中空糸膜（HFM ）は、中空糸の形状をした半透膜を含む人工膜の一種です。1960年代に逆浸透膜として開発され、その後、水処理、淡水化、細胞培養、医療、組織工学の分野で広く利用されるようになりました。[1]市販されている中空糸膜のほとんどはカートリッジに詰められており、様々な液体および気体の分離に使用できます。
製造業
HFMは一般的に人工ポリマーを用いて製造されます。具体的な製造方法は、使用するポリマーの種類と分子量に大きく依存します。一般的に「紡糸」と呼ばれるHFMの製造は、大きく4つのタイプに分けられます。
- 溶融紡糸法は、熱可塑性ポリマーを溶かして紡糸口金から空気中に押し出し、その後冷却するものである。[3]
- 乾式紡糸法では、ポリマーを適切な溶媒に溶解し、紡糸口金を通して空気中に押し出します。[4]
- ドライジェット湿式紡糸法では、ポリマーを適切な溶媒に溶解し、空気中に押し出して凝固剤（通常は水）を加えます。[4]
- 湿式紡糸では、ポリマーを溶解し、凝固剤（通常は水）に直接押し出します。[4]
これらの方法に共通するのは、紡糸口金（スピナレット）の使用です。紡糸口金は、溶媒を押し出す針と、ポリマー溶液を押し出す環状部を備えた装置です。ポリマーは紡糸口金の環状部から押し出される際、中空の円筒形状を維持します。ポリマーが紡糸口金から排出されると、転相と呼ばれるプロセスを経て膜状に固化します。膜の特性（平均孔径や膜厚など）は、紡糸口金の寸法、「ドープ」（ポリマー）溶液と「ボア」（溶媒）溶液の温度と組成、エアギャップの長さ（ドライジェット湿式紡糸の場合）、凝固剤の温度と組成、そして生成された繊維を電動スプールで回収する速度を変えることで微調整できます。紡糸口金からのポリマーと溶媒の押し出しは、ガス押出または定量ポンプのいずれかを用いて行うことができます。 HFMの製造に最も一般的に使用されるポリマーには、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデンなどがあります。[5]
ファイバーは製造後、通常、多数のファイバーを並列に並べた膜モジュールに組み立てられます。ファイバーの両端は樹脂またはエポキシ樹脂で固定されます。[6]この部分は、出入口を容易に露出させるために完全に切断される場合があります。通常、出入口はシリンダー内に配置され、内腔（ルーメン）側には両側に入口と出口があり、シェル側には膜を通過する流体を通すためのサイドポートがあります。通常、ファイバーの潰れを防ぐため、高圧供給は内腔側から行われます。
キャラクター設定
HFMの特性は、他の種類の膜で一般的に使用されるのと同じ手法を使用して特徴付けることができます。HFMの主要な関心対象特性は、平均細孔径と細孔分布であり、ポロシメトリーと呼ばれる手法で測定できます。ポロシメトリーは、細孔径の測定に使用されるいくつかの実験器具の機能です。[7]細孔径は、エバポポロメトリーと呼ばれる手法でも測定できます。この手法では、膜の細孔を通る2-プロパノールの蒸発が、ケルビンの式を介して細孔径に関連付けられます。[8] [9] HFMの細孔径に応じて、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を使用して、細孔サイズの定性的な観点を得ることができます。
アプリケーション
中空糸膜は工業用分離、特に飲料水のろ過に広く使用されています。[11]
工業用浄水器には主に限外濾過中空糸膜が採用されています。家庭用浄水システムには精密濾過中空糸膜が採用されています。精密濾過では、0.1マイクロメートルの膜孔径が細菌やバクテリアなどの微生物、ジアルジアシストなどの腸内寄生虫を遮断し、沈殿物も除去します。限外濾過膜は細菌だけでなく、ウイルスも除去できます。
中空糸は特殊なバイオリアクターシステムの基質として一般的に使用されており、一部の中空糸カートリッジは比較的低い（<100 mL）バイオリアクター容量内で数十億の足場依存性細胞を培養することができます。[12]
中空繊維は、従来のより高価な異種移植モデルの代替として、癌研究における薬剤の有効性試験に使用することができます。[13]
中空糸膜は、重篤な患者の肺の代わりに血液に酸素を供給する 体外膜型酸素化装置の膜型酸素化装置に使用されます。
参照
参考文献
- ^ 生命維持システム百科事典（Eolss）：第1巻：脱塩と水資源（Desware）：膜プロセス。オックスフォード：EOLSS出版社株式会社。2010年。ISBN 978-1-84826-877-7。
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