DE2527255A1

DE2527255A1 - Membrandiffusionsvorrichtung

Info

Publication number: DE2527255A1
Application number: DE19752527255
Authority: DE
Inventors: Robert G Seaverns; Jun Ludwig Wolf
Original assignee: Baxter Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1974-06-20
Filing date: 1975-06-19
Publication date: 1976-01-08
Also published as: FR2275235A1; AU8231475A; SE7507130L; DE2527255B2; AR205385A1; CH598849A5; CA1052285A; IL47492A; NL7507354A; SE419501B; IT1039141B; BE830421A; GB1489522A; DE2527255C3; ES438758A1; ZA753877B; US3879293A; BR7503888A; SU805936A3; FR2275235B1

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL, KERN, FEILER&HÄNZEL

TPIPV- ns ?o «η-, uwiri r. BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND TELEX. 05 29 802 HNKL D EDUARD-SCHMID-STRASSE 2 WECHSELBANKMÜNCHENNr.318-85111 TELEFON: (089) 66 3197, 663091 - 92 ucvnurxi nn DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914 975 TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN D-»000 MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN 162147 - 809

Baxter Laboratories, ine.

Morton Grove, Illinois, USA ^ '^IHI Ιί<71

Membrandiffusionsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Membrandiffusionsvorrichtung für Blut, beispielsweise als Blutoxygenator oder als künstliche Niere.

Membrandiffusionsvorrichtungen der vorstehend erwähnten Art werden im Betrieb im allgemeinen auf die eine oder andere V/eise unter eine Druckspannung gesetzt, damit der Druck des in der Blutströmungsbahn strömenden Bluts die Dicke bzw. Weite dieser Strömungsbahn nicht vergrößert, was eine Verminderung der Wirksamkeit der Blutbehandlung mit sich ziehen würde. Insbesondere werden bei Blutoxygenatoren und Dialysatoren für diesen Zweck aufblasbare Zwischenlagen verwendet, so daß die Blutfilmdicke durch selektive Druckbelüftung der Zwischenscheiben beliebig geregelt werden kann.

Bei Stapelplatten-Membrandiffusionsvorrichtungen wurde jedoch typischerweise eine einzige Zwischenlage in der Mitte oder an der einen Seite des Stapels angeordnet. Infolge dieser Anordnung werden die Ober- und Unterkanten der gestapelten Membranen durch die Zwischenlage nicht einwandfrei unter Druck gesetzt, da die Zwischenlage beim Aufblasen bestrebt ist, sich geringfügig zu verkürzen.

Ke/Bl/ro - 2

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ORIGINAL INSPECTED

Aufgabe der Erfindung ist damit die weitgehende Ausschaltung dieses Nachteils und speziell die Schaffung einer aufblasbaren Zwischenlage, die gleichzeitig als Dichtung um drei oder mehr Seiten der Stapelanordnung herum wirkt. Infolgedessen kann ein einfacheres Gehäuse mit einer kleineren Zahl von Dichtungen und weniger Vergußmasse verwendet werden, weil die erfindungsgemäß verwendete, aufblasbare Zwischenlage ebenfalls diese Dichtfunktionen übernimmt.

Diese Aufgabe wird bei einer Membrandiffusionsvorrichtung, etwa einem Blutoxygenator oder einer als künstliche Niere dienenden Dialysiervorrichtung mit einem Stapel aus flachen Membranwandpaaren und flachen Membranträgern in einander abwechselnder, ineinander verschachtelter Anordnung, wobei der Stapel in einem Gehäuse angeordnet ist, erfindungsgemäß gelöst durch ein zwischen den einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Stapels und den Innenwänden des Gehäuses angeordnetes aufblasbares Element und durch eine nach außen führende und mit dem Inneren des aufblasbaren Elements in Verbindung stehende Leitung zur Ermöglichung einer Druckbeaufschlagung der einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Stapels bei gleichzeitiger Herstellung einer Abdichtung an diesen Flächen.

Eine Leitung stellt eine Verbindung zwischen der Außenseite und dem aufblasbaren Element her, so daß die gegenüberliegenden Hauptflächen des Stapels unter Druck gesetzt werden können«. Vorzugsweise besteht das bei der erfindungsgemäßen Membrandiffusionsvorrichtung verwendete aufblasbare Element aus Kunststoff-Folien, die an ihren Rändern miteinander verschweißt oder verklebt und um den Stapel aus Membranwandpaaren und Trägern herumgefaltet sind, so daß sie die gegenüberliegenden Hauptflächen des Stapels sowie eine zwischen den gegenüberliegenden Hauptflächen des Stapels befindliche Seitenfläche übergreifen. Die genannte Leitung kann ein Schlauch sein, der mit dem Inneren

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der beiden Kunststoff-Folien an einer Stelle neben der Seitenfläche des Stapels kommuniziert, über welcher die aufblasbare Lage liegt.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläuterte Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Membrandiffusionsvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung, wobei bestimmte innere Teile gestrichelt eingezeichnet sind,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2 durch das eine Ende der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Aufsicht auf die Unterseite der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine teilweise weggeschnittene Aufsicht auf eine erfindungsgemäß verwendete, aufblasbare Zwischenlage vor ihrem Einbau in die Membrandiffusionsvorrichtung und

Fig. 6 eine umgedrehte Seitenansicht der Zwischenlage in Richtung der Pfeile 6-6 in Fig_e 5 gesehen.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein Membranoxygenator 10 für Blut dargestellt, der einen vielfach gewundenen (convoluted) Stapel 12 aus flachen Membranwandpaaren und flachen Membranträgern aufweisen kann, die einander abwechselnd ineinandergefügt bzw. verschachtelt sind_e Die Membranwandpaare und Membranträger

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können auf die in der USA-Patentschrift 3 757 955 beschriebene Weise aus einem einzigen Streifen Membranmaterial und Membranträgernetz, die auf einem flachen, vorgefalzten Stützelement liegen, gebildet und so gefaltet sein, daß ein Stapel 12 mit einer Vielzahl von taschenartigen Flüssigkeits-Strömungskanälen 13 für Blut an der einen Seite der Membran und mit einer Vielzahl von dazwischen liegenden bzw. damit verschachtelten (interleaving) Strömungskanälen 15 für Sauerstoff an der anderen Seite der Membran gebildet wird«

Der Stapel 12 ist in einem Gehäuse 14 untergebracht, das aus einem einstückigen, materialeinheitlichen, oberseitig offenen Kasten in Form eines Kunststoff-Gußteils ο.dgl. zur Aufnahme des Stapels bestehen kann. Das Gehäuse 14 ist um seine offene Oberseite herum mit einem Flansch 16 zur unter Herstellung einer Abdichtung erfolgenden Aufnahme einer Verschlußeinrichtung, wie eines Deckels 18 versehen, so daß die Anordnung luftdicht verschlossen werden kann, nachdem der Stapel 12 in das Gehäuse 14 eingesetzt worden ist. Eine O-Ringdichtung 20, die aus einem bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Silikon-Elastomeren bestehen kann, dient zur Verbesserung der luftdichten Abdichtung, während der Deckel 18 mit dem Flansch 16 verklebt oder verschweißt sein kann.

Bei der Montage wird die Unterseite 22 des Deckels 18 mit einem Klebmittei, etwa einem bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Silikon-Elastomeren, bestrichen, um die Oberseite des Stapels 12 aus den Membranwandpaaren und Trägern zur Gewährleistung einer weiteren Abdichtung zu verkleben bzw. zu vergießen.

Am Deckel 18 sind außerdem von sterilen Dichtverschlüssen umschlossene Zulasse 24, 26 für den Anschluß der Blutelnlaß- und -auslaßleitungen vorgesehen. Die Zulasse 24, 26 werden von Querstücken 28 bzw· 30 getragen, die ihrerseits langge-

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streckte, irn Deckel 18 ausgebildete Verteiler- oder Sammlerzulässe 32 abdichten, die sich quer zur Breite des Stapels 12 erstrecken und die zur Verteilung der Strömung über die einzelnen Blutströmungsbahnen 1j5 zwischen den Membranpaaren dienen, so daß sie Einlaßverteiler bzw. Auslaßsammler für den Blut strom zu den bzw. aus den Strömungskanälen 1j5 bilden.

Sauerstoffverteiler- und -sammlerzulässe 34, 36 werden durch längsverlaufende Schlitze im Boden des Gehäuses 14 gebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Schlitze offen und langgestreckt, so daß sie aus Sicherheitsgründen den einfachen Anschluß einer rohrförmigen Sauerstoffversorgung ermöglichen, wie dies in der USA-Patentanmeldung Serial No. 435 143 vom 21.1.1974 beschrieben ist. Die erfindungsgemäße Oxygenatorvorrichtung kann in Verbindung mit der in dieser USA-Patentanmeldung offenbarten, derzeit Im Handel eingeführten Vorrichtung verwendet werden. Eine derartige Vorrichtung gewährleistet eine Sauerstoffzufuhr auf sichere und wirksame Weise, so daß die derzeit bevorzugten porösen Diffusionsmembranen, etwa aus poröser Polytetrafluoräthylenfolle mit einer Dicke von etwa 0,1 mm und einer Porengröße von etwa 1 11, sicher angewandt werden können. Eine andere bevorzugte Art einer porösen Sauerstoffanreicherungsmembran, die bei der erfindungsgemäßen Diffusionsoxygenatorvorrichtung in Verbindung mit der Vorrichtung gemäß der genannten USA-Patentanmeldung verwendet werden kann, ist eine Polypropylenfolie mit einer Dicke von etwa 0,025 - 0,05 mm und einer Porengröße von etwa 0,1 u. Die Gasdiffusion durch derartige poröse, hydrophobe Folien findet im Vergleich zu anderen bekannten Oxygenatormembranen, etwa einer Silikonfolie o.dgl«, sehr schnell statt, obgleich die zuletzt genannten Membranen gewünsehtenfalls ebenfalls bei der erfindungsgemäßen Diffusionsvorrichtung verwendet werden können»

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Pig«, 3 veranschaulicht einen weggebrochenen Abschnitt des Stapels 12, wie er in der erwähnten USA-Patentschrift 3 757 näher erläutert ist. Ein steifes, gefaltetes bzw. gefalztes Stützelement 12a unterstützt das flexible Netz bzw. Sieb 12b, das seinerseits mit der Membran 12c belegt ist, wobei die mit dem Sauerstoffstrom in Berührung gelangende Seite der Membran 12c die dem Netz 12b zugewandte Seite ist. Die dreilagige Anordnung aus dem Stützelement, dem Netz und der Membran ist dabei als einstückiges, flaches, lagenartiges Element zu der viellagig gewundenen Anordnung gemäß Fig. 2 gefaltet, so daß zu beiden Seiten der Membran 12c die verschachtelten Taschen bzw. Strömungsbahnen 13, 15 gebildet werden. Das Blut strömt dabei durch eine in einem Membranwandpaar festgelegte Tasche 13 hindurch.

Wie in der erwähnten USA-Patentschrift beschrieben, sind in getrennten, benachbarten Abschnitten des steifen Stützelements 12a Ausschnitte 38* ^O vorgesehen, die im Zusammenwirken miteinander einen Verteiler- oder Sammlerkanal für jede Strömungsbahn des Stapels bilden, der sich über die Gesamttiefe des Stapels erstreckt und den Strömungswirkungsgrad sowohl des Blutes als auch des gasförmigen Sauerstoffs durch den Membrandiffusionsoxygenator begünstigt.

Erfindungsgemäß ist ein aufblasbares Zwischenlagenelement 42 zur selektiven Dimckbeaufschlagung des Membranstapels 12 vorgesehen, um dem Druck des den Stapel durchfließenden Bluts, welcher den Stapel aufzuweiten und dabei die Blutströmungsbahnen in unerwünschter Weise zu verbreitern bestrebt ist, entgegenzuwirken. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die Zwischenlage 42 aus zwei Kunststoff-Folien 44, 46, die an ihren Rändern 48 durch Verschweißen oder auf ähnliche Weise gegeneinander abgedichtet sind, so daß sie ein aufblasbares Element bilden. Ein Schlauch 50 durchsetzt die Folie

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über einen zweckmäßigen Dichtanschluß 52 zwischen Schlauch 50 und Folie 44 zur Herstellung einer Verbindung mit dem Inneren des aufblasbaren Elements 42_o Dieser Schlauch 50 dient als Aufblaseinrichtung, wobei der Schlauch 50 bei in eine Membrandiffusionsvorrichturg eingebauter Zwischenlage über eine Bohrung im Boden des Gehäuses 14 nach außen geführt ist, so daß die Zwischenlage 42 gewünschtenfalls von der Außenseite der Vorrichtung her aufgeblasen werden kann. Das aufblasbare Element 42 weist außerdem zwischen den beiden Folien 44, 46 einen Streifen bzw. eine Lage aus einem gewebten, vinylbeschichteten Glasfasernetz 55 o.dgl. auf, das als Mittel zur Begünstigung einer gleichmäßigen Gasstromverteilung innerhalb des aufblasbaren Elements 42 dient.

Beim Einbau in die Diffusionsvorrichtung wird das aufblasbare Element 42 um den Membranstapel 12 herumgelegt, so daß es an den einander gegenüberliegenden Hauptflächen 54, 56 des Stapels 12 sowie an einer zwischen den Hauptflächen 54, 56 befindlichen Seitenfläche 58 am Boden des Stapels anliegt. Zu diesem Zweck wird die beutelartige Zwischenlage durch Falten längs zweier Linien 60, 62 in drei Abschnitte unterteilt, nämlich in zwei Endabschnitte 64, 66 und in einen Mittelabschnitt 68, so daß das aufblasbare Element 42 gemäß Fig. 2 im Querschnitt eine U-förmige Gestalt erhält. Beim Aufblasen über den Schlauch 50 werden somit alle drei Abschnitte 64, 66, 68 des aufblasbaren Elements bzw. der Zwischenlage 42 unter Druck gesetzt, so daß der Stapel 12 zwischen den aufgeblasenen Abschnitten 64, 66 zusammengedrückt wird. Gleichzeitig wird der Stapel 12 durch den aufgeblasenen Abschnitt 68 gemäß Fig. 2 nach oben gedrückt, so daß der Stapel 12 im Betrieb in feste, abdichtende Andruckberührung mit der Dichtungslage aus vulkanisiertem Elastomeren an der Unterseite 22 des Deckels 18 gedrängt wird. Infolgedessen können die im Betrieb auftretenden Beanspruchungen weniger leicht zu einem Aufbrechen der Verbindung zwischen dem Stapel 12 und der Dichtung an der Deckel-Unterseite 22 führen, die sich

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dicht neben den zahlreichen BlutStrömungsbahnen 13 durch den Membranstapel 12 befindet.

Ebenso wird durch die U-förmige Gestalt des aufblasbaren Elements 42 eine Abdichtung über den größten Teil der Seitenoder Bodenfläche 58 des Stapels hinweg erreicht, wodurch die Notwendigkeit für ein Vergießen mit Gummidichtmasse o.dgl. in diesem Bereich im allgemeinen vermindert oder ganz ausgeschaltet wird, was einen erheblichen Fertigungsvorteil darstellt.

Ebenso wird auch die Unterseite 58 des Stapels 12 vollständig unter Druck gesetzt, weil diese Fläche vollständig vom aufblasbaren Element 42 umschlossen ist. Weiterhin wird auch die Verkürzung oder "Kissenbildung" des Elements 42 an seinen Außenenden 7I beträchtlich verringert, da sich die beiden Abschnitte 64, 66 jeweils nur auf die halbe Dicke einer herkömmlichen, einlagigen Zwischenlage aufblasen. Infolgedessen erfolgt die "Kissenbildung" bzw. das Zurückziehen der Enden 71 von der Oberseite 73 dss Stapels 12 bei den Abschnitten in geringerem Ausmaß, so daß der Bereich der Oberseite 73 mit einem größeren Druck beaufschlagt wird, Typischerweise wird die Anordnung zur Vereinfachung der Montage so ausgebildet, daß die Außenenden 71 im nicht aufgeblasenen Zustand um etwa 3*2 mm unterhalb der Oberseite 73 des Membranstapels 12 liegen, obgleich gewünschtenfalls auch engere Toleranzen vorgesehen werden oder die Enden 71 die Oberseite 73 sogar überlappen können.

Zur Vereinfachung des Gießens oder sonstigen Formens erweitert sich das Gehäuse 14 geringfügig in Richtung auf seine offene Oberseite. Diese Form ist erfindungsgemäß ohne weiteres zulässig, weil die von dieser divergierenden bzw. konischen Gestalt herrührende unterschiedliche Spaltbreite ohne nachteilige Auswirkungen durch die beiden Abschnitte 64, 66 des aufblasbaren Elements ausgefüllt werden kann.

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Die langgestreckten Streifen der Membran oder des Membranträgers, die unter Festlegung der Strömungskanal taschen 1j5, 15 auf die in der erwähnten USA-Patentschrift beschriebene Weise zu gewundenen Lagen gefaltet sind, bilden mithin zahlreiche erste, quer zum Membranstreifen an dessen einer Seite verlaufende Strömungskanäle oder -bahnen 13 sowie eine Vielzahl zweiter Strömungskanäle oder -bahnen 15* die an der anderen Seite des Membranstreifens quer zu diesem verlaufen und mit dem Membranträger in Berührung stehen. Das aufblasbare Element 42 ist auf Abstand von den quergerichteten Seitenflächen 70, 72 des Membranstapels 12 angeordnet, so daß an den Enden der beiden Strömungskanäle im Bereich der Ausschnitte 38, 40 Strömungsverteiler und -sammler zur Herstellung einer Strömungsraittelverbindung mit diesen Strömungskanälen gebildet werden können. In diesem Bereich ist die Druckbeaufschlagungswirkung des aufblasbaren Elements 42 nicht erwünscht, weil an dieser Stelle Blut- und Sauerstoffströmungskanäle vergrößerter Tiefe für die ausreichende Zufuhr der betreffenden Strömungsmittel zu den betreffenden, durch den Membranstapel 12 verlaufenden Strömungskanälen wünschenswert sind.

Selbstverständlich soll die vorstehend offenbarte Ausführungsform die Erfindung lediglich erläutern und keinesfalls einschränken.

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Claims

- ίο -

Patentansprüche

1J Membrandiffusionsvorrichtung mit einem Stapel aus flachen Membranwandpaaren und flachen Membranträgern in einander abwechselnder, ineinander verschachtelter Anordnung, wobei der Stapel in einem Gehäuse angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein zwischen den einander gegenüberliegende! Hauptflächen des Stapels (12) und den Innenwänden des Gehäuses (14) angeordnetes aufblasbares Element (42) und durch eine nach außen führende und mit dem Inneren des aufblasbaren Elements (42) in Verbindung stehende Leitung (50) zur Ermöglichung einer Druckbeaufschlagung der einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Stapels (12) bei gleichzeitiger Herstellung einer Abdichtung an diesen Flächen,

2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufblasbare Element zwei Kunststoff-Bahnen oder -Folien (44, 46) aufweist, die an ihren Rändern unter Herstellung einer Abdichtung miteinander verbunden und um den Stapel (12) herumgefaltet sind, so daß sie über den einander gegenüberliegenden Hauptflächen sowie einer zwischen diesen Flächen gelegenen Fläche liegen«

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aufblasbare Element (42) Mittel (53) zur Ermöglichung einer gleichmäßigen Strömungsmittelverteilung in seinem Inneren aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittelverteilungs-Mittel (53) ein innerhalb des aufblasbaren Elements angeordnetes Netz oder Maschengewebe ist.

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5· Vorrichtung nach Anspruch j5* dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung ein Schlauch (50) ist, der an der einen Seitenfläche des Stapels (12) mit dem Innenraum zwischen den beiden Kunststoff-Folien (44, 46) kommuniziert,

6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Membran-Stapel (12) einen flexiblen, langgestreckten Membranstreifen aufweist, der an einem flexiblen, langgestreckten Streifen eines Membranträgers anliegt, wobei Membran- und Membranträgerstreifen in vielfach gewundener, Taschen bildender Anordnung gefaltet sind, und daß das zwischen den einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Stapels und dem Gehäuse angeordnete aufblasbare Element (42) von den relativ zum Membranstreifen in Querrichtung angeordneten Seitenflächen (70, 72) des Stapels auf Abstand angeordnet ist, so daß an den Querkanten des Membranstreifens Strömungsverteiler und -sammler zur Herstellung einer Strömungsmittelverbindung mit dem Membranstreifen bildbar sind,

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein einstückiger, materialeinheitlich ausgebildeter, oberseitig offener Kasten zur Aufnahme des Membran-Stapels ist und daß eine Verschlußeinrichtung zum Verschließen der offenen Gehäuseoberseite vorgesehen ist.

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