DE2238708B2 - Diffusionszelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Diffusionszelle 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 gegenüberliegenden öffnungen mündende Taschen gefaltet sind, wobei die gefaltete Verstärkungslage durch eine Anzahl von quer verlaufenden Falz- oder Faltlinien in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist. Derartige Diffusionszellen werden vorzugsweise als Oxygenatoren oder künstliche Nieren eingesetzt.

Vorrichtungen dieser Bauart sind erfolgreich als extrakorponale Oxygenatoren für Blut, d. h. Vorrichtungen zur Beladung von Blut mit Sauerstoff, verwendet worden, bei denen einerseits Sauerstoff und andererseits CO2 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 3 370 710, 396 849, 3 318 747, sowie 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 Offenlegungsschrift 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 Membran 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 Quersträngen 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 dem Einsetzen der Membranträger während des Zusammenbaus der Diffusionszelle 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, so daß sie die wirtschaftlichen Möglichkeiten vieler dafür an sich in Betracht kommender Patienten übersteigen und/oder andere Personen wirtschaftlich belasten.

Die Erfindung bezweckt, eine Diffusionszelle der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß ihr Zusammenbau vereinfacht wird und die vorgenannten wirtschaftlichen Schwierigkeiten nicht entstehen. Insbesondere soll auch die Überwachung und Handhabung der gefalteten Membran während des Zusammenbaus einer Diffusionszelle der eingangs genannten Art erleichtert werden.

Diese Ziele werden bei einer solchen Diffusionszelle gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß in diesen Abschnitten sich in Längsrichtung der Verstärkungslage erstreckende ausgeschnittene Teile vorgesehen sind, die benachbart den Längskanten dieser Abschnitte verlaufen, wobei ein schlangenförmig verlaufender Raum zwischen der Membran und der Verstärkungslage gebildet wird, und daß jeder der ausgeschnittenen Teile sich lediglich über einen Teil bzw. Bruchteil je eines Abschnittes erstreckt, und die ausgeschnittenen Teile in den einen Abschnitten mit einem anderen Anordnungsmuster angebracht sind, als in den jeweils benachbarten Abschnitten derart, daß bei Gegeneinanderfalten dieser Abschnitte fortlaufende Strömungskanäle gebildet werden, die sich über die ganze Längenabmessung der Abschnitte erstrecken und durch die ausgeschnittenen Teile benachbarter Abschnitte so gebildet werden, daß sie miteinander zusammenarbeiten.

Nachstehend wird an Hand von F i g. 1 bis 9 der allgemeine bekannte Aufbau der Diffusionszelle zur Erläuterung der Erfindung und an Hand von F i g. 10 bis 14 Ausführungsiormen der Erfindung beispielsweise beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 in auseinandergezogener, schaubildlicher Darstellung Teile einer Membran, eines Abstandhalters und einer faltbaren steifen Verstärkung bzw. Verstärkungslage für eine Diffusionszelle,

F i g. 2 schaubildlich eine Ansicht der Teile nach F i g. 1 in zusammengebautem Zustand.

F i g. 3 eine umgekehrte schaubildliche Ansicht des zusammengebauten Gebildes nach F i g. 2 i.i einem gefalteten Zustand, der eine auf den Zustand nach F i g. 2 folgende Stufe der Fertigung bildet,

F i g. 4 schaubildlich ein Strömungsteiler der Vorrichtung nach F i g. 5,

F i g. 5 eine Seitenansicht zur Darstellung der Stufen des Zusammenbaus einer Vielzahl von Strömungsteilern nach F i g. 4 mit einem zusammengebauten Gebilde nach F i g. 2 und 3,

F i g. 6 eine schaubildliche Ansicht einer Membraneinheit in dem Fertigungsstadium, das auf F i g. 5 folgt,

F i g. 7 eine schaubildliche Ansicht der gesamten Diffusionszelle,

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

F i g. 9 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt nach der Linie 9-9 der F i g. 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,

F i g. 11 schaubildlich eine im Vergleich zur F i g. 3 umgekehrte Ansicht des Zusammengebauten Gebilde; entsprechend F i g. 3 nach der Herstellung der Falten,

Fig. 12 als Einzelheit in stark vergrößertem Maß stab einen Querschnitt durch die Ebene in Längsrich· tung des Gebildes nach F i g. 10 bzw. nach F i g. 11 nacr Herstellung des vollständig gefalteten Zustands unc nach Einsetzen des streifenförmigen Stützgitters zui Veranschaulichung des gegenseitigen Verhältnisses dei sich in Längsrichtung erstreckenden, aus dem Streifer

ίο ausgeschnittenen Teile,

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

Fig. 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:

ao Um zunächst insbesondere auf F i g. 1 bis 9 einzugehen, ziigt F i g. 1 in auseinandergezogenem Zustand einen Längenabschnitt einer Membran 10, und zwar der Reihe nach in F i g. 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, ζ. Β eines Oxygenaturs nach F i g. 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 extrakorpora-Ie 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. 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 od. dgl., 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 Abstandshalterlage 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 Mem-

bran 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 Winkel zu den Strängen der anderen Lage verlaufen; solche Gitter oder netzartige Gebilde sind im Handel unter dem eingetragenen Warenzeichen »Polynet« der Firma Norddeutsche Seekabelwerke, Nordenham, Bundesrepublik Deutschland, erhältlich. Geeignete Netze oder siebartige Abstandshalterlagen aus miteinander verwobenen Strängen werden aus mit einem Vinylüberzug versehenen Glasfasern oder monofilen Nylonfasern hergestellt und sind gleichfalls im Handel erhältlich. Für die hier näher beschriebenen Zwecke bei einem Oxygenator für Blut wird im allgemeinen ein Netz bzw. siebartiger ao oder gitterartiger Abstandshalter mit miteinander verwobenen Strängen bevorzugt, während das vorgenannte netzartige Gebilde aus nicht miteinander verwobenen Strängen dann bevorzugt wird, wenn die Vorrichtung als Dialysator für Blut verwendet wird. Statt des- as sen kann die Abstandshalterlage 22 auch aus einer biegsamen Kunststoffolie od. dgl. bestehen, die an der an der Membran anliegenden Seite Vorsprünge oder firstartige Rippen aufweist, 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.

Aus den in F i g. 1 gezeigten Teilen wird ein Zwischenbauteil 24 gemäß F i g. 2 hergestellt, in dem eine Abstandshalterlage 18 an der der Membrane 10 benachbart liegenden Oberfläche 26 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 Klebemittels 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 Abstandshalterlage 22 anliegenden Randteile 32 und 34 der Membran 12 überragen die Abstandshalterlage 22 an deren längslaufenden Seitenkanten und sind — vorzugsweise mit Hilfe des gleichen vorgenannten Klebemittels — abdichtend mit den Randstreifen 28 und 30 der Verstärkungslage 18 verbunden. Die Endteile 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 (F i g. 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 18 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 10 schädlichen Abrieb gefaltet werden (F i g. 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 (F i g. 4, 5, 8 und 9) kann in je eine der Taschen 44 in der Pfeilrichtung 50 der F i g. 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 obenerwähnte RTV-Siliconkautschuk, wobei der Bauteil ständig von Hand oder in einer Maschine gehalten wird. Dadurch werden die voneinander abliegenden Stirnenden der Taschen 44 und 46 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 Sauerstoif in jeweils voneinander getrennten Taschen bilden.

Die Länge der Strömungsteiler 48 ist so bemessen, daß die Taschen 44 von ihren inneren Krümmungsbogen 56 (F i g. 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 (F i g. 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 Abstandshalterlage 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 (F i g. 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 Sauerstoffauslaß 70, der mit den offenen Endteiler. 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 Tascher 44 dicht ab und läßt auch diese Taschen nur an der Enden 52 und 54 offen bzw. nicht abgedeckt. Der Ver teilerkopf 72 weist einen Einlaß 74 und einen Auslaß 7( für das Blut auf, der mit den offenen Endteilen 52 bzw 54 der Taschen 44 in Verbindung steht Dieser Einlal und dieser Auslaß sind vorzugsweise so angeordne und ausgebildet, daß Blut und Sauerstoff in Gegen strom hindurchströmen.

Um den Durchtritt von Sauerstoff durch die Verstär kungslage 18 hindurch, durch welche die Taschen 4( ausgekleidet werden, zu ermöglichen, sind Durchlass^

in Form einer Vielzahl länglicher Schlitze 78 (F i g. 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 Bereich des Einlasses 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 diese Diffusionszelle auch zur Verwendung als künstliche Niere.

Im Falle der Verwendung als Oxygenator ist die halbdurchlässige Membran der Diffusionszcllc für gewöhnlich aus einem flüssigkeilsundurchlässigem Werk- ao stoff hergestellt, der jedoch genügend durchlässig ist, um Kohlendioxyd vom Blut weg und Sauerstoff zum Blut durchtreten zu lassen. Dieser Werkstoff ist vorzugsweise ein elastomerer Kunststoff, z. B. Siliconkautschuk, der antithrombogen oder in anderer Weise bio- as logisch 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 Siliconkauischukelatomer angebracht ist. Andere besonders geeignete Materialien für die Herstellung der Oxygenatormembran sind Polyäthylen in 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 Kunststoff materialien.

Im Falle der Verwendung der Vorrichtung als künstliehe 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 Cellophan oder Cuprophan bekannte Zellglas, sowie synthetische hydrophobe oder hydrophile Filme oder Folien, die einen Durchtritt dieser Abfallprodukte des Körpers bzw. dieser harnpfüchtigen 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 Gegenstrom zueinander, um einen bestmöglichen Wirkungsgrad der hier beschriebenen Diffusionszelle zu erzielen.

Die gefaltete Verstcifungs- 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 «5 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-Kunststoff oder sogar aus gummiertem Textilmaterial. Verstärkungslagen 18 aus steifem Papier oder Pappe werden vorzugsweise mit einem Überzug aus einem Kunststoff, z. B. der vorgenannten Art oder aus Siliconkautschuk, versehen.

Die Abstandshalter 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. Statt dessen 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 Abstandshalter an der Verstärkungslage 18 und/oder die Befestigung der Verstärkungslage an der Membran kann durch Verschrauben, Umwickeln mit Band od. dgl. oder durch Verwendung von Klebmitteln, wie RTV-Siliconkautschuk, Epoxyharzkleber und dergleichen Klebstoffen erfolgen, welche mit dem Material der betreffenden Oberfläche verträglich sind. 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 Glasfaser, verwendet werden.

Nachstehend wird auf die abweichenden Ausführungsformen der Diffusionszelle gemäß der Erfindung, wie sie in F i g. 10 bis 14 dargestellt sind. Bezug genommen; diese entsprechen im allgemeinen Aufbau den Ausführungsformen nach F i g. 1 bis 9, besitzen aber eine abgeändert ausgebildete Verstärkungslage und ein abgeändertes Gehäuse.

Gemäß Fi g. 10 ist eine abgeänderte steife Verstärkungslage 122 dargestellt, die die Verstärkungslage 18 ersetzt und sich in ihrer Längsrichtung erstreckende ausgeschnittene Teile 128 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 demjenigen in den 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 F i g. 12 zu ersehen.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß gleichmäßige Strömungswege für das strömende Medi-

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um 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 F i g. 11 für alle Lagen des zusammengesetzten und gefalteten Gebildes gezeigt, wobei jedoch ein Teil der Membran 124 weggebrochen ist). Wenn 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 F i g. 10 und 11 dargestellt ist, ist besonders nützlich und vorteilhaft, wenn die Diffusionszelle so entworfen ist, daß sie einen hohen Widerstand gegen Durchströmung (d. h. hohen Druckabfall) zwischen den Enden jeder der Taschen 132, 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. Weitere 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, ζ. B. einem Polypropylen- oder Polytetrafluoräthylen-Film von ungefähr 0,075 bis 0,11 mm Dicke, bestehen und einer typischen Porengröße von ungefähr 0,1 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 diese; Ausführungsform kann die netz- oder gitierförmige Lage 120 so breit gemacht werden, daß sie die schmalen ausgeschnittenen Teile 128 überdeckt und so den Bereich optimaler Übertragung der Masseteilchen vergrößert, da die ausgeschnittenen Teile 128 dünn genug und schmal genug sind, um zu verhindern, daß sich die Lage 120 in sie einsetzt.

In Fig. 13 ist eine andere Ausführungsform einer steifen Verstärkungslage dargestellt, die gemäß der Erfindung verwendbar ist und die gleichen Falzlinien 126 und das gleiche allgemeine Muster oder Anordnungsschema der sich in Längsrichtung erstreckenden ausgeschnittenen Teile 128a wie in Fi g. 10 aufweist. Indessen sind die ausgeschnittenen Teile 128a in ihrer Breite größer ausgebildet, verglichen mit den ausgeschnittenen Teilen 128 der F i g. 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 Strömungsbahnen

ίο 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 F i g. 13 gezeigten Bauart verwendet. Die mit größerer Breite ausgeschnittenen Teile 128a haben sich im Gebrauch auch als vorteilhaft erwiesen, wenn eine poröse Polypropylen- oder Polytetrafluoräthylenmembran 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.

F i g. 14 zeigt eine andere Ausführungsform für ein Außengehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Gehäuse bestitzt ein Paar Seitenwände 136. eine Decken- und eine Bodenwand 138 und Stirnwände 140, die in üblicher Weise 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 (F i g. 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 146 gesammelt und von der Vorrichtung mittels eines Auslasses 148 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 Diffusionszelle gemäß der Erfindung wahlweise mittels einer aufblasbaren Unterlage unter Druck gesetzt werden, um dsm Druck des BIutes 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 Diffusionszellen gemäß der Erfindung verwendet und durch Zusammenstapeln der Vorrichtungen eine neben der anderen und gleichzeitiger Herstellung von Rohrverbindungen für das Blut oder den Sauerstofi oder das Dialysat erstellt werden, die zu den zugehört gen Einlassen der Vorrichtung führen bzw. die strö menden Medien von den Auslässen abführen.

Die vorstehend beschriebene Diffusionszelle bilde im allgemeinen eine wegwerfbare Einheit innerhall eines gewöhnlichen Oxygenatorgehäuses, Behälter oder Bügelrahmens; sie kann in gleicher Weise als weg werfbare Einheit in einer vollständigen künstlichei Nierenmaschine verwendet werden, bei der die Zufüh rung oder Wiederzusammenführung oder die Vertei

lung der strömenden Medien durch die üblichen Mittel bewerkstelligt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Diffusionszelle mil 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 gegenüberliegende öffnungen mündende Taschen gefaltet sind, wobei die gefaltete Verstärkungslage durch eine Anzahl von quer verlaufenden Falz- oder Faltlinien in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist, d a durch gekennzeichnet, daß in diesen Abschnitten (130, 131) sich in Längsrichtung der Verstärkungslage (122) erstreckende ausgeschnittene feile (128 bzw. 128a) vorgesehen sind, die benachbart den Längskanten dieser Abschnitte verlaufen, wobei ein schlangenförmig verlaufender Raum zwischen der Membran (124) und der Verstärkungslage (122) gebildet wird, und daß jeder der ausgeschnittenen Teile sich lediglich über einen Teil bzw. Bruchteil je 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 *5 Abschnitten (131) derart, daß bei Gegeneinanderfalten dieser Abschnitte (130, 131) fortlaufende Strömungskanäle gebildet werden, die sich über die ganze Längenabmessung der Abschnitte erstrecken und durch die ausgeschnittenen Teile (128) benachbarter Abschnitte so gebildet werden, daß sie miteinander zusammenarbeiten.

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

3. Diffusionszelle 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. Diffusionszelle nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (124) und die Verstärkungslage (122) durch eine bandförmige Schicht oder Lage aus Netzwerk (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. Diffusionswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (124) aus Zellulosematerial besteht.

6. Diffusionszelle 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.