der erste Raum auf einer Seite der Membran wurde mit Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeit gefüllt, die eine Oberflächenspannung von 15,0 dyn/cm [Stufe (1)] hat. Der zweite Raum auf der anderem Seite der Membran wurde mit Stickstoffgas be schickt. Die Zufuhr des Gases wurde beendet, wenn der Transmembrandruck an der Membran einen vorherbestimmten Wert Ph von 8,0 kg/cm² [Sufe (3)] erreichte, wobei der Wert Ph der folgenden Formel genügt:
d < Ph < c,
worin d und c jeweils die Transmenbrandrücke an den Punkten (d) und (c) in einer wie in Fig. 1 gezeigten graphischen Abbildung sind, die im Hinblick auf ein Modellmodul erhalten wurde, das eine poröse, polymere Membran mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser und einem maximalen Porendurchmesser enthält, die jeweils etwa 35,0 ± 2,0 nm bzw. etwa 60 bis etwa 80 nm betragen. Die Transmembrandrücke von d und c sind jeweils 6,0 kg/cm² bzw. 9,5 kg/cm².
Das Modul wurde stehengelassen, wobei eine Erniedrigung des Transmembrandrucks an der Membran verursacht wurde [Stufe (4)], und eine Transmembrandruckerniedrigung vom Wert Ph (der basierend auf dem durchschnittlichen Porendurchmesser von 35 nm ± 2,0 nm und einem maximalen Porendurchmesser von etwa 60 bis etwa 80 nm durch die hierin beschriebene Methode erhalten wurde) 15 Sekunden nach der Beendigung der Gaszufuhr gemessen wurde [Stufe (5)].
Die Ergebnisse werden in der Tabelle 1 gezeigt.
Wie in der Tabelle 1 gezeigt ist, war die Transmembrandruckerniedrigung im Hinblick auf 8 Module (Module Nrn. 1 bis 8) der 10 Module geringer als 2,5 kg/cm² - was die vorher bestimmte obere Grenze eines Transmembrandruckerniedrigungswerts war -, der zum Erreichen eines logarithmischen Virusabstoßungskoeffizienten (Φ) von 4,5 oder mehr befähigt ist (die Beziehung zwischen der oberen Grenze der Transmembrandruckerniedrigung und dem logarithmischen Virusabstoßungskoeffizienten (Φ) wurde durch Bildung einer graphischen Abbildung - wie in Fig. 3 gezeigt - durch die hierin beschriebene Methode erhalten). Ein Modul (Modul Nr. 9) wies einen Transmembrandruckerniedrigungswert auf, der größer als der obere Grenzwert von 2,5 kg/cm² war. Das andere Modul (Modul Nr. 10) wies eine drastische Blasenbildung an verschiedenen Anteilen der porösen Hohlfasermembran auf, so daß der Transmembrandruck nicht auf einen Ph- Wert von 8,0 kg/cm² erhöht werden konnte, und der maximale Transmembrandruck geringer als 6 kg/cm² war. Das Auftreten der drastischen Blasenbildung bei einem derartig niedrigen Transmembrandruck weist darauf hin, daß die poröse Hohlfasermembran einen Defekt hat.
So wurden die 8 Module (Module Nrn. 1 bis 8) ausgewählt, von denen jedes Modul einen Transmembrandruckerniedrigungswert aufwies, der kleiner als 2,5 kg/cm² war. Jedes Modul der ausgewählten Module wurde mit Wasser gefüllt und einer Hochdruckdampf-Sterilisation bei 121 ºC während 30 Minuten unterzogen.
Bevor jedes Modul zur Entfernung des JEV-Virus verwendet wurde, wurde dann jedes Modul einem "Leckagetest" (Test II) bei einem Transmembrandruck von 1,0 kg/cm² unter Verwendung von Stickstoffgas unterzogen. Als ein Ergebnis ergab sich bei keinem Modul eine sichtbare Bildung von Blasen, was darauf hinweist, daß die Fähigkeit zum Entfernen des JEV-Virus beibehalten wurde.
Danach wurde jedes Modul dem Virus-entfernenden Test unter Verwendung des Japanese encephalitis-Virus (JEV), das einen Durchmesser von etwa 45 nm hat, unterzogen. Als ein Virusenthaltendes Fluid wurde ein minimal notwendiges Medium verwendet, das Kalbfötus-Serum enthält und eine JEV-Konzentration von 105,8TCID&sub5;&sub0;/ml hat. Als Ergebnis ergibt sich - wie in Tabelle 1 ersichtlich ist -, daß jedes Modul eine ausgezeich nete Virus-entfernende Fähigkeit aufwies, die durch einen Φ-Wert von 5,0 oder mehr dargestellt ist.
Nach dem Virus-Entfernungstest wurde jedes Modul mit einer wäßrigen Lösung gespült, die 0,1 % (w/v) NaOH und 0,1 % (w/v) Tenside enthält. Um die Fähigkeit zur Entfernung des JEV-Virus zu bestätigen, wurden dann die Module Nrn. 1, 3, 5 und 7 einem Test (Test II) unterzogen, worin eine wäßrige Dispersion von kolloidalen Goldteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 40 nm, die ein Ersatz für das JEV-Virus waren (Konzentration des kolloidalen Goldes: 7,76 x 10¹&sup0;/ml) auf jedes Modul aufgebracht wurde, um so die Fähigkeit jedes Moduls zum Entfernen des Ersatzes zu untersuchen. Gleichzeitig wurden die Module Nrn. 2, 4, 6 und 8 dem gleichen "Leckagetest" (Test II)- wie oben erwähnt - unterzogen.
Als ein Ergebnis ergibt sich - wie in der Tabelle 1 gezeigt ist - , daß jedes Modul der Nrn. 1,3, 5 und 7 einen logarithmischen Abstoßungskoeffizienten des kolloidalen Goldes (Φg) von 3,2 oder mehr aufweist, der wesentlich höher als 2,5 ist, welches die untere Grenze von Φg darstellt, entsprechend einem logarithmischen Virus-Abstoßungskoeffizienten (Φ) von 4,5 oder mehr. Weiterhin wurde im Hinblick auf den "Leckagetest" (Test II) der Module 2, 4, 6 und 8 keine Bildung sichtbarer Blasen beobachtet. So wurde gefunden, daß die Module 1 bis 8 keine Beschädigung vor oder während der Verwendung derselben zur Entfernung des Virus erlitten hatten.
Die zwei Module (Modul Nr. 9 und Modul Nr.10), die als unannehmbare Module ausgeschlossen worden waren, wurden mit Wasser gefüllt und der Hochdruckdampf-Sterilisation auf die gleiche Weise wie oben erwähnt unterzogen. Dann wurden die zwei Module einem "Leckagetest" (Test II) bei einem Transmembrandruck von 1,0 kg/cm² auf die gleiche Weise wie oben erwähnt unterzogen. Als ein Ergebnis ergibt sich, daß im Fall des Moduls Nr. 10 die Bildung von Blasen an einem Teil der Hohlfasermembran visuell bei einem so geringen Transmembrandruck wie 0,9 kg/cm² beobachtet wurde, was auf das Vorliegen einer unannehmbar großen Pore oder eines Risses hinweist. Im Fall des Moduls Nr. 9 wurde keine Blasenbildung in dem "Leckagetest" beobachtet.
Dann wurden die zwei Module dem Virus-Entfernungstest unter Verwendung des Japanese encephalitis-Virus auf die gleiche Weise wie oben erwähnt unterzogen. Als ein Ergebnis ergibt sich, daß die Module Nr. 9 und Nr. 10 so geringe Φ-Werte aufwiesen wie 2,6 bzw. 0,5, die niedriger als der erwünschte Bereich von 4,5 oder mehr sind. In dem Fall des Moduls Nr. 10 gingen die meisten der Virus-Teilchen durch die Hohlfasermembran hindurch, ohne eingefangen zu werden.
Weiterhin wurde das Modul Nr. 9 mit einer Spüllösung des gleichen wie oben erwähnten Typs gewaschen und dann dem Entfernungstest von kolloidalem Gold (Test II) unter Verwendung von kolloidalen Goldteilchen (durchschnittlicher Teilchendurchmesser:40 nm) auf die gleiche wie oben erwähnte Weise unterzogen. Als ein Ergebnis ergab sich, daß der Φg-Wert so gering wie 1,2 war. Tabelle 1 Tabelle 1 (Fortsetzung)
Anmerkung: Der Transmembrandruck konnte nicht in ausreichender Weise erhöht werden, um die Erniedrigung desselben messen zu können.

Claims

1. Verfahren zur Bewertung der Virus-entfernenden Fähigkeit eines porösen, polymeren Membranmoduls zum Entfernen von Viren aus einem, ein Virus-enthaltendes, Fluid durch Filtration, wobei das Modul umfaßt: ein Gehäuse mit einem Einlaß für ein, ein Virus-enthaltendes, Fluid und einen Auslaß für ein Filtrat, und eine poröse, polymere Membran, die in dem Gehäuse angeordnet ist, um das Innere des Gehäuses in einen ersten Raum an einer Seite der Membran - wobei der erste Raum mit entweder dem Einlaß oder dem Auslaß in Verbindung steht - und einen zweiten Raum an der anderen Seite der Membran zu unterteilen, wobei der zweite Raum entweder mit dem verbleibenden Einlaß oder Auslaß in Verbindung steht, wobei das Verfahren darin besteht, daß das poröse, polymere Membranmodul dem Test I unterzogen wird,

wobei der Test I die folgenden Stufen umfaßt:

(1) Füllen des ersten Raumes auf einer Seite der Membran mit einer Flüssigkeit, die gegenüber der Membran chemisch inert ist,

(2) Beschicken des zweiten Raums auf der anderen Seite der Membran mit einem Gas, das gegenüber der Membran chemisch inert ist,

(3) Beendigen der Zugabe des Gases, wenn der Transmembrandruck an der Membran einen vorherbestimmten Wert Ph erreicht, wobei der Wert Ph der folgenden Formel genügt:

d < Ph < c,

worin d und c jeweils die Transmenbrandrücke an den Punkten (d) und (c) einer graphischen Abbildung des Transmembrandrucks gegenüber der Gaszuführungsgeschwindigkeit - die wie nachstehend beschrieben erhalten werden - sind,

(4) Stehenlassen des Moduls, wobei der Transmembrandruck an der Membran verringert wird, und

(5) Messen der Transmembrandruck-Erniedrigung aus dem Wert Ph während einer vorbestimmten Zeitspanne nachdem die Zufuhr des Gases beendet ist,

worin die obige graphische Abbildung eine Kurve enthält, die die Beziehung zwischen dem Transmembrandruck und der Gas zuführungsgeschwindigkeit des Modellmoduls einer porösen, polymeren Membran zeigt, worin das Modellmodul im wesentlichen das gleiche ist wie das Modul, das dem Test I unterzogen wird, das eine poröse, polymere Membran mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser und einem maximalen Porendurchmesser enthält, die jeweils innerhalb der Bereiche liegen, die gemäß der Größe der zu entfernenden Viren vorherbestimmt sind, wobei diese Beziehung zwischen dem Transmembrandruck und der Gaszuführungsgeschwindigkeit erhalten wird durch: Füllen des ersten Raumes auf einer Seite der Membran des Modellmoduls mit einer Flüssigkeit, die gegenüber der Membran chemisch inert ist, und Beschicken des zweiten Raums an der anderen Seite der Membran des Modellmoduls mit einem Gas, das gegenüber der Membran chemisch inert ist, während der Transmembrandruck und die Gaszuführungsgeschwindigkeit gemessen werden, und worin:

eine gerade Linie, die durch Verlängern des Anteils der geraden Linie, der zuerst in der obigen Kurve vorliegt, als die gerade Linie (a) definiert ist, wobei der Anteil der geraden Linie, der zuerst vorliegt, die Zunahme der Gaszuführungsgeschwindigkeit im Verhältnis zu der Zunahme des Transmembrandrucks darstellt;

ein Transmembrandruck am Punkt (d), der dem Punkt (d&sub1;) auf der Kurve entspricht, an dem der Punkt (d&sub1;) der Kurve von der geraden Linie (a) abzuweichen beginnt, als ein Transmembrandruck d definiert ist,

eine gerade Linie, die durch Verbinden der Punkte (e) und (f) auf der Kurve erhalten wird, wobei an den Punkten (e) und (f) die Gaszuführungsgeschwindigkeiten das 2,5-fache bzw. 3,0-fache der Gaszuführungsgeschwindigkeit am Punkt (d&sub1;) sind, als die gerade Linie (b) definiert ist, und ein Transmembrandruck (c), der dem Punkt (c&sub1;) entspricht, an dem sich die gerade Linie (a) mit der geraden Linie (b) schneidet, als ein Transmembrandruck c definiert ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Flüssigkeit, die für den Test I verwendet wird, eine Oberflächenspannung von nicht mehr als 25 dyn/cm aufweist, und das in dem Test I zu verwendende Gas eine Löslichkeit von nicht mehr als 1,0 cm³ Gas/cm³ Flüssigkeit für die Flüssigkeit in Form des Ostwald'schen Löslichkeitskoeffizienten aufweist.

3. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 2, worin die vorherbestimmte Zeitspanne nach der Beendigung der Gaszuführung in Stufe (5) eine Zeitspanne ist, worin ein erstes Modul, das als das Modul definiert ist, das dem Test I unterzogen werden soll, eine geringere Transmembran-Druckabnahme aufweist als ein Modul einer zweitens porösen Membran, worin das zweite Modul im wesentlichen das gleiche Modul wie das erste Modul ist, mit der Abänderung, daß das zweite Modul einen geringeren Transmembrandruck an einem Punkt, der dem Punkt (c) entspricht, als das erste Modul aufweist.

4. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: Unterziehen des getesteten Moduls einem Test II nach dem Test I, der aus zerstörungsfreiern Testen und einem destruktiven Testen ausgewählt ist, um so zu bestimmen, ob die abgeschätzte, Virus-entfernende Fähigkeit des Moduls beibehalten wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, worin das zerstörungsfreie Testen Auffüllen des ersten Raumes des Moduls mit Wasser und Anwenden eines Transmembrandrucks von bis zu etwa 2,0 kg/cm² auf die Membran einschließt, indem man ein Gas dem zweiten Raum des Moduls zuführt und bestimmt, ob nicht die Bildung von visuell beobachtbaren Bläschen in dem ersten Raum, der mit dem Wasser gefüllt ist, auftritt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, worin das zerstörungsfreie Testen einschließt: Füllen des ersten Raumes mit Wasser, Anwenden eines Transmembrandrucks von bis zu etwa 2,0 kg/cm² auf die Membran, indem man ein Gas dem zweiten Raum zuführt, Beenden der Zuführung des Gases, Stehenlassen des Moduls, wobei eine Erniedrigung des Transmembrandrucks an der Membran verursacht wird, und Bestimmen, ob nicht eine Erniedrigung des Transmembrandrucks gegenüber dem aufgebrachten Druck vor Ablauf von etwa 10 Minuten nach der Beendigung der Gaszuführung erfolgt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 4, worin das zerstörungsfreie Testen Aufbringen eines Fluids auf das Modul einschließt, das einen Ersatzstoff für die durch Filtration zu entfernenden Viren enthält, um so die Fähigkeit des Moduls zur Entfernung des Ersatzstoffs abzuschätzen.

8. Verfahren gemäß irgendeinem der Anspruche 1 bis 7, worin die poröse, polymere Membran eine poröse, polymere Hohlfaser-Membran ist.

9. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, worin die poröse, polymere Membran aus regenerierter Cuprammonium-Cellulose besteht.

10. Verfahren zur Auswahl eines porösen, polymeren Membranmoduis zum Entfernen von Viren aus einem Virus-enthaltenden Fluid durch Filtration, das nach den Stufen (1) bis (5) des Verfahrens gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 die Stufen:

(6) Bestimmen, ob die gemessene Transmembrandruck-Erniedrigung nicht größer ist als ein Wert, der gemäß einem vorher ausgewählten Virusentfernungs-Verhältnis vorherbestimmt ist, und

(7) Einstufen des Moduls als geeignet oder ungeeignet, basierend auf der Bestimmung in Stufe (6),

umfaßt.

11. Verfahren zum Entfernen von Viren aus einem Virus-enthaltenden Fluid, das das Unterziehen eines Virus-enthaltenden Fluids der Filtration durch den porösen, polymeren Membranmodul, der gemäß Anspruch 10 ausgewählt ist, umfaßt.