DE2238708A1 - Vorrichtung zur massenuebertragung, insbesondere diffusionszelle mit einer gefalteten halbdurchlaessigen membran und einer stuetz- oder verstaerkungslage - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 7 7 Q £? 7 Π $

DR. W. SCHALK · DIPL.-ING. P. WlRTH · Di PL.-I NG. G. DANN EN BERG DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEINHOLD · DR. D. GüDEL

6 FRANKFURT AM MAIN

CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

pw/ki U.S. Serial ITo. 170,163

'BAXTER IABOHAiORIES, IHG. Morton Grove, Illinois 60053 USA

Vorrichtung zur Massenübertragung, insbesondere . Diffusionszelle mit einer gefalteten halb/durchlässigen Membran und einer Stütz- oder Verstärkungslage

Die Erfindung bezieht sich auf.die Übertragung von Masseteilchen und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Masseübertragung in der Bauart, bei der eine Vielzahl von Schichten oder Lagen aus einer biegsamen gefalteten halbdurchlässigen Membran gebildet ist, wobei zwei Sätze von gegenseitig in Verbindung stehenden Tasche mit einer Mehrzahl von Strömungswegen für die Strömung eines ersten strömenden Mediums entlang der einen Membranoberfläche und mit einer. Vielzahl von Strömungswegen für die Strömung eines zweiten strömungsfähigen Mediums entlang der anderen Oberfläche der Membran gebildet werden.

Vorrichtungen dieser Bauart sind erfolgreich als extrakorporale Oxygenatoren für Blut, d.h. Vorrichtungen zur Beladung von Blut mit Sauerstoff, verwendet worden, bei denen einerseits Sauerstoff und andererseits COp in einander entgegengesetzten Richtungen durch die als Schranke dienende Membran hindurch übertragen werden, welche Blut und Sauerstoff voneinander trennt. Für den Stand der Technik sind die USA-Patentschriften

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3 370 710, 396 849, 3 318 747 repräsentativ?. ausserdem ist zum Stand der Technik die deutsche Offenlegungsschrift 1 903 885 der gleichen Anmelderin Baxter laboratories, Inc. zu erwähnen.

Gemäss dem USA-Patent 3 370 710 wird eine gefaltete halbdurchlässige Membran mit Bolzen zusammengehalten, welche die Membranfalten in zusammengepresstem Zustand halten. Eine auf diese Weise hergestellte Membraneinheit wird innerhalb eines Gehäuses befestigt, das so ausgebildet ist, dass ein Blutstrom und ein Sauerstoffstrom durch es hindurchströmen. Innerhalb des Gehäuses strömt das Blut in zufällig verteilten Bahnen, so dass keine Sicherheit einer Gleichmässigkeit des Gasaustausches besteht.

Nach der USA-Patentschrift 3 396 849 und der deutschen Offenlegungschrift 1 903 885 sind für die Verwendung bei Oxygenatoren Träger oder Stützschichten für die Membran innerhalb der Taschen vorgesehen, die entlang der vom Sauerstoff beaufschlagten Oberfläche ausgebildet sind. Diese Träger schaffen regelmässig angeordnete Strömungswege für das Blut quer zu den Membranschichten. Die Offenlegungsschrift 1 903 885 bezieht sich auf eine Diffusionszelle für strömungsfähige Medien, die nach entgegengesetzten Seiten sich öffnende Taschen und damit zwei Sätze von jeweils längs der Oberflächen der Mambran parallel verlaufenden Durchflussbahnen bildet, deren jedem ein Einlass und ein Auslass zum Einführen und Abführen von zwei, durch die Membran getrennten, Medien zugeordnet sind, wobei in jeder Tasche ein die lichte Höhe der Durchflussbahn verkleinerndes, starres Stützglied für die Membran angeordnet ist. Dabei ist gemäss der USA-Patentschrift 3 396 849 und dieser Offenlegungsschrift jedes Stützglied mit QuerstSngen versehen, die Strömungskanäle schaffen, welche zufolge Ihrer Anordnung und Ausbildung ein Maximum von Gasübertragung schaffen. Jedoch ist eine gefaltete Membran ein schwerer zu kontrollierendes Gebilde. Ihre Anbringung zusammen mit

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dem Einsetzen der Membranträger'während des Zusammenbaus der Übertragungsvorridatung für Masseteilchen ist nach der bisher dafür bekannten Technik mindestens mühsam. Die sich durch die Überwindung dieser Schwierigkeit ergebenden Kosten machen die bisher -vorgeschlagenen Oxygenatoren zu teuer, dass sie die wirtschaftlichen Möglichkeiten vieler dafür an sich in Betracht kommender Patienten übersteigen und/oder andere Personen wirtschaftlich belasten. .

Die Erfindung ist nachstehend in zusammengefaßter Form beschrieben jGemäss der vorliegenden Erfindung wird die Überwachung und Handhabung der gefalteten Membranen während des Zusammenbaus zu Vorrichtungen zur Übertragung von Masseteilchen der beschriebenen Art erleichtert und werden die Kosten solcher Vorrichtungen entsprechend auf ein Minimum herabgesetzt.Gemäss der Erfindung ist eine biegsame 'halbdurchlässige Membran für eine Vorrichtung zur Übertragung von Masseteilchen,z.B. einer Diffusionszelle der beschriebenen Art, bei der eine Vielzahl von Membranschichten verwendet wird und die zwei voneinander getrennte Sätze von mit entgegengesetzter Strömungsrichtung untereinander in Verbindung stehende Öffnungen aufweist,die an je einer der beiden Membzanoberflächen je eine Vielzahl von je Satz voneinander getrennten Strömungswegen für die Strömung eines ersten strömenden Mediums bzw. für die Strömung eines zweiten strömenden Mediums bilden, an der einen Oberfläche einer steifen Verstärkung befestigt,die über der Membran liegt. Um ein solches Gebilde zu schaffen,werden eine Membran und die zugehörige Verstärkung bzw.Verstärkungslage in eine Vielzahl von Falten gefaltet, die zwei Sätze von Taschen bilden,welche sich nach entgegengesetzten Richtungen hin öffnen. Die gegenüberliegenden Enden der Taschen werden dann dicht verschlossen und der eine Satz von Taschen wird mit dem Einlass und dem Auslass des ersten strömenden Mediums und der andere .Satz von Taschen wird mit dem Einlass und dem Auslass des zweiten strömenden Mediums verbunden. '

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnungen beschrieben,und zwar zeigen: . Fig.1 in auseinandergezogener schaubildlicher Darstellung Teile einer Membran, eines Abstandhalters und einer faltbaren steifen Verstärkung bzw.Verstärkungslage in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Übertragung von Masseteilchen gemäss der Erfindung;

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Pig. 2 schaubildlich eine Ansicht der Teile nach Fig. 1 in zusammengebautem Zustand;

umgekehrte
Fig. 3 eine ischaubildliche Ansicht des zusammengebauten Gebildes nach Fig. 2 in einem gefalteten Zustand, der eine auf den Zustand nach Fig. 2 folgende Stufe der Fertigung bildet;

Fig. 4 schaubildlich ein Strömungsteiler der Vorrichtung nach Fig. 5;

Fig. 5 eine Seitenansicht sur Darstellung der· Stufen des Zusammenbaus einer Vielzahl von Strömungsteilern nach Fig. 4 mit einem zusammengebauten Gebilde nach Fig. 2 und 3;

Fig. 6 eine schaubildliche Ansicht einer Membraneinheit in dem Fertigungsstadium, das auf Fig. 5 folgt;

Fig. 7 eine schaubildliche Ansicht der gesamten Vorrichtung zur übertragung von Masseteilchen;

Fig. 8 in größerem Maßstab einen Schnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 6, wobei zur Einsparung von Raum Teile weggebrochen sind;

Fig. 9 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 6, wobei wiederum Teile weggebrochen sind;

Fig. 10 eine Draufsicht einer Einzelheit eines Teils einer . anderen Ausführungsform einer steifen Verstärkung bzw. Verstärkungslage, wie sie erfindungsgemäß verwendet wird;

Fig. 11 schaubildlich eine im Vergleich zur Fig. 3 umgekehrte Ansicht des zusammengebauten Gebildes entsprechend Fig. 3 nach der Herstellung der Falten;

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Pig. 12 als Einzelheit in stark vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch die Ebene in Längsrichtung des Gebildes nach Fig. 10 bzw. nach Pig/ 11 nach Herstellung des vollständig gefalteten Zustands und. nach Einsetzen des streifenförmigen Stützgitters zur Veranschaulichung des gegenseitigen Verhältnisses der sich in !Längsrichtung erstreckenden, aus dem Streifen ausgeschnittenen !Teilej

Pig. 13 als Einzelheit in größerem Maßstab eine"Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der steifen Verstärkung bzw. Verstärkungslage j wie sie gemäß der Erfindung angewendet wird, und

Pig. 14 eine abgeänderte Ausführung eines Außengehäuses, das zum Zusammenhalten der als seinen Inhalt gezeigten Teile verwendbar ist.

Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben:

Um zunächst insbesondere auf Pig. 1 bis 9 einzugehen, zeigt Pig. 1 in auseinandergezogenem Zustand einen Längenabschnitt einer Membran 10, und zwar der Reihe nach in Pig. 1 von oben nach unten eine vom Blut beaufschlagte Oberfläche 12 und die ihr gegenüberliegende Oberfläche 14, die vom Gas beaufschlagt ist. Die Membran besitzt im Rahmen einer Vorrichtung zur Übertragung von Masseteilchen, z. B. eines Oxygenators nach Pig. 7» zu dieser Übertragung geeignete Organe; sie ist biegsam und zur Durchleitung von Sauerstoff und Kohlendioxyd von den einander entgegengesetzten Oberflächen der Membranen her ineinander entgegengesetzten Richtungen halbdurchlässig;

Der Oxygenator 16 ist zum Anschluß an ein menschliches Kreislaufsystem bestimmt, das die extrakorporale Beladung von Blut mit Sauerstoff ermöglicht. Aus der nachstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Membran 10 zu diesem Zweck so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie zwei strömungsfähige bzw»

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strömende Medien wirksam voneinander trennt, derart, daß das Blut lediglich die Oberfläche 12 beaufschlagt, während der Sauerstoff (abgesehen von dem durch die Membran übertragenen Gas) lediglich die Oberfläche 14 beaufschlagt.

Ein ein in den Ausmaßen der Membran 10 entsprechendes Stück einer Verstärkungslage 18 wird durch eine Vielzahl sich quer erstreckender und in gleichem Abstand voneinander parallel verlaufender Kerb- oder Falzlinien 20 geschwächt, denen entlang die Verstärkungslage in eine Vielzahl einander gleich bemessener Abschnitte 62 gefaltet werden kann. Die Verstärkungslage kann beispielsweise aus hartem Papier oder Pappe bestehen, das ungefähr die Dicke einer üblichen Hemden - · Verstärkerpappe besitzt. Ein hydrophober Überzug, z. B. aus Polyäthylen oder dergleichen, kann auf die Oberflächen der Verstärkungslage aufgebracht sein. Die Verstärkungslage wird entlang der Oberfläche 14 in Längsrichtung der Membran 10 angeordnet.

Ein-.· Abschnitt einer biegsamen Abstandshalt erläge 22 ist zwischen der Oberfläche 14 und der Verstärkungslage 18 angebracht. Vorzugsweise hat der Abschnitt der Abstandshalterlage die gleiche Länge wie die Membran, hat jedoch geringere Breite als diese. Die Abstandshalterlage kann vorzugsweise aus Kunststoff in Form einer für das strömende Medium durchlässigen Netzes oder Gitters aus sich kreuzenden, miteinander verwobenen oder nicht verwobenen Strängen bestehen, welche Strömungskanäle in und entlang der Membran 10 bilden, wenn letztere dadurch gegen die Abstandshalterlage 22 angedrückt wird, daß unter Druck stehendes Blut oder ein sonstiges strömendes Medium entlang der einen Oberfläche der Membran strömt. Ein geeignetes, aus nicht miteinander verwobenen Strängen oder Drähten bestehendes Netz weist zwei Lagen paralleler Stränge auf, die aneinander anliegen und die sich je Lage in verschiedenen Ebenen befinden und in der einen Lage bzw. Ebene in einem V/inkel zu den Strängen der anderen Lage verlaufen; solche Gitter oder netzartige Gebilde sind im Handel

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unter dem eingetragenen Warenzeichen "Polynet" der Firma Norddeutsche Seekabelwerke, Nordenham, Bundesrepublik Deutschland, erhältlich. Geeignete Netze oder siebartige Abstandshalterlagen aus miteinander verwöbenen Strängen werden aus mit einem Vinylüberzug versehenen Glasfasern oder monofilen Nylonfasern hergestellt und sind gleichfalls im Handel erhältlich. Pur die hier näher beschriebenen Zwecke bei einem Oxygenator für Blut wird im allgemeinen ein Netz bzw. siebartiger oder gitterartiger Abstandshalter mit miteinander verwöbenen Strängen bevorzugt, während das vorgenannte netzartige Gebilde aus nicht miteinander verwöbenen Strängen dann bevorzugt wird, wenn die Vorrichtung'als Dialysator für Blut verwendet wird. Statt dessen kann die Abstandshalterlage 22 auch aus einer biegsamen Kunststofffolie oder dergleichen bestehen, die an der an der Membran anliegenden Seite Vorsprünge oder firstartige Rippen aufr weist, durch die Kanäle für ein strömendes Medium gebildet werden, z. B. Gebilde ähnlich oder gleich denen der USA-Patentschrift 3 077-268$ wobei jedoch die Vorsprünge vorzugsweise nur an der der Membran 10 zugewandten Seite vorgesehen sind. _t ..;

Aus den in Pig. 1 gezeigten Teilen wird ein Zwischenbauteil 24 gemäß Fig. 2 hergestellt, in dem eine Abstandshalterlage 18 an der der Membrane TO benachbart liegenden Oberfläche der Verstärkungslage derart befestigt wird, daß zwei parallele Randstreifen 28 und 30 entlang der Längsrichtung der Verstärkungslage 18 gebildet werden. Die Befestigung kann mittels jedes geeigneten Klebmittels erfolgen, wie etwa RTV-Siliconkautschuk (d.h. bei Raumtemperatur vulkanisierbarem Siliconkautschuk). Die Membran 10 überdeckt die Verstärkungslage 18 und liegt mit ihrer Oberfläche 14 gegen die Abstandshalterlage 22 an. Die an je eine Seite der Abstands-· halterläge 22 anliegenden Randteile 32 und 34 der Membran überragen die Abstandshalterlage 22 an deren längslaufenden Seitenkanten und sind - vorzugsweise mit Hilfe des gleichen vorgenannten Klebmittels - abdichtend mit den Randstreifen 28 und 30 der Verstärkungslage 18 verbunden. Die Endteile

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40 und 42 der Membran sind gleichfalls mit jeweils einem Endrand der Verstärkungslage 18 abdichtend verbunden bzw. verklebt.

Der so gebildete, zusammengesetzte Zwischenbauteil 24 kann nun ohne weiteres von Hand, d.h. durch Druck auf die beiden Enden 40 und 42, in der Weise gefaltet werden, daß zwei Sätze oder Reihen 44 und 46 von sich in entgegengesetzten Richtungen öffnenden Taschen gebildet werden, von denen nur einige mit diesen Bezugszeichen bezeichnet sind (Fig. 3 und 5). Jede der Taschen 44 ist mit zwei einander benachbarten Membranabschnitten ausgekleidet, und jede der Taschen 46 ist durch eine Versteifungsschicht ausgekleidet, die jeweils aus zwei einander benachbarten Abschnitten 62 der Verstärkungslage besteht. Gewöhnlich wird die Verstärkungslage 18 vor dem Einbau in den Zwischenbauteil 24 in eine gebogene Form vorgefaltet und dann wieder ausgedehnt und gestreckt, wonach sie die Membran 10 aufnimmt. Der Zwischenbauteil 24 kann dann ohne Mühe und Kraftanwendung und ohne Auftreten von der Membran schädlichem Abrieb gefaltet werden (Fig. 3).

Der auf diese Weise gefaltete Zwischenbauteil 24 ist leicht zu handhaben und kann lose von Hand oder in einer Maschine gehalten werden. Je ein zugleich als Abstandshalter dienender sogenannter Strömungsteiler 48 (Fig. 4, 5, 8 und 9) kann in je eine der Taschen 44 in der Pfeilrichtung 50 der Fig. 5 eingesetzt werden. Die Strömungsteiler können aus dem gleichen Material hergestellt sein, wie die Abstandshalterlage 22. Nachdem alle Strömungsteiler eingesetzt worden sind, wird der Zwischenbauteil von Hand vollständig zusammengedrückt und werden seine Stirnenden 52 und 54 (Fig. 6) miteinander verbunden und abgedichtet, z. B. durch Eintauchen in ein geeignetes Dicht- und Klebmittel, wie etwa der oben erwähnte RTV-Siliconkautachuk, wobei der Bauteil ständig von Hand oder in einer Maschine gehalten wird. Dadurch werden die voneinander abliegenden Stirnenden der Taschen 44 und 46

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verschlossen und wird eine Membraneinheit 64 .(Fig. 6.) gebildet, deren Taschen sich abwechselnd zu einander gegenüberliegenden Seiten hin öffnen und eine Vielzahl von zueinander parallelen Strömungswegen für einerseits Blut bzw» andererseits Sauerstoff in jeweils voneinander getrennten Taschen bilden.

Die länge der Strömungsteilo?48 ist so bemessen,'daß die Taschen 44 von ihren inneren Krümmungsbogen 56 (Fig. 9) jeweils bis zu ihrer Öffnung gefüllt sind. Die Breite der Strömungsteiler 48 ist indessen ungefähr die gleiche wie der Abstandshalterlage 22, so daß je zwei Räume 58 (Fig. 8) in jeder Tasche 44 zwischen je zwei benachbarten Membranabschnitten oder Enden dieser Tasche vorliegen. Die Räume 58 decken sich mit denjenigen Randteilen 60 der Abschnitte der Membran 10, welche nicht durch die zugehörige Abstandshalterläge 22 abgestützt sind, weil diese schmaler als die Membran. ist. Infolgedessen wird normaler Blutdruck in den Taschen 44 die Membranteile 60 über die Abstandshalterlage 22 hinaus ballonartig aufblähen, und zwar an beiden Enden 52 und 54 der Baueinheit 64 (Fig. 7).

Ein Sauerstoffverteilerkopf 66 ist starr an der einen Seitenfläche, der Diffusions- oder Membraneinheit 64 derart befestigt, daß je ein mittlerer Abschnitt der Taschen 46 dicht verschlossen wird und die Taschen an den Endteilen 52 und 54 der Einheit offen bleiben, d.h. nicht unmittelbar vom Kopf 66 abgedeckt sind. Der Verteilerkopf 66 hat einen Sauerstoffeinlaß 68 und einen Säuerstoffauslaß 70, der mit den offenen Endteilen 54 bzw. 52 der Taschen 46 in Verbindung steht.

Ein weiterer Verteilerkopf 72 für Blut ist an der anderen Seite der Einheit 64 starr befestigt. Er schließt entsprechend je einen mittleren Bereich der Taschen 44 dicht ab und läßt auch diese Taschen nur an den Enden 52 und 54 offen bzw. nicht abgedeckt. Der Verteilerkopf 72 weist einen Einlaß 74 und einen Auslaß 76 für das Blut auf, der mit den offenen Endteilen 52 bzw.-54 der Taschen 44 "in Verbindung steht. Dieser

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und dieser Auslass
'sind vorzugsweise so angeordnet und ausgebildet, daß Blut und Sauerstoff in Gegenstrom hindurchströmen.

Um den Durchtritt von Sauerstoff durch die Verstärkungslage 18 hindurch, durch welche die Taschen 46 ausgekleidet werden, zu ermöglichen, sind Durchlässe in Form einer Vielzahl länglicher Schlitze 78 (Fig.1,3,9) von denen nur einige mit Bezugszeichen in diesen Figuren versehen sind, in den Krümmungsbogen der Falten zwischen den Abschnitten 60 der- Verstärkungslage 18 vorgesehen. Die Enden dieser Schlitze 78 erstrecken, sich in die Randstreifen 28 bzw. 30 hinein und liegen im Bereiche des Einlasse 68 bzw. des Auslasses 70 für Sauerstoff. Infolgedessen kann Sauerstoff über den Einlaß 68 durch die Verstärkung 18 und durch die Abstandshalterlage 22 hindurch in Berührung mit der Oberfläche 14 der Membran 10 treten.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist zwar ein Oxygenator; die Erfindung läßt sich jedoch, wie für den Fachmann ersichtlich, auch für andere Zwecke und Anwendungsgebiete verwenden. Zum Beispiel eignet sich die Vorrichtung zur Übertragung von Masseteilchen gemäß der Erfindung auch zur Verwendung als künstliche Niere.

Im Falle der Verwendung als Oxygenator ist die halbdurchlässige Membran die Vorrichtung zur Übertragung von Maaaeteilchen für gewöhnlich aus einem flüssigkeitsundurchlässigem Werkstoff hergestellt, der-jedoch genügend durchlässig ist,

weg

um Kohlendioxyd vom Blut'und Sauerstoff zum Blut durchtreten zu lassen. Dieser Werkstoff ist vorzugsweise ein elastomerer Kunststoff, z. B. Siliconkautschuk, der antithrombogen oder in anderer Weise biologisch inert ist. Der Werkstoff kann jedoch auch aus anderer bzw. auf Kunststoffbasis im eigentlichen Sinne hergestellt sein, z. B. als ein Netz bzw. ein Geflecht aus Glasfasern oder Polyesterfasern, auf denen ein dünner Überzug aus dem genannten Siliconkautschukelastomer angebracht ist. Andere besonders geeignete Materialien für die Herstellung der Oxygenatormembran sind Polyäthylen, in

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dünner Schicht, oder Polytetrafluoräthylen in dünner Schicht - bzw. Folienform (vorzugsweise mit kleinen Poren von z. B. weniger als ein 1 Micron Durchmesser), eine gegossene Siliconkautschukfolie, eine gegossene Folie aus einem Copolymer von Siliconkautschuk und Polycarbonat oder dergleichen Kunststoffmaterialien.

Im Falle der Verwendung der Vorrichtung als künstliche Niere wird die halbdurchlässige Membran gewöhnlich aus einem Material hergestellt, das für die Proteine des Blutes undurchlässig ist, aber durchlässig ist für stickstoffhaltige Abfallprodukte des Körpers, z. B. Harnstoff, Harnsäure, Wasser und Kreatinin; diese Stoffe treten dann aus dem Blut durch die Membran hindurch in die Dialyselösung geeigneter Ionenkonzentration über. Solche Materialien sind Zelluloseprodukte, z. B. das unter dem Handelsnamen und eingetragene Warenzeichen Oellophan oder Cuprophan bekannte Zellglas, sowie synthetische hydrophobe oder hydrophile Filme oder Folien, die einen Durchtritt dieser Abfallprodukte des Körpers bzw. dieser harn— Pflichtigen Stoffe gestatten und daher gut verwendbar sind.

Die Strömung der beiden strömenden Medien,, die·in dem Oxygenator in jeder beliebigen Richtung relativ zueinander stattfinden kann, erfolgt in der künstlichen Niere im allgemeinen im Gregenstrom zueinander, um einen bestmöglichen Wirkungsgrad der hier beschriebenen Vorrichtung zur Übertragung, von Masseteilchen zu erzielen.

Die gefaltete Versteifungs- oder Verstärkungslage 18, welche . zum Aussteifen der gefalteten lagen der halbdurchlässigen ' Membran dient, besteht vorzugsweise aus steifem Papier oder Pappe in einer Dicke von etwa 0,25 bis 0,5 mm, wenngleich sie auch in anderen Dicken verwendbar sind, was zum Teil von · der Art des verwendeten Werkstoffs abhängt. Die Verstärkungslage 18 kann auch aus anderem Material bestehen, z. B. Kunststoff, wie etwa Polypropylen oder Polyäthylen, Vinyl-Kunst-

e.
stoff oder sogar aus gummirtem Textilmaterial. Verstärkungs-

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lagen 18 aus steifem Papier oder Pappe werden vorzugsweise mit einem Überzug aus einem Kunststoff, z. B. der vorgenannten Art oder aus Siliconkautschuk, versehen.

Die Abstandshalterläge 22, welche die Strömungskanäle in den gefalteten lagen der halbdurchlässigen Membran schafft und begrenzt, kann sandwichartig zwischen die Membran und die gefaltete Verstärkungslage eingelegt werden. Sie kann an einer oder beiden Seiten der gefalteten Verstärkungslage befestigt sein oder aus einer an einer oder beiden Seiten . der gefalteten Verstärkungslage nicht als gesonderte Lage geprägten bzw, mit Vorsprüngen; versehenen Oberfläche bestehen. Eine solche Ausbildung läßt sich durch Aufkleben von Strängen, Gittern oder Netzen auf die eine Oberfläche der Verstärkungslage 18 herstellen. Stattdessen kann die Verstärkungslage selbst mit einer geformten Oberfläche ausgebildet sein, die strangartige oder sonstige Unregelmäßigkeiten aufweist, welche biegsamen Abstandshalterlagen 22 entsprechen, jedoch einstückig mit der Oberfläche der Verstärkungslage z. B. durch Pressen hergestellt sind. Eine solche Vereinigung der Verstärkungslage 18 mit einem Abstandshalter 22 bzw. mit den einen solchen , bildenden Teilen zu einem einzigen einstückigen Gebilde oder zu einem geschichteten Gebilde bringt eine wesentliche weitere Vereinfachung und entsprechende Kostenersparnis beim Zusammenbau der Vorrichtung nach der Erfindung mit sich.

Die Befestigung des Abstandshalters an der Verstärkungslage und/oder die Befestigung der Verstärkungslage an der Membran kann durch Verschrauben, Umwickeln mit Band oder dergleichen oder durch Verwendung von Klebmitteln, wie RTV-Siliconkautschuk, Epoxyharzkleber und dergleichen Klebstoffen erfolgen, welche mit dem Material der betreffenden Oberfläche verträglich Bind. Um den Abstandshaltern 22 und den Strömungsteilern 48 geeignete Biegsamkeit zu verleihen, kann für diese Material, wie z. B. Polyäthylen geringer Dichte," Kunststoff auf Vinylbasis oder mit Vinyl-Kunststoff überzogene

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Glasfaser, verwendet werden.

Nachstehend wird auf die abweichenden Ausführungsformen der Vorrichtung zur Übertragung von Masseteilchen gemäß der Erfindung, wie sie in Fig. 10 bis 14 dargestellt sind, Bezug genommen; diese entsprechen im allgemeinen Aufbau den Ausführungsformen nach Pig. 1 bis 9» besitzen aber eine abgeändert ausgebildete Verstärkungslage und ein abgeändertes Gehäuse.

Gemäß Pig.10 ist eine abgeänderte steife Verstärkungslage 122 dargestellt, die die Verstärkungslage 18 ersetzt und sich in ihrer Längsrichtung erstreckende ausgeschnittene Teile aufweist, und zwar Teile 128, von denen sich jedes nur über einen Teil der Breite jedes der Abschnitte 130 bzw. 131 erstreckt und die durch Stege 129 voneinander getrennt sind. Das Muster bzw. das Schema der Anordnung und Ausbildung der ausgeschnittenen Teile ist in den Abschnitten oder Feldern 130 verschieden von demjenigeyi/Abschnitten oder Feldern 131, derart, daß beim Falten dieser Abschnitte fortlaufende Strömungskanäle durch die ausgeschnittenen Teile benachbarter Abschnitte gebildet werden, wobei diese Kanäle sich über die ganze längenabmessung der Abschnitte erstrecken, und die Ausschnitte benachbarter Abschnitte zusammenarbeiten. Das ist am besten aus Fig. 12 zu ersehen.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß gleichmäßige Strömungswege für das strömende Medium in die Taschen hinein und aus den Taschen heraus gebildet werden, ohne daß die Festigkeit der steifen Verstärkungslage 122 nennenswert geschwächt wird. Die Festigkeit dieser Verstärkungslage ist insbesondere während der Fertigungsstufe erwünscht, in der das zusammengesetzte Gebilde aus steifer Verstärkungslage 122, Abstandshalter 120 und Membran 124 gefaltet wird, bei dem die Membran 124 über der Abstandshalterschicht in ihrer gefalteten Arbeitsstellung liegt (in Fig. 11 für alle lagen des zusammengesetzten und gefalteten Gebildes gezeigt₉ wobei jedoch ein. Teil der Membran 124 weggebrochen ist). Wenn

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eine große Anzahl solcher Gebilde routinemäßig in Fertigungsmaßstab oder Fließbandfertigung schnell gefaltet werden soll, muß die Verstärkungslage trotz der aus ihr ausgeschnittenen Teile genügend Steifigkeit besitzen, so daß sie sich sofort und gleichmäßig entlang den Falzlinien oder vorgekerbten Linien 126 falten läßt und sich die Falten oder Knicke nicht an anderen Stellen der steifen Verstärkungslage bilden.

Die besondere Ausführungsform, wie sie in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist, ist besonders nützlich und vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur Übertragung von Masseteilchen so entworfen ist, daß sie einen hohen Widerstand gegen Durchströmung (d.h. hohen Druckabfall) zwischen den Enden jeder der Taschen 1*32, 134 haben soll. Infolge des hohen Strömungswiderstandes ist es in diesem Fall unnötig, einen großen Bereich mit verringertem Druck zu schaffen und sind nur schmale ausgeschnittene Teile 128 erforderlich, um eine Strömung mit angemessenen Durchflußmengen(pro Zeiteinheit) für ein-gleichmäßig verteiltes strömendes Medium zu den Taschen und aus den Taschen heraus zu schaffen. V/eitere Vorteile dieser Gestaltung bestehen in einer geringeren Verbreiterung der Dicke des Blutfilms, weil die ausgeschnittenen Teile 128 kleiner sind und darin, daß auf diese Weise das Anfangsfüllvolumen für die Blutbahn herabgesetzt wird. Diese Anordnung und Ausbildung läßt sich mit besonderem Vorteil bei dünnen Oxygenatormembranen anwenden, die aus einem porösen, hydrophoben Film, z. B. einem Polypropylen- oder Polytetrafluoräthylen-Film von ungefähr 0,075 bis 0,11 mm Dicke bestehen und einer typischen Porengröße von ungefähr 0,1 Micron bis 1 Micron besitzen. Es hat sich gezeigt, daß solche Membranen stark verbesserte Eigenschaften bezüglich der Übertragung von Masseteilchen, nämlich für die Übertragung von Kohlendioxyd und Sauerstoff, besitzen.

Bei dieser Ausführungsform kann die netz- oder gitterförmige Lage 120 so breit gemacht werden, daß sie die schmalen ausgeschnittenen Teile 128 überdeckt und so den Bereich optimaler

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Übertragung der Masseteilchen vergrößert, da die ausgeschnittenen Teile 12-8 dünn genug und schmal genug sind, um zu verhindern, daß sich die lage 120 in sie einsetzt.

In Pig.- 13 ist eine andere Ausführungsform einer steifen" Verstärkungslage dargestellt, die gemäß der Erfindung verwendbar ist 'die gleichen Falzlinien 126 und das gleiche allgemeine Muster oder Anordnungsschema der sich in Längsrichtung er- · streckenden ausgeschnittenen Teile 128a wie in Fig. 10 aufweist· Indessen sind die ausgeschnittenen Teile 128a in ihrer Breite größer ausgebildet, verglichen mit den ausgeschnittenen Teilen 128 dor Fig. 10. Diese Gestaltung ist bei der Anwendung von. Vorteil, wenn der Druckabfall über jede der Taschen 132, 134 verhältnismäßig gering ist. Zufolge des vergrößerten Flächenbereichs der ausgeschnittenen Teile, wird eine vergrößerte Bahn mit verringertem Strömungswiderstand für das Blut geschaffen, das an der vom Blut beaufschlagten Seite zum Boden jeder der Taschen führt, und werden ferner vergrößerte Strömungsbahnen für das Gas in die diesen zugehörigen entsprechenden Taschen geschaffen. Auf diese Weise entsteht ein geringer Strömungswiderstand und strömt eine größere Menge des strömenden Mediums pro Zeiteinheit zu den Taschen, wie es erwünscht ist, um zu vermeiden, daß bevorzugte Strönungsbahnen entstehen, wenn der Widerstand über die Taschen verhältnismäßig gering ist. Regelmäßig werden bei Oxygenatorvorrichtungen zur Übertragung von Masseteilchen mit Membranen aus Siliconkautschuk vorzugsweise Abstandshalter der in Fig. 13 gezeigten Bauart verwendet. Die mit größerer Breite ausgeschnittenen Teile 128a haben sich im Gebrauch auch als vorteilhaft erwiesen, wenn eine poröse Polypropylen- oder- PoIy-.tetrafluoräthylenmembran vorab mit dem Netz 120 verbunden oder verklebt wird, um die Handhabung zu erleichtern oder in Verbindung mit Dialysatorausführungen mit derjenigen Bauart der Membranen, bei der das Netz 120 als nicht gewobenes netzartiges Gebilde oder Gitter ausgeführt ist..

Fig. 14 zeigt eine andere Ausführungsform für ein Außengehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Gehäuse besitzt ein Paar Seitenwände 136, eine De-cken- und eine Bodenwand

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und Stirnwände 140, die in üblicher V/eise durch Gleitbefestigungsteile miteinander verbunden sind, um einen dichten Behälter zu schaffen. Ein Bluteinlaß 142 ist über einen Querkanal 144 angeschlossen, der mit der Mündung aller Taschen 132 (Fig. 11) auf der vom Blut beaufschlagten Seite der gefalteten Membranvorrichtung in Verbindung steht. Das von den Taschen kommende Blut wird dann wieder in einem Querkanal gesammelt und von der Vorrichtung mittels eines Auslasses abgeführt. Die andere Seite der Vorrichtung hat einen ähnlichen Einlaß, eine ähnliche Querkanalanordnung und einen ähnlichen Auslaß zur Verteilung von Sauerstoffgas durch die Taschen 134 hindurch und zum Wiedersammeln des Gases, das von dem Oxygenator abgegeben wird.

Im Gebrauch kann die Vorrichtung zur Massenübertragung gemäß der Erfindung wahlweise mittels einer aufblasbaren Unterlage (shim) unter Druck gesetzt werden, um dem Druck des Blutes und des Sauerstoffs in den Taschen der gefalteten Membran und der Verstärkungslage entgegenzuwirken, das bestrebt ist, die gefaltete Bahn und die Verstärkungslage auseinanderzuschieben und dabei die Breite bzw. den Querschnitt der Strömungswege zu vergrößern. Die besten Ergebnisse stellen sich im allgemeinen ein, wenn ein positiver Druck auf die Vorrichtung ausgeübt wird, der die Strömungsbahnen bis auf eine vorgegebene Weite verengt hält.

Wenn erwünscht, können Bündel oder Aggregate von Vorrichtungen zur Übertragung von Masseteilchen gemäß der Erfindung verwendet und durch Zusammenstapeln der Vorrichtungen eine neben der anderen und gleichzeitiger Herstellung von Rohrverbindungen für das Blut oder den Sauerstoff oder das Dialysat erstellt werden, die zu den zugehörigen Einlassen der Vorrichtung führen bzw. die strömenden Medien von den Auslässen abführen.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zur übertragung von Masseteilchen bildet im allgemeinen eine wegwerf-bare Einheit

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innerhalb eines gewöhnlichen Oxygenatorgehäuses, Behälters oder Bügelrahmens; sie kann in gleicher Weise als wegwerfbare Einheit in einer vollständigen künstlichen Nierenmaschine verwendet werden, bei der die Zuführung oder Wiederzusammenführung oder die Verteilung der strömenden Medien, durch die üblichen Mittel bewerkstelligt wird.

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Claims (1)

1. PW/-mr- BAXTER LABORATORIES₁INc.

   U.S.-Serial No. 170,163

   Patent- bzw. Schutzansprüche

   Vorrichtung zur Übertragung von Masseteilchen mit einer halbdurchlässigen Membran und einer aus undurchlässigem Werkstoff bestehenden Verstärkung bzw. Verstärkungslage für die Membran, die so gefaltet ist, dass zwei Reihen oder Sätze von sich in einander gegenüber liegende Öffnungen mündende Taschen gefaltet sind, v/obei die gefaltete Verstärkungslage durch eine Anzahl von quer verlaufenden Falz- oder Faltlinien in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in diesen Abschnitten (130,131) sich in Längsrichtung der Verstärkungslage (122) erstreckende ausgeschnittene Teile (128, bzw. 128a) vorgesehen sind,die benachbart den Längskanten dieser Abschnitte verlaufen und das Einführen des strömenden Mediums zu dem schlangenförmig verlaufenden Raum und aus diesem Raum erleichtern, der zwischen der Membran (124) und der Verstärkungslage (122) gebildet wird, und dass jedes der ausgeschnittenen Teile sich lediglich über einen Teil bzw. Bruchteil ja eines Abschnittes (130,131) erstreckt und die ausgeschnittenen Teile in den einen Abschnitten (130) mit einem anderen Anordnungsmuster angebracht sind als in den jeweils benachbarten Abschnitten (131) darart, dass bei Gegeneinander falten dieser Abschnitte (13O,131) fortlaufende Strömungskanäle gebildet werden, die sich über die ganze Längenabmessunge«' der Abschnitte erstrecken und durch die ausgeschnittenen Teile (128) benachbarter Abschnitte so gebildet werden, dass sie miteinander zusammenarbeiten.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Band aus Netzwerk (120), das aus sich kreuzenden Strängen besteht, zwischen die Verstärkungslage (122) und die Membran (124) eingelegt ist und so bemessen und angeordnet ist, dass es die sich in Längsrichtung erstreckenden

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   ausgeschnittenen Teile (128) überdeckt·, welche so schmal ausgebildet sind, daß die Membran (126) und das Netswerk (120) daran gehindert werden, sich in die ausgeschnittenen Teile der Verstärkungslage (122) einzusetzen.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet-, daß die Membran (124) aus einem porösen Film ,aus hydrophobem Werkstoff, z. B. Polypropylen oder Polytetrafluoräthylen, besteht, dessen Porengröße kleiner als 1 Micron ist.

   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (124) und die Verstärlamgslage (122) durch eine bandförmige Schicht oder Lage aus Hetzwerk (120), das "aus nicht miteinander verwobenen Strängen besteht, getrennt sind,und daß das Netzwerk seinerseits aus zwei Lagen oder Schichten, jede aus unter sich parallelen Strängen gebildet, besteht, von denen die eine gegen die andere Lage anliegt und jede in einer anderen Ebene als die .andere Lage verläuft, wobei die Stränge der einen Lage in einem rechten.oder spitzen Winkel zu den Strängen der anderen Lage verlaufen.. " '

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (124) aus Zellulosematerial besteht.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (124) aus einem porösen Film aus Polytetrafluoräthylen oder Polypropylen besteht, der mit einem Abstandshalternetzwerk verbunden, vorzugsweise · verklebt ist, das aus sich kreuzenden Strängen besteht, ' und daß das Abstandshalternetzwerk (120) zwischen die Verstärkungslage (122) und die Membran' (124) eingelegt* ist.-'

   Der Patentanwalt

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