CH623746A5

CH623746A5 - Mass transfer apparatus with a semipermeable membrane

Info

Publication number: CH623746A5
Application number: CH264578A
Authority: CH
Inventors: Alexander S Borsanyi
Original assignee: American Hospital Supply Corp
Priority date: 1977-03-21
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1981-06-30
Also published as: JPS53127375A; IT7821376A0; NL7802929A; CA1118367A; BE865093A; FR2384522A1; DE2812078A1; ES468065A1; IT1093247B; FR2384522B1; SE7802906L; GB1602791A

Description

La présente invention concerne un appareil de transfert de masse. Pour plus de commodité, on décrit ci-après l'appareil dans le cas particulier où il est utilisé pour le traitement du sang par hémodialyse et/ou ultrafiltration et, plus particulièrement, un tel appareil de relativement petite taille, économique, pouvant être utilisé à domicile et jeté après usage. The present invention relates to a mass transfer apparatus. For convenience, the device is described below in the particular case where it is used for the treatment of blood by hemodialysis and / or ultrafiltration and, more particularly, such a device of relatively small size, economical, which can be used. at home and discarded after use.

On connaît des appareils comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe étanche aux fluides munie des orifices nécessaires pour l'introduction et l'évacuation du sang, du dialysat et/ou de l'ultra-filtrat, une membrane semi-perméable repliée sur elle-même pour former une pile de plis en accordéon de façon à délimiter ainsi deux chambres pour les fluides, avec des éléments de support ou d'espacement disposés à l'intérieur de tous ceux de ces plis qui sont d'un même côté de la membrane : voir par exemple le brevet américain N° 3788482. Avec les membranes d'hémodialyseur usuelles ayant des caractéristiques relativement basses de clearance à l'égard des molécules moyennes, toutefois, on ne peut utiliser que des plis étroits, car autrement le sang entre et sort avec difficulté et ne se répand pas uniformément sur toute la surface des plis de la membrane. Avec des membranes permettant de meilleures performances, en particulier pour l'ultrafiltration, telles que les membranes de polyacrylonitrile décrites dans le brevet britannique N° 1327990, qui peuvent être plus épaisses et plus rigides que les membranes mentionnées ci-dessus, il devient encore plus difficile d'assurer la pénétration du sang à travers l'appareil avec une distribution uniforme sur la membrane entière et avec un écoulement ayant une perte de charge suffisamment basse. Apparatuses are known comprising, inside a fluid-tight envelope provided with the orifices necessary for the introduction and evacuation of blood, dialysate and / or ultra-filtrate, a folded semi-permeable membrane on itself to form a stack of accordion folds so as to thus delimit two chambers for fluids, with support or spacing elements arranged inside all those of these folds which are on the same side of the membrane: see for example American patent N ° 3788482. With the usual hemodialyzer membranes having relatively low clearance characteristics with respect to medium molecules, however, only narrow folds can be used, because otherwise the blood enters and leaves with difficulty and does not spread evenly over the entire surface of the folds of the membrane. With membranes allowing better performance, in particular for ultrafiltration, such as the polyacrylonitrile membranes described in British Patent No. 1327990, which can be thicker and stiffer than the membranes mentioned above, it becomes even more difficult to ensure penetration of blood through the device with uniform distribution over the entire membrane and with a flow having a sufficiently low pressure drop.

Pour résoudre ces problèmes, on a déjà proposé quelques solutions. Ainsi, le brevet américain N° 3780870 suggère de prévoir deux éléments de support repliés sur eux-mêmes, formant ainsi quatre couches superposées dans les compartiments remplis de dialysat avec seulement un seul de ces éléments de support se prolongeant jusqu'aux extrémités de l'appareil. Des supports additionnels sont disposés dans la chambre à sang. Cette conception prévoit quelques conduits à chaque extrémité pour l'écoulement du sang. Mais la taille d'un tel appareil pour une surface totale donnée de membrane est fortement accrue et l'appareil n'est pas suffisamment économique. En outre, le sang, dont il faut un plus grand volume, vient directement en contact avec les éléments de support disposés aux extrémités de l'appareil. Comme ces éléments sont généralement constitués par des tamis qui peuvent avoir des bords tranchants sur au moins deux côtés opposés, il est nécessaire de prendre des précautions (comme indiqué dans le brevet américain N° 3565258) pour ne pas risquer que le sang coagule. Voir aussi les brevets américains Nœ 3862031 et 3757955. To solve these problems, some solutions have already been proposed. Thus, US Patent No. 3780870 suggests providing two support elements folded back on themselves, thus forming four superimposed layers in the compartments filled with dialysate with only one of these support elements extending to the ends of the apparatus. Additional supports are placed in the blood chamber. This design provides a few conduits at each end for the flow of blood. However, the size of such an apparatus for a given total surface area of the membrane is greatly increased and the apparatus is not sufficiently economical. In addition, the blood, which requires a larger volume, comes directly into contact with the support elements arranged at the ends of the device. As these elements are generally constituted by sieves which can have sharp edges on at least two opposite sides, it is necessary to take precautions (as indicated in the US Pat. No. 3,565,258) so as not to risk the blood clotting. See also U.S. patents Nos. 3862031 and 3757955.

Le brevet américain N° 3612281 a trait à un hémodialyseur du même type général que le précédent. Il présente les mêmes possibilités et les mêmes inconvénients. En outre, la construction de cet appareil a le désavantage de nécessiter l'introduction et le retrait d'éléments de support provisoires. US Patent No. 3612281 relates to a hemodialyzer of the same general type as the previous one. It has the same possibilities and the same drawbacks. In addition, the construction of this device has the disadvantage of requiring the introduction and removal of temporary support elements.

La présente invention a donc pour but de présenter un appareil qui élimine ou au moins minimise considérablement les problèmes et les désavantages des dispositifs de l'art antérieur. The present invention therefore aims to present an apparatus which eliminates or at least considerably minimizes the problems and disadvantages of the devices of the prior art.

La présente invention concerne donc un appareil de transfert de masse, caractérisé en ce qu'il comporte une membrane semi-perméable pliée de façon à former une pile de plis en accordéon délimitant deux séries de chambres à fluides s'étendant vers l'intérieur à partir des côtés opposés de la pile, et plusieurs éléments de support lacunaires pratiquement plans, à mailles couvertes, disposés à l'intérieur des chambres d'une seule de ces séries, ces éléments de support pratiquement plans ayant des encoches voisines des extrémités opposées de ceux-ci pour faciliter l'écoulement du liquide entrant dans les chambres de l'autre série qui ne contient pas de tels éléments de support, et du liquide sortant de ces dernières chambres. The present invention therefore relates to a mass transfer device, characterized in that it comprises a semi-permeable membrane folded so as to form a stack of accordion-like folds delimiting two series of fluid chambers extending inwardly. starting from the opposite sides of the stack, and a plurality of lacquered substantially planar support elements, with covered meshes, arranged inside the chambers of only one of these series, these practically planar support elements having notches close to the opposite ends of these to facilitate the flow of the liquid entering the chambers of the other series which does not contain such support elements, and of the liquid leaving these latter chambers.

On comprendra mieux les caractéristiques de la présente invention, et les avantages qui y sont inhérents, à partir de la description qui suit et en se référant, à titre d'exemple, aux dessins annexés, dans lesquels : The characteristics of the present invention, and the advantages which are inherent therein, will be better understood from the following description and with reference, by way of example, to the appended drawings, in which:

la fig. 1 est une vue en perspective d'un hémodialyseur partiellement brisé pour montrer sa structure interne; fig. 1 is a perspective view of a partially broken hemodialyzer to show its internal structure;

la fig. 2 est une vue en plan de l'hémodialyseur de la fig. 1, partiellement en coupe, et dont la membrane a été tirée de côté pour montrer un élément de support; fig. 2 is a plan view of the hemodialyzer of FIG. 1, partially in section, and the membrane of which has been pulled aside to show a support element;

la fig. 3 est une vue quelque peu schématique en coupe transversale verticale de l'hémodialyseur selon la ligne 3-3 de la fig. 2, montrant une première réalisation; fig. 3 is a somewhat schematic view in vertical cross section of the hemodialyzer along line 3-3 of FIG. 2, showing a first embodiment;

2 2

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

623 746 623,746

la fig. 4 est une vue quelque peu schématique en coupe transversale selon la ligne 4-4 de la fig. 2, montrant qu'un seul des deux éléments de support est pourvu d'une encoche et que la membrane n'est soutenue dans la région de l'encoche que par l'autre élément de support; fig. 4 is a somewhat schematic cross-sectional view along line 4-4 of FIG. 2, showing that only one of the two support elements is provided with a notch and that the membrane is supported in the region of the notch only by the other support element;

la fig. 5 est une vue en coupe, quelque peu schématique et grossie, selon la ligne 5-5 de la fig. 2, montrant le tracé de l'écoulement à une extrémité seulement de l'hémodialyseur, et plus spécialement le passage élargi pour l'écoulement du sang, ménagé par l'encoche; fig. 5 is a sectional view, somewhat schematic and enlarged, along line 5-5 of FIG. 2, showing the course of the flow at only one end of the hemodialyzer, and more especially the enlarged passage for the flow of blood, formed by the notch;

la fig. 6 est une vue semblable à celle de la fig. 5, mais représente une deuxième réalisation qui comprend des encoches dans chacun des deux éléments de support disposés entre chaque paire de plis; fig. 6 is a view similar to that of FIG. 5, but shows a second embodiment which includes notches in each of the two support elements arranged between each pair of plies;

la fig. 7 est une vue semblable à celle de la fig. 5, mais représente une troisième réalisation qui comprend un seul élément de support avec encoche disposé entre chaque paire de plis; fig. 7 is a view similar to that of FIG. 5, but shows a third embodiment which comprises a single support element with a notch disposed between each pair of folds;

la fig. 8 est une vue partielle en plan de l'extrémité de droite d'une autre réalisation de l'hémodialyseur des fig. 1 et 2, réalisation brisée et dont la membrane a été tirée sur le côté pour montrer un élément de support. fig. 8 is a partial plan view of the right end of another embodiment of the hemodialyzer of FIGS. 1 and 2, broken construction and the membrane has been pulled to the side to show a support element.

Si l'on se reporte maintenant aux détails des dessins, on verra que la fig. 1 illustre un hémodialyseur qui comprend une enveloppe rectangulaire 11, et une partie centrale 12. L'hémodialyseur est pourvu, d'un côté, d'un orifice d'entrée de sang 13 et d'un orifice de sortie de sang 14 et, du côté opposé, d'un orifice d'entrée de dialysat 15 et d'un orifice de sortie de dialysat 16. Bien que les orifices 13 et 16 soient figurés sur les dessins comme faisant partie intégrante de l'enveloppe, il doit être entendu qu'au lieu de cela, ils peuvent être constitués par des têtes de distribution qui sont fixées directement sur la partie centrale, comme décrit dans la demande de brevet américaine N° 779575. Dans ce cas, les orifices dépassent encore de l'enveloppe après que la partie centrale y a été scellée et, dans les deux cas, les orifices permettent aux fluides d'entrer dans l'enveloppe et d'en sortir. If we now refer to the details of the drawings, it will be seen that FIG. 1 illustrates a hemodialyzer which comprises a rectangular envelope 11, and a central part 12. The hemodialyzer is provided, on one side, with a blood inlet orifice 13 and a blood outlet orifice 14 and, on the opposite side, a dialysate inlet port 15 and a dialysate outlet port 16. Although the ports 13 and 16 are shown in the drawings as an integral part of the envelope, it should be understood instead, they can be constituted by dispensing heads which are fixed directly on the central part, as described in American patent application No. 779575. In this case, the orifices still protrude from the envelope after that the central part has been sealed there and, in both cases, the orifices allow fluids to enter and leave the envelope.

La partie centrale est formée d'une seule longueur d'une membrane semi-perméable plate 17 qui est pliée en un grand nombre de plis étroitement rapprochés qui s'étendent sur toute la longueur de l'enveloppe, et qui, comme on le voit très clairement dans les fig. 3 et 4, ondulent en va-et-vient à travers la largeur de l'enveloppe 11 et entre les parois de celle-ci. Les deux extrémités de la membrane pliée sont attachées à ou ancrées dans un plastique de scellement ou un composé d'empotage traditionnel 26. The central part is formed of a single length of a flat semi-permeable membrane 17 which is folded in a large number of closely spaced folds which extend over the entire length of the envelope, and which, as can be seen very clearly in fig. 3 and 4, undulate back and forth across the width of the casing 11 and between the walls thereof. The two ends of the folded membrane are attached to or anchored in a sealing plastic or a traditional potting compound 26.

La membrane semi-perméable peut être du type qu'on voudra permettant la diffusion de l'eau et/ou des substances à poids moléculaires bas ou moyens (par exemple l'urée et la vitamine B12) à partir du sang vers un autre fluide à travers la membrane dans des conditions de pression transmembranaire relativement basse. Comme exemples appropriés, on peut citer le Cupro-phan (marque déposée) ou une membrane de polyacrylonitrile telle que décrite dans le brevet britannique mentionné ci-dessus, ou une membrane de polycarbonate, les deux dernières ayant une perméabilité d'au moins 0,05 cm3 H20/mn/m2/mm Hg. Le présent appareil, bien qu'adapté à l'emploi en hémodialyse avec membrane Cuprophan, est spécialement bien adapté à l'emploi avec des membranes de polyacrylonitrile ou de polycarbonate chez lesquelles la différence de pression transmembranaire optimale est plus basse que pour le Cuprophan, et spécialement pour l'ultrafil-tration. The semi-permeable membrane may be of the type that one wishes to allow the diffusion of water and / or substances with low or medium molecular weights (for example urea and vitamin B12) from the blood to another fluid. through the membrane under relatively low transmembrane pressure conditions. As suitable examples, mention may be made of Cupro-phan (registered trademark) or a polyacrylonitrile membrane as described in the British patent mentioned above, or a polycarbonate membrane, the latter two having a permeability of at least 0, 05 cm3 H20 / min / m2 / mm Hg. The present device, although suitable for use in hemodialysis with Cuprophan membrane, is especially well suited for use with polyacrylonitrile or polycarbonate membranes in which the difference in optimal transmembrane pressure is lower than for Cuprophan, and especially for ultrafiltration.

Des éléments de support tels que 18 et 19 sont disposés à l'intérieur de tous ceux des plis qui sont d'un même côté de la membrane 17, alors que ceux des plis qui sont de l'autre côté de la membrane 17 ne contiennent pas d'éléments de support. Les éléments de support 18 et 19 sont disposés dans les plis du côté de la membrane 17 qui communique avec l'orifice d'entrée 15 du dialysat et son orifice de sortie 16. Grâce à cet arrangement, seul le dialysat (et jamais le sang) vient en contact avec des éléments de support. Support elements such as 18 and 19 are arranged inside all of the folds which are on the same side of the membrane 17, while those of the folds which are on the other side of the membrane 17 do not contain no support elements. The support elements 18 and 19 are arranged in the folds on the side of the membrane 17 which communicates with the inlet port 15 of the dialysate and its outlet port 16. Thanks to this arrangement, only the dialysate (and never the blood ) comes into contact with support elements.

Les deux éléments de supports perforés 18 et 19 sont de préférence des supports à mailles en plastique non tissé de modèle et de configuration connus en soi. A titre d'exemple d'une matière convenant pour les éléments de support, on peut utiliser le Vexar (marque déposée) qui est une matière à mailles en polyoléfines, disponible dans le commerce. On peut facilement fabriquer un tel réseau thermoplastique pour les éléments de support en entrecroisant un jeu de filaments de polypropylène ou analogue avec un autre jeu de filaments semblables selon un angle d'environ 90° l'un par rapport à l'autre, et en scellant à chaud les filaments juxtaposés, de façon à obtenir l'arrangement de mailles ouvertes désiré ayant une épaisseur pratiquement égale au diamètre des filaments, excepté aux points de croisement où l'épaisseur (à cause du scellement à chaud) sera un peu inférieure à deux fois celle des filaments. D'une façon générale, l'épaisseur totale d'un tel réseau doit être de 0,4 à 1,3 mm. La structure résultante assure un bon support pour la membrane semi-perméable aux nombreux points de croisement, tout en présentant des portions intermédiaires dans lesquelles la membrane peut s'affaisser pour fournir ainsi de larges passages facilitant la distribution et la circulation pratiquement uniformes du sang sur le côté de la membrane qui lui est réservé. The two perforated support elements 18 and 19 are preferably non-woven plastic mesh supports of a model and configuration known per se. As an example of a material suitable for the support elements, one can use Vexar (registered trademark) which is a polyolefin mesh material, commercially available. One can easily manufacture such a thermoplastic network for the support elements by intersecting a set of polypropylene filaments or the like with another set of similar filaments at an angle of approximately 90 ° relative to each other, and by heat sealing the juxtaposed filaments, so as to obtain the desired arrangement of open meshes having a thickness practically equal to the diameter of the filaments, except at the crossing points where the thickness (because of the heat sealing) will be slightly less than twice that of the filaments. In general, the total thickness of such a network should be 0.4 to 1.3 mm. The resulting structure provides good support for the semi-permeable membrane at the numerous crossing points, while presenting intermediate portions in which the membrane can collapse, thereby providing wide passages facilitating the practically uniform distribution and circulation of blood over the side of the membrane reserved for it.

Les bords des deux extrémités de la membrane semi-perméable 17 pliée en accordéon sont noyés de façon étanche dans une matière plastique d'empotage (non représentée). De même, les deux côtés longitudinaux de la membrane (c'est-à-dire les bords aux extrémités opposées de la pile) sont noyés de façon étanche dans une matière plastique d'empotage 26, de sorte que la membrane délimite, à l'intérieur de l'enveloppe, deux chambres séparées. La matière d'empotage peut être une matière époxy ou polyuréthanne compatible avec le sang et ayant un temps de mise en œuvre relativement court aux températures ordinaires. Après la mise en œuvre, l'assemblage empoté est généralement disposé à l'intérieur d'une enveloppe séparée 11 faite d'une matière convenable quelconque telle qu'un polycarbonate, un polystyrène, un polyméthylméthacrylate ou autre; ou bien, quand les cavités des têtes de distribution font partie de l'enveloppe 11 comme représenté, on peut faire simultanément l'empotage de la pile et son attachement par scellement à l'intérieur de l'enveloppe. The edges of the two ends of the semi-permeable membrane 17 folded in an accordion are sealed in a plastic potting material (not shown). Likewise, the two longitudinal sides of the membrane (that is to say the edges at the opposite ends of the pile) are sealed in a plastic potting material 26, so that the membrane delimits, at the inside the envelope, two separate rooms. The potting material may be an epoxy or polyurethane material compatible with blood and having a relatively short processing time at ordinary temperatures. After implementation, the potted assembly is generally placed inside a separate envelope 11 made of any suitable material such as polycarbonate, polystyrene, polymethylmethacrylate or the like; or, when the cavities of the dispensing heads are part of the casing 11 as shown, it is possible to simultaneously potting the stack and its attachment by sealing inside the casing.

Les parois intérieures des plis non supportés de la membrane semi-perméable sont dans l'ensemble en contact l'une avec l'autre sur la plus grande partie de leur surface en l'absence de fluide, et ces plis sont donc fermés dans l'ensemble quand l'appareil n'est pas en fonctionnement. Bien que, dans les dessins (fig. 1 et 3 à 7), on ait montré des espaces entre les deux parois intérieures des plis non supportés, pour plus de clarté, on doit comprendre qu'en fait les surfaces opposées sont dans l'ensemble en contact et que les plis non supportés sont normalement fermés. Ces plis non supportés peuvent s'ouvrir sous la pression d'un fluide, de sorte que, lorsqu'on introduit du sang dans l'hémodialyseur à travers l'entrée 13, il coule dans les plis non supportés et les ouvre pour permettre l'écoulement du sang à l'intérieur de ceux-ci. On maintient toujours le sang qui circule dans l'hémodialyseur à une pression légèrement plus élevée que la pression du dialysat (par exemple en faisant agir le vide sur le côté du dialysat) afin de faire passer de l'eau du sang dans le dialysat à travers la membrane, puisque c'est une fonction normale du rein d'éliminer l'excès d'eau du sang par ultrafiltration, et cette pression du sang accrue par rapport à celle du dialysat provoque la séparation des plis non supportés normalement fermés, ouvrant ainsi des passages pour le courant de sang. Comme indiqué ci-dessus, quelques autres composants peuvent aussi passer à travers la membrane. The interior walls of the unsupported plies of the semi-permeable membrane are generally in contact with each other over most of their surface in the absence of fluid, and these plies are therefore closed in the together when the appliance is not in operation. Although, in the drawings (fig. 1 and 3 to 7), spaces have been shown between the two interior walls of the unsupported plies, for clarity, it should be understood that in fact the opposite surfaces are in the together in contact and that the unsupported folds are normally closed. These unsupported folds can open under the pressure of a fluid, so that, when blood is introduced into the hemodialyzer through the inlet 13, it flows into the unsupported folds and opens them to allow the flow of blood inside them. The blood circulating in the hemodialyzer is always maintained at a pressure slightly higher than the pressure of the dialysate (for example by causing the vacuum to act on the side of the dialysate) in order to pass water from the blood in the dialysate to through the membrane, since it is a normal function of the kidney to remove excess water from the blood by ultrafiltration, and this increased blood pressure compared to that of the dialysate causes the separation of the unsupported folds normally closed, opening thus passages for the blood stream. As noted above, a few other components may also pass through the membrane.

De même, les fig. 1 et 3 à 7 montrent la membrane 17 à une certaine distance des éléments de support 18 et 19, et les paires d'éléments de support dans chaque pli ou chambre à une certaine distance l'une de l'autre; cependant, on doit comprendre qu'on fait apparaître cet espacement uniquement pour la clarté de Likewise, figs. 1 and 3 to 7 show the membrane 17 at a certain distance from the support elements 18 and 19, and the pairs of support elements in each ply or chamber at a certain distance from each other; however, it should be understood that this spacing is shown only for clarity of

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

623 746 623,746

4 4

l'illustration et qu'il n'existe pas dans l'appareil complètement monté. the illustration and that it does not exist in the fully assembled device.

Selon l'art antérieur, quand on introduit le sang dans l'hémodialyseur, avec une différence de pression positive entre le sang et le dialysat, la membrane 17 se distend dans les espaces vides des supports en réseau 18 et 19, ouvrant ainsi les plis non supportés fermés et créant des passages pour le flot de sang à travers l'hémodialyseur. Mais, comme dit plus haut, avec la membrane d'hémodialyse usuelle, on ne peut utiliser que des plis étroits, car autrement la distribution du sang n'est pas uniforme à l'intérieur des plis, étant plus importante du côté du dialyseur voisin des orifices pour le sang et diminuant en direction du côté qui a les orifices pour le dialysat. Avec des membranes permettant des meilleures performances, en particulier dans l'ultrafiltration et la clearance pour les molécules moyennes, c'est-à-dire des membranes généralement plus épaisses et plus rigides que les membranes antérieures de plus faible perméabilité à l'eau et de plus faible clearance pour les molécules moyennes, il devient encore plus difficile d'assurer la pénétration du sang dans et à travers l'appareil, aussi bien que sa distribution uniforme sur la surface entière de la membrane et que son écoulement avec une perte de charge suffisamment faible et un taux d'ultrafiltration acceptable. Ces membranes plus rigides et plus épaisses ont tendance à former des plis d'un rayon plus grand à leurs bords d'attaque, les bords d'attaque en contact aux plis adjacents formant une obstruction qui étrangle le courant de sang même sous une pression de dialysat négative. According to the prior art, when blood is introduced into the hemodialyzer, with a positive pressure difference between the blood and the dialysate, the membrane 17 expands in the empty spaces of the network supports 18 and 19, thus opening the folds unsupported closed and creating passages for the flow of blood through the hemodialyzer. But, as said above, with the usual hemodialysis membrane, one can only use narrow folds, because otherwise the distribution of blood is not uniform inside the folds, being more important on the side of the neighboring dialyzer orifices for the blood and decreasing towards the side which has the orifices for the dialysate. With membranes allowing better performances, in particular in ultrafiltration and clearance for medium molecules, that is to say membranes generally thicker and stiffer than the previous membranes with lower water permeability and lower clearance for medium molecules, it becomes even more difficult to ensure the penetration of blood into and through the device, as well as its uniform distribution over the entire surface of the membrane and its flow with a loss of sufficiently low charge and an acceptable ultrafiltration rate. These stiffer and thicker membranes tend to form folds of a larger radius at their leading edges, the leading edges in contact with the adjacent folds forming an obstruction which strangles the flow of blood even under pressure of negative dialysate.

On a maintenant trouvé qu'on peut obtenir un écoulement amélioré du sang si au moins un des éléments de support à l'intérieur de chaque pli (du côté du dialysat) est pourvu d'au moins une encoche 20 et 21 s'ouvrant du même côté de l'élément de support et, de préférence, en face de l'orifice d'entrée 13 et/ou de l'orifice de sortie 14 du sang (voir fig. 2). De cette façon, la membrane déborde, pour ainsi dire, dans chaque encoche, 22 et 23, par exemple, en s'affaissant dans ces encoches comme le montre la fig. 5, pour former pour l'écoulement du sang un passage d'une section accrue à partir duquel le sang est distribué de façon pratiquement uniforme comme à partir d'une tête de distribution ou d'une canalisation maîtresse, sur pratiquement toute la surface de la membrane. L'effet de goulet d'étranglement aux bords d'attaque des plis (du côté du sang) qui se produirait sans cela, en particulier quand on utilise les membranes relativement raides à caractéristiques élevées de clearance pour les molécules moyennes, est ainsi pratiquement éliminé ou tout au moins fortement réduit. We have now found that an improved blood flow can be obtained if at least one of the support elements inside each ply (on the dialysate side) is provided with at least one notch 20 and 21 opening from the same side of the support element and, preferably, opposite the blood inlet 13 and / or the blood outlet 14 (see fig. 2). In this way, the membrane overflows, so to speak, in each notch, 22 and 23, for example, collapsing in these notches as shown in FIG. 5, to form a passage for the flow of blood of an increased section from which the blood is distributed in a practically uniform manner as from a distribution head or a main line, over practically the entire surface of the membrane. The bottleneck effect at the leading edges of the folds (on the blood side) which would otherwise occur, particularly when using relatively stiff membranes with high clearance characteristics for medium molecules, is thus practically eliminated. or at least greatly reduced.

Le dialysat entre dans l'hémodialyseur par l'orifice d'entrée de dialysat 15 et se répartit à travers toute la largeur des plis supportés. Le dialysat s'écoule à l'intérieur des plis supportés selon les flèches en traits discontinus f (voir fig. 2), tout au long de l'assemblage en direction de l'orifice de sortie de dialysat 16, par lequel il sort de l'hémodialyseur. The dialysate enters the hemodialyzer through the dialysate inlet 15 and is distributed across the entire width of the supported plies. The dialysate flows inside the folds supported according to the arrows in broken lines f (see fig. 2), throughout the assembly in the direction of the dialysate outlet orifice 16, through which it leaves the hemodialyzer.

Le sang entre dans le dialyseur par l'orifice d'entrée de sang 13 et se répartit en parallèle à travers la largeur des plis non supportés, en les ouvrant pour s'écouler dans l'échancrure 22 comme décrit ci-dessus. Le sang s'écoule alors à l'intérieur des plis non supportés dans une direction généralement parallèle aux enfle-ments des plis le long de l'enveloppe selon les flèches en traits continus F (voir fig. 1 et 2). Le sang s'écoule du côté de la membrane semi-perméable 17 opposé au dialysat, et de préférence à contre-courant de l'écoulement du dialysat, vers l'échancrure 23 et l'extrémité opposée où il sort de l'hémodialyseur par le conduit de sortie de sang 14. The blood enters the dialyzer through the blood inlet orifice 13 and is distributed in parallel across the width of the unsupported plies, opening them to flow into the notch 22 as described above. The blood then flows inside the unsupported folds in a direction generally parallel to the swellings of the folds along the envelope according to the arrows in solid lines F (see fig. 1 and 2). Blood flows from the side of the semi-permeable membrane 17 opposite the dialysate, and preferably against the flow of the dialysate flow, towards the notch 23 and the opposite end where it leaves the hemodialyzer by the blood outlet duct 14.

Sous l'effet de la pression transmembranaire, la portion de la membrane en contact avec un élément de support encoché 18 se renfle dans l'encoche 22 (ou 23) et entre ainsi en contact avec l'élément sans encoche 19 continu à l'élément 18. Ainsi, la paire d'éléments de support 18-19 dans chaque pli ou chambre du côté dialysat du dialyseur règle avec précision la dimension des passages transversaux élargis pour le courant de sang, montrés avec beaucoup de clarté dans les fig. 2 et 5. A cet égard, il est particulièrement important que les éléments de support pratiquement plans 18 et 19 soient des éléments séparés ou lacunaires sans plis ou autres jonctions des bords qui, autrement, pourraient causer des variations légères mais inacceptables dans leurs épaisseurs combinées et empêcher les éléments de suppQrt de la pile entière de rester exactement parallèles les uns aux autres. Un tel parallélisme est essentiel pour assurer le réglage et la reproductibilité de l'écoulement du fluide à travers le dialyseur et pour établir avec précision la perte de charge associée à cet écoulement. Under the effect of the transmembrane pressure, the portion of the membrane in contact with a notched support element 18 swells in the notch 22 (or 23) and thus comes into contact with the element without notch 19 continuous at the element 18. Thus, the pair of support elements 18-19 in each fold or chamber on the dialysate side of the dialyzer precisely regulates the dimension of the widened transverse passages for the blood stream, shown with great clarity in FIGS. 2 and 5. In this regard, it is particularly important that the substantially planar support elements 18 and 19 are separate or incomplete elements without folds or other edge junctions which otherwise could cause slight but unacceptable variations in their combined thicknesses and preventing the suppQrt elements of the entire stack from remaining exactly parallel to each other. Such parallelism is essential to ensure the adjustment and reproducibility of the flow of the fluid through the dialyzer and to establish precisely the pressure drop associated with this flow.

Selon une autre réalisation, chacun des deux éléments de support peut avoir une encoche, s'ouvrant sur le même côté, en face des orifices correspondants. De préférence, ces encoches sont placées l'une au-dessus de l'autre (voir fig. 6). Selon cette réalisation, le dialysat ne peut pas toujours aisément s'écouler longitudi-nalement entre les échancrures plus profondes formées par la membrane, mais le passage pour le sang est accru. Cette réalisation est donc d'un intérêt spécial pour les membranes relativement épaisses et/ou relativement rigides. According to another embodiment, each of the two support elements may have a notch, opening on the same side, opposite the corresponding orifices. Preferably, these notches are placed one above the other (see fig. 6). According to this embodiment, the dialysate cannot always easily flow longitudi-nally between the deeper notches formed by the membrane, but the passage for blood is increased. This embodiment is therefore of special interest for relatively thick and / or relatively rigid membranes.

La fig. 7 représente une autre réalisation, dans laquelle un seul élément de support est introduit dans chaque paire de plis de la membrane. Chaque élément de support est pourvu d'une encoche proche de chacune de ses extrémités et s'ouvrant du même côté. La membrane s'affaisse contre chaque élément de support et sur elle-même en face de l'encoche, et ainsi le passage élargi voulu pour le sang se trouve créé du côté sang de la membrane. Fig. 7 shows another embodiment, in which a single support element is introduced into each pair of folds of the membrane. Each support element is provided with a notch close to each of its ends and opening on the same side. The membrane collapses against each support element and on itself in front of the notch, and thus the desired enlarged passage for blood is created on the blood side of the membrane.

Les encoches s'étendent sur au moins une partie importante de la largeur de l'élément de support. Ainsi, la longueur de l'encoche est au moins d'environ 0,10 cm et peut aller jusqu'aux 9/10 de la largeur de l'élément de support, bien que ces limites exactes ne soient pas critiques. De préférence, les encoches s'étendent sur la plus grande partie de la largeur des éléments de support. La largeur moyenne des encoches est d'environ 0,25 à 2,5 cm. The notches extend over at least a significant part of the width of the support member. Thus, the length of the notch is at least about 0.10 cm and can be up to 9/10 the width of the support member, although these exact limits are not critical. Preferably, the notches extend over the greater part of the width of the support elements. The average width of the notches is approximately 0.25 to 2.5 cm.

Les éléments de support 18 et 19 peuvent avoir n'importe quelle dimension souhaitée; cependant, une structure particulièrement pratique est représentée par une longueur d'environ 31,5 cm, une largeur d'environ 7 cm et une épaisseur totale, pour chaque paire, d'environ 0,1 cm, avec des encoches d'environ 0,9 x 5,5 cm éloignées d'environ 2,2 cm des deux extrémités. The support elements 18 and 19 can have any desired dimension; however, a particularly practical structure is represented by a length of approximately 31.5 cm, a width of approximately 7 cm and a total thickness, for each pair, of approximately 0.1 cm, with notches of approximately 0 , 9 x 5.5 cm about 2.2 cm apart from both ends.

En général, l'appareil est symétrique par rapport au plan vertical P (voir fig. 2) passant par le centre de l'appareil, et les encoches dans les éléments de support sont aussi généralement symétriques par rapport à ce plan. In general, the device is symmetrical with respect to the vertical plane P (see fig. 2) passing through the center of the device, and the notches in the support elements are also generally symmetrical with respect to this plane.

Comme le montre la fig. 2, les orifices 13 et 14 pour le sang communiquent avec l'intérieur de l'appareil par des conduits élargis 24a et 25a ménagés par la forme spéciale de la paroi de l'enveloppe, sur toute la hauteur de la partie centrale 12, constituant ainsi des canalisations maîtresses pour l'écoulement du sang vers le côté sang de la membrane et à partir de celui-ci. Comme montré là, les encoches 20, 21 sont élargies sur le bord de l'élément de support 18 jusqu'à une largeur à peu près égale à celle des conduits 24a, 25a, permettant ainsi au sang d'accéder au côté sang et de le quitter par des zones relativement larges 22 et 25 qui résultent de l'affaissement de la membrane dans les encoches, comme on le voit sur les fig. 5, 6 et 7. As shown in fig. 2, the orifices 13 and 14 for the blood communicate with the interior of the apparatus by enlarged conduits 24a and 25a formed by the special shape of the wall of the envelope, over the entire height of the central part 12, constituting thus main lines for the flow of blood to and from the blood side of the membrane. As shown there, the notches 20, 21 are widened on the edge of the support element 18 to a width approximately equal to that of the conduits 24a, 25a, thus allowing the blood to access the blood side and leave it by relatively large zones 22 and 25 which result from the collapse of the membrane in the notches, as seen in FIGS. 5, 6 and 7.

Les conduits 24b, 25b qui sont en communication avec les orifices à dialysat 15 et 16 assurent une distribution encore meilleure du dialysat sur toute la hauteur de l'appareil. The conduits 24b, 25b which are in communication with the dialysate orifices 15 and 16 ensure an even better distribution of the dialysate over the entire height of the device.

Les axes des orifices d'entrée et de sortie du dialysat peuvent être pratiquement dans l'alignement des extrémités des encoches des éléments de support ou légèrement décalés par rapport à eux. Ainsi, la fig. 8 montre une telle modification (côté droit seulement pour simplifier) dans laquelle les axes des orifices sont légèrement déplacés vers l'extérieur par rapport aux extrémités des encoches. Ce déplacement peut, alternativement, se faire légèrement vers l'intérieur. The axes of the dialysate inlet and outlet ports may be substantially in alignment with the notches of the support members or slightly offset from them. Thus, fig. 8 shows such a modification (right side only for simplicity) in which the axes of the orifices are slightly displaced towards the outside relative to the ends of the notches. This displacement can, alternatively, be made slightly inward.

Les éléments de support, ou d'espacement, utilisés dans cet appareil peuvent être de types divers connus en soi dans la tech5 The support elements, or spacers, used in this device can be of various types known per se in the tech5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

623 746 623,746

nique pour le maintien d'un espacement convenable entre des plis adjacents en créant cependant un empêchement minimal à l'écoulement du dialysat. Ils sont de préférence formés d'un réseau de plastique non tissé fait de deux couches de fils et scellé à chaud, chaque couche étant dans un plan différent. 5 nique for maintaining a suitable spacing between adjacent folds, however, creating a minimal impediment to the flow of the dialysate. They are preferably formed of a network of nonwoven plastic made of two layers of yarn and heat sealed, each layer being in a different plane. 5

On peut introduire deux éléments de support séparés ou seulement un élément de support à l'intérieur des plis individuels de la membrane semi-perméable. Dans tous les cas, ces éléments de support lacunaires sont placés dans les plis seulement sur un côté (le côté dialysat) de la membrane, ne viennent pas en contact io avec le sang et donnent un dialyseur qui est remarquablement compact et efficace. Comme déjà dit, une telle efficacité résulte, Two separate support elements can be introduced or only one support element inside the individual folds of the semi-permeable membrane. In all cases, these incomplete support elements are placed in the folds only on one side (the dialysate side) of the membrane, do not come into contact with the blood and give a dialyzer which is remarkably compact and effective. As already said, such efficiency results,

pour une grande part, du fait que les éléments sont pourvus d'encoches, ce qui permet un écoulement important du sang avec une distribution plus uniforme et une perte de charge relativement is faible, sans la nécessité (et ses conséquences indésirables) de placer des éléments de support dans les plis du côté sang de la membrane. for the most part, the fact that the elements are provided with notches, which allows a large flow of blood with a more uniform distribution and a relatively low pressure drop, without the need (and its undesirable consequences) to place supporting elements in the folds on the blood side of the membrane.

Les encoches des éléments de support peuvent être formées par différents procédés bien connus en soi dans la technique, par exemple par découpage, perçage, sciage, fusion et/ou dissolution dans un solvant approprié. The notches of the support elements can be formed by various methods well known per se in the art, for example by cutting, drilling, sawing, melting and / or dissolving in a suitable solvent.

On a décrit l'appareil sous une forme particulièrement adaptée à l'usage comme hémodialyseur pourvu de quatre orifices, deux pour le sang et deux pour le dialysat, pour le traitement du sang. Il peut aussi y avoir seulement un orifice pour la sortie d'ultrafil-trat. Dans chacun de ces cas, les caractéristiques décrites plus haut améliorent la circulation du sang ou de tout autre fluide et, partant, l'efficacité de l'appareil. Cet appareil convient aussi pour n'importe quel autre traitement du sang, par exemple comme oxygénateur du sang dans un poumon artificiel. The apparatus has been described in a form particularly suitable for use as a hemodialyzer provided with four orifices, two for blood and two for the dialysate, for the treatment of blood. There may also be only one opening for the ultrafil-trat outlet. In each of these cases, the features described above improve the circulation of blood or any other fluid and, therefore, the efficiency of the device. This device is also suitable for any other blood treatment, for example as a blood oxygenator in an artificial lung.

R R

4 feuilles dessins 4 sheets of drawings

Claims

623,746 CLAIMS

1. Mass transfer device, characterized in that it comprises a semi-permeable membrane folded so as to form a stack of accordion-like folds delimiting two series of fluid chambers extending inwards from the opposite sides of the stack, and of several practically planar, open-mesh, sparse support elements arranged inside the chambers of only one of these series of chambers, these practically planar support elements having notches close to the opposite ends of those to facilitate the flow of the liquid entering the chambers of the other series which does not contain such support elements, and of the liquid leaving these latter chambers.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the membrane is formed of a plastic film having a water permeability of at least 0.05 cm3 / min / m2 / mm Hg, and ultrafiltration characteristics substances of low or medium molecular weight.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that two of the incomplete support elements are superimposed in each chamber of the first of the two series, the notches being provided only on a single support element of each pair and neighbors of each opposite ends of it.

4. Apparatus according to one of claims 1 to 3, usable for the treatment of blood by hemodialysis and / or ultrafiltration, characterized in that the support elements of the membrane are, arranged in the folds which delimit a chamber communicating with dialysate and / or ultra-filtrate inlet and / or outlet ports, the opposite chamber communicating with the blood inlet and outlet ports, the support elements being provided with notches substantially in alignment with the minus one of the blood flow orifices.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the length of the notches is at least 0.1 cm and is not greater than 9/10 of the width of the support element, and the average width of the notches is 0.25 to 2.5 cm.

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the width of the notches decreases from the side next to the orifices communicating with the blood fluid chamber to the opposite side.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the lateral and external edge of the notches is parallel to the side wall of the apparatus.

8. Apparatus according to claim 6, characterized in that the lateral and internal edge of the notches is parallel to the side wall of the apparatus.

9. Apparatus according to claim 4, characterized in that the ends of the notches are aligned in the axes of the orifices to direct the flow of the dialysate.

10. Apparatus according to claim 4, characterized in that the ends of the notches are aligned outside the axes of the orifices to direct the flow of the dialysate.