DD144006A5 - Dialysemembran - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dxalysemembran aus regenerierter Cellulose für die Anv/endung bei der Hämodialyse. Die erfindungsgemäße Dialysemembran ist gekennzeichnet durch eine Ultrafiltrationsleistung von 7 bis 30 ml/h m, mm Hg (entsprechend 14 bis 60 pm · S",· · Pa~1) und eine

Description

Dialysemembran

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Dialysemembran aus regenerierter Cellulose.

Die erfindungsgemäße Membran kann bei der Hämodialyse angewandt werden«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Dialysemembranen aus regenerierter Cellulose sind bekannt und bereits in großem Umfange bei künstlichen !Tieren eingesetzt worden. Besonders bevorzugt sind dabei vor allem die Dialysemembranen, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurden. Das bisherige Verfahren zur Herstellung solcher Membranen unterscheidet sich praktisch nicht von den Verfahren, mit denen viele Jahre lang entsprechende Cellulosefolien hergestellt wurden«. Eine Beschreibung findet sich beispielsweise in'"Ulimanns Encyclopädie der technischen Chemie" 3. Auflage.1960» Band 5, Seite 204 ff. und Band 11, Seite 260 ff.

Diese bekannten Dialysemembranen, die aus regenerieiber Cellulose «. nach dem Cuoxamverfahren - bestehen» zeichnen sich durch ein geeignetes Verhältnis von hydrodynamischer Permeabilität zu diffusiver Permeabilität, durch eine solche Porengröße, daß der Durchtritt von Eiweißstoffen und anderen hochmolekularen Stoffen des Blutes verhindert wird, durch gute Blutverträglichkeit sowie durch gute nie-

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chanische Eigenschaften für die Verwendung im Dialysator aus*

Bei Dialysemembranen, die aus anderen Materialien hergestellt sind, findet man zwar häufig eine erhöhte hydrodynamische Permeabilität _t jedoch bei verringerter diffusiver Permeabilität.

Diese bekannten Dialysemembranen werden aus Polyacrylaten, Polysulfonen, Polyvinylalkoholen, Polycarbonaten, Celluloseacetat und Cellulosenitrat hergestellt« Das Celluloseacetat und Cellulosenitrat sind dabei mehr oder v^eniger stark verseift» Diese Membrantypen werden bevorzugt für Hämofiltrationsbehändlungen eingesetzt»

In jüngerer Zeit hat sich die Hämofiltration als Behandlungsmethode für die unter Hochdruck leidenden Dialysepatienten eingeführt«, Zur Reinfusion von größeren Flüssigkeitsmengen in den menschlichen Blutkreislauf bediente man sich für die Dialysebehandlung der Membranen_s die eine hohe hydrodynamische Permeabilität besitzen, und nahm den Nachteil der geringeren diffusiven -Permeabilität bei den bekannten Membrantypen in Kauf»

Ziel der Erfindung .

Ziel der vorliegenden Erfindung ißt die Bereitstellung einer neuen Dialysemembran, mit einer mindestens so hohen diffusiven Permeabilität, wie sie bei den nach dem Cuoxam-Verfa.hren hergestellten Membi'anen üblich und bekannt ist, die eine, deutlich höhere hydrodynamische Permeabilität aufweist und bei der gute Blutverträglichkeit und ausreichende me-. · · - 3 -

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chanische Eigenschaften erhalten bleiben. Darlegung'des Wesens, der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Material für eine solche Dialyseraembran aufzufinden.

Die Aufgabe wird -erfindungsgemäß gelöst durch eine Dialyse« membran aus regenerierter Cellulose, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Ultrafiltrationsleistung von

' 2 —1*

7 bis 30 ml/h m mm Hg (entsprechend 14 bis 60 pm . s .

Pa ) und eine Mittelmoleküldurchlässigkeit von 4 .% 10

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bis 12 · 10*"-⁵ cm/min (entsprechend 0,65 bis 2,0 um . s" ) aufweist und daß sie aus Cuoxamlösungen regeneriert

Die Ultrafiltrationsleistung der Membranen wird bestimmt durch Messung des Flüssigkeitsvolumens, das bei gegebener Druckdifferenz hei einer Temperatur von 37 ⁰C durch eine mit der Apparatur festgelegte Membranflache durch die Membrane hindurchtritt und das zur allgemeinen Vergleichbarkeitauf Flächeneinheit, Zeiteinheit und Druckeinheit normiert wird. Als^iüssigkeit wird physiologische Kochsalzlösung verwandt. Die Methode ist beschrieben in "Evaluation of Hemodialyzers and Dialysis Membranes" des U.S. Department of Health, Education and Weifare· DHEW Publication No (HIH) 77 -1294, S. 24-26.

Die diffusive Permeabilität-.ist bei Dialysemembranen ein Maßstab für die Durchlässigkeit der Membranen für gelöste Stoffe und ist außer von der Membran vom Molekulargewicht der gelösten Stoffe abhängig. Als Testsubstanz für

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die Urämiegifte mittleren Molekulärgevs/ichtes^: wird zur Beurteilung der Eignung einer Membran eine Lösung von 100 mg/1 Vitamin B12 zur Bestimmung der Mittelmoleküldurchlässigkeit verwendet. Gemessen wird die Konzentrationsänderung zweier unterschiedlich konzentrierter Ausgangslösungen 2SU beiden Seiten der Membrane mit der Zeit. Dio Mittelmoleküldurchlässigkeit errechnet sich dann nach folgender Gleichung bei Anwendung einer Yitamin-B12-Lösung.

In

Mittelmoleküldurchlässigkeit =

_; A( ¹ ₂₁

A ö. = gemessene Konzentrationsdifferenz zwischen beiden Membranseiten zur Zeit t^

A = Membranflache

Va +.Vb = Volumen beider* Kammern, die durch die Membrane getrennt sind» *

Die Methode ist ebenfalls beschrieben in "Evaluation of Hemodialyzers and Dialysis Membranes" des U.S₆ Department of Health, Education and Welfare. DHSW Publication No* (NIH) 77-1294-, S₉ 14 und 15, für die Messimg bei Flach- und Schlauchmembranen und S. 20 für die Messung von Hohlfaden.

Membranen mit außerordentlich hoher Wirksamkeit weisen ein Wasserruckhaltevermogen nach DIN 53814- von mindestens 14-5 % auf. Bei den bisher bekanntgewordenen Dialysemembranen wird ein Wasserrückhaltevermögen von höchstens 120' bis 13Ο % gemessene >

Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke der Dialysemembran 1

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100 um, gemessen bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und 20 C. Erfindungsgemäße Dialysemembranen weisen ein relativ hohes Wasserrückhaltevermogen auf, was auch die Messung der Schichtdicke in erheblichem Maße beeinflußt. Deshalb ist eine Festlegung auf ein bestimmtes Klima für die Messung unbedingt erforderlich.

Zur Beeinflussung der Struktur der Membran und zur Schaffung von chemisch reaktionsfähigen Gruppen kann ein Teil der Cellulose in der Cuoxam-Lösung aus chemisch modifizierter Cellulose bestehen. Celluloseester, vae z_e B, Celluloseacetat, Cellulosepropionat und Cellulosenitrat sind jedoch ungeeignet, weil sich durch Verseifung freie Säuren ,abspalten können, die ins Blut des Patienten gelangen und Schädigungen beim Patienten hervorrufen. In einer Ausführungsform der Erfindung werden zur Strukturbeeinflussung Alkylcellulosen eingesetzt, die bis zu 30 %% bezogen auf das Gewicht der Cellulose, der Cuoxam-Lösung .beigemischt werden können. Zum Einbau chemisch reaktionsfähiger Gruppen sind insbesondere Carboxyalkylcellulosen, aber auch Hydroxyalkylcellulosen und Alkylamincellulosen geeignet, Yjeil an .diese sich beispielsweise Heparin anlagern läßt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Membran als Flachfolie ausgebildet ist. Eine andere bevorzugte Ausführungsfcrm der Erfindung besteht darin, daß die Membran als Schlauchfolie ausgebildet ist_e Für den Bau kompakter Dialysatoren eignen sich insbesondere'Membranen, die als Hohlfaden ausgebildet sind und in Form eines Hohlfadenbündels in die Dialysatoren eingebaut werden.

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Eine besondere Ausführungsfοrm der Erfindung liegt darin, daß die erfindungsgemäße Dialysemembran aus zwei oder mehreren »Schichten ausgebaut ist, von denen mindestens eine Schicht die hohe Ultrafiltrationsleistung und hohe Mittelmoleküldurchlässigkeit aufweist,. Dadurch lassen sich Lecksteilen in der Membran, durch die gegebenenfalls Blut in das Dialysat austreten kann, vermeiden· Es läßt sich aber auch, eine Dialysemembran - beispielsvjeise durch Verwendung chemisch modifizierter Cellulose, die sich durch bestimmte chemisch reaktionsfähige Gruppen auszeichnet, an denen besondere chemische Anlagerungen erfolgen können, - in einer gesonderten Schicht in besonderer Weise gestalten, oder es vdrd eine einzelne Schicht gebildet, die sich durch gute mechanische Eigenschaften auszeichnet und dadurch der Membran diese guten mechanischen Eigenschaften verleiht, ohne daß dadurch die hohe Ultrafiltrationsleistung und die hohe Mittelmoleküldurchlässigkeit in zu starkem Umfange verringert werden»

Eine weitere bevorzugte Aus führung sf.orm der erfindungsgemäßen Dialysemembran ergibt sich dadurch, daß eine der Schichten der Membran aus regenerierter Cellulose mit in' einer Menge von bis zu 95 Gew.,-% darin eingebetteten Adsorbentienpartikeln besteht. Mit derartigen Membranen wird eine durch Adsorption unterstützte Dialyse bei gleichzeitig hoher Ultrafiltration ermöglicht_s die insbesondere bei kritischen Zuständen des Patienten diesem eine schnelle Erholung gestattet* Ebenso gestattet dieser Membrantyp die Behandlung anderer Krankheitsbilder» als der von Nierenkrankheiten ohne Verwendung von Dialysat _f was den Behandlungsvorgang wesentlich erleichterte Beispiele Schizophrenie und Psoriasis.

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Als Adsorbentien eignen sich Aktivkohle_s Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Zirkonphosphat, Kieselsäuren und/oder Silikate« Diese Adsorbentien werden in sehr fein zerteilter Form eingesetzt und können einzeln oder in Kombination untereinan-. der in die Celluloseschicht eingebettet sein. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn jeweils für ein Adsorbens je eine getrennte Schicht, gegebenenfalls auch mit unterschiedlichen Mengen an Adsorbens, gebildet wird.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dialysemembranen sind zum Teil sehr unterschiedliche Verfahren möglich. In den nachfolgenden Beispielen wird lediglich eines dieser Verfahren beschrieben, mit dem es gelingt, die erfindungsgemäßen Dialysemembranen herzustellen.

Aus führ ung sbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispiel en näher erläuterte

Anhand der Beispiele wird der enorme Fortschritt gegenüber · den bisher bekannten Dialysemerabranen deutlich»

CuO pulverförmig wurde i-n einer Strahlmühle bis zu einer Partikelgröße von maximal'20 um gemahlen.

5 8 derart feingemahlenes CuO wurden in 103 g normale, für die Herstellung von Cellulosemembranen übliche Ouoxamlösung so eingemischt, daß eine gleichmäßige Verteilung von 35 % CuO und 65 % Cellulose an Festsubstanz in der Lösung vorliegen. Die Lösung wurde auf eine Glasplatte

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aufgetakelt. Die 110 Aim dicke Schicht wurde mit einer Lau~ ge von .110 g/l NaOH _t 4 g/l Cu und 10 g/l NHo 20 see* lang bebandelt, anschließend.20 see. in Wasser von Zimmertemperatur gespült, dann in ein Säurebad von 160 g/l HgSO^., · 12 g/l Cu bei 60 ⁰C 30 see. eingelegt und schließlich 5 Minuten lang in einer 80 ⁰C heißen Schwefelsäure einer Konzentration von 100 g/l HpSO^ und 1 g/l Cu behandelt.

Die so erhaltene Membran wurde anschließend in 50 ⁰C warmem Wasser säurefrei gewaschen und in 25 ⁰C warmer Glycerinlösung von 200 g/l Glycerin in Wasser behandelt und auf 80 ⁰C warmer Platte getrocknet. Die Membrandicke, gemessen bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und 20 ⁰C betrug

15 »m_t die Ultrafiltrationsleistung 15 ml/h . m". « mm Hg, die Mittelmolekühldurchlässigkeit (Vitamin B12) betrug 8 cm/min, und das Wasserrückhaltevermögen nach DIN 53714·· betrug 195 %·

Beispiel 2 . ·

4,3 kg feingemahlenes CuO, wie Beispiel 1, wurde mit 105 kg· einer Cuoxamlösung für die Regeneration von Cellulose gemischt und in einem Ringschlitzgießer in ein L^genbad mit 160 g/l NaOH_24-, 4 g/l Cu, 10 g/l HH- extrudiert« Die Koagulationszeit betrug 30 see.

Die Behandlung des Films mit Säure, Wasser und Glycerin erfolgte analog der in Beispiel 1.beschriebenen Weise. Es wurde eine 19 /um dicke Membran nach der Trocknung bei 60 ⁰C erhalten, die eine Ultrafiltrationsleistung von 10 ml/h ·

ρ ·

m" mm Hg, eine Mittelmolekühldurchlüssigkeit von 5,5 cm/min und ein V/asserrückhaltevermögen nach DXN 53714 von 165 % besaß*., _Ω

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Beispiel 3

7t4 kg feingemahlenes CuO, wie Beispiel 1, wurde mit' 80 kg einer Cuoxamlösung für die Regeneration, von Cellulose gemischt und durch, eine Hohlfadenringschlitzdu.se unter Verwendung von Isopropylmyristat als Kernflüssigkeit in ein Laugenbad von 125 g/l HaOH, 4 g/l Gu und 5 g/l NH₃ extrudiert. Die Weiterbehandlung des Hohlfadens erfolgte kontinuierlich durch die in Beispiel 1 erwähnten Bäder. Das'Glycerinbad hatte vor der Trocknung eine Konzentration von 80 g/l, die .'.Trocknung erfolgte bei 55 ⁰C, Nach Entfernung der Innenflüssigkeit mit einer nicht wasserlöslichen Yi/aschflüssigkeit betrugen die Ultrafxltrationsleistung 28 ml/h · m mm Hg, die Mittelmolekühldurchlässigkeit 10 cm/'rain und das Wasserrückhaitevermögen nach DIN 53714 210 %_o .

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Claims (1)

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   - ίο - · ; · .

   Erfindungsanspruch .

   1e Bialysemembran aus regenerierter Cellulose, gekennzeichnet durch eine Ultrafiltrationsleüung von 7 bis 30 ml/h m mm Hg (entsprechend 14 bis 60 pm. · s · »»ι

   Pa ) und eine Mittelmoleküldurchlässigkeit von 4 · 10 "^ bis 12 . 10"·^ ein/min (entsprechend 0,65 bis 2,0 um . s ) und daß sie aus Cuoxamlösungen regeneriert ist*

   2* Dialysemembran nach. Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Wasserrückhaltevermögen nach DIN 53814 mehr als 145 % beträgt*

   3© Bialysemembran nach den Punkten 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Schichtdicke der Membran 1 bis 100 ,um , gemessen bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und 20 ⁰C, beträgtβ

   4, Dialysemembran, nach den Punkten 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Cuoxamlösung einen Teil der Cellulose als chemisch modifizierte Cellulose ;- ausgenommen Celluloseester - enthält·

   5c Bialysemembran nach, den Punkten 1 bis 4, gekennzeich-2set dadurch^ daß die chemisch modifizierte Cellulose eine Alkylcelluloss ist«

   6» Bialysemembran nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die chemisch modifizierte Cellulose eine

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   if

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   » 11 «
   .Carboxyalkylcellulose ist.

   7« Dialysemembran nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet d₈durch_i daß die modifizierte Cellulose eine
   Hydroxyalkylcellulose ist. -

   8· Pialysemembran nach den Punkten 1 bis 7» gekennzeichnet dadurch, daß sie als Flachfolie ausgebildet ist«

   9. -Dialysemeinbran nach den Punkten 1 bis 7» gekennzeichnet dadurch, daß sie als Schlauchfolie ausgebildet ist,

   10_e JDialysemembran nach den Punkten 1 bis 7$ gekennzeichnet dadurch, daß sie als Hohlfaden ausgebildet ist«,

   11« Bialysemembran nach den Punkten 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus zwei oder mehreren Schichten aufgebaut ist, von denen mindestens eine Schicht die
   hohe Ultrafiltrationsleistung und hohe Mittelmoleküldurchlässigkeit aufvyeist₀

   12* Dialysemembran nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß eine der Schichten aus regenerierter Cellulose
   mit in einer Menge von bis" zu 95 % darin eingebetteten Adsorbent!ehpartikeln besteht_e