DE102021006474A1

DE102021006474A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten eines Oxygenators sowie Oxygenator

Info

Publication number: DE102021006474A1
Application number: DE102021006474.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Stöcker
Original assignee: Raumedic AG
Current assignee: Raumedic AG
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2023-06-29
Also published as: WO2023126206A1

Abstract

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschichten eines Oxygenators (2) umfasst:einen Oxygenator (2) mit einer Vielzahl von porösen Hohlfasern (6), insbesondere aus Polysulfon oder aus Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon;eine Pumpe (22), insbesondere eine Rollenpumpe oder eine Peristaltikpumpe; undeinen Behälter (20) mit einer Silikon-Dispersion, aufweisend ein Silikon und ein Lösungsmittel, vorzugsweise n-Heptan;wobei der Oxygenator (2), die Pumpe (22) und der Behälter (20) durch Leitungen so zu einem Kreislauf verbunden sind, dass im Betrieb die Silikon-Dispersion durch die Pumpe (22) aus dem Behälter (20) in den Oxygenator (2) eingebracht wird, zur Beschichtung der Hohlfasern (6) mit Silikon an deren Innenseite, und dass die nicht an den Hohlfasern (6) verbleibende Silikon-Dispersion wieder aus dem Oxygenator (2) austritt und zu dem Behälter (20) gelangt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten eines Oxygenators sowie einen Oxygenator.
Derzeit werden Oxygenatoren zur Oxygenierung und Decarboxylierung von Blut in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen eingesetzt.
Auf dem Markt erhältliche Oxygenatoren weisen zumeist Hohlfasern auf, die aus mikroporösem Polypropylen (PP) oder Polymethylpenten (PMP) hergestellt sind.
Solche Oxygenatoren sind teuer in der Herstellung und haben hohe Verkaufspreise. Zudem sind die Bezugsmöglichkeiten von solchen Oxygenatoren beschränkt, und diese Oxygenatoren sind für manche Anwendungen überdimensioniert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten eines Oxygenators anzugehen, mit denen Oxygenatoren zur Oxygenierung und Decarboxylierung von Blut in großen Mengen wirtschaftlich herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschichten eines Oxygenators umfasst:

einen Oxygenator mit einer Vielzahl von porösen Hohlfasern, insbesondere aus Polysulfon oder aus Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon;
eine Pumpe, insbesondere eine Rollenpumpe oder eine Peristaltikpumpe; und
einen Behälter mit einer Silikon-Dispersion, aufweisend ein Silikon und ein Lösungsmittel, vorzugsweise n-Heptan;
wobei der Oxygenator, die Pumpe und der Behälter durch Leitungen so zu einem Kreislauf verbunden sind, dass im Betrieb die Silikon-Dispersion durch die Pumpe aus dem Behälter in den Oxygenator eingebracht wird, zur Beschichtung der Hohlfasern mit Silikon an deren Innenseite, und dass die nicht an den Hohlfasern verbleibende Silikon-Dispersion wieder aus dem Oxygenator austritt und zu dem Behälter gelangt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beschichten eines Oxygenators, insbesondere eines Oxygenators der hier beschriebenen Art, umfasst den folgenden Schritt:

Pumpen einer Silikon-Dispersion, aufweisend ein Silikon und ein Lösungsmittel, vorzugsweise n-Heptan, mittels einer Pumpe, insbesondere der Rollenpumpe oder der Peristaltikpumpe, im Kreislauf aus einem Behälter mit einer solchen Silikon-Dispersion, in den Oxygenator und dadurch Beschichten der Hohlfasern an deren Innenseite mit Silikon, und aus dem Oxygenator in den Behälter.

Die nachfolgend angegebenen Vorteile und Ausführungsformen treffen in gleicher Weise sowohl auf die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung, als auch auf das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren zu.
Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem erfindungsgemäßen Verfahren können bestehende Oxygenatoren mit porösen Hohlfasern effizient und in großen Mengen mit Silikon beschichtet werden, sodass die porösen Hohlfasern so geschlossen werden, dass keine Blutbestandteile hindurchpassieren können, dass diese andererseits jedoch gasdurchgängig sind, sodass das Blut z.B. mit Sauerstoff O₂ angereichert werden kann und Kohlendioxid CO₂ abgeführt werden kann.
Insbesondere bieten die erfindungsgemäß hergestellten Oxygenatoren eine günstige Gas-Transferrate für Kohlendioxid CO₂ und Sauerstoff O₂.
Die Oxygenatoren können also mit einer Silikonschicht an deren Innenseite versehen werden, und es können somit beschichtete Hohlfasern, insbesondere aus Polysulfon oder aus Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon hergestellt werden, die sich für die Oxygenierung und die Decarboxylierung von Patientenblut eignen.
Die porösen Hohlfasern, die erfindungsgemäß mit einer Silikonschicht an deren Innenseite versehen sind/werden, bilden eine Membran,
Dialysatoren, bei denen die beschichteten Hohlfasern insbesondere aus Polysulfon oder aus Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon hergestellt sind, werden häufig für die Dialyse, also die „Blutwäsche“ verwendet.
Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung werden somit Dialysatoren, bei denen die Hohlfasern blut- und wasserdurchlässig sein müssen, und daher üblicherweise aus Polysulfon oder aus Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon hergestellt sind, mit einer Silikonschicht an deren Innenseite versehen, so dass solche Hohlfasern blut- und wasserundurchlässig und gasdurchlässig gemacht werden und somit zu Oxygenatoren für die hier beschriebenen medizinischen Anwendungen gemacht.
Gleichzeitig werden die Hohlfasern durch die Silikonschicht stabiler gemacht, was sie für den Einsatz mit höheren Drücken und Drucklagen ertüchtigt, und eine Zerstörung und ein Reißen der Hohlfasern verhindert, und die Haltbarkeit erhöht.
Gewissermaßen wird somit aus einem Dialysator ein Oxygenator und aus einer künstlichen Niere eine künstliche Lunge gemacht.
Somit wird eine Alternative zu teuren Oxygenatoren geschaffen, bei denen die Hohlfasern aus mikroporösem Polypropylen (PP) oder Polymethylpenten (PMP) hergestellt sind.
Anders als herkömmliche Oxygenatoren weisen die erfindungsgemäß beschichteten Oxygenatoren eine geschlossene Membran in Form von porösen Hohlfasern mit einer Silikonbeschichtung auf, ohne Poren, die gut gasdurchlässig ist, andererseits aber kein Blut und keine Blutbestandteile passieren lässt und somit blutundurchlässig/blutdicht ist. Dies erhöht die Patientensicherheit deutlich.
Auf der anderen Seite sind die solchermaßen mit einer Silikonschicht versehenen Hohlfasern gasdurchgängig bzw. gasdurchlässig, sodass das durch die Hohlfasern strömende oder darin befindliche Blut oxygeniert und decarboxyliert werden kann.
Die erfindungsgemäß hergestellten Oxygenatoren können in ihrer Größe auf die jeweiliige medizinische Anwendung angepasst werden.
So können die erfindungsgemäß beschichteten Oxygenatoren z.B. von einer deutlich kleineren Größe sein, als dies bei herkömmlichen ECMO-Systemen der Fall ist. ECMO-Systeme/Systeme zur extrakorporalen Membranoxygenierung sind in der Intensivmedizin eingesetzte Unterstützungssysteme, bei denen eine Maschine teilweise oder vollständig Atemfunktionsleistungen für den Patienten außerhalb seines Körpers übernimmt.
Erfindungsgemäß beschichtete Oxygenatoren können aber auch die Größe haben, wie sie z.B. bei ECMO-Systemen erforderlich ist.
Dadurch, dass die Hohlfasern an der Innenseite mit einer insbesondere durchgängigen Silikonschicht versehen werden/sind und somit nicht blutdurchlässig sind, wird das Risiko von Plasmaleckagen ausgeschlossen, und die damit verbundenen gravierenden negativen Folgen für den Patienten werden verhindert.
Das Silikon ist physiologisch einwandfrei und hämokompatibel. Silikon ist gut gasdurchlässig für Sauerstoff O₂ und Kohlendioxid CO₂ und verbindet sich gut mit den porösen Hohlfasern, die insbesondere aus Polysulfon oder aus Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon hergestellt sind.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird das Silikon, vorzugsweise vom Typ RAUMEDIC SI 1511, zunächst mit einem Lösungsmittel, insbesondere n-Heptan verdünnt und somit eine Silikon-Dispersion erstellt. Diese angemischte Silikon-Dispersion wird in den Behälter gefüllt und aus diesem direkt mit dem erfindungsgemäßen Kreislaufverfahren durch die Pumpe aus dem Behälter in den Oxygenator eingebracht, und beschichtet so die Hohlfasern an deren Innenseite mit Silikon.
Gegenüber einer denkbaren Alternative, bei welcher das Silikon und das Lösungsmittel separat zugeführt werden, ergibt sich eine deutliche fertigungstechnische Vereinfachung, welche die Produktion bzw. Beschichtung von Oxygenatoren auf industrielle Weise und in großen Mengen ermöglicht.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren können Oxygenatoren in unterschiedlicher Größe gefertigt werden. Die Größe richtet sich dabei nach der für den Gastausch zur Verfügung stehenden Membranoberfläche. Besonders bevorzugt sind jedoch Größen von 0,3 - 2,5 m².
Gemäß einem weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Kreislaufverfahrens tritt die nicht an den Hohlfasern verbleibende Silikon-Dispersion wieder aus dem Oxygenator aus und gelangt wieder zu dem bzw. in den Behälter. Die so zurückgeleitete Silikon-Dispersion kann somit wiederverwendet werden, was sowohl die Wirtschaftlichkeit als auch die Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit erhöht.
Der Behälter kann dabei insbesondere geschlossen sein, zum Beispiel um ein Entweichen des Lösungsmittels zu verhindern und um zu verhindern, dass Partikel in den Behälter gelangen und die Silikon-Dispersion verunreinigen können.
Zudem sind die erfindungsgemäß mit einer Silikonschicht an der Innenseite der Hohlfasern versehenen Oxygenatoren für eine lange Anwendungsdauer geeignet und haben somit eine lange Anwendungs- und Lebensdauer.
Gemäß einer ersten Ausführungsform handelt es sich bei dem Oxygenator um einen Oxygenator für die Behandlung von Chronic obstructive pulmonary disease COPD, um einen Oxygenator für eine ECMO-Therapie (extrakorporale Membranoxygenierung), um einen Oxygenator für den Einsatz in einem Organtransplantationsset, oder um einen Oxygenator für ein ECC-System (extrakorporelle Zirkulation).
Erfindungsgemäß hergestellte Oxygenatoren können für die Behandlung von COPD eingesetzt werden. Bei COPD Chronic obstructive pulmonary disease handelt es sich um eine chronisch fortschreitende Erkrankung der Lunge. Diese Krankheit ist durch entzündete und dauerhaft verengte Atemwege gekennzeichnet. Typische COPD-Symptome sind Husten, Auswurf und Atemnot bei Belastung, später auch in Ruhe. Diese Krankheit ist nicht heilbar, und man ist auf die Linderung der Symptome beschränkt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Oxygenatoren können auf die Behandlung von COPD-Patienten angepasst und kleiner dimensioniert werden, als dies bei bestehenden ECMO-Systemen der Fall ist, sie sind weniger invasiv als solche ECMO-Systeme, das Risiko von Plasmaleckagen ist reduziert, und sie sind günstiger in der Herstellung als bestehende ECMO-Systeme.
Aufgrund der kleinen und kompakten Bauweise und der Beschichtung der Hohlfasern mit Silikon an deren Innenseite, was üblicherweise die Blutseite darstellt, können erfindungsgemäß beschichtete Oxygenatoren somit auch für die Behandlung von COPD-Patienten und die Oxygenierung und Decarboxylierung von Patientenblut von solchen COPD-Patienten zum Einsatz kommen.
Erfindungsgemäß beschichtete Oxygenatoren können neben der Anwendung für die Behandlung von COPD auch in ECMO-Kreisläufen eingesetzt werden, und zwar sowohl in kardialen als auch in pulmonalen ECMO-Kreisläufen.
Bei solchen ECMO-Systemen bieten die erfindungsgemäß hergestellten Oxygenatoren eine lange Anwendungsdauer, da ein geringes Risiko für Plasmaleckagen zu erwarten ist. Die gute Gas-Transferrate führt zu einer effektiven Sauerstoffversorgung und Decarboxylierung. Durch die Silikonbeschichtung ist eine sehr gute Blutkompatibilität gegeben.
Darüber hinaus können, aus vergleichbaren Gründen, erfindungsgemäß beschichtete Oxygenatoren auch in einem Organtransplantationsset, insbesondere für Leber- und Nieren-Transplantationen, oder in einem ECC-System (extrakorporelle Zirkulation) für einen Gastransfer CO₂ / O₂ während offener Herzoperationen mit der Herz-Lungenmaschine verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Oxygenator ein Gehäuse, insbesondere aus Polycarbonat, auf, mit einer insbesondere im Wesentlichen zylindrischen Gehäusewandung, mit einem oberen Endbereich und mit einem unteren Endbereich. Eine Vielzahl von Hohlfasern ist/sind in dem Gehäuse vorgesehen, die an ihren oberen und unteren Enden jeweils untereinander und mit der Gehäusewandlung abgedichtet sind, und die sich insbesondere in Längsrichtung des Gehäuses über einen Großteil der Innenseite des Gehäuses erstrecken. Das Innere der Hohlfasern, eine obere Stirnkammer, falls vorhanden, und untere Stirnkammer, falls vorhanden, bilden einen ersten Kammerbereich. Der außen an die Hohlfasern angrenzende Bereich innerhalb des Gehäuses bildet einen zweiten Kammerbereich.
Dies stellt eine besonders praktikable und kompakte Ausführungsform für einen Oxygenator dar. Zudem verträgt sich die Silikon-Dispersion, insbesondere das dabei vorzugsweise eingesetzte Lösungsmittel n-Heptan gut mit dem Material des Gehäuses, insbesondere Polycarbonat.
Der erste Kammerbereich bildet dabei insbesondere die Blutseite. Der zweite Kammerbereicht bildet die Oxygenat-Seite.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zwei Fluidanschlüsse für den ersten Kammerbereich an dem oberen Endbereich, insbesondere an der oberen Stirnseite, und an dem unteren Endbereich, insbesondere an der unteren Stirnseite, vorgesehen; und es sind zwei Fluidanschlüsse für den zweiten Kammerbereich, insbesondere an einem Mantelbereich der Gehäusewandlung vorgesehen.
Durch die Fluidanschlüsse für den ersten Kammerbereich wird im Betrieb des Oxygenators das Patientenblut zu- und abgeführt. Bei der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung und dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren wird durch die Fluidanschlüsse für den ersten Kammerbereich die Silikon-Dispersion zu- und abgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Pumpe einen Eingang, der mit einer Saugleitung verbunden ist, und einen Ausgang, der mit einer Druckleitung verbunden ist, auf. Die Druckleitung der Pumpe kann mit einem ersten Fluidanschluss für den ersten Kammerbereich an einem von dem oberen Endbereich und dem unteren Endbereich des Oxygenators, insbesondere an dem unteren Endbereich des Oxygenators, verbunden sein, der zweite Fluidanschluss für den ersten Kammerbereich des Oxygenators kann mit dem Behälter verbunden sein, und der Behälter kann mit der Saugleitung der Pumpe verbunden sein.
Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine besonders effektive Lösung für die Serienfertigung dar.
Nach erfolgter Beschichtung des Oxygenators muss dieser einfach durch einen neuen, noch nicht beschichteten Oxygenator ersetzt werden, der dann wiederum mit dem erfindungsgemäßen Kreislaufverfahren beschichtet werden kann, usw. Es müssen nur jeweils der erste und der zweite Fluidanschluss wie beschrieben mit der Druckleitung der Pumpe bzw. mit der Leitung zum Behälter verbunden werden, weitere Anschlusstätigkeiten entfallen.
Bevorzugt ist die Pumprichtung durch die Hohlfasern des Oxygenators von unten nach oben.
Durch dieses erfindungsgemäße Kreislaufverfahren können alle Hohlfasern durch den anliegenden, durch die Pumpe erzeugten Druck gleichmäßig beschichtet werden, es ergibt sich keine Beschichtungsreihenfolge, bei der z.B. zuerst die inneren Hohlfasern und anschließend die äußeren Hohlfasern beschichtet werden, wie dies bei anderen Beschichtungsverfahren denkbar ist.
Die Fluidanschlüsse für den zweiten Kammerbereich werden vorzugsweise vor dem Aufbringen der Beschichtung geschlossen.
Der zweite Kammerbereich wird vorzugsweise vor dem Aufbringen der Beschichtung mit Umgebungsluft gefüllt und ist vorzugsweise auch während dem Aufbringen der Beschichtung mit Umgebungsluft befüllt. Dadurch können Zusatzschritte wie z.B das denkbare Befüllen des zweiten Kammerbereichs mit einem anderen Medium, z.B. mit Lösungsmittel entfallen. Ebenso können andere zusätzliche Schritte, wie das Anlegen eines Unterdrucks an die Fluidanschlüsse für den zweiten Kammerbereich entfallen.
Gemäß einer weiteren Erkenntnis reicht es für die Aufbringung einer Silikonschicht auf die Innenseite der porösen Hohlfasern völlig aus, wenn die Fluidanschlüsse für den zweiten Kammerbereich vor dem Aufbringen der Beschichtung geschlossen sind/werden und der zweite Kammerbereich mit Umgebungsluft gefüllt ist. Das Anlegen eines Unterdrucks ist nicht erforderlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist weiterhin ein Ofen vorgesehen, der im Betrieb den Oxygenator auf 40°C bis 60°C, insbesondere auf etwa 50°C aufheizt, zum Unterstützen des Entweichens des Lösungsmittels aus der Silikonschicht und zum vollständigen Vulkanisieren der Silikonschicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt das Mischungsverhältnis Silikon zu Lösungsmittel der Silikon-Dispersion in dem Behälter im Bereich 1 : 3,50 bis 3,99, insbesondere 1 : 3,74 bis 3,99 , jeweils bezogen auf das Gewicht. Mit einem solchen Mischungsverhältnis ist die Silikon-Dispersion sehr gut fließfähig und bildet die Silikonschicht mit gewünschter Schichtdicke.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Silikon insbesondere um ein Silikon vom Typ Raumedic SI 1511. Dieses Silikon vom Typ RAUMEDIC SI1511 ist bereits für medizinische Anwendungen und insbesondere für Implantate zugelassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt nach erfolgter Beschichtung eine Reinigung der ersten Kammerbereichs mit Isopropanol, insbesondere indem der Behälter mit Silikon-Dispersion im Kreislauf durch einen Behälter mit Isopropanol ersetzt wird. Durch eine solche Reinigung mit Isopropanol kann überschüssiges Silikon entfernt werden, und es kann eine homogene Innenfläche der Silikonschicht auf der Innenseite der Hohlfasern erreicht werden.
Bevorzugte Wandstärken der Silikonschicht an der Innenfläche der Hohlfasern liegen im Bereich von 1 bis 4 µm. Übliche Wandstärken der Hohlfasern liegen im Bereich von 30 bis 40 µm, und übliche Durchmesser der Hohlfasern liegen im Bereich von etwa 200 µm. Ein erfindungsgemäßer Oxygenator kann bis zu 20.000 Hohlfasern enthalten.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Silikon-Dispersion so lange im Kreislauf gepumpt, bis keine weitere Silikon-Dispersion mehr an den Hohlfasern verbleibt und/oder bis die Silikonschicht an der Innenfläche der Hohlfasern ein Wandstärke von 1 bis 4 µm erreicht hat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Kammerbereich vor dem Beschichten mit Umgebungsluft gefüllt und ist während dem Aufbringen der Beschichtung mit Umgebungsluft gefüllt. Die Fluidanschlüsse für den zweiten Kammerbereich werden vor dem Aufbringen der Beschichtung geschlossen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ausgang der Pumpe mittels einer Druckleitung mit einem ersten Fluidanschluss für einen ersten Kammerbereich des Oxygenators an einem von dem oberen Endbereich und dem unteren Endbereich des Oxygenators, insbesondere an dem unteren Endbereich des Oxygenators, verbunden. Der Eingang der Pumpe wird mittels einer Saugleitung mit dem Behälter verbunden, und der zweite Fluidanschluss für den ersten Kammerbereich des Oxygenators, insbesondere an dem oberen Endbereich des Oxygenators, wird mit dem Behälter verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfasst das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte: Aushärtenlassen des Silikons der Silikon-Dispersion und Entweichenlassen des Lösungsmittels, nach erfolgtem Beschichten. Dieser Verfahrensschritt kann durch eine Entnahme des Oxygenators aus dem Kreislauf und durch eine Erwärmung in einem Ofen bei 40°C bis 60°C, insbesondere bei etwa 50°C unterstützt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfasst das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt: Reinigen der ersten Kammerbereichs mit Isopropanol, nach erfolgtem Beschichten, insbesondere indem der Behälter mit Silikon-Dispersion im Kreislauf durch einen Behälter mit Isopropanol ersetzt wird.
Die Erfindung betrifft auch einen Oxygenator, der insbesondere mit einem Verfahren der hier beschriebenen Art hergestellt worden ist.
Ein solcher Oxygenator umfasst eine Vielzahl von porösen Hohlfasern, insbesondere aus Polysulfon oder aus Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon, die an ihrer Innenfläche mit einer Silikonschicht, insbesondere mit einer Wandstärke von 1 bis 4 µm versehen sind, welche die Hohlfasern gasdurchlässig, aber nicht blutdurchlässig macht.
Die vorstehend mit Bezug auf die Herstellungsvorrichtung und das Herstellungsverfahren angegebenen Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile treffen in gleicher Weise auf den Oxygenator zu, und werden hier nicht noch einmal wiederholt. Die Anmelderin behält sich ausdrücklich das Recht vor, zusätzliche Ansprüche auf den Oxygenator zu richten, in denen eines oder mehrere dieser Merkmale und Ausführungsformen beansprucht werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Oxygenators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Längs-Symmetrieebene durch den Oxygenator von 1;
3 zeigt eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung für einen Oxygenator gemäß 1 und 2 bzw. einen Pumpkreislauf, der eine Rollenpumpe, den Oxygenator aus 1 und 2 und einen Behälter mit einer Silikon-Dispersion sowie Leitungen, die diese drei Elemente zu einem Kreislauf verbinden, umfasst; und
4 zeigt eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer Hohlfaser mit einer Silikonschicht an dessen Innenseite, des Oxygenators aus 1 und 2, gemäß einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Oxygenators 2. Dieser Oxygenators 2 umfasst ein Gehäuse 4 mit einer Gehäusewandung mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form, ein oberes Endstück mit einem oberen Fluidanschluss 12a für einen ersten Kammerbereich, ein unteres Endstück mit einem Fluidanschluss 12b für den ersten Kammerbereich, ein Paket von porösen Hohlfasern 6, das nachfolgend mit Bezug auf 2 dargestellt und näher erläutert wird, sowie einen oberen Fluidanschluss 16a und einen unteren Fluidanschluss 16b für einen zweiten Kammerbereich.
Wie in 1 gut zu erkennen ist, hat der Oxygenator 2 eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt, wobei die oberen und unteren Endstücke separat von dem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse 4 ausgebildet sind und zum Beispiel mittels einem Innengewinde des oberen bzw. unteren Endstücks gegenüber einem Außengewinde an dem oberen bzw. unteren Ende des Gehäuses 4 aufgeschraubt sein können. Die Gehäusewandung sowie die Endstücke können dabei insbesondere aus Polycarbonat gefertigt sein.
Eine bevorzugte Anwendung des in 1 gezeigten Oxygenators 2 ist die Anwendung zur Behandlung von COPD. Andere Anwendungen sind der Einsatz in einem Organtransplantationsset, der der Einsatz in einer ECMO-Therapie (extrakorporale Membranoxygenierung), der Einsatz in einem ECC-System (extrakorporelle Zirkulation).
Wie in 2 gut zu erkennen ist, ist innerhalb des Gehäuses 4 eine Vielzahl von Hohlfasern 6 angeordnet, die an ihrem oberen und unteren Ende jeweils untereinander und mit der Gehäusewandung abgedichtet („verpottet“) sind, z.B. mittels einer Polyurethan-Vergussmasse, und die sich insbesondere in Längsrichtung des Gehäuses 4, über einen Großteil der Innenseite des Gehäuses 4 erstrecken.
innerhalb des oberen Endstücks und oberhalb des oberen Endes der Hohlfasern 6 ist eine obere Stirnkammer 8 vorgesehen. Ebenso ist innerhalb des unteren Endstücks und unterhalb des unteren Endes der Hohlfasern 6 eine untere Stirnkammer 10 vorgesehen.
Wie in 2 ebenfalls gut zu erkennen ist, ist der obere Fluidanschluss 12a mittig in der Stirnseite des oberen Endstücks vorgesehen und steht mit der oberen Stirnkammer 8 in Verbindung. Ebenso ist der untere Fluidanschluss 12b mittig in der Stirnseite des unteren Endstücks vorgesehen und steht mit der unteren Stirnkammer 10 in Fluidverbindung.
Das Innere der Hohlfasern 6, die obere Stirnkammer 8 und die untere Stirnkammer 10 bilden einen ersten Kammerbereich, der im Betrieb des Oxygenators von Patientenblut durchströmt wird. Der erste Kammerbereich kann daher auch als Blutseite bezeichnet werden.
Der außen an die Hohlfasern angrenzende Bereich innerhalb des Gehäuses 4 bildet den Oxygenat-/Dialysat-Bereich. Dieser ist mittels eines oberen Fluidanschlusses 16a für den zweiten Kammerbereich und mittels eines unteren Fluidanschlusses 16b für den zweiten Kammerbereich z.B. mit einer Sauerstoffquelle verbunden.
Die porösen Hohlfasern 6 bilden eine Membran zwischen dem ersten und dem zweiten Kammerbereich. Die Hohlfasern 6 sind vorzugsweise aus Polysulfon PSU oder Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon hergestellt. Die porösen Hohlfasern 6 sind nicht flüssigkeitsdicht bzw. wasserdicht, sodass auch Blut oder Blutbestandteile durch die poröse Wandung dieser Hohlfasern 6 durchtreten und in den zweiten Kammerbereich gelangen können.
In 3 ist nun eine Vorrichtung zum Beschichten eines Oxygenators mittels eines Pumpkreislaufs 18 anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Diese Vorrichtung wird nachfolgend verkürzt auch als Pumpkreislauf 18 bezeichnet. Dieser Pumpkreislauf 18 umfasst einen Oxygenator 2, wie er in 1 und 2 gezeigt und beschrieben ist, einen Behälter mit Silikon-Dispersion 20 und eine im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Rollenpumpe ausgebildete Pumpe 22 sowie Fluidleitungen, welche diese drei Elemente zu einem Kreislauf verbinden, nämlich eine Druckleitung 24, welche den Ausgang der Pumpe 22 mit dem unteren Fluidanschluss 12b des Oxygenators verbindet, eine Leitung 26 zwischen Oxygenator 2 und Behälter mit Silikon-Dispersion 20, welche den oberen Fluidanschluss 12a des Oxygenators 2 mit dem Behälter 20 mit Silikon-Dispersion verbindet sowie eine Saugleitung 28, die den Behälter mit Silikon-Dispersion 20 mit dem Eingang der Pumpe 22 verbindet.
Der Behälter 20 umfasst eine Silikon-Dispersion, die aus Silikon, vorzugsweise vom Typ RAUMEDIC SI1511 und einem Lösungsmittel, vorzugsweise n-Heptan angemischt worden ist. Das Silikon ist mittels des Lösungsmittels verdünnt worden.
Das Mischungsverhältnis Silikon zu Lösungsmittel der Silikon-Dispersion in dem Behälter liegt dabei insbesondere im Bereich 1 : 3,50 bis 3,99 und insbesondere in einem Bereich von 1 : 3,74 bis 3,99, jeweils bezogen auf das Gewicht.
Eine Silikon-Dispersion mit einem solchen Mischungsverhältnis bringt optimale Ergebnisse beim Schichtaufbau bei gleichzeitigem günstigem Fließverhalten/Viskosität und guter Pumpfähigkeit.
Vor dem Start des Kreislauf-Pumpvorgang werden die Fluidanschlüsse zum zweiten Kammerbereich 16a und 16b geschlossen, insbesondere durch Aufbringen von Verschlusskappen. Der zweite Kammerbereich ist insbesondere mit Umgebungsluft gefüllt, und kann vor dem Verschließen der Fluidanschlüsse 16a und 16b durch Austausch mit der Umgebung mit Umgebungsluft gefüllt werden.
Im Betrieb des Pumpkreislaufs wird die Silikon-Dispersion aus dem Behälter 20 über die Saugleitung 28 und die Druckleitung 24 von unten durch den Fluidanschluss 12b für den ersten Kammerbereich in den Oxygenator 2 gepumpt und lagert sich dort an der Innenseite der Hohlfasern 6 an. Dabei ist es bevorzugt, wenn dieser Pumpvorgang blasenfrei verläuft.
Die nicht an den Hohlfasern 6 verbleibende Silikon-Dispersion tritt oben aus dem Fluidanschluss 12a aus dem Oxygenator 2 aus und wird über die Leitung 26 wieder in den Behälter 20 gepumpt.
Dieser Kreislauf-Pumpvorgang wird solange betrieben, bis alle Hohlfasern an ihrer Innenseite mit einer Schicht der Silikon-Dispersion beschichtet worden sind, und insbesondere bis die Silikon-Dispersionsschicht an der Innenseite der Hohlfasern eine gewünschte Wandstärke, die insbesondere im Bereich von 1 bis 4 µm liegt, erreicht ist. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem der Pumpkreislauf über einen Zeitraum betrieben wird, der üblicherweise ausreicht, um eine solche Silikon-Dispersionsschicht mit der gewünschten Schichtdicke auf die Innenseiten/Innenflächen der Hohlfasern 6 aufzubringen.
Dadurch, dass die nicht an den Hohlfasern 6 verbleibende Silikon-Dispersion wieder zurück zu dem Behälter 20 gepumpt wird, kann die Silikon-Dispersion weiterverwendet werden.
Die Durchströmungsrichtung der Silikon-Dispersion durch den Oxygenator 2 ist dabei von unten nach oben, insbesondere durch den Fluidanschluss 12b, die untere Stirnkammer 10 und die Hohlfasern 6 sowie durch die obere Stirnkammer 8 und den oberen Fluidanschluss12a wieder aus dem Oxygenator 2 heraus.
Dabei werden alle Hohlfasern 6 gleichmäßig von Silikon-Dispersion durchströmt, da in Querrichtung durch den Oxygenator 2 bzw. durch dessen Hohlfasern 2 kein Druckgefälle herrscht, sondern der Druck über den Querschnitt des Oxygenators und über seine Hohlfasern gesehen gleich ist. Dies stellt einen großen Vorteil gegenüber denkbaren Lösungen dar, bei denen Silikon manuell in den Oxygenator 2 eingebracht/eingespritzt wird.
Nach erfolgtem Aufbringen der Silikon-Dispersion auf die Innenseiten der Hohlfasern 6 entweicht das Lösungsmittel, sodass eine Silikonschicht zurückbleibt. Das Entweichen des Lösungsmittels kann dabei durch eine Wärmebehandlung unterstützt werden, zum Beispiel indem der beschichtete Oxygenator 2, nach vorherigem Entnehmen aus dem Pumpkreislauf, in einen Ofen eingebracht wird, in dem der Oxygenator 2 auf eine Temperatur von 40°C bis 60°C, insbesondere auf etwa 50°C aufgeheizt wird.
Schließlich kann der erste Kammerbereich des Oxygenators 2 gereinigt werden, insbesondere von überschüssigem Silikon. Diese Reinigung kann vorzugsweise mit Isopropanol erfolgen. Dabei kann in dem Pumpkreislauf gemäß 3 der Behälter 20 mit Silikon-Dispersion durch einen Behälter mit Isopropanol ersetzt werden. Alternativ dazu ist auch ein einfaches Durchspülen des Oxygenators 2 mit Isopropanol möglich.
Eine derart auf die Innenseite der Hohlfasern 6 aufgebrachte Silikonschicht macht die Hohlfasern 6 gasdurchlässig, aber nicht blutdurchlässig, verhindert also ein unerwünschtes Durchtreten von Blut oder Blutbestandteilen dadurch.
Ein erfindungsgemäßer Pumpkreislauf ermöglicht die Herstellung von Oxygenatoren in großen Mengen auf industrielle Weise. Diese Oxygenatoren können in gewünschter Größe hergestellt werden. Das Patientenblut wird durch solche Oxygenatoren zuverlässig oxygeniert und decarboxyliert. Solche Oxygenatoren können daher wirtschaftlich und kostengünstig hergestellt werden.
In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Pumpe 22 auch in der Leitung 26 zwischen dem Oxygenator 2 und dem Behälter 20 mit Silikon-Dispersion vorgesehen werden, sodass die Leitung 28 direkt vom Behälter 20 zu dem Fluidanschluss 12b des Oxygenators 2 führt.
In der Aufnahme mittels eines Rasterelektronenmikroskops gemäß 4 ist eine mit dem erfindungsgemäßen Pumpkreislauf aus 3 mit einer Silikonschicht 30 versehene Hohlfaser 6 gezeigt. Dabei ist das poröse Material der Hohlfaser 6 gut zu erkennen. Ebenso ist die Silikonschicht 30, nach Entweichen des Lösungsmittels an der Innenfläche der Hohlfaser 6 gut zu erkennen. Diese weist insbesondere eine Schichtdicke von 1 bis 4µm auf. Die Wandstärke der porösen Hohlfaser 6 liegt üblicherweise im Bereich zwischen 30 und 40µm.
Nach Beschichten des Oxygenators mittels des Pumpkreislaufs gemäß 3, nach Entweichenlassen des Lösungsmittels aus der Schicht an der Innenseite der Hohlfasern 6, gegebenenfalls unterstützt durch eine Wärmebehandlung und nach gegebenenfalls erfolgter Reinigung mittels Isopropanol, kann/können noch ein Durchspülen der Hohlfasern 6 und/oder ein Funktionstest erfolgen.
Bezugszeichenliste

2: Oxygenator
4: Gehäuse
6: poröse Hohlfasern
8: obere Stirnkammer
10: untere Stirnkammer
12a,b: Fluidanschlüsse für ersten Kammerbereich
14: zweiter Kammerbereich
16a,b: Fluidanschlüsse für zweiten Kammerbereich
18: Pumpkreislauf
20: Behälter mit Silikon-Dispersion
22: Rollenpumpe
24: Druckleitung
26: Leitung zwischen Oxygenator und Behälter mit Silikon-Dispersion
28: Saugleitung
30: Silikonschicht

Claims

Vorrichtung zum Beschichten eines Oxygenators (2), aufweisend: einen Oxygenator (2) mit einer Vielzahl von porösen Hohlfasern (6), insbesondere aus Polysulfon oder aus Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon; eine Pumpe (22), insbesondere eine Rollenpumpe oder eine Peristaltikpumpe; und einen Behälter (20) mit einer Silikon-Dispersion, aufweisend ein Silikon und ein Lösungsmittel, vorzugsweise n-Heptan; wobei der Oxygenator (2), die Pumpe (22) und der Behälter (20) durch Leitungen so zu einem Kreislauf verbunden sind, dass im Betrieb die Silikon-Dispersion durch die Pumpe (22) aus dem Behälter (20) in den Oxygenator (2) eingebracht wird, zur Beschichtung der Hohlfasern (6) mit Silikon an deren Innenseite, und dass die nicht an den Hohlfasern (6) verbleibende Silikon-Dispersion wieder aus dem Oxygenator (2) austritt und zu dem Behälter (20) gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Oxygenator (2) um einen Oxygenator für die Behandlung von Chronic obstructive pulmonary disease COPD, um einen Oxygenator für den Einsatz in einem Organtransplantationsset, um einen Oxygenator für eine ECMO-Therapie (extrakorporale Membranoxygenierung), oder um einen Oxygenator für ein ECC-System (extrakorporelle Zirkulation) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Oxygenator (2) ein Gehäuse (4), insbesondere aus Polycarbonat, aufweist, mit einer insbesondere im Wesentlichen zylindrischen Gehäusewandlung, mit einem oberen Endbereich und mit einem unteren Endbereich; wobei eine Vielzahl von Hohlfasern (6) in dem Gehäuse (4) vorgesehen sind, die an ihren oberen und unteren Enden jeweils untereinander und mit der Gehäusewandlung abgedichtet sind, und die sich insbesondere in Längsrichtung des Gehäuses (4) über einen Großteil der Innenseite des Gehäuses (4) erstrecken; wobei das Innere der Hohlfasern (6), eine obere Stirnkammer (8) und eine untere Stirnkammer (10) einen ersten Kammerbereich bilden; und wobei der außen an die Hohlfasern (6) angrenzende Bereich innerhalb des Gehäuses (4) einen zweiten Kammerbereich bildet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Fluidanschlüsse (12a, 12b) für den ersten Kammerbereich an dem oberen Endbereich, insbesondere an der oberen Stirnseite, und an dem unteren Endbereich, insbesondere an der unteren Stirnseite, vorgesehen sind; und wobei zwei Fluidanschlüsse (16a, 16b) für den zweiten Kammerbereich, insbesondere an einem Mantelbereich der Gehäusewandlung vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Pumpe (22) einen Eingang, der mit einer Saugleitung (28) verbunden ist, und einen Ausgang, der mit einer Druckleitung (24) verbunden ist, aufweist; wobei die Druckleitung (24) der Pumpe (22) mit einem ersten Fluidanschluss (12b) für den ersten Kammerbereich an einem von dem oberen Endbereich und dem unteren Endbereich des Oxygenators (2), insbesondere an dem unteren Endbereich des Oxygenators (2), verbunden ist; wobei der zweite Fluidanschluss (12a) für den ersten Kammerbereich des Oxygenators (2) mit dem Behälter (20) verbunden ist; und wobei der Behälter (20) mit der Saugleitung (28) der Pumpe (22) verbunden ist; und wobei insbesondere die Pumprichtung durch die Hohlfasern (6) des Oxygenators (2) von unten nach oben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Fluidanschlüsse (16a, 16b) für den zweiten Kammerbereich vor dem Aufbringen der Beschichtung geschlossen sind/werden; und wobei der zweite Kammerbereich vor dem Aufbringen der Beschichtung mit Umgebungsluft gefüllt wird und während dem Aufbringen der Beschichtung mit Umgebungsluft gefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin einen Ofen umfassend, der im Betrieb den Oxygenator (2) auf 40°C bis 60°C, insbesondere auf etwa 50°C aufheizt, zum Unterstützen des Entweichens des Lösungsmittels aus der Silikonschicht (30) und zum vollständigen Vulkanisieren der Silikonschicht (30).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mischungsverhältnis Silikon zu Lösungsmittel der Silikon-Dispersion in dem Behälter (20) im Bereich 1 : 3,50 bis 3,99, insbesondere 1 : 3,74 bis 3,99 liegt, jeweils bezogen auf das Gewicht; und wobei es sich bei dem Silikon insbesondere um ein Silikon vom Typ Raumedic SI 1511 handelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach erfolgter Beschichtung eine Reinigung des ersten Kammerbereichs mit Isopropanol erfolgt, insbesondere indem der Behälter (20) mit Silikon-Dispersion im Kreislauf durch einen Behälter mit Isopropanol ersetzt wird.
Verfahren zum Beschichten eines Oxygenators (2), insbesondere eines Oxygenators (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend den folgenden Schritt: Pumpen einer Silikon-Dispersion, aufweisend ein Silikon und ein Lösungsmittel, vorzugsweise n-Heptan, mittels einer Pumpe (22), insbesondere der Rollenpumpe oder der Peristaltikpumpe, im Kreislauf aus einem Behälter (20) mit einer solchen Silikon-Dispersion, in den Oxygenator (2) und dadurch Beschichten der Hohlfasern (6) an deren Innenseite mit Silikon, und aus dem Oxygenator (2) in den Behälter (20).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Silikon-Dispersion so lange im Kreislauf gepumpt wird, bis keine weitere Silikon-Dispersion mehr an den Hohlfasern (6) verbleibt und/oder bis die Silikonschicht (30) an der Innenfläche der Hohlfasern (6) ein Wandstärke von 1 bis 4 µm erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der zweite Kammerbereich vor dem Beschichten mit Umgebungsluft gefüllt wird und während dem Aufbringen der Beschichtung mit Umgebungsluft gefüllt ist; und wobei die Fluidanschlüsse (16a, 16b) für den zweiten Kammerbereich vor dem Aufbringen der Beschichtung geschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei zunächst der Ausgang der Pumpe (22) mittels einer Druckleitung (24) mit einem ersten Fluidanschluss (12b) für einen ersten Kammerbereich des Oxygenators (2) an einem von dem oberen Endbereich und dem unteren Endbereich des Oxygenators (2), insbesondere an dem unteren Endbereich des Oxygenators (2), verbunden wird; wobei der Eingang der Pumpe (22) mittels einer Saugleitung (28) mit dem Behälter (20) verbunden wird; und wobei der zweite Fluidanschluss (12a) für den ersten Kammerbereich des Oxygenators (2), insbesondere an dem oberen Endbereich des Oxygenators (2), mit dem Behälter (20) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, weiterhin aufweisend die folgenden Schritte: Aushärtenlassen des Silikons der Silikon-Dispersion und Entweichenlassen des Lösungsmittels, nach erfolgtem Beschichten; wobei dieser Verfahrensschritt durch eine Entnahme des Oxygenators (2) aus dem Kreislauf und durch eine Erwärmung in einem Ofen bei 40°C bis 60°C, insbesondere bei etwa 50°C unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, weiterhin aufweisend den folgenden Schritt: Reinigen der ersten Kammerbereichs mit Isopropanol, nach erfolgtem Beschichten, insbesondere indem der Behälter (20) mit Silikon-Dispersion im Kreislauf durch einen Behälter mit Isopropanol ersetzt wird.
Oxygenator (2), insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, aufweisend: eine Vielzahl von porösen Hohlfasern (6), insbesondere aus Polysulfon oder aus Polysulfon-Polyvinylpyrrolidon, die an ihrer Innenfläche mit einer Silikonschicht (30), insbesondere mit einer Wandstärke von 1 bis 4 µm versehen sind, welche die Hohlfasern (6) gasdurchlässig, aber nicht blutdurchlässig macht.