DE2542438A1

DE2542438A1 - Dialysator, insbesondere fuer die haemodialyse und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2542438A1
Application number: DE19752542438
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Dr Eduard Fresenius Chemisch Pharmazeutische Industrie KG
Current assignee: Fresenius SE and Co KGaA
Priority date: 1975-09-24
Filing date: 1975-09-24
Publication date: 1977-03-31
Also published as: DE2542438C3; SE7610542L; JPS5241498A; GB1552950A; DE2542438B2; IT1068324B; JPS566300B2; USRE31029E; FR2325408B1; SE422884B; US4141836A; FR2325408A1

Description

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Or. -ing. Holzhäuser Dipl.-Met. Goldbach Dipl.-ipG. Pd^ Becker

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505 OFFENBΛOi, ΛΜ MAIN HermstraßG 37 · Telefon 38 83 84

22ο September 1975 LS/F

Dr. Eduard Fresenius

Chemisch-pharmazeutische Industrie KG Apparatebau KG

638 Bad Homburg v.d.H. Hessenring

Dialysator, insbesondere für die Hämodialyse und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Dialysator, insbesondere für die Hämo. dialyse, der ein Gehäuse mit Zu- und Ablauf stutzen für das Blut und die Dialysierlösung und in dem Gehäuse angeordnete, an ihren Enden miteinander verbundene, offene Hohlfasern umfaßt sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Dialysators.

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Bei der Hämodialyse benutzt man eine großflächige, etwa

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1 - 1,5m große, 10 - 20 /um dicke Membran aus einem geeigneten Material, z.B. Zelluloseacetat oder Polyacrylnitril als Trennschicht zwischen dem Blut und der in geeigneter Weise zusammengesetzten Dialysierlösung. Die Membran ist für Wasser und niedermolekulare Bestandteile des Blutes, zu denen auch die harnpflichtigen Substanzen gehören, relativ gut durchlässig. Hochmolekulare und korpuskulare Bestandteile werden jedoch nahezu vollständig zurückgehalten.

Unter den Dialysatoren für die Hämodialyse kennt man Spulendialysatoren, Plattendialysatoren sowie Kapillaroder Hohlfaserdialysatoren, bei denen die Membran aus einer großen Anzahl (z.B. 10.000) Hohlfasern mit einem Durchmesser von etwa 150 /um gebildet wird. Bei der bisher gebräuchlichen Bauform werden die Hohlfasern zu einem lockeren Bündel parallel liegender Fasern zusammengefaßt und in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet. An den Enden ist das Hohlfaserbündel durch Vergießen in sich und gegen das Gehäuse abgedichtet. Die Zu- und Abfuhr des Blutstromes erfolgt über Anschlußstücke, die auf die Gehäuseenden aufgeschraubt sind. Die Dialysier-

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lösung wird im Gegenstrom an der Außenseite der Kapillaren bzw. Hohlfasern entlanggeleitet, wobei die Zu- und Abfuhr über seitliche Anschlüsse in der Nähe der Gehäuseenden erfolgt.

Bei der Gestaltung eines Hohlfaserdialysators wird eine möglichst hohe Effektivität angestrebt, d.h. um die Membranoberfläche vollständig auszunutzen, ist eine möglichst gleichmäßige Strömungsverteilung notwendig. Auch sind hohe Strömungsgeschwindigkeiten wünschenswert, weil dadurch der Diffusionswiderstand im Blut und in der Dialysierlösung herabgesetzt wird. Ferner werden ein möglichst kleines Blut-Füllvolumen und ein geringer Blutdurchflußwiderstand angestrebt. Zur Erfüllung dieser Forderungen bietet der Hohlfaserdialysator vom Prinzip her die günstigsten Voraussetzungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dialysator der genannten Art zu schaffen, der die obigen Forderungen optimal erfüllt und sich darüber hinaus in vorteilhafter Weise herstellen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß

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die Hohlfasern ringförmig angeordnet sind und daß der Zu- und Ablauf des in die zwischen den Hohlfaserstücken befindlichen Zwischenräume strömenden Mediums von der Mitte her erfolgt. Hierdurch werden die Strömungsverhältnisse günstig beeinflußt und außerdem wird eine Möglichkeit geschaffen, die aus Hohlfasern bestehende Einheit besonders zweckmäßig herzustellen·

In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß die Hohlfaser auf den Kern aufgewickelt wird, daß die Enden des gewickelten Hohlfaserkörpers sodann mit einem Gießharz durchtränkt und nach dem Verfestigen derart Endbereiche abgeschnitten werden, daß die Stirnflächen der einzelnen Hohlfaserstücke offen sind.

Die Hohlfaser kann dabei auf den Kern schräg oder parallel zu dessen Achse aufgewickelt werden, was vorzugsweise mit an sich bekannten Vorrichtungen geschieht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Ansprüchen im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs-

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beispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig.1: eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Dialysator;

Fig.2: eine perspektivische Ansicht eines Hohlfaserkörpers mit schräg zur Kernachse verlaufenden Hohlfaserwindungen und

Fig.3: eine perspektivische Ansicht eines Hohlfaserkörpers mit parallel zur Kernachse verlaufenden Windungen.

Ein erfindungsgemäßer Dialysator 1 gemäß Fig.1 besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse 2, in dem sich ein Hohlfaserkörper 3 befindet. Der Hohlfaserkörper 3 besteht aus einem Kern 4, auf den eine aus Zelluloseacetat oder Polyacrylnitril bestehende Hohlfaser 5 gemäß den Figuren oder 3 aufgewickelt ist.

Der Kern 4 ist rohrförmig und weist mindestens eine, sich radial erstreckende Trennwand 6 sowie an seinen beiden Enden 7 und 8 bzw, in der Nähe dieser beiden Enden mehrere

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am Umfang verteilte Durchtrittsöffnungen 9 auf.

Die beiden Gehäusehälften 10 und 11 besitzen je mit dem rohrförmigen Kern 4 fluchtende Zulaufstutzen 12 und Ablaufstutzen 13 sowie je einen weiteren Zulaufstutzen 14 und Ablaufstutzen 15, die in einen Ringkanal 16 bzw. 17 im Inneren der Gehäusehälften 10 und 11 münden. Die Breite der beiden Ringkanäle 16 und 17 entspricht dabei vorzugsweise der ringförmig auf dem Kern 4 angeordneten Lage aus Hohlfaserstücken 18.

Ebenso wie der Kern 4 besitzt auch der Hohlfaserkörper 3 kreisförmigen Querschnitt. Am Umfang des Hohlfaserkörpers ist ein Mantel 19 angeordnet, der nicht nur die äußeren Hohlfaserstücke 18 zusammenhält, sondern auch zu Dichtungszweckem vorgesehen ist.

Die Herstellung des Hohlfaserkörpers erfolgt gemäß den Fig. 2 und 3 in der Weise, daß auf den Kern 4 die Hohlfaser 5 mit beliebig vielen Windungen 20,21 bzw. 22 aufgewickelt wird, wobei dies entweder in der Weise geschieht, daß die Windungen schräg oder parallel zur Längsachse des

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Kernes 4 verlaufen. Die Hohlfaser 5 wird während des Aufwickelvorganges hin- und hergeführt, so daß sie nach einem bestimmten Umdrehungswinkel der den Kern 4 tragenden Aufwickelvorrichtung jeweils von einem Rand zum anderen Rand wandert. Je nach der Größe des Neigungswinkels erhält man dabei einen kompakt oder einen leicht gewickelten Hohlfaserkörper·

Die Enden des derart gewickelten Hohlfaserkörpers werden sodann mit einem Gießharz durchtränkt, so daß alle Zwischenräume ausgefüllt und die Hohlfaserwindungen fest eingebettet sind. In einem anschließenden Arbeitsgang werden die äußersten, von Gießharz durchtränkten Endbereiche des Hohlfaserkörpers 3 entlang den strichpunktierten Linien 23 und 24 in Fig.2 abgeschnitten, so daß etwa der Länge des Kernes 4 entsprechende Hohlfaserstücke 18 entstehen, die an ihren Stirnflächen offen bzw. frei zugänglich sind.

Bei dem in Fig.3 dargestellten Hohlfaserkörper 3 wird die Hohlfaser 5 über den Umfang und die Stirnseiten des Kernes gewickelt, so daß die Hohlfaserstücke 18 auf dem Umfang des Kernes annähernd parallel zu dessen Achse liegen,,

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Während des Wickeins wird der Kern langsam um seine Längsachse, die rechtwinklig zur Wickelachse steht, gedreht. Die Winkelverschiebung ist abhängig vom Verhältnis zwischen der Winkelgeschwindigkeit und der Drehgeschwindigkeit des Hohlfaserkörpers. Der erforderliche Abstand zwischen den Hohlfaserstücken 18 kann durch gleichzeitiges Aufwickeln von Folienstreifen 25 und 26 erreicht werden, die in Umfangsrichtung aufgewickelt werden, wie aus Fig.3 hervorgeht.

Wenn nach dem Aufwickelvorgang der Hohlfaserkörper 3 mit Gießharz durchtränkt, ausgehärtet und sodann an seinen Randbereichen abgeschnitten ist, wird der Mantel 19 aufgebracht, woraufhin der Hohlfaserkörper 3 in das aus praktisch gleichen Gehäusehälften 10 und 11 bestehende Gehäuse 2 eingesetzt werden kann. Nach dem Einsetzen werden die beiden Gehäusehälften 10 und 11 im Bereich ihrer Flansche 27 und fest miteinander verbunden.

Die Dialysierlösung tritt in den Dialysator ein durch den zentral angeordneten Zulaufstutzen 12 und gelangt zunächst in die eine Hälfte des rohrförmigen Kernes 4, von wo sie

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durch die Durchtrittsöffnungen 9 strömt und sich in den Zwischenräumen zwischen den Hohlfaserstücken 18 verteilt. Nachdem die Dialysierlösung den Hohlfaserkörper 3 durchflossen hat, tritt sie durch die Durchtrittsöffnung 9 am anderen Ende des Kernes 4 wieder in diesen ein und strömt sodann unmittelbar weiter zu dem Ablaufstutzen 13.

Das Blut durchfließt den Dialysator 1 in entgegengesetzter Richtung. Es tritt durch den Zulaufstutzen 14 ein, der in den Ringkanal 16 mündet. Von dort verteilt sich das Blut auf die Hohlfaserstücke 18, aus denen es in der anderen Gehäusehälfte 10 in den Ringkanal 17 strömt, der es sammelt und dem Ablaufstutzen 15 zuleitet.

Die Darstellung in Fig.1 zeigt deutlich die Dichtfunktion des Mantels 19, der einen . Bypass für die D^alysierlösung parallel zu den Hohlfaserstücken 18 verhindert.

Eine weitere Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion ist, daß die mit Hilfe eines Gießharzes verschlossenen Endbereiche 29 und 30 des Hohlfaserkörpers 3 absolut dicht sind, da sonst Dialysierlösung in die beiden Ringkanäle und 17 gelangen kann. Die Lage der Durchtrittsöffnungen 9

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ist dabei so gewählt, daß sie unmittelbar neben den mit Gießharz durchtränkten Endbereichen 29 und 30 liegen.

Durch die Zufuhr der Dialysierlösung aus dem mittig angeordneten Kern in die Zwischenräume zwischen den Hohlfaserstücken 18 verteilt sich die Dialysierlösung sehr rasch über den gesamten Querschnitt der ringförmig angeordneten Hohlfaserstücke 18. Die Übergangszone von gleichmäßig durchspültem bzw. nicht durchspültem Querschnitt ist am Einlauf und Auslauf sehr kurz, was eine Erhöhung der Austauschleistung durch bessere Ausnutzung der eingebauten Hohlfaseroberfläche mit sich bringt. Dies kann dahingehend genutzt werden, daß unter Verzicht auf eine Effektivitätssteigerung eine entsprechend geringere Menge Hohlfaser» material in den Dialysator eingebaut wird und ferner läßt sich der blutseitige Durchflußwiderstand stark herabsetzen, wenn die Anzahl der Hohlfasern vermehrt und ihre Länge verkürzt wird, wobei die Gesamtoberfläche gleich bleibt. Damit ist eine Voraussetzung dafür geschaffen, daß der extrakorporale Blutkreislauf bei der Hämodialyse ohne Blutpumpe, lediglich unter Ausnutzung des natürlichen arteriovenösen Druckgefälles, betrieben werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestell-

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ten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr können Änderungen vorgenommen werden, ohne daß dadurch von dem grundsätzlichen Erfindungsgedanken abgewichen wird. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle der Trennwand 6 unmittelbar neben den Durchtrittsöffnungen 9 entsprechende Trennwände vorzusehen, damit die Dialysierlösung auf dem kürzesten Wege in das Innere des Hohlfaserkörpers 3 gelangt.

Ferner kann es auch zweckmäßig sein, wenn in Abänderung zu dem oben beschriebenen Herstellungsgang der Mantel 19 aufgebracht wird, bevor die Enden des Hohlfaserkörpers mit Gießharz durchtränkt werden.

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Claims

2 b 4 2 4 3 ö

Ansprüche:

1./ Dialysator, der ein Gehäuse mit Zu- und Ablauf stutzen für das Blut und die Dialysierlösung sowie in dem Gehäuse angeordnete, an ihren Enden miteinander verbundene, offene Hohlfasern umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern (5) bzw. Hohlfaserstücke (18) ringförmig angeordnet sind.

Dialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu- und Ablauf des in die zwischen den Hohlfaserstücken (18) befindlichen Zwischenräume strömenden Mediums von der Mitte her erfolgt.

3. Dialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaser bzw. die Hohlfasern (5) auf einem Kern (4) angeordnet und von einem Mantel (19) umgeben in dem Gehäuse (2) angeordnet sind.

4· Dialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) rohrförmig ist und mindestens eine Trennwand (6) sowie an seinen beiden Enden (7,8) mehrere am Umfang verteilte Durchtrittsöffnungen (9)

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aufweist.

5. Dialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) zweiteilig ist und daß jede Gehäusehälfte (10,11) mit dem rohrförmigen Kern (4) fluchtende Zu- bzw. Ablaufstutzen (12,13) sowie je einen weiteren Zu- bzw. Ablaufstutzen (14,15) aufweist, der im Inneren der Gehäusehälften (10,11) in einen den Kern (4) umgebenden Ringkanal (16,17) mündet,

6. Verfahren zur Herstellung eines Dialysators gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hohlfaser aus Zelluloseacetat, Polyacrylnitril o.dgl. auf einen Kern aufgewickelt wird, daß die Enden des gewickelten Hohlfaserkörpers sodann mit einem Gießharz durchtränkt und nach dem Verfestigen derart Endbereiche abgeschnitten werden, daß die Stirnflächen der einzelnen Hohlfaserstücke offen sind.

7ο Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaser auf den Kern schräg zu dessen Achse aufgewickelt wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaser auf den Kern parallel zu dessen Achse aufgewickelt wird.

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