DE2622684A1

DE2622684A1 - Vorrichtung zum stoffaustausch

Info

Publication number: DE2622684A1
Application number: DE19762622684
Authority: DE
Inventors: Henning Kage; Hellmut Metz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1977-11-24
Also published as: FR2351682B3; FR2351682A1; US4176069A; GB1571427A; DE2622684B2

Description

LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH 6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1

HH 76/2 19. Mai I976

"Vorrichtung zum Stoffaustausch"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stoffaustausch, insbesondere einen Oxygenator oder Dialysator, die aus einem Gehäuse mit einem Stapel halbdurchlässiger Membranen besteht.

Ähnliche Vorrichtungen sind bekannt und dienen zur Nachbildung des Funktionsprinzips der Lunge oder der Niere. In ihr werden die beiden Phasen durch eine Membran getrennt, die in ihrer P«rm«elektivität den zu transportierenden Stoffen weitgehend gerecht wird. Weitere Voraussetzungen sind hinreichende mechanische Stabilität und physiologische Verträglichkeit. Als Membranwerkstoffe kommen vorzugsweise Silikone, einige Silikon-Copolymerisate, expandiertes PTFE u. ä. in Betracht.

Membran-' Oxigenatoren können anhand ihrer Konstruktionsmerkmale in vier Gruppen eingeteilt werden. Ein Beispiel aus der ersten Gruppe ist die Diffusionszelle nach der DT-PS 22 38 708. Als Abstandshalter für die Membranen dienen hier einfache Geflechte, und die sehr lange Folienbahn wird zieharmonikaartig zusammengefaltet. Die Gasräume werden in diesem Falle ebenfalls durch Geflechte erzeugt, die jeweils von unten in die sich bildenden Falten eingebracht werden. Die Blutfilmdicke sowie die Umwälzung bzw. Durchmischung hängt stark von der Art des verwandten Geflechtes ab. Aus Stabilitätsgründen wird das ganze System im Betrieb gegen den Blutdruck von außen durch Metallplatten

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In einer weiteren Gruppe sollen dünne Kapillaren dadurch erzielt werden, daß profilierte Platten von außen auf Silikonmembranen gepreßt werden. Eine derartige Vorrichtung ist in der DT-OS 2 ko6 077 beschrieben. Eine HauptSchwierigkeit einer solchen Konstruktion besteht in der Eigenschaft (fes Silikons, die als "Sticking-Effekt" bezeichnet wird. Die Membranen neigen aufgrund starker Adhäsionskräfte dazu, so stark aneinander zu haften, daß sie nur schwer voneinander zu trennen sind. Bei solchen Oxigenatoren ist es demnach erforderlich, die Bluträume mit einem Salz zu bestäuben, welches vor Perfusionsbeginn herausgespült werden muß. In der Praxis bereitet die Entfernung des Salzes große Schwierigkeiten. Auch werden die angestrebten Kapillarquerschnitte nur selten erreicht.

In einer dritten Gruppe von Membranoxi genator en sind die Abstandshalter direkt in die Membran integriert. Dieses kann durch einseitig aufgetragene kleine Erhöhungen, z. B. Kugelnoppen erfolgen. Auch ein solches Syst ein muß von außen abgestützt werden.

Eine vierte Gruppe bilden die sogenannten Schlauchoxigenatoren. Hier werden Abstandshalter bzw. Salzpuderung durch schlauchförmige Gestaltung des Blutraumes vermieden. Die einfachste Art ist die von Bodell, der einen dünnen langen Schlauch in eine Wanne legte, diese mit Sauerstoff durchströmte und das venöse Blut durch den Schlauch leitete. Es stellte sich jedoch heraus, daß auch bei Erzielung von Sekundärströmungen im Schlauch, durch periodische Änderung des Durchmessers oder spiralförmige Aufwicklung erreicht, die Oxigenationsleistung nicht ausreichend war.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Mangel der bekannten Oxigen*toren vermieden werden und der Gasaustausch den Vorgängen in der natürlichen Lunge weiter angenähert wird.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Membranen eine Vielzahl von parallel verlauf endeiiKapillareidauf weis en, durch ein poröses Gewebe voneinander getrennt sind und an den Enden der Kapillaren miteinander mit je einem Anschlußstück verbunden sind. Die mit dem porösen Gewebe ausgefüllten Räume zwischen den Membranen bilden die Gasräume. Die Verbindungsnaht an den Kapillarenden schließt den durch das Gewebe gebildeten Gasraum gegen den Blutraum ab.

Membranen, entsprechend dem Hauptanspruch, können in Weiterbildung der Erfindung verfahrenstechnisch aus einem Kunststoff auf der Basis von Silikonkautschuk extrudiert Airerden. Es ist auch möglich, ein Abformverfahren zur Herstellung der Kapillarmembranen so auszubilden, daß dünne ebene Folien miteinander verklebt werden, wobei eine Vielzahl parallel gespannter dünner Drähte in die Klebemasse eingelagert werden. Nach dem Aushärten des Klebers werden die Drähte entfernt, wodurch die Kapillaren entstehen. Weiterhin kann mit einem entsprechenden Werkzeug eine Kapillarmembran durch Tauchen in eine Kunststofflösung gewonnen werden.

Der wesentliche Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß die Blutströme arteriolenähnliche Form besitzen, die aufgrund des Kapillarfolienquerschnittes auch bei pulsatiler Strömung keine scharfen Kanten oder Totwassergebiete bilden, die Pulsation kann durch pulsierendem Druck in den Gasräumen erzeugt werden. Weiterhin ist es möglich, die Baugröße so zu reduzieren, daß eine Implantation möglich wird.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels werden weitere Erläuterungen gegeben. Es zeigen Figur 1 einen Querschnitt durch eine Kapillarmembran, Figur eine Draufsicht auf eine Ecke der zu einem Block

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zusammengefügten Einzelmembranen und Figur 3 eine
Gesamtansicht des kompletten Blocks mit den zugehörigen Anscblußstüeken.

Die Kapillarmembran nach Figur 1 reduziert zwar im
Vergleich mit einzelnen Schläuchen die dem Gas zugewandte Membranfläche, bietet dafür aber erhöhte mechanisbhe Stabilität und die Möglichkeit, die Anschlußtechnik elegant und wirtschaftlich zu verwirklichen.
Die Dicke der Folie beträgt etwa 0,5 mm, der Kapillardurchmesser ist etwa 0,3 nun.

Durch Aufeinanderschichten einzelnen Folien 1 mit jeweils einem dazwischenliegenden gasdurchlässigen Gewebe 3 kann ein Folienpaket entsprechend Figur 2 aufgebaut werden. Durch Verbinden der beiden Austrittsenden der Kapillaren durch Vulkanisation oder Klebung werden Abstandshalter *t gebildet, die zugleich die Bluträume (Kapillaren 2) von den Gasräumen (Gewebe 3) trennen. Das Abschneiden der überhängenden Teile der zusammenvulkanisierten Enden der Membranen erzeugt eine ebene Eintritts- bzw. Austrittsfläche 5 der Kapillaren.

In Figur 3 ist gezeigt, wie auf das fertige Membranpaket die Anschlußstücke 6 und 7 aufgebracht werden. In den so hergestellten Kapillaroxigenator tritt beispielsweise
in das in der Figur vorn liegende Anschlußstück 6 Sauerstoff ein, durchströmt das gasdurchlässige Gewebe 3 und
verläßt den Oxigenator durch das im Hintergrund angeordnete Anschlußstück 6. Das zu oxigen!erende Blut wird von links über das Anschlußstück 7 durch die Kapillaren 1 des Oxigenators geführt und das oxigenierte Blut dem rechts
liegendem Anschlußstück 7 wieder entnommen. An die Schlauchstutzen 8 bzw. 9 der Anschlußstücke werden weiterführende Leitungen angeschlossen.

Das Material der Folien besitzt eine hohe Durchlässigkeit e sowie ein hohe;

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für die Atemgase sowie ein hohes Permeationsverhältnis CO₂

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zu Og. Weiterhin ist eine gute physiologische Verträglichkeit sowie Resistenz gegenüber Körpergeweben und -flüssigkeiten gegeben.

Während die Kapillaren 2 vom Blut durchströmt werden, diffundiert Sauerstoff aus den mit dem porösen Gewebe 3 ausgefüllten Zwischenräumen, die den Gasraum darstellen, in die Kapillaren und ins Blut, während umgekehrt aufgrund der Partialdruckdifferenz CO₂ aus dem Blutraum in den Gasraum diffundiert.

Es ist natürlich auch möglich, mit dem Oxigenator nach der Erfindung einen anderen Stofftransport in das oder aus dem Blut vorzunehmen. So wird für die Hämodialyse beispielsweise ein Material für die Folien verwendet, das in seiner selektiven Durchlässigkeit den zu transportierenden Stoffen, beispielsweise harnpflichtige Substanzen, gerecht wird. Der Gasraum des oben beschriebenen Oxigenators· wird dann von einem Dialysat durchströmt.

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Claims

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Patentansprüche

ß.J Vorrichtung zum Stoffaustausch, insbesondere ein Oxygenator oder Dialysator, die aus einem Gehäuse mit einem Stapel balbdurchlässiger .Membranen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen

(1) eine Vielzahl von parallel verlaufenden Kapillaren (2) aufweisen, durch poröse Gewebe (3) voneinander getrennt sind und daß die Membranen an den Enden der Kapillaren miteinander und mit je einem Anschlußslück (6,7) verbunden sind»
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem porösen Gewebe (3) ausgefüllten Räume zwischen den Membranen (1) die Gasräume bzw. Dialysaträume bilden.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsnähte (4) an den Kapillarenden zugleich zur Trennung der Bluträume

(2) von den Gasräumen (3) und zur Abstandshalterung dienen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsnähte (4) durch Vulkanisation oder Verkleben entstehen.
5. Verfahren zur Herstellung einer Kapillarmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) aus einem Kunststoff extrudiert wird.
6. Verfahren zur Herstellung der Kapillarmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) durch ein Abformverfahren hergestellt wird, wobei ein Formteil derart zwischen zwei ebenen Folien eingebettet oder verklebt wird, daß nach Entfernung des Formteils die Kapillaren (2) als Hohlräume zurückbleiben.

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ORiGJMAL INSPECTED

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7. Verfahren zur Herstellung der Kapi llarmembriin > nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (l) durch Tauchen eines Formteiles in eine Kunststofflösung gewonnen wird.

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