CH618612A5 - Dialysis membrane, in particular for haemodialysis, and process for production thereof - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Dialysemembrane, insbesondere zur Hämodialyse, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. The invention relates to a dialysis membrane, in particular for hemodialysis, and a method for its production.
Solche Membranen werden verwendet zur Isotopentrennung, zur Entsalzung von Meerwasser, zur Reinigung von Trinkwasser, zur Dialyse für medizinische Zwecke u. dgl.. Such membranes are used for isotope separation, for the desalination of sea water, for the purification of drinking water, for dialysis for medical purposes and. Like ..
Die Dialyse stellt eine selektive Diffusion gelöster Teilchen durch semipermeable Membranen dar. In der Medizin muss die Lochgrösse für den Durchgang sogenannter Kristalloide (z. B. Elektrolyte, Glukose, Harnstoff, Kreatin, Barbiturate) ausreichend sein, während Kolloide und korpuskulare Bestandteile (Eiweiss, Fette, Blutzellen, Bakterien und Viren) nicht passieren sollen (Pschyrembel, Klinisches Wörterbuch, Walter de Gruyter & Co, Berlin 1969). Dialysis is a selective diffusion of dissolved particles through semipermeable membranes. In medicine, the hole size must be sufficient for the passage of so-called crystalloids (e.g. electrolytes, glucose, urea, creatine, barbiturates), while colloids and corpuscular components (protein, Fats, blood cells, bacteria and viruses) should not pass (Pschyrembel, Clinical Dictionary, Walter de Gruyter & Co, Berlin 1969).
Dieses geschieht in der Medizin mittels einer künstlichen Niere (Hämodialyse), in der das Blut und die reinigende Flüssigkeit durch eine Memtrane voneinander getrennt sind. Durch Diffusion, Osmose und Ultrafiltration findet ein Austausch der Flüssigkeitsteile statt, die die Durchlässe der trennenden Membrane passieren können. Die Art und die Anzahl der Teile, die an einem Austausch beteiligt sind, hängen also von der Beschaffenheit der Membrane hinsichtlich Lochgrösse und Lochabstand ab. In medicine, this is done using an artificial kidney (hemodialysis), in which the blood and the cleansing fluid are separated from each other by a membrane. Diffusion, osmosis and ultrafiltration result in an exchange of the liquid parts that can pass through the passages of the separating membrane. The type and number of parts involved in an exchange depend on the nature of the membrane with regard to hole size and hole spacing.
Die bekannten in der Hämodialyse verwendeten Membranen sind halbsynthetische Zellophan- bzw. Cuprophanmem-branen. The known membranes used in hemodialysis are semi-synthetic cellophane or cuprophane membrane branches.
Durch Wässern des im trockenen Zustand porenlosen Zellophans quillt dieses auf. Es entstehen Hohlräume, die anein-andergrenzen, wodurch Durchlässe in der Zellophanfolie entstehen, die zwischen 20 Â und 80 Â (Streicher, Hämodialyse, Verlag C. Bindernagel, Friedberg, 1973) gross sind. By watering the cellophane, which is pore-free when dry, it swells. Cavities are created that adjoin one another, which creates openings in the cellophane film that are between 20 Â and 80 Â (strings, hemodialysis, Verlag C. Bindernagel, Friedberg, 1973).
Da das Vorhandensein von Durchlässen und deren effektiver Durchmesser bei einer Zellophanfolie nicht vorherbestimmbar sind, ist es nicht möglich, einen für eine Krankheitstherapie geeigneten Dialysator einzusetzen. Eine chronische Urämie, ein akutes Nierenversagen, Arzneimittelintoxikatio-40 nen und ähnliche Erkrankungen werden von Bakterien, Viren, Giftstoffen unterschiedlicher Molekülgrösse verursacht. Die noch unbekannten Urämiegifte gehören z. B. zu den Mittelmolekülen, die ein Molekulargewicht von etwa 20 000 haben und nur durch eine lange Dialysedauer entfernt werden können. 45 Auch Membranrupturen sind nicht vollständig auszu-schliessen und stellen eine Gefahr für das Leben des Patienten dar (Heimdialyse). Since the presence of passages and their effective diameter cannot be predetermined in a cellophane film, it is not possible to use a dialyzer suitable for disease therapy. Chronic uraemia, acute kidney failure, drug intoxication and similar diseases are caused by bacteria, viruses, toxins of different molecular sizes. The as yet unknown uremia poisons include. B. to the middle molecules, which have a molecular weight of about 20,000 and can only be removed by a long dialysis. 45 Membrane ruptures cannot be completely ruled out and pose a risk to the life of the patient (home dialysis).
Membranen mit einem definierten Lochdurchmesser sind bei der Wasseraufbereitung bekannt. Diese aus Nylonhohlfa-50 sern bestehenden Membranen mit einem Lochdurchmesser von 20 Â werden hauptsächlich in der Wasseraufbereitung verwendet. Auch für die Hämodialyse werden Hohlfasern oder Folien mit einem Lochdurchmesser von 80 Â angeboten, doch haben diese wie die bereits oben erwähnten Zellophanmem-55 branen den Nachteil, dass sie nur ein einziges Mal benutzt werden können. Membranes with a defined hole diameter are known in water treatment. These membranes made of nylon hollow fibers with a hole diameter of 20 Â are mainly used in water treatment. Hollow fibers or foils with a hole diameter of 80 Â are also available for hemodialysis, but these, like the cellophane 55 branches mentioned above, have the disadvantage that they can only be used once.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Dialysemembrane so auszugestalten, dass sie mit Sicherheit Stoffe eines bestimmten Durchmessers zurückhält und einen gleichmässigen, schnellen Durchlass von Stoffen geringerer Grösse gewährleistet. Des weiteren soll die Membrane nach Gebrauch (z. B. in der Hämodialyse) wiederverwendbar sein. The object of the invention is therefore to design a dialysis membrane in such a way that it certainly retains substances of a certain diameter and ensures a uniform, rapid passage of substances of smaller size. Furthermore, the membrane should be reusable after use (e.g. in hemodialysis).
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patent-65 anspruch 1 gekennzeichnete Dialysemembrane gelöst. This object is achieved according to the invention by the dialysis membrane characterized in patent claim 1.
Die Durchmesser der Löcher sollen in der Grössenordnung von einigen  liegen, wenn die Dialysemembrane eine Dicke von etwa 12 bis 13 « hat. The diameter of the holes should be of the order of a few, if the dialysis membrane has a thickness of about 12 to 13 ”.
Die Dialysemembrane besteht vorteilhafterweise aus einer Platte oder Folie, die mit einer Beschichtung versehen ist. Dabei weist die Platte oder Folie Löcher auf, die etwa senkrecht zur Ebene der Dialysemembrane verlaufen. The dialysis membrane advantageously consists of a plate or film which is provided with a coating. The plate or film has holes that run approximately perpendicular to the plane of the dialysis membrane.
Das Vorhandensein von Durchlässen, die etwa senkrecht zur Ebene der Membrane verlaufen, im Gegensatz zu den gewundenen Durchtrittskanälen der herkömmlichen Membranen (Schwammstruktur) erlaubt es, die Dauer der Hämodialyse von etwa 10 Std. wesentlich herabzusetzen, wobei diese Zeit nicht apparativ bedingt ist. The presence of passages that run approximately perpendicular to the plane of the membrane, in contrast to the tortuous passage channels of the conventional membranes (sponge structure), allows the duration of the hemodialysis to be reduced considerably by about 10 hours, this time not being due to the apparatus.
Die Dialysemembranen der vorliegenden Erfindung lassen sich nach Gebrauch sterilisieren und danach beliebig wiederverwenden. The dialysis membranes of the present invention can be sterilized after use and then reused as desired.
Vorzugsweise besteht die Platte oder Folie aus Metall, einem Halbleiter-Material oder einem Dielektrikum und in einer besonderen Ausführungsform aus rostfreiem Stahl. Eine Membrane kann auch aus einem feinen Gewebe (z. B. Stahlgewebe) bestehen. The plate or foil preferably consists of metal, a semiconductor material or a dielectric and, in a particular embodiment, of stainless steel. A membrane can also consist of a fine mesh (e.g. steel mesh).
Die Membrane kann zur Verengung der Durchlässe einseitig oder beidseitig beschichtet werden. The diaphragm can be coated on one or both sides to narrow the openings.
Aufgrund der kontrollierten Herstellung (senkrechte Durchlässe) und kontinuierlichen Verengung der Durchlässe (Beschichtung). werden jeweils dem speziellen Anwendungsbereich angepasste Membranen zur Verfügung stehen. Due to the controlled production (vertical passages) and continuous narrowing of the passages (coating). membranes adapted to the specific area of application will be available.
Für medizinische Zwecke ist es erforderlich, dass die Beschichtung aus einem sterilisierbaren Material besteht. For medical purposes it is necessary that the coating consists of a sterilizable material.
Vorzugsweise wird Gold, Silber oder Platin verwendet. Ein damit erzielbarer Effekt, die Verhinderung der Ausfällung von Bluteiweiss an der Membrane, kann auch durch Silicon, Gold, silver or platinum is preferably used. An effect that can be achieved with this, the prevention of the precipitation of blood protein on the membrane, can also be achieved with silicone,
Chrom, Nickel, Vanadium, Titan oder Glas erreicht werden. Chromium, nickel, vanadium, titanium or glass can be achieved.
Die durch die Sterilisation ermöglichte Wiederverwendbarkeit der Membrane bewirkt eine erhebliche Herabsetzung der Behandlungskosten. Dies ist insbesondere für die Heimdialyse wichtig. The reusability of the membrane made possible by the sterilization results in a considerable reduction in the treatment costs. This is particularly important for home dialysis.
Aufgrund der vorausbestimmbaren Grösse und Abstände der Durchlässe lassen sich die Dialysatoren derart verkleinern, dass evtl. tragbare künstliche Nieren hergestellt werden können. Due to the predeterminable size and spacing of the passages, the dialyzers can be reduced in size so that possibly portable artificial kidneys can be produced.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Membranen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Platte oder Folie Löcher gebohrt werden, die durch eine Beschichtung kontrollierbar verkleinert werden. Anstatt der durchbohrten Platte oder Folie kann auch ein Stahlgewebe verwendet werden. Die Durchlässe werden dabei vorzugsweise durch Laserstrahlen, Elektronenstrahlen oder dergl. hergestellt. The invention further relates to a method for producing the membranes according to the invention. The method is characterized in that holes are drilled in the plate or film, which are controllably reduced in size by a coating. Instead of the perforated plate or foil, a steel mesh can also be used. The passages are preferably produced by laser beams, electron beams or the like.
Der Durchmesser hängt dabei von der Aufgabenstellung ab und liegt meistens im ^wm-Bereich. Einige von wenigen Möglichkeiten, Durchlässe derartiger Kleinheit reproduzierbar anzubringen, stellt das Bohren mittels Laser- bzw. Elektronenstrahlen dar. Die kleinsten zur Zeit technisch herstellbaren Durchmesser hegen zwischen 1000 und 7000 Â. The diameter depends on the task and is usually in the ^ wm range. Drilling by means of laser or electron beams represents some of the few possibilities for reproducibly attaching passages of such small size. The smallest diameters currently technically producible are between 1000 and 7000 Â.
Die Platte oder Folie kann auch in dünner Schicht hergestellt sein, z. B. durch Aufdampfen im Vakuum oder durch elektrolytische Auftragung auf eine Unterlage mit glatter Oberfläche; danach werden die Durchlässe hergestellt und anschliessend wird die Membrane von der Unterlage getrennt. The plate or film can also be made in a thin layer, e.g. B. by vapor deposition in a vacuum or by electrolytic application to a surface with a smooth surface; After that, the openings are made and then the membrane is separated from the base.
Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung noch dünnerer This process allows the production to be even thinner
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Membranen, als es die beim Bohren verwendeten Platten oder Folien darstellen. Membranes than the plates or foils used for drilling.
In der Praxis geschieht dies meistens mittels der Dünnfilmoder Phototechnik, die auch in anderen Anwendungsbereichen Verwendung findet. In practice, this is mostly done using thin film or photo technology, which is also used in other areas of application.
Die Platte oder Folie wird dabei bevorzugt durch Elektrolyse und anschliessendes Aufdampfen beschichtet. Dabei werden Durchschnittslochdurchmesser von etwa 50 000 Â durch elektrolytische Beschichtung bis auf etwa 10 000 Â verkleinert. Nach Abbremsen des relativ schnellen Elektrolyseprozesses wird durch langsames Aufdampfen der gewünschte Durchlassdurchmesser von 20 bis 80 Â erreicht. The plate or film is preferably coated by electrolysis and subsequent evaporation. Average hole diameters of about 50,000 Â are reduced by electrolytic coating to about 10,000 Â. After the relatively fast electrolysis process has slowed down, the desired passage diameter of 20 to 80 Â is achieved by slow evaporation.
Die Beschichtung kann auch entweder durch Aufdampfen im Vakuum oder galvanisch aufgebracht werden. The coating can also be applied either by vacuum deposition or by electroplating.
Dadurch wird zum einen eine Verengung der Durchlässe der Membrane bewirkt, wobei Durchmesser von einigen A erreicht werden, zum anderen verhindert eine geeignete Beschichtung bei der Verwendung der Membrane für medizinische Dialysezwecke die Ausfällung von Blutweiss an der Membrane. On the one hand, this causes the passages of the membrane to narrow, with diameters of a few A being achieved, and on the other hand, a suitable coating prevents the precipitation of blood white on the membrane when the membrane is used for medical dialysis purposes.
Ein gleichmässigeres Zudampfen der Durchlässe wird erreicht, wenn die Folie während des Beschichtens einer Taumelbewegung ausführt. A more uniform vaporization of the passages is achieved if the film wobbles during coating.
Durch die kleine Beschichtungsgeschwindigkeit beim Aufdampfen kann das Zuwachsen der Durchlässe sehr genau kontrolliert und gesteuert werden. Gleichzeitig bewirkt das Aufdampfen eine Glättung der Oberfläche des Beschichtungsma-terials. Eine weitere Glättung der Durchlassränder und der Oberfläche wird durch Tempern der Dialysemembrane nach dem Beschichten bis unterhalb der Schmelztemperatur erreicht. Due to the low coating speed during vapor deposition, the overgrowth of the passages can be controlled and controlled very precisely. At the same time, the evaporation smoothes the surface of the coating material. A further smoothing of the passage edges and the surface is achieved by tempering the dialysis membrane after coating to below the melting temperature.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. An exemplary embodiment of the present invention is explained in more detail with reference to the drawing.
Die Zeichnung zeigt einen Teilschnitt durch eine Dialysemembrane nach der Erfindung. The drawing shows a partial section through a dialysis membrane according to the invention.
In einer Platte oder Folie 1 aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von etwa 12 bis 13 « werden mit Hilfe eines Laserstrahles Löcher 2 mit einem Durchmesser von etwa 5 /( gebohrt. Danach wird das Loch 2 durch Beschichten soweit verkleinert, bis es den gewünschten Durchmesser von 20 bis 80 Â aufweist. Die Schicht 2 wird dabei in zwei Arbeitsabschnitten aufgebracht. Zunächst wird der Lochdurchmesser durch Elektrolyse und anschliessend durch Aufdampfen verkleinert. Die Zeichnung ist weder massstabsgetreu noch ist die Erfindung auf eine Dialysemembrane beschränkt, wie sie im Querschnitt in der Zeichnung dargestellt ist. Holes 2 with a diameter of approximately 5 / () are drilled in a plate or foil 1 made of stainless steel with a thickness of approximately 12 to 13 mm. The hole 2 is then reduced by coating until it has the desired diameter from 20 to 80 Â. The layer 2 is applied in two working sections, first the hole diameter is reduced by electrolysis and then by vapor deposition is shown.
Durch die kontrollierte Herstellung einer Membrane ist es möglich, in dem Dialysator einer künstlichen Niere eine für die Behandlung der Erkrankung geeignete Membrane zu verwenden. Geeignet bezieht sich dabei auf die Membranendicke, den Lochdurchmesser, den Lochabstand und das Beschichtungsma-terial. The controlled production of a membrane makes it possible to use a membrane suitable for the treatment of the disease in the dialyzer of an artificial kidney. Suitable refers to the membrane thickness, the hole diameter, the hole spacing and the coating material.
Ein vollständiger Satz solcher Membranen sollte einen Molekulargewichtsbereich bis etwa 60 000 erfassen. Eine optimale Behandlung des Erkrankten wird dadurch erreicht, dass der behandelnde Arzt aus einem Satz Membranen verschiedenen Durchlasses die für die Behandlung geeignete Membrane griffbereit hat und in eine künstliche Niere einsetzen kann. A complete set of such membranes should cover a molecular weight range up to about 60,000. Optimal treatment of the sick person is achieved in that the attending physician has the membrane suitable for the treatment at hand from a set of membranes with different openings and can insert it into an artificial kidney.
3 3rd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
S S
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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