DD212649A5

DD212649A5 - Verfahren zum hydrophylieren einer poroesen hydrophoben membrane

Info

Publication number: DD212649A5
Application number: DD83253448A
Authority: DD
Inventors: Hikaru Nakanishi
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co; Senko Med Instr Mfg
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1984-08-22
Also published as: EP0100552A2; EP0100552A3; EP0100552B1; JPH0364544B2; CA1207607A; EP0100552B2; JPS5924732A; US4501785A; DE3378746D1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Membrane aus poroesem hydrophobem Material mit Mikroporen, deren Waende zumindest teilweise mit Polyaethylenglykol beschichtet sind. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Membrane.

Description

Berlin, den 10.1.1984 AP A 61 M/253 448 62 759/12

Verfahren zum Hydrophylieren einer porösen hydrophoben Membrane

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Hydrophylieren einer porösen hydrophoben Membrane,

Seit einigen Jahren werden hydrophobe Membranen aus Polyäthylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen und dergleichen in künstlichen Nieren verwendet, aber auch in der Plasmapherese und bei verschiedenen Arten der Wasseraufbereitung, weil sie eine ausgezeichnete chemische Widerstandsfähigkeit und Mikrobenwiderstandsfähigkeit haben.

Bekannte technische Lösungen

Obwohl solche hydrophoben Membranen porös sind, können sie von Wasser und Blutplasma nur bei Anwendung hohen Druckes durchdrungen werden. Um Wasser und Blutplasma ohne Anwendung hoher Drücke durch solche hydrophoben Membranen hindurchführen zu können, werden die Membranen hydrophyliert (hydrophylized)·

Ein Verfahren zum Hydrophylieren (hydrophilizing) einer solchen porösen hydrophoben Membrane schließt als Verfahrensschritt ein, daß eine Flüssigkeit in der Art von Alkohol durch die Poren dar Membrane hindurchgeführt wird, worauf an der Stelle dieser Flüssigkeit Wasser durch die Poren der Membrane hindurchgeführt wird· Solange sich bei diesem Ver-

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fahren Wasser, in den Poren der hydrophoben Membrane befindet, kann dieses frei, d. h. ohne Anwendung von Druck, oder unter. Anwendung eines geringen Druckes durch die Poren geführt werden, je nach der Größe der Poren der hydrophoben Membrane, Ist bei solchen Membranen einmal das gesamte Wasser aus der Membrane entfernt und sind die Poren unter Lufteinwirkung trocken geworden, und sei es auch nur, daß ein Teil der Poren trocken geworden sind, so kann Wasser erneut nur unter dem Einsatz hohen Druckes durch die Membranpor.en geführt werden, es sei denn, die Membrane wurde -vorher erneut hydrophiliert· Das bedeutet also, daß naoh jedem Hydrophilieren eine solche Membrane ständig vom Wasser benetzt gehalten werden muß, wenn sie den durch das Hydrophilieren erhaltenen Zustand behalten soll. Unter dem. Gesichtspunkt der praktischen..Betriebsanforderungen ist dies nicht wünschenswert, ·

Wird» eine poröse hydrophobe Membrane der vorbeschriebenen Art zur Behandlung von Blut verwendet, so ist es notwendig, daß die Membrane sterilisiert wird, Wird hierzu Äthylenoxidgas verwendet, so muß die Membrane hydrophiliert werden, während sie im sterilisierten Zustand gehalten wird. Das ist nur schwierig durchzuführen. Auch bei der JFormalinsterilisation unter Verwendung einer wäßrigen Porm'alinEsung muß eine Blütbehandlungsvorrichtung mit einer hydrophoben Membrane gewaschen werden, um die Reste der Formalinlösung zu entfernen, ehe die Blutbehandlung durchgeführt wird. In diesem Pail wird, nachdem die Pormalinlösung einmal aus der Blutaufbereitungsvorrichtung für das nachfolgende Waschen der Vorrichtung entfernt wurde, Luft in die Poren der hydrophoben Membrane gelangen, wodurch die Flüssigkeitsdurch-

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dringungsfähigkeit aus den vorgenannten Gründen 'verringert wird· Es muß deshalb dafür gesorgt werden, wenn dieser Nachteil vermieden werden soll, daß die Pormaünlösung in der Blutbehandlungsvorrichtung durch das Waschwasser ersetzt wird, ohne daß in der Zwischenzeit Luft in die Poren der hydrophoben Membrane gelangt» Auch dieses Verfahren ist also mit Schwierigkeiten verbunden, es erfordert Zeit- und Arbeitsaufwand·

Ziel der Erfindung ^J

Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile der bekannten Membranen zu vermeiden«

Wesen der Erfindung .

Vor diesem technischen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydrophilierte Membrane aus porösem hydrophoben Material zu schaffen, die auch dann ihre hydrophile Natur beibehält, wenn Luft in die Mikroporen der Membrane gelangt·

Mit der Erfindung soll auch ein Verfahren für die Herstellung einer solchen Membrane aufgezeigt werden.

Gemäß der Erfindung wird im Rahmen der Lösung der gestellten Aufgabe eine hydrophilierte Membrane aus porösem hydrophobem Material mit Mikroporen vorgeschlagen, deren Porenwände zumindest teilweise mit Polyäthylenglykol beschichtet sind.

Die erfindu-agsgeinäße poröse hydrophobe Membrane wird gemäß dem erfindungagemäßen Verfahren au ihrer Herstellung zunächst

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unter einem vorbestimmten Aruck in Kontakt mit einer Vorbehandlungsflüssigkeit gebfacht, die eine Affinität für die hydrophobe Membrane besitzt, die homogen mit Polyäthylenglykol gemischt werden kann und die in die Mikroporen der Membrane eingeführt wird· Daruafhin wird diese Flüssigkeit in den Mikroporen durch Polyäthylenglykol oder eine wäßrige Polyäthylenglykollöaung substituiert, so daß die Oberfläche jeder Mikropore mit Polyäthylenglykol beschichtet wird und bo die hydrophile Eigenschaft der hydrophoben Membrane verbessert wird· Alternativ wird die poröae hydrophobe Membrane mit einem Gemisch der Vorbehandlungaflüaaigkeit und Polyäthylenglykol behandelt, um die Hydrophilierung zu erreichen.

Um eine hydrophilierte Membrane gemäß der Erfindung herzustellen, kann jede poröse hydrophobe Membrane mit Mikroporen verwendet werden_e Vorzugaweiae finden poröse hydrophobe Membranen aus Polyolefinen, wie Polyäthylen und Polypropylen sowie substituierten Polyolefinen, wie Polytetrafluoräthylen Anwendung»

Solche porösen hydrophoben Membranen lassen keinen Wasserdurohtritt zu, solange sie unbeschädigt bleiben,. Ist die Oberfläche oder Wand jeder Mikropore der Membrane mit Polyäthylenglykol beschichtet, so kann infolge der hydrophilen Eigenschaft des Polyäthylenglykols Wasser durch die Mikroporen geführt werden, die Membrane hat die Eigenschaft, hydrophil zu s«in, es liegt eine poröse hydrophobe lind * hydrophile Membrane vor.

Vorzugsweise sollte die gesamte Oberfläche jeder Mikropore mit Polyäthylenglykol beschichtet sein, obwohl es auch

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möglich iat, die Oberfläche der Mikroporen nur teilweise mit Polyäthylenglykol zu beschichten, solange es hinnehmbar ist, daß eine bestimmte Menge Wasser durch jede Mikropore gelangt.

Selbst wenn die Absicht besteht, entweder Polyäthylenglykol oder eine wäßrige Lösung aus Polyäthylenglykol direkt auf die Wand jeder Mikropore einer porösen hydrophoben Membrane beispielsweise durch Immersion aufzutragen, so wird das Polyäthylenglykol oder eine wäßrige Lösung davon nicht sofort in die Mikroporen eingeführt. Die poröse hydrophobe Membrane wird vielmehr zunächst mittels einer Vorbehandlungsflüssigkeit vorbehandelt, die eine Affinität zu der hydrophoben Membrane hat und mit Polyäthylenglykol vorzugsweise homogen gemischt werden kann. Danach wird die hydrophobe · Membrane mit Polyäthylenglykol oder einer wäßrigen Lösung davon behandelt, so daß die Oberfläche jeder Mikropore der hydrophoben Membrane mit Polyäthylenglykol beschichtet wird. In entsprechender Weise kann die Membrane auch mit einem Gemisch von Vorbehandlungsflüssigkeit und Polyäthylenglykol behandelt werden. In diesem Fall liegt das Mischungsverhältnis von Vorbehandlungsflüssigkeit zu Polyäthylenglykol im Bereich von 19 : 1 bis 1 : 19, vorzugsweise im Bereich 10 : big 3 : 17.

Als Flüssigkeit mit der notwendigen Affinität zu der hydrophoben Membrane, die vorzugsweise homogen mit Polyäthylenglykol mischbar ist, kann Alkohol verwendet werden, wie Methylalkohol, Äthylalkohol, Isopropylalkphol und Äthylenglykol, aromatisches Kohlenwasserstoff, Chloroform, Azeton, Köhlenstofftetrachlorid und ein Gemisch aus zwei oder mehreren dieser Stoffe.

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Wird die* hydrophobe Membrane in der Medizin, verwendet,, 'so sollte die Flüssigkeit vorzugsweise hochflüchtig sein und sie sollte unschädlich für den menschlichen Körper sein, wenn sie mit diesem in Berührung gebracht werden soll. In diesem Pail werden Äthylalkohol, Methylalkohol und Isopropylälkohol bevorzugt, '

Bin solcher Alkohol soll eine Konzentration von 100 % haben, oder er kann in der Form einer wäßrigen Lösung verwendet werden. Im Fall der wäßrigen Lösung sollte die Konzentration nicht unter 10 % liegen, vorzugsweise sollte die Konzentration nicht unter 50 % liegen. Liegt die Alkoholkonzentration unter 10 %* so wird ein im allgemeinen nicht vertretbarer Zeitaufwand für die Hydrophilierung der porösen hydrophoben Membrane benötigt.

Da die Möglichkeit vorgesehen ist, daß das der Hydrophilierung der porösen hydrophoben Membrane dienende Polyäthylenglykol während einer medizinischen Behandlung auf den menschlichen Körper übertragen wird, sollte das Polyäthylenglykol vorzugsweise vom pharmazeutischen Typ sein, so daß es bei der Einwirkung auf den menschlichen Körper keine Gesundheitsschäden verursacht.

Ein Beispiel für ein erfindungsgemäß anzuwendendes PoIyäthylenglykol ist eines, das bei Raumtemperatur flüssig ist, wie Macrogolum-400 und Macrogolura600, beides pharmazeutische Polyäthylenglykole. Ein solches Polyäthylenglykol kann in einer Konzentration von 100 %, als eine wäßrige Lösung davon oder als Gemisch mit der Vorbehandlungsflüssigkeit verwendet werden.

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Polyäthylen mit höherem Molekulargewicht und fester Form bei Raumtemperatur, wie Macrogolum 1500 oder MacrogolunT 6000, ebenfalls Produkte der japanischen pharmazeutischen Industrie, kann zur Zubereitung einer geeigneten wäßrigen Lösung verwendet werden. Die Konzentration des Polyäthylenglykols sollte dabei vorzugsweise nicht unter 1 %, besser nicht unter 5 % liegen. Am zweckmäßigsten liegt die. Konzentration nicht unter 20 %,

Anstelle von Polyäthylenglykol kann Glykol, wie Äthylenglykol und Propylenglykol in Verbindung mit einem Oberflächenaktivierungsmittel verwendet werden. Diese Materialien können jedoch nicht ohne weiteres mit Wasser vollständig abgewaschen werden, so daß ein Rest in der fertigen hydrophilierten porenförmigen hydrophoben Membrane bleibt. Unter dem toxischen Gesichtspunkt kann das nicht erwünscht sein, so daß eine solche Membrane in der Medizin nicht brauchbar ist, ebensowenig wie bei der Trinkwasseraufbereitung.

Ausführunpjsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen beechrieben, bei denen hydrophobe Hohlfasermembranen hydrophiliert werden. Im erfindungsgemäßen Zusammenhang können jedoch auch hydrophobe Membranen anderer Konturen angewendet werden, beispielsweise filmartige Membranen oder solche in Rohrform·

Beispiel 1

Es wurde eine Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung mit einem

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einen Inrienraum umschließenden Gehäuse angewendet, bei der das Gehäuse ein Paar Ein- und Auslaßöffnungen für die zu behandelnde Flüssigkeit, beispielsweise Blut oder Wasser und zumindest einen Auslaß für die Behandlungsflüssigkeit aufwies· In dem Gehäuse war ein Bündel Hohlfasern vorgesehen, deren Enden mit der Ein- und bzw* Auslaßöffnung in einer flüsaigkeitsdurchlaaaenden Verbindung standen· Jede Hohlfaser war aus einer mikroporösen Polyäthylenmembrane gefertigt und hatte einen Innendurchmesser von 270/Um, eine Wanddicke von 60/Um, sowie eine Porengröße von 0,4 bis 2/Um. Die gesamte Membranfläche der Hohlfasern betrug 0,65 mm . Pharmazeutischer Äthylalkohol wurde veranlaßt, durch jede der Hohlfasern dea Faserbündels mit einer Strömungsrate von 100 ml/Minute zu strömen, um die in den Hohlfasern befindliche Luft zu verdrängen, so daß der Äthylalkohol durch die Mikroporen der Fasern gelangte«, Der Äthylalkohol wurdeüber die Einlaßöffnung des Gehäuses zu- und mittels der Auslaßöffnung abgeführt· Nachdem im Faserbündel keine Luftblasen,mehr festgestellt wurden, wurde eine Durchströmung des Faäerbündels mit Äthylalkohol für weitere drei Minuten bewirkt· Anschließend wurde pharmazeutisches Polyäthylenglykol (Macrogolum 400 mit einem Molekulargewicht, von durchschnittlich 400) veranlaßt, durch jede Hohlfaser des Faserbündels zu strömen, wobei die Durchströmzeit fünf Minuten und die Surchströmrate 100 ml/minute betrug, um den Äthylalkohol zu ersetzen· Danach wurde das Polyäthylen unter. Schwerkräfteinfluß aus dem Faserbündel entfernt· Danach wurde das Faserbündel zwei Wochen lang sich selbst überlassen Danach betrug die »Vasserpermeabilität der Fasern 2 l/m² χ hr χ mm Hg·

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Vergleichsbeispiel 1

Unter Verwendung einer Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung, wie sie im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschrieben wurde,-wurde Alkohol veranlaßt, durch jede Paser eines Faserbün-) dels gemäß dem Verfahren des Beispieles 1 zu strömen, um die Hohlfasern zu hydrophilieren_o Danach wurde der Alkohol in dem Faserbündel in der Weise durch Wasser ersetzt, daß zwischenzeitlich keine Luft in das Faserbündel gelangte. Danach wurde das Wasser veranlaßt,- durch das Faserbündel " zu strömen, Zu dieser Zeit betrug die Wasserpermeabilität der Hohlfasern 2 l/m χ hr χ mm Hg. Danach wurde die Zuführung von Wasser zu der Vorrichtung beeindet, wobei d,ie Entleerung der Vorrichtung unter dem Einfluß der Schwerkraft erfolgte. Danach wurde das Faserbündel drei Tage lang sich selbst überlassen. Danach wurde erneut Wasser veranlaßt, durch das Faserbündel zu strömen, und es wurde keine Wasserpermeabilität festgestellte

Beispiel 2

Der diesem Beispiel zugehörige Versuch wurde in Übereinstimmung mit dem Beispiel 1 durchgeführt mit dem Unterschied, daß der pharmazeutische Äthylalkohol und das PoIyäthylenglykol (Macrogolum 400) durch eine 70%ige wäßrige Lösung von Pharmazeutisches Auticaläthylalkohol bzw. eine 10#ige wäßrige Lösung von Polyäthylenglykol (Macrogolum 6000) ersetzt wurde. Danach wurde Rinderblut veranlaßt, durch das Faserbündel zu fließen, wobei die Strömungsrate 100 ml/Minute tietrug· Das Blutplasma durchsetzte die Fasern mit einer Rate von 30 ml/Minute.

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Beispiel 3

Bei dem diesem Beispiel zugrundeliegenden Versuch lagen die Bedingungen des Beispieles 1 vor mit der Ausnahme, daß ein Faserbündel Hohlfasern enthielt, von denen jede aus einer mikroporigen Polypropylenmembrane hergestellt war. Jede Hohlfaser hatte einen Innendurchmesser von 100/Um und eine Wandstärke von 22,5/Um sowie eine Porengröße von 0,02 bis 0,12/Um· Hachdem das Faserbündel der Hydrophilierung unterzogen worden war, wurde es zwei Wochen lang sich selbst Überlassen. Danach wurde V/asser veranlaßt, durch das Faserbündel zu strömen, Zu dem Zeitpunkt, wurde eine Wasserpermeabilität der Pasern von 0,5 l/m χ hr χ mm Hg festgestellt. .

Beispiel 4

Unter Verwendung einer Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung gemäß Beispiel 1 wurde ein Gemisch aus pharmazeutischem Äthylalkohol und Polyäthylenglykol (Macrogolum 400) veranlaßt, durch jede der Hohlfasern mit einer Strö'mungsrate von 100 ml/Minute zu strömen, um die Luft aus den Hohlfasern zu verdrängen. Das Mischungsverhältnis des pharmazeutischen 'Äthylalkoholes zum Polyäthylenglykol betrug 1 : 3. Danach wurde das Gemisch unter Schwerkrafteinfluß aus dem Faserbündel entfernt. Danach wurde das Faserbündel zwei Wochen lang sich selbst überlassen. ,Danach betrug die Wassermermeabilität' der Fasern 2 l/m² χ hr χ mm Hg.

Claims

10.1.1984 AP A 61 M/253 448 62 759/12 Erfindungsansprach

1. Hydrophilierte Membrane aus porösem hydrophobem Material mit .Mikroporen, gekennzeichnet dadurch^ daß die Wände

der .Mikroporen zumindest teilweise mit Polyättiylenglykol ) beschichtet sind.

2. Membrane nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wände der Mikroporen in ihrer Gesamtheit mit Polyäthylenglykol beschichtet sind.

3· Membrane nach Punkt 1, gekennzeichnet, dadurch, daß das hydrophobe Material Polyolefin oder substituiertes Polyolefin iat.-

4. Verfahren zum Hydrophilieren einer Membrane aus porösem hydrophobem Material mit Mikroporen, gekennzeichnet dadurch, daß die Membrane unter einem vorbestimmten Druck in Kontakt mit einem Gemisch aus Polyäthylenglykol und einer Flüssigkeit derart gebracht wird, daß die Mikroporen mit dem Gemisch gefüllt sind, wobei als Flüssigkeit eine solche gewählt ist, die eine Affinität zur Membrane hat und mit Polyäthylenglykol vorzugsweise homogen misch- bar ist.

5*2 anschließendes Substituieren der Flüssigkeit in den Mikropören durch Polyäthylenglykol oder einer wäßtigen Lösung von Polyäthylenglykol·

5·1 Kontaktieren der Membrane unter einem vorbestimmten Druck mit einer !Flüssigkeit, die eine Affinität zur Membrane hat und vorzugsweise homogen mit Polyäthylenglykol mischbar ist, derart, daß die Mikroporen mit der Flüssigkeit gefüllt werden und

5. Verfahren zum Hydrophilieren einer Membrane aus porösem hydrophobem Material mit Mikroporen nach Punkt 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

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6· Verfahren zum Hydrophilieren einer Membrane aus porösem hydrophobem Material mit Mikrop<bren nach Punkt 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß das hydrophobe Material Polyolefin oder substituiertes Polyolefin i3t»

7· Verfahren zum Hydrophilieren einer Membrane aus porösem hydrophobem Material mit Mikropören nach Punkt 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeit zumindest ein Stoff aus der Gruppe Methylalkohol, Äthylalkohol und Isopropylalkohol ist·

8· Verfahren zum Hydrophilieren einer Membrane aus porösem hydrophobem Material mit Mikropören nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeit eine nicht weniger als 50%ige wäßrige Lösung zumindest eines Stoffes aus folgender Stoffgruppe ist: Methylalkohol, Alkylalkohol und Isopropylalkohol·