KR101151139B1

KR101151139B1 - 의료용 필터재 및 그것을 사용한 체외 순환 컬럼과 혈액필터

Info

Publication number: KR101151139B1
Application number: KR1020067024126A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 나루제; 슈이찌 노나까; 다까시 오찌
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2012-06-01
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: CN1968720A; CN1968720B; US20080023394A1; WO2005102413A1; EP1745808A1; JPWO2005102413A1; KR20060135956A; EP1745808A4

Abstract

본 발명은 수 평균 직경이 1 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하이며, 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율이 중량 환산으로 3 ％ 이하인, 열가소성 중합체로 이루어지는 나노 섬유 분산체를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 필터재 및 그것을 사용한 체외 순환 컬럼과 혈액 필터를 제공한다. 본 발명은 섬유 직경의 변동이 작고, 강도가 높을 뿐만 아니라, 생산성이 높은 나노 섬유를 사용함으로써, 혈구 흡착 성능 또는 단백 흡착 성능이 우수한 의료용 필터재를 제공할 수 있다. 이 의료용 필터재를 충전함으로써, 고성능의 체외 순환 컬럼과 혈액 필터를 제공할 수 있다.

의료용 필터재, 체외 순환 컬럼, 혈액 필터

Description

의료용 필터재 및 그것을 사용한 체외 순환 컬럼과 혈액 필터{MEDICAL FILTER MATERIAL AND, UTILIZING THE SAME, EXTRACORPOREAL CIRCULATION COLUMN AND BLOOD FILTER}

본 발명은, 나노 섬유를 사용한 의료용 필터재 및 그것을 사용한 체외 순환 컬럼과 혈액 필터에 관한 것이다. 또한, 본 발명에서 말하는 나노 섬유란, 단섬유의 수 평균 직경이 1 ㎚ 이상 1 ㎛ 이하의 범위 내에 있는 단섬유를 말한다. 또한, 이 나노 섬유는 섬유상의 형태일 수 있으며, 그의 길이 또는 단면 형상 등에는 구애받지 않는 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 이와 같은 나노 섬유를 사용한 의료용 필터재에 관한 것이며, 특히 종래에는 없던 나노 섬유의 섬도(纖度)와 이 섬도의 균일성에 기초하여 의료 분야에서의 용도를 넓힐 수 있는, 신규 나노 섬유를 사용한 의료용 필터재 및 그것을 사용한 체외 순환 컬럼과 혈액 필터에 관한 것이다.

장기의 소혈 재환류 장해, 패혈증, 궤양성 대장염, 클론병, SIRS 및 감염증 등의 염증성 질환에서는, 혈액 중에 과립구 등의 염증성 백혈구가 증가되는 것이 이전부터 알려져 있으며, 체외 순환에 의해 염증성 백혈구를 제거하는 것이 중요하다. 또한, 최근 혈액 제제 중에 포함되어 있는 혼입 백혈구를 제거하고 나서 혈액 제제를 수혈하는, 소위 백혈구 제거 수혈이 보급되고 있다. 이것은, 수혈에 따른 두통, 구역질, 오한 및 비용혈성 발열 반응 등의 비교적 경미한 부작용이나, 수혈자에게 심각한 영향을 미치는 동종 항원 감작, 바이러스 감염 및 수혈 후 GVHD 등의 위독한 부작용이 주로 수혈에 사용된 혈액 제제 중에 혼입되어 있는 백혈구가 원인으로 발생되는 것이 분명해졌기 때문이다.

이러한 경위로부터 백혈구를 제거하는 필터재로서, 예를 들면 직경 수 ㎛의 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 멜트 블로우 섬유를 사용한 의료용 필터재에 셀룰로오스계의 극세 섬유를 유지시킨 백혈구 제거 필터가 제안되어 있다(WO97/23266호 공보). 확실히 WO97/23266호 공보의 백혈구 제거 필터재는 백혈구 제거 능력이 우수하긴 하지만, 극세 섬유로서 셀룰 피브릴을 사용하고 있으며, 피브릴화에서는 셀룰로오스의 섬유 직경에 변동이 발생하기 때문에, 필터재의 국부에서 백혈구 제거가 균일하게 행해지지 않을 염려가 있었다. 또한, WO97/23266호 공보에서는 섬유 직경을 균일하게 하기 위해 아세트산균에 수십 나노미터 오더의 셀룰로오스 섬유를 생산시키는 방법도 제안되어 있지만, 섬유가 지나치게 가늘기 때문에 섬유의 절대적인 강력이 낮아져, 혈액을 대량으로 처리할 때 내압성을 올릴 필요가 생기거나, 아세트산균에 의한 셀룰로오스의 생산에 시간이 필요로 되기 때문에, 필터재의 생산성이 높아지지 않는다는 문제점이 있었다.

이 관점으로부터, 셀룰로오스가 아닌 합성 중합체를 이용하여, 단섬유 직경의 변동이 작을 뿐만 아니라, 섬유의 절대적인 강력이 높고, 생산성도 높은 합성 중합체를 포함하는 나노 섬유를 이용한 의료용 필터재가 요구되고 있다.

한편, 최근 각광을 받고 있는 나노미터 수준의 합성 섬유의 기재를 얻는 기술로서, 일렉트로 스피닝이라는 기술이 제안되어 있다(Polymer, vol. 40, 4585 내지 4592(1999) 및 Polymer, vol. 43, 4403 내지 4412(2002)). 이것은 중합체를 전해질 용액에 용해하여 구금(口金)으로부터 압출하는 것인데, 이때 중합체 용액에 수천 내지 3만 볼트의 고전압을 인가하여, 중합체 용액의 고속 제트 및 그에 따른 제트의 절곡, 팽창에 의해 극세화하고자 하는 기술이다. 이 기술을 이용하면, 나노 섬유 직경으로 수백 ㎚의 나노 섬유 부직포를 얻을 수 있으며, 중합체 또는 방사 조건을 한정하면 수십 ㎚ 상당의 나노 섬유의 기재를 얻을 수 있는 경우도 있다. 그러나, 일렉트로 스피닝으로 얻어지는 나노 섬유는, 섬유화의 과정에서 용매가 증발함으로써 얻어지는 것이기 때문에, 나노 섬유가 배향 결정화되지 않는 경우가 많으며, 저강도인 것만이 얻어지고 있다. 이 때문에, 의료용 필터재에 적합한 절대 강력이 높은 나노 섬유 기재를 얻는 것은 곤란하였다. 또한, 일렉트로 스피닝은 제조 방법으로서도 큰 문제점을 갖고 있고, 얻어지는 의료용 필터재의 크기가 겨우 100 ㎠ 정도이며, 생산성이 최대여도 수 g/시간으로 통상적인 용융 방사에 비해 매우 낮다는 문제점이 있었다. 또한, 고전압을 필요로 하며, 유해한 유기 용매 또는 초극세사가 공기 중에 부유하기 때문에, 감전, 폭발 및 중독의 우려가 있다는 문제점도 있다.

상술한 설명으로부터 분명한 바와 같이, 형상 또는 중합체에 제약이 없고, 폭넓게 응용 전개 가능하며, 단섬유 직경이 균일하고, 강도가 높을 뿐만 아니라, 생산성도 높은 나노 섬유를 이용한 의료용 필터재가 요구되고 있다.

따라서 본 발명의 과제는, 종래에는 없던 섬유 직경의 변동이 작고, 강도가 높을 뿐만 아니라, 생산성이 높은 나노 섬유를 사용함으로써, 혈구 흡착 성능 또는 단백 흡착 성능이 우수한 신규 나노 섬유를 사용한 의료용 필터재를 제공하는 것에 있다.

또한, 이러한 의료용 필터재를 사용한 고성능의 의료용 기기 또는 재료, 특히 체외 순환 컬럼과 혈액 필터를 제공하는 것도 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 의료용 필터재는 수 평균 직경이 1 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하이며, 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율이 중량 환산으로 3 ％ 이하인, 열가소성 중합체로 이루어지는 나노 섬유 분산체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 체외 순환 컬럼 및 혈액 필터는, 이러한 필터재가 충전되어 있는 것을 특징으로 한다.

<발명의 효과>

본 발명에 따른 의료용 필터재에 따르면, 섬유 직경의 변동이 작고, 강도가 높을 뿐만 아니라, 생산성이 높은 나노 섬유를 사용하도록 하였기 때문에, 혈구 흡착 성능 또는 단백 흡착 성능이 우수한 의료용 필터재로 할 수 있다. 이 의료용 필터재를 충전함으로써, 고성능의 의료용 기기 또는 재료, 특히 체외 순환 컬럼과 혈액 필터를 제공할 수 있다.

[도 1] 본 발명에서의 나일론 나노 섬유의 섬유 횡단면을 TEM에 의해 관찰한 결과를 도시하였다.

[도 2] 본 발명에서의 메쉬상 구조의 구체예를 SEM에 의해 관찰한 결과를 도시하였다.

[도 3] 본 발명의 한 실시 양태에 따른 체외 순환 컬럼의 개략 구성도 (A) 및 필터재를 격자상으로 충전한 컬럼의 개략 횡단면도 (B)이다.

[도 4] 본 발명의 한 실시 양태에 따른 혈액 필터의 개략 구성도 (A) 및 필터재를 충전한 혈액 필터의 개략 종횡단면도 (B)이다.

[도 5] 실시예에서 사용한 방사기의 개략 구성도이다.

[도 6] 실시예에서 사용한 구금의 개략 종단면도이다.

[도 7] 실시예에서 사용한 연신기의 개략 구성도이다.

[도 8] 실시예 1의 중합체 얼로이 섬유의 횡단면을 TEM에 의해 관찰한 결과를 도시하였다.

[도 9] 나노 섬유의 직경 변동의 예를 빈도에 대하여 나타낸 그래프이다.

[도 10] 나노 섬유의 직경 변동의 예를 섬유 비율에 대하여 나타낸 그래프이다.

[도 11] 실시예 1의 혈액 흡착 평가 후의 필터재 표면을 SEM에 의해 관찰한 결과를 도시하였다.

[도 12] 비교예 1의 혈액 흡착 평가 후의 필터재 표면을 SEM에 의해 관찰한 결과를 도시하였다.

[도 13] 실시예 2 및 비교예 3에서의 SDS-PAGE 겔에 의한 단백 흡착 평가 결과를 도시하였다.

[도 14] 실시예에서 사용한 압출 장치의 개략 종단면도이다.

[도 15] 실시예 15의 메쉬상 구조를 갖는 필터재 표면을 SEM에 의해 관찰한 결과를 도시하였다.

[도 16] 본 발명의 한 실시 양태에 따른 필터재의 사시도 (A), 필터재의 컬럼에 대한 충전 형태를 나타내는 사시도 (B), 통액 방향이 필터재에 대하여 직교류인 컬럼의 개략 종단면도 (C)이다.

[도 17] 본 발명의 별도의 실시 양태에 따른 필터재의 부분 사시도 (A), 통액 방향이 필터재에 대하여 평행류인 컬럼의 개략 종단면도 (B)이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1: 체외 순환 컬럼

2: 혈액 도입구

3: 혈액 도출구

4: 필터재

5: 혈액 필터

6: 호퍼

7: 칩 공급부

7a: 용융부

8: 스핀 블록

9: 방사팩

10: 구금

11: 침니(chimney)

12: 사조(絲條)

13: 집속 급유 가이드

14: 제1 인취 롤러

15: 제2 인취 롤러

16: 권취사

17: 계량부

18: 토출 구멍 길이

19: 토출 공경

20: 미연신사

21: 피드 롤러

22: 제1 핫롤러

23: 제2 핫롤러

24: 제3 롤러(실온)

25: 연신사

26: 백혈구

27: 적혈구

28: 압출 장치

29: 중합체 얼로이 섬유를 포함하는 막대

30: 피스톤

31: 토출 구멍

32: 통액 구멍

A: 중합체 얼로이 섬유

F: 나노 섬유

N: 나일론

P: 폴리에스테르

S: 기재 섬유

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하에 본 발명에 따른 나노 섬유를 사용한 의료용 필터재에 대하여, 바람직한 실시의 형태와 함께 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 나노 섬유를 사용한 의료용 필터재는, 수 평균 직경이 1 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하이며, 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율이 중량 환산으로 3 ％ 이하인, 열가소성 중합체로 이루어지는 나노 섬유 분산체를 포함하는 것이다.

그리고, 본 발명에서는 이 나노 섬유의 수 평균 직경이 작다는 것과, 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 것이 중량 환산으로 3 ％ 이하, 즉 수 평균 직경이 1 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하인 나노 섬유 이외에 조대(粗大)한 직경의 섬유가 거의 없다는 두 개의 요건이 특히 중요하다.

또한, 본 발명에서 말하는 나노 섬유란, 섬유 직경으로 1 ㎚ 이상 1 ㎛ 이하의 범위 내에 있는 단섬유를 말하며, 나노 섬유 분산체란 이 나노 섬유가 분산된 형태를 갖는 것이다. 또한, 나노 섬유는 섬유상의 형태일 수 있으며, 그의 길이 또는 단면 형상 등은 한정되지 않는다.

본 발명에서 나노 섬유의 수 평균 직경에 대해서는, 의료용 필터재의 횡단면 또는 표면을 투과형 전자 현미경(TEM) 또는 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하여, 동일한 횡단면 내에서 무작위로 추출한 50개 이상의 섬유 직경을 측정하지만, 이것을 3 부분 이상에서 행하여, 적어도 합계 150개 이상의 섬유 직경을 측정함으로써 구한다.

이 경우, 1 ㎛를 초과하는 섬유 직경은 나노 섬유의 직경 해석시에 계산하지 않는 것으로 한다. 또한, 나노 섬유가 이형 단면(비원형 단면)인 경우, 우선 나노 섬유의 단면적을 측정하여, 그의 면적을 임시로 단면이 원인 경우의 면적으로 한다. 이 면적으로부터 직경을 산출함으로써 해당 이형 단면의 나노 섬유의 수 평균 직경을 구할 수 있다. 여기서, 나노 섬유의 수 평균 직경의 평균값은, 우선 나노 섬유의 직경을 ㎚ 단위로 소수점 1 자릿수까지 측정하고, 소수점 이하를 반올림하여, 그의 단순한 평균값으로 구한다.

여기서, 본 발명에 따른 나노 섬유를 사용한 의료용 필터재의 구조예에 대하여 설명하기 위해, 본 발명에서의 의료용 필터재에 사용되고 있는 나노 섬유의 섬유 횡단면의 현미경에 의한 관찰 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1의 부호 (F)는 나노 섬유를 나타내고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 의료용 필 터재를 구성하는 나노 섬유는, 거의 전부가 500 ㎚ 이하인 나노 섬유 직경을 나타내면서, 나노 섬유의 직경이 10 ㎚ 전후부터 100 ㎚ 부근의 수준까지 분포되어 있는 것이다.

나노 섬유의 수 평균 직경이 1 ㎚ 이상이면 섬유로서의 절대적인 강력을 어느 정도 확보할 수 있기 때문에, 예를 들면 혈액을 처리할 때 충돌하는 혈구 성분 또는 다른 조대 성분 등에 의해 섬유가 절단되기 쉬워지는 것을 억제하여, 필터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 수 평균 직경이 500 ㎚ 이하이면, 혈구 또는 단백을 흡착하기 위한 충분한 표면적을 확보할 수 있음과 동시에, 나노 섬유 때문에 선택 흡착성이 발현되어, 필터의 성능을 향상시킬 수 있다. 나노 섬유의 절대적인 강력을 향상시키는 관점에서는, 나노 섬유의 수 평균 직경이 큰 것이 바람직하며, 30 ㎚ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 필터의 성능을 향상시키는 관점에서는, 나노 섬유의 수 평균 직경이 작은 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 200 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 80 ㎚ 이하이다.

또한 본 발명에서, 의료용 필터재 중 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율은, 나노 섬유 전체의 중량에 대한 조대 단섬유(직경이 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하인 단섬유)의 중량 비율을 의미하며, 다음과 같이 하여 계산한다. 즉, 의료용 필터재 중의 나노 섬유 각각의 단섬유 직경을 di로 하여, 그의 2승의 총합(d₁ ²+d₂ ²+ㆍㆍㆍ+d_n ²)=Σd_i ²(i=1 내지 n)을 산출한다. 또한, 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 나노 섬유 각각의 섬유 직경을 Di로 하 고, 그의 2승의 총합(D₁ ²+D₂ ²+ㆍㆍㆍ+D_m ²)=ΣD_i ²(i=1 내지 m)을 산출한다. Σd_i ²에 대한 ΣD_i ²의 비율을 산출함으로써, 전체 나노 섬유에 대한 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 섬유 직경의 면적 비율, 즉 중량 환산 비율을 구할 수 있다.

본 발명의 나노 섬유를 사용한 의료용 필터재는, 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율이 중량 환산으로 3 ％ 이하인 것이 중요하며, 보다 바람직하게는 1 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ％ 이하이다. 즉, 이것은 직경이 500 ㎚를 초과하는 조대한 나노 섬유의 존재가 0에 가까운 것을 의미하는 것이다. 또한, 나노 섬유 수 평균 직경이 200 ㎚ 이하인 경우, 직경이 200 ㎚보다 큰 단섬유의 섬유 비율은, 바람직하게는 3 ％ 이하, 보다 바람직하게는 1 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ％ 이하이다. 또한, 나노 섬유의 수 평균 직경이 100 ㎚ 이하인 경우, 직경이 100 ㎚보다 큰 단섬유의 섬유 비율은, 바람직하게는 3 ％ 이하, 보다 바람직하게는 1 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ％ 이하하다. 이들에 의해, 나노 섬유를 사용한 의료용 필터재의 기능을 충분히 발휘할 수 있음과 동시에, 제품의 품질 안정성도 양호하게 할 수 있다.

본 발명에서는 나노 섬유가 열가소성 중합체인 것이 중요하다. 열가소성 중합체로부터 형성되는 나노 섬유에서는, 셀룰로오스 피브릴의 고해(叩解)와는 비교할 수 없을 정도로 섬유 직경을 균일하게 조절할 수 있으며, 셀룰로오스 등의 천연 섬유 또는 레이온 등의 반합성 섬유보다 강도를 더욱 높게 할 수 있을 뿐만 아니라, 용융방사법에 의해 얻을 수 있기 때문에 생산성이 매우 높고, 용이하게 나노 섬유를 얻는 것이 가능해진다.

본 발명에서 말하는 열가소성 중합체로서는, 폴리에스테르 또는 폴리아미드, 폴리올레핀 및 폴리페닐렌술피드(PPS) 등을 들 수 있지만, 폴리에스테르 또는 폴리아미드로 대표되는 중축합계 중합체는 융점이 높은 것이 많기 때문에 보다 바람직하다. 중합체의 융점이 165 ℃ 이상인 것이 나노 섬유의 내열성이 양호하기 때문에 바람직하다. 예를 들면, 상기 융점은 폴리락트산(PLA)에서는 170 ℃, PET에서는 255 ℃, N6(나일론 6)에서는 220 ℃이다.

본 발명에 따른 의료용 필터재는, 예를 들면 체액을 처리하는 기재로서 사용된다. 여기서 말하는 체액이란, 혈액, 혈장, 혈청, 복수, 림프액, 관절 내액, 이로부터 얻어진 분획 성분 및 기타 생체에서 유래된 액성 성분 등이며, 본 발명에 따른 의료용 필터재는, 체액 중의 성분을 여과 또는 흡착에 의해 불필요한 백혈구 또는 독소, 단백질 등을 제거하는 데 바람직하게 사용된다.

또한, 본 발명에 따른 의료용 필터재의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 나노 섬유가 적어도 일부에 포함되는 것이 바람직하다. 바람직한 의료용 필터재의 형태로서는, 여과 또는 흡착 효율을 높이기 위해 표면적이 넓으며, 직물, 편물(編物), 부직포, 종이, 필름 및 이들의 복합체 등이 특히 바람직하다.

또한, 본 발명의 의료용 필터재 중의 나노 섬유의 함유율로서는 특별히 한정되지 않지만, 필터재에 대하여 0.0001 중량％ 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게 는 0.01 중량％ 이상이다.

본 발명에서의 나노 섬유는, 예를 들면 메쉬상 구조를 형성하고 있는 것이 바람직하다. 여기서 메쉬상 구조란, 나노 섬유가 속상(束狀)으로 되어 있지 않으며, 각각의 나노 섬유가 개섬(開纖)된 상태인, 소위 단섬유가 분산되어 포어를 형성한 상태이고, 복수개의 단섬유가 물리적 또는 화학적으로 서로 얽혀 메쉬상 구조를 형성하고 있는 것을 나타낸다. 메쉬상 구조의 예로서, 나노 섬유가 분산된 형태의 전자 현미경에 의한 관찰 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2에서, 부호 (F)는 나노 섬유를 나타내고 있다. 나노 섬유가 메쉬상 구조를 형성함으로써, 나노 섬유가 단섬유 수준으로 분산되고 있기 때문에, 나노 섬유 표면, 즉 흡착 사이트를 유효하게 이용할 수 있다. 이에 따라, 체액 중의 제거하고자 하는 성분을 효율적으로 포착할 수 있다.

본 발명에 따른 필터재는 필터재의 중량에 대한 혈구 또는 단백의 흡착 효율을 향상시키기 위해, 나노 섬유만을 포함하는 것이 바람직하다. 필터재가 나노 섬유만으로 구성됨으로써, 나노 섬유의 큰 표면적을 최대한으로 활용하여, 여과 또는 흡착 효율을 극한까지 추구할 수 있다. 또한, 필터재에 나노 섬유 이외의 것이 함유되지 않으면, 필터재로 체액 중의 제거하고자 하는 성분의 포착을 균일하게 행할 수 있다.

또한, 필터재에 대하여 통액 방향을 직교류로 하는 경우, 본 발명에 따른 의료용 필터재는 나노 섬유와, 수 평균 직경이 1 ㎛보다 크고 100 ㎛ 이하인 섬유 기재로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 섬유 기재란, 나노 섬유의 지지체로서의 역할을 갖는 것으로 섬유 형상일 수 있으며, 상기 섬유 기재로서 직물, 편물, 부직포 및 종이 등을 들 수 있다. 의료용 필터재 중에 나노 섬유보다 직경이 큰 다른 섬유가 존재함으로써, 나노 섬유 단독으로는 얻을 수 없었던 효과의 발현을 기대할 수 있다. 예를 들면, 나노 섬유 단독으로는 강도가 약하기 때문에 실사용에 견딜 수 없지만, 나노 섬유보다 직경이 큰 섬유 기재와 혼용함으로써, 나노 섬유의 고표면적에 의한 흡착 효과 등을 발휘시키면서 구조체로서의 역학적 강도를 향상시킬 수 있기 때문에, 보강 효과가 얻어지는 것이다.

또한, 친수성이 강한 나노 섬유를 단독으로 사용한 경우에는, 체액을 처리할 때 흡수 팽윤 등에 의해 치수 변화가 발생되는 경우가 있지만, 상기한 바와 같은 섬유 기재와 혼용함으로써 치수 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 나노 섬유 단독으로 의료용 필터재를 구성한 경우에는, 복수의 나노 섬유 사이에서 형성되는 공극(메쉬)이 매우 작아지며, 일반적으로 그에 따라 압력 손실이 높아져 체액의 통액도가 저하되지만, 섬유 기재와 혼용함으로써 나노 섬유보다 직경이 큰 섬유 사이에서 형성되는 공극이 커져, 결과로서 외관 밀도가 작아지기 때문에, 여과 방식으로 체액 중의 불필요 물질을 제거하는 의료 필터 용도에서의 요구 특성인 저압력 손실을 달성할 수 있다. 섬유 기재의 수 평균 직경은 바람직하게는 2 내지 50 ㎛, 보다 바람직하게는 3 내지 20 ㎛이다.

본 발명에 따른 의료용 필터재의 기본 중량은 1 내지 500 g/㎡인 것이 바람직하다. 기본 중량이 1 내지 500 g/㎡이면 필터재에 충분한 강도를 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 구부리기 용이해지거나 가공성이 향상되어, 예를 들면 체외 순환 컬럼 또는 혈액 필터에 상기 필터재를 충전하기 쉬워지는 등의 이점이 있다. 기본 중량은 1 내지 350 g/㎡인 것이 보다 바람직하며, 5 내지 280 g/㎡인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 의료용 필터재의 외관 밀도는 0.01 내지 1.0 g/㎤인 것이 바람직하다. 외관 밀도가 0.01 내지 1.0 g/㎤이면 압력 손실을 적게 할 수 있음과 동시에, 필터재에 충분한 강도를 부여할 수 있다. 외관 밀도는 보다 바람직하게는 0.05 내지 0.4 g/㎤이고, 더욱 바람직하게는 0.07 내지 0.3 g/㎤이다.

본 발명에 따른 의료용 필터재에서는, 여과 또는 흡착시키고자 하는 물질에 따라 필터재 표면을 개질(改質)할 수 있다. 필터재 표면을 개질하는 방법으로서는, 표면 그래프트 중합, 고분자 재료의 코팅 또는 욕중 처리 및 방전 처리 등을 들 수 있다. 표면 그래프트 중합, 고분자 재료의 코팅 또는 욕중 처리에 의해 필터재 표면을 개질하는 경우에 사용되는 고분자 재료로서는 특별히 한정되지 않지만, 친수화하는 목적으로부터 비이온성 친수기를 갖는 고분자 재료가 바람직하다. 비이온성 친수기로서는 히드록실기, 아미드기 및 폴리에틸렌옥시드쇄 등을 들 수 있다. 비이온성 수산기를 갖는 고분자 재료의 합성에 사용할 수 있는 단량체로서는, 예를 들면 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 비닐알코올(아세트산비닐을 중합하여 얻어진 고분자를 가수분해함으로써 제조한 것), 메타크릴아미드 및 N-비닐피롤리돈 등을 들 수 있다. 상기 단량체 중에서도 2-히드록시에틸메타크릴레이트 및 2-히드록시에틸아크릴레이트가 바람직하다.

본 발명에 따른 의료용 필터재는 체액 도입구를 상부에, 체액 도출구를 하부 에 갖는 용기 중에 충전함으로써, 체외 순환 컬럼 또는 혈액 필터로 할 수 있다. 도 3에 체외 순환 컬럼의 구조예를, 도 4에 혈액 필터의 구조예를 각각 나타낸다.

도 3(A)에서 (1)은 체외 순환 컬럼, (2)는 혈액 도입구, (3)은 혈액 도출구를 나타내며, 이 체외 순환 컬럼 (1) 내에 도 3(B)에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 필터재 (4)가 충전된다. 도 4(A)에서 (5)는 혈액 필터, (2)는 혈액 도입구, (3)은 혈액 도출구를 나타내며, 이 혈액 필터 (5) 내에 도 4(B)에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 필터재 (4)가 충전된다.

또한, 본 발명에 따른 체외 순환 컬럼 또는 혈액 필터에서는, 필터재에 대하여 통액 방향이 직교류 또는 평행류가 되도록 필터재가 충전되어 있는 것이 바람직하다. 통액 방향이 필터재에 대하여 직교류인 경우에는, 체액을 여과함으로써 혈구 등의 비교적 큰 불필요 성분을 효율적으로 제거하는 것이 가능해진다. 한편, 통액 방향이 필터재에 대하여 평행류인 경우에는, 체액 중의 단백질 또는 독소 등을 흡착에 의해 제거하는 것이 가능해진다.

직교류에서는, 필터재의 외관 밀도가 높은 경우 혈구 등의 조대 성분이 클로깅되는 경우가 있기 때문에, 이 경우에는 평행류를 이용할 수 있다. 또한, 평행류에서는 제거하고자 하는 성분이 체액 중에 포함되어 있는 경우, 필터재 표면의 흡착 사이트를 피복하면 더 이상 흡착할 수 없게 되기 때문에, 이 경우에는 직교류를 이용할 수 있다. 상기 필터재의 충전에 대해서는 제거 목적 또는 필터재의 형태에 따라 어느 하나를 이용할 수 있으며, 평행류와 직교류를 조합한 체외 순환 컬럼 또는 혈액 필터를 제조하는 것도 가능하다.

도 16에 필터재에 대하여 직교류인 경우의 컬럼의 구조예를, 도 17에 필터재에 대하여 평행류인 경우의 컬럼의 구조예를 각각 나타낸다.

도 16에서 (1)은 체외 순환 컬럼, (2)는 혈액 도입구, (3)은 혈액 도출구, (4)는 필터재를 나타내며, 이 체외 순환 컬럼 (1) 내에 도 16(A)의 필터재를 도 16(B)에 도시한 바와 같이 권취한 상태로 가공한 후 충전한다. 직교류는, 예를 들면 충전된 필터재에서는 혈액이 도 16(C)의 화살표와 같이 권취된 상태의 필터재 (4)에 대하여 외측으로부터 내측을 향해 혈액이 직교류가 되도록 흐른다. 여기서 혈액이 흐르는 방향은, 목적에 따라 필터재 (4)에 대하여 내측으로부터 외측으로 흐르도록 체외 순환 컬럼을 설계할 수 있다. 또한, 도 17에서 (1)은 체외 순환 컬럼, (2)는 혈액 도입구, (3)은 혈액 도출구, (4)는 필터재, (32)는 화살표로 나타내는 혈액의 흐름 방향으로 연장되는 혈액의 통액 구멍을 나타내고 있다. 체외 순환 컬럼 (1) 내에 도 17(A)에 도시한 바와 같이, 필터재 (4)를 혈액 통액 구멍 (32)를 갖는 3차원 여과 구조체에 가공한 후 충전한다. 평행류는, 예를 들면 충전된 필터재 (4)에 혈액이 통액 구멍 (32)로부터 진입하여, 도 17(A) 또는 (B)에 도시한 화살표 방향으로부터 필터재 (4) 중을 흐르는, 즉 평행류가 되도록 혈액이 흐른다. 여기서, 필터재 (4)의 가공 형상으로서는, 혈액이 필터재 (4)에 대하여 평행류가 되도록 흐르는 것일 수 있으며, 구조체로서는 도시한 것 이외에도 다양한 형상을 이용할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 실시예에 기초하여 더욱 상세히 설명한다. 또한, 실시예 중의 측정 방법에는 이하의 방법을 이용하였다.

A. 중합체의 용융 점도

도요 세이끼사 제조 캐필로 그래프 1B에 의해 중합체의 용융 점도를 측정하였다. 또한, 샘플 투입으로부터 측정 개시까지의 중합체의 저류 시간은 10분으로 하였다.

B. 융점

퍼킨 엘머사 제조의 DSC-7을 이용하여 2nd run으로 중합체의 융해를 나타내는 피크톱 온도를 중합체의 융점으로 하였다. 이때의 승온 속도는 16 ℃/분, 샘플량은 10 ㎎으로 하였다.

C. 중합체 얼로이 섬유의 우스터 불균일(U ％)

츠르베가 우스터사 제조 우스터 테스터 4를 사용하여 급사 속도 200 m/분으로 노멀 모드로 측정을 행하였다.

D. TEM에 의한 의료용 필터재 횡단면 관찰

의료용 필터재를 에폭시 수지로 포매(包埋)하고, 횡단면 방향으로 초박 세그먼트를 절단하여 투과형 전자 현미경(TEM)으로 의료용 필터재 횡단면을 관찰하였다. 또한, 필요에 따라 금속 염색을 실시하였다.

TEM 장치: 히다찌 세이사꾸쇼(주) 제조 H-7100FA형

E. 나노 섬유의 수 평균 직경

나노 섬유의 수 평균 직경은 이하와 같이 하여 구한다. 즉, TEM에 의한 의료용 필터재 횡단면 사진을 화상 처리 소프트(WINROOF)로 해석하여 나노 섬유 직경 을 계산하고, 그의 단순한 평균값을 구하였다. 평균값은, 나노 섬유수로서 동일한 횡단면 내에서 무작위로 추출한 50개 이상의 나노 섬유의 직경을 측정하고, 이 측정을 3 부분 이상에서 행하여, 합계 150개 이상의 나노 섬유를 사용하여 계산하였다.

F. 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율의 산출

의료용 필터재 중의 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율은, 다음과 같이 하여 구하였다. 즉, 의료용 필터재 중의 나노 섬유 각각의 섬유 직경을 di로 하고, 그의 2승의 총합(d₁ ²+d₂ ²+ㆍㆍ+d_n ²)=Σd_i ²(i=1 내지 n)을 산출한다. 또한, 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 나노 섬유 각각의 섬유 직경을 Di로 하고, 그의 2승의 총합(D₁ ²+D₂ ²+ㆍㆍ+D_m ²)=ΣD_i ²(i=1 내지 m)을 산출한다. Σd_i ²에 대한 ΣD_i ²의 비율을 산출함으로써, 전체 나노 섬유에 대한 500 ㎚보다 크고 1 ㎚ 이하의 직경 범위에 있는 섬유의 섬유 비율을 면적 비율, 즉 중량 환산으로서 구할 수 있다.

G. SEM 관찰

필터 기재에 백금 1개를 증착하고, 초고분해능 전해 방사형 주사형 전자 현미경으로 관찰하였다.

초고분해능 전해 방사형 SEM 장치: 히다찌 세이사꾸쇼(주) 제조 UHR-FE-SEM

H. 역학 특성

중합체 얼로이 섬유 10 m를 채취하고, 그의 중량을 공정수=5회로서 측정하여 이의 평균값으로부터 섬도(dtex)를 구하였다. 그리고, 실온(25 ℃)에서 초기 시료 길이=200 ㎜, 인장 속도=200 ㎜/분으로 하여, JIS L1013에 표시된 조건으로 하중-신장 곡선을 구하였다. 이어서, 파단시의 하중값을 초기의 섬도로 나누어 이것을 강도로 하고, 파단시의 신장을 초기 시료 길이로 나누어 이것을 신도(伸度)로 하여, 강신도 곡선을 구하였다.

I. 2차 고해 섬유 중의 나노 섬유 농도

2차 고해 섬유를 1 g 칭량하고 증발 건고하여, 잔분의 중량으로부터 구하였다.

J. 나노 섬유 수분산체 중의 섬유 농도

나노 섬유 수분산체 10 g을 칭량하고 증발 건고하여, 잔분의 중량으로부터 구하였다.

K. 기본 중량

문헌 [JIS L1096 8.4.2(1999)]에 의해 의료용 필터재의 기본 중량을 측정하였다.

L. 외관 밀도

상기에서 얻어진 필터재의 기본 중량, 이어서 그의 두께를 측정하여, 그로부터 얻어지는 외관 밀도의 평균값을 외관 밀도로 하였다. 또한, 두께의 측정에는, 다이얼 티크니스 게이지((주)오자끼 세이사꾸쇼 제조, 상품명 "피콕H")를 사용하여, 샘플을 10점 측정하고, 그의 평균값을 사용하였다.

M. 전기 영동/1차원 전개법(SDS-PAGE 법)의 평가 방법

필터 기재 10 ㎎을 1 ％ SDS(도데실황산나트륨) 용액 200 ㎕에 침지하고, 1 시간 동안 초음파 처리를 행한 후, 4 ℃에서 밤새 정치하여 필터 기재에 부착된 단백의 추출을 행하였다. 추출액 20 ㎕를 원심 증발기로 건고하며, 샘플 버퍼(58 mM 트리스/HCl(pH 6.8), 1.8 ％ SDS, 5 ％글리세롤, 0.05 ％ 브롬페놀블루) 20 ㎕를 첨가하여 재용해하고, 100 ℃에서 5분간 가열 처리를 행하였다. 이것을 SDS-PAGE 겔(폴리아크릴아미드겔: 4-20 ％ 글라디언트 겔, 1 ㎜ 두께, TEFCO(주) 제조)에 넣고, 18 mA로 90분간 영동하였다(영동 버퍼: 25 mM 트리스, 0.19 M 글리신, 0.1 ％ SDS). 또한, 영동 후의 겔을 은염색(은염색 키트, 와꼬 쥰야꾸 고교(주) 제조)하여 단백질을 검출하였다.

실시예 1

용융 점도 53 Pa.s(262 ℃, 전단 속도 121.6초^-1), 융점 220 ℃인 N6〔나일론6〕(20 중량％)과 용융 점도 310 Paㆍs(262 ℃, 전단 속도 121.6초^-1), 이소프탈산 8 mol％, 비스페놀 A를 4 mol％ 공중합한 융점 225 ℃인 공중합 PET〔폴리에틸렌테레프탈레이트〕(80 중량％)를, 2축 압출 혼련기로 260 ℃에서 혼련하여 중합체 얼로이칩을 얻었다. 또한, 이 공중합 PET의 262 ℃, 1216초^-1에서의 용융 점도는 180 Pa.s였다. 이때의 혼련 조건은 다음과 같다. 중합체 공급은 N6과 공중합 PET룰 각각 계량하여, 각각 혼련기에 공급하였다. 스크류는 그의 직경 37 ㎜, 유효 길이 1670 ㎜, L/D(스크류부 길이/직경비)=45.1인 것을 사용하였다. 용융 방사에 사용한 용융 방사 장치의 모델도를 도 5에 도시하였다. 도 5에서 (6)은 호퍼, (7)은 칩 공급부, (7a)는 그의 용융부, (8)은 스핀 블록, (9)는 방사팩, (10)은 구금, (11)은 침니, (12)는 용융 토출된 사조, (13)은 집속 급유 가이드, (14)는 제1 인취 롤러, (15)는 제2 인취 롤러, (16)은 권취사를 각각 나타내고 있다.

상술한 중합체 얼로이칩을 275 ℃의 용융부 (7a)에서 용융하여, 방사 온도 280 ℃의 스핀 블록 (8)로 유도하였다. 그리고, 한계 여과 직경 15 ㎛의 금속 의료용 필터재로 중합체 얼로이 용융체를 여과한 후, 구금면 온도를 262 ℃로 한 구금 (10)으로부터 용융 방사하였다. 이때, 구금 (10)으로서는 도 6에 도시한 바와 같이, 토출 구멍 상부에 직경 0.3 ㎜의 계량부 (17)을 구비한, 토출 공경 (19)가 0.7 ㎜, 토출 구멍 길이 (18)이 1.75 ㎜인 것을 사용하였다. 그리고, 이때의 단공(單孔)당 토출량을 2.9 g/분으로 하였다. 또한, 구금 하면으로부터 냉각 개시점(침니 (11)의 상단부)까지의 거리는 9 ㎝였다. 토출된 사조는 도 5에 도시한 바와 같이, 침니부에서 20 ℃의 냉각풍으로 1 m에 걸쳐 냉각 고화되어, 구금 (10)으로부터 1.8 m 하측에 설치한 집속 급유 가이드 (13)으로 급유된 후, 비가열된 제1 인취 롤러 (14) 및 제2 인취 롤러 (15)를 통해 900 m/분으로 권취하였다.

그리고, 이것을 도 7에 개략 모델을 나타낸 연신 장치를 사용하여, 제1 핫롤러 (22)의 온도를 90 ℃, 제2 핫롤러 (23)의 온도를 130 ℃로 하여 연신 열 처리하였다. 이때, 제1 핫롤러 (22)와 제2 핫롤러 (23) 사이의 연신 배율을 3.2배로 하였다. 도 7에서 (20)은 미연신사, (21)은 피드 롤러, (24)는 실온의 제3 롤러, (25)는 권취된 연신사를 각각 나타내고 있다. 얻어진 중합체 얼로이 섬유는, 120 dtex, 12 필라멘트, 강도 4.0 cN/dtex, 신도 35 ％, U ％=1.7 ％로 우수한 특성을 나타내었다. 또한, 얻어진 중합체 얼로이 섬유의 횡단면을 TEM으로 관찰한 바, 도 8에 도시한 바와 같이 공중합 PET가 해성분(海成分)(색이 연한 부분: 부호 (P)), N6이 도성분(島成分)(색이 짙은 부분: 부호 (N))인 해도 구조를 가지며, 도성분 N6의 수 평균에 의한 직경이 53 ㎚이고, N6이 초미분산화된 나노 섬유의 전구체인 중합체 얼로이 섬유(부호 (A))가 얻어졌다.

이 중합체 얼로이 섬유를 95 ℃의 5 ％ 수산화나트륨 수용액에 1 시간 동안 침지함으로써, 중합체 얼로이 섬유 중의 폴리에스테르 성분의 99 ％ 이상을 가수분해 제거하며, 아세트산으로 중화한 후 수세 및 건조하고, 길로틴 커터로 2 ㎜ 길이로 절단하여, N6 나노 섬유의 절단 섬유를 얻었다. 또한, 별도로 이 중합체 얼로이 섬유를 환편(丸編)하며, 상기와 동일한 조작으로 나노 섬유화하고, 이것을 환편으로부터 꺼내어 실 강도를 측정한 바, 2 cN/dtex로 충분한 강도를 나타내었다. 또한, X선 회절 측정으로부터 배향 결정화되어 있다는 것을 알 수 있었다.

탓피 스탠다드 나이아가라 시험 비터(도요 세이끼 세이사꾸쇼(주) 제조)에 물 23 ℓ와 상술한 절단 섬유 30 g을 넣어 5분간 1차 고해하고, 그 후 여분의 물을 제거하여 섬유를 회수하였다. 이 1차 고해 후의 섬유 농도는 10 중량％였다. 이 1차 고해 섬유를 자동식 PFI 밀(구마가이 리끼 고교(주) 제조)에 넣고, 회전수 1500 rpm, 클리어런스 0.2 ㎜로 6분간 2차 고해하였다. 2차 고해 후의 섬유 농도는 10 중량％였다.

함수(含水) 상태의 섬유 250 g을 그대로 자동식 PFI 밀(구마가이 리끼 고교( 주) 제조)에 넣고, 회전수 1500 rpm, 클리어런스 0.2 ㎜로 6분간 고해하였다. 섬유 믹서 MX-X103(마쯔시따 덴끼 산교(주) 제조)에 고해한 섬유를 4.2 g, 분산제로서 샤롤 AN-103P(다이이찌 고교 세이야꾸(주) 제조) 0.5 g, 물 500 g을 주입하고, 5분간 교반하여 N6 나노 섬유의 수분산체를 얻었다. 수분산체 중의 섬유 농도는 0.08 중량％였다. 얻어진 N6 나노 섬유의 수분산체 500 g과 물 20 ℓ를 각형 시트 기기에 주입하고, N0.2 정성용 여과지(도요 로시(주) 제조) 위에 초지(抄紙)한 후, 그 상태로 고온용 회전형 건조기(구마가이 리끼 고교(주) 제조)를 사용하여 110 ℃에서 건조시키고, 여과지로부터 섬유 시트 부분을 박리하여 N6 나노 섬유만을 포함하는 의료용 필터재를 얻었다.

이 의료용 필터재의 표면을 SEM으로 관찰한 바, 도 2와 같이 나노 섬유가 메쉬상으로 분산된 구조였다. 나노 섬유 직경을 TEM 사진으로부터 해석한 결과를 히스토 그래프로서 도 9 및 도 10에 도시하지만, 나노 섬유의 수 평균 직경은 56 ㎚로 종래에는 없던 섬도였으며, 500 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％, 직경 200 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％, 직경 100 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 의료용 필터재의 기본 중량은 8 g/㎡, 외관 밀도는 0.27 g/㎤였다.

이 필터재를 에펜도르프 튜브의 벽면에 양면 테이프로 접착하고, 헤파린에 의해 응고 억제한 인간 혈액 중 38 ℃에서 1 시간 동안 침지한 후, 생리 식염수 중에서 충분히 세정하였다. 세정 후의 필터재를 글루타르알데히드 0.1 ％ 용액에 밤 새 침지하여 혈구 표면을 고정시킨 후, 필터재를 동결 건조하였다. 동결 건조 후의 필터재 표면을 SEM으로 관찰한 바, 필터재 표면에 백혈구가 다수 흡착되어 있었다. 도 11에 실시예 1의 혈구 흡착 평가 후의 필터재 표면 SEM에 의한 관찰 결과를 나타낸다. 도 11에서의 (26)이 백혈구이다.

비교예 1, 2

필터재로서 비교예 1에서는 섬유 직경 4 ㎛, 기본 중량 270 g/㎡, 외관 밀도 0.5 g/㎤의 N6 극세 섬유 펠트를, 비교예 2에서는 섬유 직경 5 ㎛, 기본 중량 270 g/㎡, 외관 밀도 0.4 g/㎤의 PET 극세 섬유 펠트를 사용하였다. 이들의 펠트를 실시예 1과 동일한 조작으로 인간 혈액 중에 침지하여 혈구 흡착을 평가한 결과, 비교예 1 및 2에서는 실시예 1과는 달리 필터재 표면에 대한 백혈구 흡착은 전무하였으며, 대부분이 적혈구였다. 도 12에 비교예 1의 혈구 흡착 평가 후의 필터재 표면 SEM에 의한 관찰 결과를 나타낸다. 도 12에서의 (27)이 적혈구이다.

실시예 2 및 비교예 3

실시예 2에서는 실시예 1에서 제조한 필터재를, 비교예 3에서는 비교예 1에서 사용한 펠트를 각각 사용하였다. 각각의 섬유 기재를 인간 혈장 중에 38 ℃에서 1 시간 동안 침지한 후, 생리 식염수 중에서 충분히 세정하였다. 세정 후의 섬유 기재를 동결 건조한 후, 흡착한 성분을 섬유 기재로부터 SDS로 추출하였다. 추출 후의 용액을 전기 영동/1차원 전개법(SDS-PAGE 법)에 의해 흡착 단백질의 분자량을 해석한 바, 도 13에 도시한 바와 같이 비교예 3의 N6 펠트에서는 흡착이 관찰되지 않았지만, 실시예 2의 N6 나노 섬유를 포함하는 필터재에서는 분자량 3.1 내 지 4.5만의 단백질을 특이적으로 흡착하고 있다는 것을 알 수 있었다.

실시예 3

실시예 1에서 얻어진 필터재를 직경 4.7 ㎝, 길이 17 ㎝의 원통형 PP(폴리프로필렌)제 용기에 격자형이 되도록 충전하여, 필터 기재에 대하여 체액이 평행류가 된 체외 순환 컬럼을 제조하였다. 격자형의 개략도를 도 3의 (B)에 도시하였다. 이 컬럼에 소혈을 2 ㎖/분의 유속으로 90분간 통액한 바, 클로깅되지 않고 충분한 통액성을 갖는 체외 순환 컬럼을 얻을 수 있었다.

실시예 4

단사 섬도가 1.9 dtex인 PP 원면에 카딩 및 랩핑을 실시하고, 추가로 니들 펀치를 500 개/㎠의 펀치 밀도로 실시하여, 기본 중량 240 g/㎡의 pp(폴리프로필렌) 부직포를 얻었다. 실시예 1에서 얻어진 N6 나노 섬유의 수분산체 5 g과 물 20 ℓ를 각형 시트 기기에 주입하여 PP 부직포 위에 초지한 후, 그 상태로 고온용 회전형 건조기(구마가이 리끼 고교(주) 제조)를 사용하여 110 ℃에서 건조시켜, PP 부직포 위에 N6 나노 섬유가 메쉬상으로 분산된 의료용 필터재를 얻었다. 이 의료 필터재의 기본 중량은 240 g/㎡, 외관 밀도는 0.02 g/㎥였다.

얻어진 필터재로부터 N6 나노 섬유만을 추출하고, 실시예 1과 동일하게 하여 해석한 결과, 나노 섬유의 수 평균에 의한 나노 섬유 직경은 56 ㎚로 종래에는 없던 섬도였으며, 직경 100 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.

이 필터재를 직경 4.7 ㎝의 원형으로 절단한 것을 10매 중첩하고, 실시예 3 과 동일한 원통형 PP제 용기에 충전하여, 필터재에 대하여 체액이 직교류가 된 컬럼을 제조하였다. 이 컬럼에 실시예 3과 마찬가지로 소혈을 통액한 바, 클로깅되지 않고 충분한 통액성을 갖는 체외 순환 컬럼을 얻을 수 있었다.

실시예 5

용융 점도 120 Paㆍs(262 ℃, 121.6초^-1), 융점 225 ℃인 PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트)와 2 에틸헥실아크릴레이트를 22 ％ 공중합한 폴리스티렌(co-PS)을 사용하여, PBT의 함유율을 23 중량％로 하고, 혼련 온도를 240 ℃로 하여 실시예 1과 마찬가지로 용융 혼련하여, 중합체 얼로이칩을 얻었다. 이것을 용융 온도 260 ℃, 방사 온도 260 ℃(구금면 온도 245 ℃), 단공 토출량 1.0 g/분, 방사 속도 1200 m/분으로 실시예 1과 마찬가지로 용융 방사를 행하였다. 얻어진 미연신사를 연신 온도 100 ℃, 연신 배율을 2.49배로 하고, 열 셋팅 온도를 115 ℃로 하여 실시예 1과 마찬가지로 연신 열 처리하였다. 얻어진 연신사는 161 dtex, 36 필라멘트였으며, 강도 1.4 cN/dtex, 신도 33 ％, U ％=2.0 ％였다.

얻어진 중합체 얼로이 섬유의 횡단면을 TEM으로 관찰한 바, co-PS가 해(海), PBT가 도(島)인 해도 구조를 나타내었으며, PBT의 수 평균에 의한 직경이 60 ㎚였고, PBT가 나노 크기로 균일하게 분산화된 중합체 얼로이 섬유가 얻어졌다.

이 중합체 얼로이 섬유를 트리클렌에 침지함으로써, 해성분인 co-PS의 99 ％ 이상을 용출한 후 건조시키고, 길로틴 커터로 2 ㎜ 길이로 절단하여 PBT 나노 섬유의 절단 섬유를 얻었다. 또한, 별도로 이 중합체 얼로이 섬유를 환편하며, 상기와 동일한 조작으로 나노 섬유화하고, 이것을 환편으로부터 꺼내어 실 강도를 측정한 바, 1.5 cN/dtex로 충분한 강도를 나타내었다. 또한 X선 회절 측정으로부터 배향 결정화되어 있다는 것을 알 수 있었다.

이 절단 섬유로부터 실시예 1과 동일한 조작을 행하여 2차 고해 섬유를 얻었다. 2차 고해 후의 섬유 농도는 20 중량％였다. 2차 고해 후의 섬유 2.1 g, 분산제로서 노이겐 EA-87(다이이찌 고교 세이야꾸(주) 제조) 0.5 g, 물 500 g을 주입하고, 5분간 교반하여 PBT 나노 섬유의 수분산체를 얻었다. 수분산체 중의 섬유 농도는 0.08 중량％였다.

얻어진 PBT 나노 섬유의 수분산체 5 g과 물 20 ℓ를 각형 시트 기기에 주입하고, 실시예 4에서 얻어진 PP 부직포 위에 초지한 후, 그 상태로 고온용 회전형 건조기(구마가이 리끼 고교(주) 제조)를 사용하여 110 ℃에서 건조시켜, PP 부직포 위에 PBT 나노 섬유가 메쉬상으로 분산된 의료용 필터재를 얻었다. 이 필터재의 기본 중량은 240 g/㎡, 외관 밀도는 0.02 g/㎥였다.

얻어진 필터재로부터 PBT 나노 섬유만을 추출하고, 실시예 1과 동일하게 하여 해석한 결과, 나노 섬유의 수 평균에 의한 나노 섬유 직경은 80 ㎚로 종래에는 없던 섬도였으며, 직경 200 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％, 직경 100 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 1 ％ 이하였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.

이 필터재를 실시예 3과 마찬가지로 원통형 PP제 용기에 충전하여, 필터재에 대하여 체액이 직교류가 된 컬럼을 제조하였다. 이 컬럼에 실시예 3과 마찬가지로 소혈을 통액한 바, 클로깅되지 않고 충분한 통액성을 갖는 체외 순환 컬럼을 얻을 수 있었다.

실시예 6

용융 점도 250 Paㆍs(220 ℃, 121.6초^-1), 융점 162 ℃인 PP(21 중량％)와 중량 평균 분자량 12만, 용융 점도 30 Paㆍs(240 ℃, 전단 속도 2432초^-1), 융점 170 ℃인 폴리 L 락트산(광학 순도 99.5 ％ 이상)을 79 중량％로 하고, 혼련 온도 220 ℃에서 실시예 1과 마찬가지로 용융 혼련하여 중합체 얼로이칩을 얻었다. 이것을 용융 온도 220 ℃, 방사 온도 220 ℃(구금면 온도 205 ℃), 단공 토출량 2.0 g/분, 방사 속도 1200 m/분으로 실시예 1과 마찬가지로 용융 방사를 행하였다. 얻어진 미연신사를 연신 온도 90 ℃, 연신 배율을 2.0배로 하고, 열 셋팅 온도 130 ℃로 하여 실시예 1과 마찬가지로 연신 열 처리하였다. 얻어진 연신사는 101 dtex, 12 필라멘트였으며, 강도 2.0 cN/dtex, 신도 47 ％였다.

얻어진 중합체 얼로이 섬유의 횡단면을 TEM으로 관찰한 바, 폴리 L 락트산이 해, PP가 도인 해도 구조를 나타내었으며, PP의 수 평균에 의한 직경이 150 ㎚였고, PP가 나노 크기로 균일하게 분산화된 중합체 얼로이 섬유가 얻어졌다.

얻어진 중합체 얼로이 섬유를 98 ℃의 5 ％ 수산화나트륨 수용액으로 1 시간 동안 침지함으로써, 중합체 얼로이 섬유 중의 폴리 L 락트산 성분의 99 ％ 이상을 가수분해 제거하며, 아세트산으로 중화한 후 수세 및 건조하고, 길로틴 커터로 2 ㎜ 길이로 절단하여 PP 나노 섬유의 절단 섬유를 얻었다. 이 절단 섬유로부터 실시예 1과 동일하게 하여 2차 고해 섬유를 얻었다. 2차 고해 후의 섬유 농도는 25 중량％였다. 또한, 별도로 이 중합체 얼로이 섬유를 환편하며, 상기와 동일한 조작으로 나노 섬유화하고, 이것을 환편로부터 꺼내어 실 강도를 측정한 바, 1.5 cN/dtex로 충분한 강도를 나타내었다. 또한 X선 회절 측정으로부터 배향 결정화되어 있다는 것을 알 수 있었다.

2차 고해 후의 섬유 1.7 g, 분산제로서 노이겐 EA-87(다이이찌 고교 세이야꾸(주) 제조) 0.5 g, 물 500 g을 주입하고, 5분간 교반하여 PP 나노 섬유의 수분산체를 얻었다. 수분산체 중의 섬유 농도는 0.08 중량％였다.

얻어진 PP 나노 섬유의 수분산체 5 g과 물 20 ℓ를 각형 시트 기기에 주입하고, 실시예 4에서 얻어진 PP 부직포 위에 초지한 후, 그 상태로 고온용 회전형 건조기(구마가이 리끼 고교(주) 제조)를 사용하여 110 ℃에서 건조시켜, PP 부직포 위에 PP 나노 섬유가 메쉬상으로 분산된 의료용 필터재를 얻었다. 얻어진 의료용 필터재의 기본 중량은 240 g/㎡, 외관 밀도는 0.02 g/㎥였다.

이 필터재로부터 PP 나노 섬유만을 추출하고, 실시예 1과 동일하게 하여 해석한 결과, 나노 섬유의 수 평균에 의한 단섬유 직경은 160 ㎚로 종래에는 없던 섬도였으며, 500보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％, 직경 200 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 1.8 ％였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.

이 필터재를 실시예 4와 마찬가지로 원통형 PP제 용기에 충전하여, 필터 기재에 대하여 체액이 직행류가 된 컬럼을 제조하였다. 이 컬럼에 실시예 3과 마찬가지로 소혈을 통액한 바, 클로깅되지 않고 충분한 통액성을 갖는 체외 순환 컬럼 을 얻을 수 있었다.

실시예 7

용융 점도 500 Paㆍs(262 ℃, 전단 속도 121.6초^-1), 융점 220 ℃인 N6(40 중량％)으로서 실시예 1과 마찬가지로 용융 방사를 행하여, 중합체 얼로이 섬유를 얻었다. 얻어진 중합체 얼로이 섬유는 126 dtex, 36 필라멘트, 강도 4.2 cN/dtex, 신도 38 ％, U ％=1.8 ％로 우수한 특성을 나타내었다.

또한, 얻어진 중합체 얼로이 섬유의 횡단면을 TEM으로 관찰한 바, 실시예 1과 마찬가지로 공중합 PET가 해, N6이 도인 해도 구조를 나타내었으며, 도성분 N6의 수 평균에 의한 직경이 80 ㎚였고, N6이 초미분산화된 중합체 얼로이 섬유가 얻어졌다.

얻어진 중합체 얼로이 섬유를 98 ℃의 5 ％ 수산화나트륨 수용액으로 1 시간 동안 침지함으로써, 중합체 얼로이 섬유 중의 폴리 L 락트산 성분의 99 ％ 이상을 가수분해 제거하며, 아세트산으로 중화한 후 수세 및 건조하고, 길로틴 커터로 2 ㎜ 길이로 절단하여 N6 나노 섬유의 절단 섬유를 얻었다. 이 절단 섬유로부터 실시예 1과 동일하게 하여 2차 고해 섬유를 얻었다. 2차 고해 후의 섬유 농도는 12 중량％였다. 또한, 별도로 이 중합체 얼로이 섬유를 환편하며, 상기와 동일한 조작으로 나노 섬유화하고, 이것을 환편로부터 꺼내어 실 강도를 측정한 바, 2 cN/dtex로 충분한 강도를 나타내었다. 또한 X선 회절 측정으로부터 배향 결정화되어 있다는 것을 알 수 있었다.

2차 고해 후의 섬유 4.0 g, 실시예 1과 동일한 분산제 0.5 g, 물 500 g을 주입하고, 5분간 교반하여 N6 나노 섬유의 수분산체를 얻었다. 수분산체 중의 섬유 농도는 0.1 중량％였다.

얻어진 N6 나노 섬유의 수분산체 5 g과 물 20 ℓ를 각형 시트 기기에 주입하고, 실시예 4에서 얻어진 PP 부직포 위에 초지한 후, 그 상태로 고온용 회전형 건조기(구마가이 리끼 고교(주) 제조)를 사용하여 110 ℃에서 건조시켜, PP 부직포 위에 N6 나노 섬유가 메쉬상으로 분산된 의료용 필터재를 얻었다. 얻어진 의료용 필터재의 기본 중량은 240 g/㎡, 외관 밀도는 0.02 g/㎥였다.

이 필터재로부터 나노 섬유만을 추출하고, 실시예 1과 동일하게 하여 해석한 결과, 나노 섬유의 수 평균 직경은 84 ㎚로 종래에는 없던 섬도였으며, 직경 200 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％, 직경 100 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 2.2 ％였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 8

실시예 1에서 사용한 N6과 실시예 6과 동일한 폴리 L 락트산을 사용하여, N6의 함유율을 20 중량％로 하고, 혼련 온도 220 ℃로서 실시예 1과 마찬가지로 용융 혼련하여, 중합체 얼로이칩을 얻었다. 얻어진 중합체 얼로이칩을 사용하여, 용융 온도 230 ℃, 방사 온도 230 ℃(구금면 온도 215 ℃), 방사 속도 3200 m/분으로서 실시예 1과 마찬가지로 용융 방사하여 미연신사를 얻었다. 얻어진 미연신사를 연신 온도 90 ℃, 연신 배율 1.5배, 열 셋팅 온도 130 ℃로 하고, 실시예 1과 마찬가지로 연신 열 처리하여 중합체 얼로이 섬유를 얻었다. 이 중합체 얼로이 섬유는 70 dtex, 36 필라멘트였으며, 강도 3.4 cN/dtex, 신도 38 ％, U ％=0.7 ％였다.

얻어진 중합체 얼로이 섬유의 횡단면을 TEM으로 관찰한 바, 폴리 L 락트산이 해, N6이 도인 해도 구조를 나타내었으며, 도성분인 N6의 수 평균에 의한 직경이 55 ㎚였고, N6이 나노 크기로 균일하게 분산화된 중합체 얼로이 섬유였다.

얻어진 중합체 얼로이 섬유를 98 ℃의 5 ％ 수산화나트륨 수용액으로 1 시간 동안 침지함으로써, 중합체 얼로이 섬유 중의 폴리 L 락트산 성분의 99 ％ 이상을 가수분해 제거하며, 아세트산으로 중화한 후 수세 및 건조하고, 길로틴 커터로 2 ㎜ 길이로 절단하여, N6 나노 섬유의 절단 섬유를 얻었다. 이 절단 섬유로부터 실시예 1과 동일하게 하여 2차 고해 섬유를 얻었다. 2차 고해 후의 섬유 농도는 10 중량％였다. 또한, 별도로 이 중합체 얼로이 섬유를 환편하며, 상기와 동일한 조작으로 나노 섬유화하고, 이것을 환편으로부터 꺼내어 실 강도를 측정한 바, 2 cN/dtex로 충분한 강도를 나타내었다. 또한 X선 회절 측정으로부터 배향 결정화되어 있다는 것을 알 수 있었다.

2차 고해 후의 섬유 4.5 g, 실시예 1과 동일한 분산제 0.5 g, 물 500 g을 주입하고, 5분간 교반하여 N6 나노 섬유의 수분산체를 얻었다. 수분산체 중의 섬유 농도는 0.09 중량％였다.

얻어진 N6 나노 섬유의 수분산체 5 g과 물 20 ℓ를 각형 시트 기기에 주입하고, 실시예 4에서 얻어진 PP 부직포 위에 초지한 후, 그 상태로 고온용 회전형 건조기(구마가이 리끼 고교(주) 제조)를 사용하여 110 ℃에서 건조시켜, PP 부직포 위에 N6 나노 섬유가 메쉬상으로 분산된 의료용 필터재를 얻었다. 얻어진 의료용필터재의 기본 중량은 240 g/㎡, 외관 밀도는 0.02 g/㎥였다.

이 필터재로부터 나노 섬유만을 추출하고, 실시예 1과 동일하게 하여 해석한 결과, 나노 섬유의 수 평균 직경이 56 ㎚였으며, 직경 100 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.

이 필터재를 실시예 4와 마찬가지로 원통형 PP제 용기에 충전하여, 필터 기재에 대하여 체액이 직교류가 된 컬럼을 제조하였다. 이 컬럼에 실시예 3과 마찬가지로 소혈을 통액한 바, 클로깅되지 않고 충분한 통액성을 갖는 체외 순환 컬럼을 얻을 수 있었다.

실시예 9 내지 13

실시예 9에서는 실시예 4의 필터 기재를, 실시예 10에서는 실시예 5의 필터 기재를, 실시예 11에서는 실시예 6의 필터 기재를, 실시예 12에서는 실시예 7의 필터 기재를, 실시예 13에서는 실시예 8의 필터 기재를 각각 사용하였다. 각각의 필터 기재를 도 4에 도시한 혈액 도입구를 상부에, 혈액 도출구를 하부에 갖는 박형의 용기에 충전하여, 혈액 필터를 제조하였다. 각각의 혈액 필터에 소혈을 2 ㎖/분의 유속으로 20분간 통액한 바, 클로깅되지 않고 충분한 통액성을 갖는 혈액 필터를 얻을 수 있었다.

실시예 14

실시예 1에서 제조한 중합체 얼로이 섬유를 실패에 감아 속상(束狀)으로 한 후, 실리콘 열 수축 튜브(니시닛본 덴센(주) 제조 "니시 튜브 NST")에 넣었다. 그 후, 감압하에 180 ℃에서 2 시간 동안 열 처리하여, 직경 3 ㎝, 길이 20 ㎝의 중합체 얼로이 섬유를 포함하는 막대를 제조하였다. 이것을 도 14에 도시한 압출 장치 (28)에 투입하고, 중합체 얼로이 섬유를 포함하는 막대 (29)를 피스톤 (30)에 의해, 235 ℃에서 직경 1 ㎝의 토출 구멍 (31)로부터 압출하여 용융 연신 섬유를 얻었다. 이것의 횡단면을 TEM으로 관찰한 바, 공중합 PET가 해성분, N6이 도성분인 해도 구조를 가지며, 도성분 N6의 수 평균에 의한 직경이 20 ㎚이고, N6이 초미분산화된 나노 섬유의 전구체인 중합체 얼로이 섬유가 얻어졌다.

얻어진 중합체 얼로이 섬유로부터 실시예 1과 동일하게 하여 수분산체를 얻었다. 수분산체 중의 섬유 농도는 0.08 중량％였다. 이 수분산체를 실시예 4와 동일하게 하여 PP 부직포 위에 초지하여, PP 부직포 위에 N6 나노 섬유가 메쉬상으로 분산된 의료용 필터재를 얻었다. 얻어진 필터재의 기본 중량은 240 g/㎡, 외관 밀도는 0.02 g/㎥였다. 얻어진 필터재로부터 N6 나노 섬유만을 추출하고, 실시예 1과 동일하게 하여 해석한 결과, 나노 섬유의 수 평균에 의한 나노 섬유 직경은 25 ㎚로 종래에는 없던 섬도였으며, 직경 100 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％였다.

이 필터재를 실시예 9와 마찬가지로 혈액 도입구를 상부에, 혈액 도출구를 하부에 갖는 박형의 용기에 충전하여, 혈액 필터를 제조하였다. 이 혈액 필터에 실시예 9와 마찬가지로 소혈을 통액한 바, 클로깅되지 않고 충분한 통액성을 갖고 있었지만, 필터재를 통과한 후의 소혈에 미세한 섬유설(纖維屑) 응집된 것이라고 생각되는 부유물이 극소량 혼입된 경우가 있었다. 이것은 나노 섬유가 지나치게 가늘기 때문에, 소혈을 통액했을 때 일부의 나노 섬유가 절단되었기 때문이라고 생각된다.

실시예 15

섬유 직경 7 ㎛, 기본 중량 150 g/㎡, 외관 밀도 0.16 g/㎤의 PET 부직포에 실시예 1에서 얻어진 N6 나노 섬유 수분산체 0.5 g 및 물 500 g을 분무기에 넣고, PET 부직포 표면에 수회 분무하여, N6 나노 섬유가 메쉬상으로 분산된 의료용 필터재를 얻었다. 필터재 표면의 SEM에 의한 관찰 결과를 도 15에 나타내었다. 도 15에서 부호 (F)는 나노 섬유, 부호 (S)는 기재 섬유를 나타내고 있다. 얻어진 의료용 필터재의 기본 중량은 150 g/㎡, 외관 밀도는 0.16 g/㎤였다. 얻어진 필터재로부터 N6 나노 섬유만을 추출하고, 실시예 1과 동일하게 하여 해석한 결과, 나노 섬유의 수 평균에 의한 나노 섬유 직경은 56 ㎚로 종래에는 없던 섬도였으며, 직경 100 ㎚를 초과하는 단섬유의 섬유 비율은 0 ％였다.

얻어진 필터재를 실시예 9와 마찬가지로 박형의 용기에 충전하여, 혈액 필터를 제조하였다. 이 혈액 필터에 실시예 9와 동일하게 하여 소혈을 통액한 바, 클로깅되지 않고 충분한 통액성을 갖는 혈액 필터를 얻을 수 있었다.

실시예 1 내지 15에서의 조건과 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.

본 발명에 따른 의료용 필터재는 혈구 흡착 성능 또는 단백 흡착 성능이 우수하기 때문에, 이것을 사용한 고성능의 의료용 기기 또는 재료, 특히 체외 순환 컬럼 또는 혈액 필터 등의 치료용 의료 제품에 이용할 수 있다.

Claims

수 평균 직경이 1 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하이며, 200 ㎚보다 크고 1 ㎛ 이하의 직경 범위에 있는 단섬유의 섬유 비율이 중량 환산으로 3 ％ 이하인, 폴리에스테르 또는 폴리아미드로 이루어지는 나노 섬유 분산체를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 필터재.
제1항에 있어서, 상기 나노 섬유 분산체의 적어도 일부가 메쉬상 구조를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 의료용 필터재.
제1항에 있어서, 나노 섬유 분산체만을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 필터재.
제1항에 있어서, 상기 나노 섬유 분산체와, 수 평균 직경이 1 ㎛보다 크고 100 ㎛ 이하인 섬유 기재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 의료용 필터재.
제1항에 있어서, 상기 수 평균 직경이 30 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 의료용 필터재.
제1항에 있어서, 기본 중량이 1 내지 500 g/㎡인 것을 특징으로 하는 의료용 필터재.
제1항에 있어서, 외관 밀도가 0.01 내지 1.0 g/㎤인 것을 특징으로 하는 의료용 필터재.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 의료용 필터재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 체외 순환 컬럼.
제8항에 있어서, 통액 방향이 직교류가 되도록 상기 의료용 필터재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 체외 순환 컬럼.
제8항에 있어서, 통액 방향이 평행류가 되도록 상기 의료용 필터재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 체외 순환 컬럼.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 의료용 필터재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 혈액 필터.
제11항에 있어서, 통액 방향이 직교류가 되도록 상기 의료용 필터재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 혈액 필터.
제11항에 있어서, 통액 방향이 평행류가 되도록 상기 의료용 필터재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 혈액 필터.