CH621944A5 - - Google Patents

Description

La présente invention a trait à un appareil de transfert de masse pour l'écoulement de fluides qui sont séparés par une membrane plane repliée plusieurs fois sur elle-même en accordéon.

On connaît déjà un appareil de ce type général, tel que décrit en particulier dans le brevet américain N° 3788482. Dans un tel appareil, le sang et le dialysat s'écoulent dans deux compartiments différents séparés par une membrane. Les bords de la membrane pliée en accordéon sont enrobés dans une matière plastique qui se solidifie pour former au moins une portion de l'enveloppe. Ainsi, le liquide qui coule dans un compartiment entre deux plis consécutifs reste dans une zone délimitée par ces deux plis d'une extrémité à l'autre; il ne peut ni ne doit s'échapper de cette zone. La fig. 4 du brevet qu'on vient de citer montre spécialement comment les pliures arrondies de la membrane sont destinées à prévenir toute fuite du sang d'un des plis vers un autre. On a maintenant trouvé que ce but ne peut pas toujours être atteint et que des modifications dans les caractéristiques de la membrane dans les conditions d'utilisation peuvent avoir pour conséquence une légère séparation des pliures de la membrane et de la matière d'enrobage ou d'empotage. On a trouvé, en outre, que cette séparation provoque la formation de passages préférentiels qui peuvent sérieusement diminuer l'efficacité, l'activité et les performances générales d'un tel appareil. Une partie du sang introduit dans l'appareil s'écoule dans ces passages préférentiels, selon le chemin le plus court et le plus facile entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie, au lieu de se répandre en une couche mince, pratiquement uniformément, entre les plis de la membrane. On pense maintenant que la formation de passages préférentiels sur le côté sang de la membrane correspond à des réductions d'efficacité (mesurées par le début d'épuration de l'urée) allant jusqu'à 30% par comparaison avec les valeurs normales attendues.

Le but de la présente invention réside dans le fait de pallier ces inconvénients.

L'appareil de transfert de masse selon la présente invention comprend une membrane semi-perméable pliée en accordéon à l'intérieur d'une enveloppe formée au moins en partie d'une matière plastique solidifiée, des éléments-supports disposés à l'intérieur des plis sur un des côtés de la membrane, tous les bords de la membrane étant scellés de façon qu'il se forme deux compartiments de fluides, l'enveloppe étant pourvue d'orifices permettant l'écoulement d'un fluide dans chaque compartiment, ceux des plis de la membrane qui reçoivent les éléments-supports s'éten-dant autour des bords longitudinaux des éléments pour former des pliures longitudinales, et est caractérisé en ce que les pliures sont affaissées sur elles-mêmes et sur les bords longitudinaux des éléments-supports et sont enrobées, en cet état affaissé, dans la matière plastique solidifiée de l'enveloppe, éliminant ainsi les passages préférentiels dans le compartiment dépourvu d'éléments-supports.

L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un tel appareil de transfert de masse qui est caractérisé par les étapes

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suivantes : on confectionne un assemblage comprenant une membrane semi-perméable pliée en accordéon en un certain nombre de plis rapprochés les uns contre les autres autour d'éléments-supports disposés d'un seul côté de la membrane, on enclôt cet assemblage et on scelle les bords de la membrane sur toute leur longueur pour délimiter un premier compartiment étanche aux fluides disposé du même côté que les éléments-supports par rapport à la membrane et pourvu d'au moins un orifice, les plis formés autour des éléments-supports dans ce premier compartiment communiquant par cet orifice avec l'extérieur, on met ce premier compartiment en communication avec un appareil à faire le vide et on applique le vide à ce compartiment, formant des pliures dans celles des portions des plis qui sont pliées autour des bords des éléments-supports, on applique une matière plastique fluide solidifiable sur ces pliures pendant l'application du vide et on solidifie cette matière plastique, formant ainsi un second compartiment exempt de passage préférentiel entre le plastique solidifié et la membrane.

On comprendra encore mieux les caractéristiques de l'appareil selon l'invention et les avantages qui lui sont inhérents en lisant la description de l'invention qui suit à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:

La fig. 1 est une vue générale quelque peu schématique, en perspective, prise partiellement en coupe transversale, d'un hémo-dialyseur constituant l'appareil;

la fig. 2 est une vue partielle, à plus grande échelle, de quelques plis de la membrane enrobés dans la matière d'empotage disposée le long d'une paroi longitudinale de l'appareil, du côté droit représenté sur la fig. 1, et la fig. 3 illustre par une série de vues, de A à E, les étapes successives de la fabrication de l'appareil de transfert de masse.

L'hémodialyseur représenté schématiquement par la fig. 1 comprend une membrane 10 pliée en accordéon autour d'élé-ments-supports 11 plans dans l'ensemble, à mailles ouvertes, tous disposés du même côté de la membrane. Les extrémités 12 et 13 de la membrane sont scellées de façon étanche aux fluides, au haut 14a et au fond 14b de l'enveloppe 15.

Chaque pli de la membrane s'étend entre une paroi latérale verticale disposée longitudinalement 16a et la paroi parallèle opposée 16b, les bords repliés de chaque pli étant enrobés dans une matière d'enrobage ou d'empotage 17 le long des surfaces internes de ces parois latérales. De plus, les extrémités des élé-ments-supports 11 et les bords de la membrane 10 à chaque extrémité de l'enveloppe sont enrobés dans la matière d'empotage le long des surfaces internes des parois verticales à chaque extrémité de l'enveloppe. De la sorte, la membrane divise l'intérieur de l'appareil en deux compartiments, un premier compartiment, pourvu d'éléments-supports, pour l'écoulement du dialysat, et un second compartiment, sans aucun élément-support, pour l'écoulement du sang à contre-courant de l'écoulement du dialysat. Des orifices 18 et 19, disposés à proximité des extrémités opposées de l'enveloppe, permettent au sang et au dialysat d'entrer dans leurs compartiments respectifs et d'en sortir. Ces orifices 18 et 19 sont en relation avec des canaux placés à l'intérieur des parties élargies 20 et 21, ces canaux étant entre lesdits orifices et chaque pli de la membrane dans chacun des deux compartiments. Tous les aménagements décrits spécifiquement jusqu'ici sont bien connus.

La fig. 2 montre en détail comment les plis de la membrane 22, 23 et24, autour des éléments-supports IIA, IIB, 11C, sont disposés par rapport à l'enrobage 17 le long de la face interne de la paroi latérale longitudinale de droite 16b de l'appareil représenté par la fig. 1.

Des lignes pointillées montrent la position des plis de la membrane par rapport à l'enrobage 17 et à la face interne de la paroi longitudinale 16b de l'appareil, selon l'art antérieur. La matière plastique de l'enrobage 17 est fluide quand on la met en contact avec les plis de la membrane. En outre, elle pénètre entre les plis arrondis de la membrane et offre, à l'intérieur de l'appareil, après prise ou mise en œuvre, une surface avec des rainures et des nervures alternées et parallèles, étroitement moulée autour des plis de la membrane.

On peut facilement se rendre compte que, selon l'art antérieur, les pliures des plis de la membrane sont régulièrement enroulées autour des éléments-supports et offrent ainsi une surface externe convexe. On a maintenant trouvé que, à cause du gonflement et autres changements qui surviennent de façon inhérente dans une membrane de dialyse [que cette membrane soit formée de Cupro-phan (marque déposée), de polyacrylonitrile ou de quelque autre matière], quand elle est en service et qu'une différence de pression est ainsi créée entre les compartiments pour le sang et pour le dialysat, les plis de la membrane peuvent se détacher de la matière d'empotage et provoquer la formation de passages préférentiels qui sont préjudiciables à l'efficacité de l'appareil.

On peut aussi voir facilement que, dans les mêmes conditions, ces passages préférentiels préjudiciables ne se créent pas sur la paroi gauche 16a de l'appareil parce que, sous l'influence de la différence de pression entre les deux compartiments pour le sang et pour le dialysat, les plis de la membrane sont distendus de ce côté gauche et restent ainsi fermement en contact avec la matière d'enrobage.

Le présent appareil écarte la possibilité de passages préférentiels pendant l'opération, du fait qu'il crée un état de passage préférentiel en tant qu'étape du processus d'assemblage et élimine ensuite cet état par une obturation très efficace des canaux de passage préférentiel, de sorte qu'il ne peut plus y avoir ensuite phénomène de passage préférentiel pendant l'opération. Il est possible d'éviter que la membrane ne se détache du milieu d'enrobage le long de la paroi verticale 16b qui s'étend longitudinalement si, pendant la fabrication de l'appareil, on applique le vide au compartiment du dialysat. De préférence, ce vide est suffisamment poussé pour que les plis de la membrane s'affaissent autour des éléments-supports, comme lorsque l'appareil est en fonctionnement, et ensuite la matière plastique fluide solidifiable 17 est appliquée aux plis de la membrane, puis est solidifiée dans cette position pour enrober les bords pliés des plis affaissés. Après cela, la membrane ne peut plus se déplacer par rapport à la matière d'empotage le long de la paroi 16b et, par conséquent, il ne peut se produire de passage préférentiel pendant le fonctionnement du dispositif.

La membrane affaissée prend la forme et la position montrées en traits pleins dans la fig. 2. L'espace entre les lignes pointillées et les lignes pleines représentant la membrane est hachuré. Cette surface hachurée est remplie de la matière plastique disposée autour des pliures de la membrane après affaissement sous l'action du vide. Elle correspond presque exactement aux espaces vides qui, s'ils existaient, auraient donné lieu à des passages préférentiels pour le sang et auraient ainsi empêché l'appareil de fonctionner efficacement.

La fig. 3 montre, en une série de vues, les différentes étapes successives de la fabrication. A montre la configuration au départ; B la configuration pendant l'application du vide; C l'humidification avec, par exemple, de l'eau dans le cas du Cupro-phan qui est une matière à membrane classique en cellulose régénérée; D la configuration après séchage dans le cas du Cupro-phan et E la configuration finale après empotage.

On observera, d'après la fig. 2, que les pliures des plis de la membrane, affaissés autour des éléments-supports, s'étendent au-delà des extrémités longitudinales de droite des éléments-supports, et que ces pliures sont ramassées sur elles-mêmes en angle aigu, avec une forme extérieure pratiquement biconcave en coupe transversale. Ces pliures aiguës plongent ou s'étendent profondément dans la matière plastique 17 qui forme une partie de la paroi 16b de l'appareil, et ont, en fait, une configuration ressemblant à un sommet d'angle curviligne.

La forme de ces pliures dépend du type, de la forme et de l'emplacement du bord des éléments-supports. Ces pliures

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peuvent être régulières, continues et parallèles au plan des élé-ments-supports, mais elles peuvent aussi être quelque peu irrégulières, discontinues ou inclinées par rapport au plan des éléments-supports.

Comme éléments-supports, il est possible d'utiliser des supports de n'importe quel type connu mais, de préférence, ils sont faits de réseaux non tissés d'une matière plastique telle qu'une polyolèfine. Une matière en réseau appropriée disponible sur le marché est vendue sous le nom de Vexar. Quant au milieu d'enrobage, on peut utiliser n'importe quelle matière plastique solidifiable classique telle qu'une résine époxy ou un polyuréthanne. L'enveloppe 15 sera habituellement formée d'une matière plastique telle qu'un polycarbonate, un polystyrène ou un polymétha-crylate de méthyle, bien qu'on puisse employer d'autres matériaux.

Un procédé pour fabriquer l'appareil selon l'invention comprend les principales étapes suivantes :

On fait un assemblage comprenant une membrane semi-perméable repliée en accordéon en un certain nombre de plis étroitement rapprochés autour d'éléments-supports disposés d'un seul côté de la membrane.

On fait une enveloppe pour cet assemblage. Selon une forme de réalisation, on utilise un coffret dont une première des deux parois verticales longitudinales est placée tout contre les plis de l'assemblage, chacune des deux parois étant pourvue, à chaque extrémité, d'orifices d'accès à l'intérieur de l'enveloppe. Une matière plastique à l'intérieur du coffret constitue une partie de l'enveloppe et entoure les bords de la membrane, enrobant ces bords de façon à les sceller sur toute leur longueur, formant ainsi un compartiment à fluide séparé de chaque côté de la membrane.

On peut aussi ne pas utiliser de coffret préconstruit mais, au lieu de cela, on forme une enveloppe sur place autour de l'assemblage à membrane. Cette enveloppe est formée en entourant l'assemblage à membrane d'une matière plastique qui constitue d'abord une partie de l'enveloppe entière et qui entoure aussi les bords de la membrane et enrobe en les scellant ces bords sur toute leur longueur, de façon à former des compartiments séparés pour les fluides de chaque côté de la membrane qui présente des ondulations en avant et en arrière en travers de la largeur de l'enveloppe. Des orifices d'accès sont montés par scellement à l'enveloppe sur des ouvertures communiquant avec l'intérieur de l'enveloppe.

Dans chaque réalisation, les orifices d'accès permettent le passage d'un fluide à travers un des compartiments à fluide séparés, dans une direction parallèle dans l'ensemble à la pliure des plis et d'un second fluide à travers l'autre compartiment à fluide sur la face opposée de la membrane, à contre-courant du premier fluide.

Quand les bords de la membrane au sommet, au fond et aux extrémités de la pile, ont été scellés par empotage, ou autrement, pour donner un assemblage dans lequel la membrane pliée en accordéon sépare le premier et le second compartiment (c'est-à-dire ce qui doit devenir, respectivement, le compartiment du dialysat et le compartiment du sang), avec les éléments-supports disposés à l'intérieur des plis du premier compartiment seulement, ce compartiment est relié à une source de vide, et on y applique le vide. Généralement, un vide entre 50 et 200 mmHg convient, suivant l'épaisseur et/ou la rigidité de la membrane.

Lorsque la membrane est plutôt épaisse et/ou rigide, on préfère traiter au moins les portions de la membrane le long des pliures du côté sang avec de l'eau ou un autre agent assouplissant convenable, avant d'appliquer le vide. Avantageusement, on humidifie seulement les pliures des plis pour les rendre plus aptes au pliage. L'eau est particulièrement efficace comme agent assouplissant liquide pour les membranes au Cuprophan. La membrane s'affaisse alors autour des éléments-supports et sur elle-même près des bords des éléments-supports, comme le montre la fig. 2.

On applique ensuite la matière plastique fluide solidifiable 17 sur la face longitudinale de la pile constituée par la membrane, du côté où les plis de la membrane sont dépourvus d'éléments-supports. On laisse ensuite cette matière plastique se solidifier, rendant ainsi le second compartiment étanche et sans possibilité de passage préférentiel. Pendant cette étape d'empotage, on maintient habituellement le vide sur ce qui doit devenir le côté sang du dialyseur (c'est-à-dire le second compartiment), jusqu'à ce que le plastique soit solidifié et que la membrane ait séché. Si un tel enrobage ou empotage de la membrane le long des pliures du côté sang se fait alors que la membrane est humide et dans son état de souplesse ou de pliabilité, on estime essentiel de maintenir le vide jusqu'à ce que le plastique soit solidifié; cependant, si on traite les pliures avec un agent assouplissant liquide tel que l'eau et qu'on les laisse ensuite sécher avant l'étape d'enrobage, on peut parfois supprimer le vide avant la complète solidification du milieu d'enrobage.

Exemple:

On construit deux hémodialyseurs similaires ; le premier selon l'art antérieur et le second, de mêmes construction et arrangement général, mais fabriqué selon la présente invention. On mouille avec de l'eau les plis du côté sang de la membrane et on applique un vide de 100 mmHg au compartiment du dialysat avant d'empoter le compartiment du sang. La membrane humide, qui est une membrane de cellulose régénérée ayant une épaisseur d'environ 11,5 n, s'affaisse sous la forme qu'elle prendrait comme montré dans la fig. 2, si l'hémodialyseur fonctionnait sous une pression transmenbranaire de 100 mmHg. On maintient le vide sur la pile pendant 15 mn, jusqu'à ce que la membrane ait séché et pris dans son état affaissé. Puis l'empotage latéral usuel avec une résine époxy et l'assemblage suivent. On constate que le débit d'épuration pour l'urée est de 109 ml/mn avec le premier dialyseur contre 140 ml/mn pour le second, dans les mêmes conditions opératoires.

On a décrit l'appareil sous une forme particulièrement adaptée comme hémodialyseur, comportant quatre orifices, deux pour le sang et deux pour le dialysat, donc pour le traitement du sang par hémodialyse et/ou ultrafiltration. Cependant, l'appareil selon la présente invention peut ne comporter que trois orifices seulement, deux pour le sang et un seul pour la sortie de Fultrafiltrat. Dans chacun de ces cas, les caractéristiques décrites ici améliorent la circulation du sang et l'efficacité de l'appareil.

Cet appareil peut aussi être adapté à d'autres traitements du sang, par exemple comme oxygéneur du sang dans un poumon artificiel.

En outre, on utilise ici les termes sang et dialysat pour identifier les fluides servant d'exemples, et cela simplement pour faciliter l'exposé; aussi, ces termes doivent-ils être compris comme incluant d'autres fluides.

Egalement, d'autres types de membranes ou de feuilles pliées sur elles-mêmes peuvent être utilisés si on le désire et selon ce que peuvent exiger des fluides particuliers ou la nature du transfert désiré entre les fluides.

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   REVENDICATIONS

   1. Appareil de transfert de masse comportant une membrane semi-perméable pliée en accordéon à l'intérieur d'une enveloppe formée au moins en partie d'une matière plastique solidifiée, des éléments-supports disposés à l'intérieur des plis sur un des côtés de la membrane, tous les bords de la membrane étant scellés de façon qu'il se forme deux compartiments de fluides, l'enveloppe étant pourvue d'orifices permettant l'écoulemeat d'un fluide dans chaque compartiment, ceux des plis de la membrane qui reçoivent les éléments-support s'étendant autour des bords longitudinaux des éléments pour former des pliures longitudinales, caractérisé en ce que les pliures sont affaissées sur elles-mêmes et sur les bords longitudinaux des éléments-supports et sont enrobées, en cet état affaissé, dans la matière plastique solidifiée de l'enveloppe, éliminant ainsi les passages préférentiels dans le compartiment dépourvu d'éléments-supports.
2. 2. Appareil de transfert de masse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe comprend aussi une partie extérieure qui s'étend autour de la pile et autour de la matière plastique solidifiée enrobant les pliures de la membrane.
3. 3. Appareil de transfert de masse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins quelques-uns des plis de la membrane ont des portions de bords pliés qui se prolongent au-delà des bords latéraux des éléments-supports qui s'y trouvent, et chaque portion prolongée de bord plié de la membrane est affaissée sur elle-même et contre le bord de l'élément-support qui s'y trouve et est enrobée, en cet état affaissé, par des moyens d'enrobage.
4. 4. Appareil de transfert de masse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pliures, qui sont repliées sur elles-mêmes à angle aigu, ont une forme extérieure biconcave.
5. 5. Appareil de transfert de masse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments-supports sont des supports en réseau non tissé.
6. 6. Procédé de fabrication de l'appareil selon la revendication 1, caractérisé par les étapes suivantes : on confectionne un assemblage comprenant une membrane semi-perméable pliée en accordéon en un certain nombre de plis rapprochés les uns contre les autres autour d'éléments-supports disposés d'un seul côté de la membrane, on enclôt cet assemblage et on scelle les bords de la membrane sur toute leur longueur pour délimiter un premier compartiment étanche aux fluides disposé du même côté que les éléments-supports par rapport à la membrane et pourvu d'au moins un orifice, les plis formés autour des éléments-supports dans ce premier compartiment communiquant par cet orifice avec l'extérieur, on met ce premier compartiment en communication avec un appareil à faire le vide et on applique le vide à ce compartiment, formant des pliures dans celles des portions des plis qui sont pliées autour des bords des éléments-supports, on applique une matière plastique fluide solidifiable sur ces pliures pendant l'application du vide et on solidifie cette matière plastique, formant ainsi un second compartiment exempt de passage préférentiel entre le plastique solidifié et la membrane.
7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par l'étape additionnelle de traitement d'au moins une partie de la membrane, de préférence seulement la pliure des plis de la membrane, pour l'assouplir avant d'appliquer le vide.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de traitement consiste en une humectation par de l'eau.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on maintient le vide jusqu'à ce que la membrane soit sèche.
10. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on maintient le vide jusqu'à ce que la matière plastique se soit solidifiée.
11. 11. Procédé selon la revendication 6, pour la fabrication de l'appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on plie les portions des bords de la membrane qui se prolongent au-delà

    des bords latéraux des éléments-supports qui s'y trouvent, on applique le vide à l'intérieur des pliures des plis qui s'ouvrent du côté de la membrane pour faire s'affaisser les portions prolongées des bords pliés, on enrobe ces portions prolongées des bords plies pendant qu'elles sont ainsi affaissées, dans une matière solidifiable, et on laisse la matière se solidifier pendant que ces portions de bords pliés sont ainsi affaissées.
12. 12. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la membrane est en cellulose régénérée, en polyacrylonitrile ou en polycarbonate.
13. 13. Utilisation de l'appareil selon la revendication 1 pour l'ultrafiltration.