DE2627824A1 - Beschichtete kugelfoermige aktivkohle zur blutreinigung - Google Patents

Beschichtete kugelfoermige aktivkohle zur blutreinigung

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DE2627824A1 DE19762627824 DE2627824A DE2627824A1 DE 2627824 A1 DE2627824 A1 DE 2627824A1 DE 19762627824 DE19762627824 DE 19762627824 DE 2627824 A DE2627824 A DE 2627824A DE 2627824 A1 DE2627824 A1 DE 2627824A1
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Description

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EISAI CO., LTD., TOKYO / JAPAN
Beschichtete kugelförmige Aktivkohle zur Blutreinigung
Die Erfindung betrifft eine beschichtete, kugel- bzw. perlenförmige Aktivkohle, die als Adsorbens zur Blutreinigung verwendbar ist.
Bei Patienten, die an Nieren- oder LeberStörungen leiden, ist die Blutreinigung durch Vorrichtungen üblich. Derzeit gibt es zwei Typen derartiger Vorrichtungen, nämlich vom Dialysetypus, bei dem ein Dialysediaphragma angewandt wird,
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und vom Adsorptionstypus, bei dem Adsorbentien Anwendung finden. Derzeit werden Vorrichtungen des Dialysetypus häufiger verwendet. Dieser Typ weist jedoch Nachteile auf, dass die Vorrichtung gross dimensioniert und der Vorgang schwierig ist, so dass zur Blutreinigung ein langer Zeitraum benötigt wird. Daher richten sich die Untersuchungen nun mehr der Entwicklung von Vorrichtungen des Adsorptionstypus zu, in denen die vorstehend angeführten Nachteile vermieden sind. Gegenüber dem Dialysetypus weist jedoch der Adsorptionstypus andere Nachteile auf. Die derzeit für den Adsorptionstypus eingesetzten Adsorbentien werden durch Beschichtung von zerkleinerter Kohle hergestellt, die aus Pflanzen stammt (nachstehend als beschichtete zerkleinerte Aktivkohle bezeichnet), beispielsweise aus carbonisierten Kokosnusschalen hergestellte Aktivkohle (nachstehend, als beschichtete Kokosnuss-Aktivkohle bezeichnet). Beschichtete, zerkleinerte Aktivkohle wird beispielsweise durch Eintauchen der Originalkohle in eine Äthylalkohol-Äthyläther-Lösung von Pyroxilin und sodann Trocknung erzeugt. Durch elektronenmikroskopische Untersuchung kann festgestellt werden, dass beschichtete, zerkleinerte Aktivkohle, beispielsweise Aktivkohle, die mit der Pyroxilinlösung, aufgelöst in dem Gemisch aus Äthylalkohol und Äthyläther, beschichtet ist, durch den Pyroxilinfilm nicht gleichmässig überzogen ist und einige unbeschichtete Flächen aufweist, bei denen freier Kohlenstaub vo'rliegt, da die zerkleinerte Aktivkohle eine unregelmässige Form und eine Vielzahl scharfer Ecken und festgelegter Bruchflächen aufweist. Die Randteile derartiger Kohle werden häufig selbst durch leichte Erschütterung ausgebrochen, was zur Bildung von freiem Kohlenstaub führt. Der Kohlenstaub kann bei Behandlung des Blutes mit derartiger Kohle in dem Blut aufgenommen und schliesslich in den inneren Organen abgeschieden
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werden. Das Adsorbens ist üblicherweise mit einem Albuminfilm oder dergleichen über der vorstehend erwähnten Beschichtung überzogen, um eine Verklebung und Koagulation der Blutkomponenten zu vermeiden. Wenn zerkleinerte Kohle verwendet wird, ist es jedoch schwierig, in befriedigender Weise diesen äusseren Überzug sicherzustellen. Daher ergibt sich auch häufig eine Verklebung der Blutplättchen und dergleichen, was auf die grosse Zahl scharfer Vorsprünge und Kanten der Kohle zurückzuführen ist. Somit kann eine zeitweise Verringerung der Blutplättchen nicht vermieden werden.
Es ist zwar eine verbesserte Methodik bekannt, in der die Beschichtung von Kokosnuss-Aktivkohle mit Pyroxilin durch ein Phasentrennverfahren unter Verwendung von Dioxan als Lösungsmittel durchgeführt wird. Wenngleich dieses Verfahren zu einem relativ besseren Beschichtungsfilm und einer erheblich verringerten Menge an freiem Kohlenstaub führen kann, reicht die Menge der Verringerung für die Praxis noch nicht aus und weiter haftet dieser Methodik auch der Nachteil an, dass die Blutkomponenten verkleben. Der grösste Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass eine grosse Menge des schädlichen Dioxans in der Kohle als Rückstandslösungsmittel wegen der Schwierigkeit, dieses zu entfernen, verbleibt, was dazu führt, dass das Dioxan sich notwendigerweise mit dem Blut vermischt.
Wenngleich die beschichtete, zerkleinerte Kohle eine relativ hohe Adsorptionskapazität für Materialien niedrigen Molekulargewichtes aufweist, so zeigt sie doch keine derart hohe Adsorptionskapazität für Materialien mittleren
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Molekulargewichtes.
Das sogenannte "Nierentoxin" im Blut von Patienten, die an einer Nierenfehlfunktion leiden, und deren Blut notwendigerweise gereinigt werden muss, umfasst verschiedenartige Materialien unterschiedlichen Molekulargewichtes. Die Komponenten eines mittleren Molekulargewichtes mit unbekannter chemischer Struktur spielen eine wichtigere Rolle im Vergleich zu denen mit niedrigerem Molekulargewicht.
Es stellt daher einen grossen Nachteil dar, dass die beschichtete zerkleinerte Aktivkohle für Materialien mittleren Molekulargewichtes eine niedrige Adsorptionskapazität aufweist.
Es ist auch eine körnige, bzw. granuläre Aktivkohle bekannt, die durch Vermischung pulverförmiger Kohle mit einem Bindemittel, Granulierung des Gemisches und Carbonisierung zur Aktivierung der resultierenden Körner bzw. des Granulates hergestellt wird. Derartige beschichtete granuläre Aktivkohle ist der beschichteten, zerkleinerten Kohle im Hinblick auf die Ab- bzw. Freisetzung freien Kohlenstaubes, Verklebung des Blutes und die Leichtigkeit der Beschichtung überlegen, die granuläre Aktivkohle weist jedoch eine sehr niedrige Adsorptionskapazität auf. Aus diesem zuletzt angeführten Grund ist diese granuläre Aktivkohle daher für den Einsatz in der Blutreinigung ungeeignet.
Angesichts dieser Umstände ist eine Blutreinigungsvorrichtung des Adsorptionstypus bisher nicht verfügbar gewesen.
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Die Erfinder haben insbesondere die perlen- bzw. kugelförmigen Aktivkohlen und die Möglichkeit studiert, diese als Adsorbens in einer Blutreinigungsvorrichtung einzusetzen. Es ist gefunden worden, dass die kugel- bzw. perlenförmige Aktivkohle leicht durch ein herkömmliches Beschichtungsverfahren ohne Einsatz des Phasentrennverfahrens mit Dioxan beschichtet werden kann, und dass die resultierende beschichtete kugelförmige Aktivkohle überlegene Eigenschaften gegenüber den bekannten Adsorbentien im Hinblick auf die Festigkeit, den freien Kohlenstaub, die entzündliche Asche, das rückständige Lösungsmittel und die Verklebung des Blutes aufweist. Es wurde weiter festgestellt, dass die erfindungsgemässe Kohle eine hohe Adsorptionskapazität für Materialien mittleren Molekulargewichtes aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beschichtete kugel- bzw. perlenförmige Aktivkohle zur Blutreinigung zu schaffen, die durch Beschichtung kugel- bzw. perlenförmiger Aktivkohle mit einem filmbildenden Material hergestellt ist.
Die gemäss der Erfindung zu verwendende kugelförmige Aktivkohle stellt eine Aktivkohle mit nahezu perfekter Kugelform dar, die aus Pech durch Schmelzverformung als Ausgangsmaterial erhalten worden ist, welches ein Verfahren der Verformung geschmolzenen Materials darstellt. Die kugelförmige Aktivkohle unterscheidet sich von herkömmlicher zerkleinerter oder granulierter bzw. körniger Aktivkohle. Insbesondere kann die kugelförmige Aktivkohle beispielsweise durch Zerteilung des Pechs im geschmolzenen Zustand in Wasser
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zur Ausbildung einer Kugel, Überführung der Kugel in den nicht schmelzbaren Zustand und Carbonisierung hergestellt werden. Hinsichtlich einer detaillierten Beschreibung der Herstellung solcher kugelförmiger Aktivkohle wird ausdrücklich auf die japanische Patentpublikationen Nr. 25 117/74 und Nr. 18 879/75, beispielsweise Bezug genommen. Derartige kugelförmige Aktivkohle ist auf dem Markt unter dem Namen "beads-shaped activated carbon("BAC")erhältlich (Warenzeichen, hergestellt und verkauft durch Taiyokaken Kabushiki Kaisha in Japan).
Das filmbildende Material wird unter den Materialien ausgewählt die einen semipermeablen Film ausbilden können. Hier-.für können beispielsweise erwähnt werden, Pyroxilin, Polypropylen, Copolymere aus Vinylchlorid-Vinylidenchlorid, Äthylenglykol-Polymethacrylat, Collagen und dergleichen.
Zur Beschichtung der kugelförmigen Aktivkohle mit filmbildenden Materialien können herkömmliche Verfahren eingesetzt werden. Beispiele derartiger Verfahren umfassen Pfannenbeschichtung, Luftsuspensionsbeschichtung, Sprühtrocknung und dergleichen. Als für die Auflösung des filmbildenden Materais in dem Beschichtungsverfahren einzusetzendes Lösungsmittel sollte möglichst ein Lösungsmittel verwendet werden, das in der Trocknungsstufe leicht entfernt werden kann und eine niedrige Toxizität aufweist, sofern das Lösungsmittel in dem Blut aufgelöst werden sollte.
Im Hinblick hierauf stellt Äthanol ein besonders bevorzugtes Lösungsmittel dar, wenn Pyroxilin als filmbildendes Material herangezogen wird.
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Wenn die beschichtete, kugelförmige Aktivkohle in der Praxis für die Blutreinigung eingesetzt wird, ist es erwünscht, dieses weiter mit einem Film von z.B. Albumin bzw. Eiweiss oder dergleichen auf der Oberfläche des Films der vorstehend erwähnten beschichteten, kugelförmigen Aktivkohle zu überziehen, um die Verklebung und Koagulation des Blutes zu verhindern.
Die beschichtete, kugelförmige Aktivkohle gemäss der Erfindung zeigt eine geringere Menge an freiem Kohlenstaub, an herauszulösender Asche, rückständigem Lösungsmittel und Adsorption und Koagulation der Blutkomponenten, sowie eine hohe Sicherheit im Vergleich zu den bekannten beschichteten Kokoksnuss-Aktivkohlen. Darüberhinaus zeigt die Aktivkohle gemäss der Erfindung eine hohe Adsorptionskapazität für toxische Bestandteile im Blut, eine hohe Funktionalität und es ist im Vergleich zur Kokosnuss-Aktivkohle und der granulären Aktivkohle,sehr leicht,die Beschichtung und Handhabung durchzuführen.
Die Blutreinigung kann somit durch den Einsatz der beschichteten, kugelförmigen Aktivkohle gemäss der Erfindung sicher und wirksam durchgeführt werden.
Die beigefügte Zeichnung stellt einen Auftrag des Adsorptionsspektrums dar, welches die Adsorptionskapazität der kugelförmigen Aktivkohle gemäss der Erfindung (I) (gezeigt durch eine durchgezogene Linie) im Vergleich zu derjenigen von beschichteter Kokosnuss-Aktivkohle (II) (dargestellt durch die' gepunktete Linie), beschichteter granulärer Aktivkohle (A) (gezeigt durch die unterbrochene Linie) und beschichteter
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granulärer Aktivkohle (B) (gezeigt durch die Kettenlinie) veranschaulicht.
Die Erfindung ist durch die folgenden Beispiele und Versuche weiter veranschaulicht.
Beispiel 1
Zu 5 g Pyroxilin wurden 200 ml absolutes Äthanol hinzugegeben und das Gemisch wurde in einer Homogenisiervorrichtung zur Mikronisierung vermischt. Hiernach wurden 800 ml absolutes Äthanol zu der Lösung hinzugegeben. Die Lösung wurde in ausreichender Weise vermischt und während 24 Stunden unter Erzeugung einer 0,5 %-igen Sprühlösung stehen gelassen.
Es wurden 500 g kugelförmige Aktivkohle (BAC) eines durchschnittlichen Durchmessers von 0,6 mm in eine Beschichtungspfanne einer Tiefe von 25 cm, eines äusseren Durchmessers von 30 cm und einer Bohrung von 17 cm eingebracht. Die Aktivkohle wurde durch Versprühung von 500 ml der Sprühlösung unter Rotationsverblasung beschichtet. Die beschichtete Aktivkohle wurde sodann bei 80 C während 2 Tagen unter Erhalt der beschichteten,kugelförmigen Aktivkohle getrocknet.
Die resultierende, beschichtete, kugelförmige Aktivkohle wurde in Wasser zur Entblasung unter verringertem Druck eingetaucht und durch Dampf unter Druck sterilisiert. Das sterilisierte Material wurde sodann in ein Kunststoffgefäss zur Reinigung des Blutes eingebracht, wobei das Gefäss einen
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Durchmesser von 3 cm, eine Höhe von 7 cm und ein Volumen von 50 ml aufwies, und mit zwei Filtern an dessen oberen und unteren Ende ausgestattet war. Das Gefäss wurde mit physiologischer Kochsalzlösung beschickt, welche sodann durch 80 ml einer 0,5 %-igen physiologischen Albumin-Salzlösung ersetzt wurde. Nach Stehen über Nacht wurde die Aktivkohle mit physiologischer Kochsalzlösung gewaschen. Das Blut wurde durch dieses Gefäss zur Reinigung des Blutes durchgeführt.
Beispiel 2
Die gleiche Methodik wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass anstelle von Pyroxilin Äthylenglyko!polymethacrylat (vertrieben unter dem Warenzeichen "HYDRON" ) verwendet wurde.
Versuch
Die beschichtete kugelförmige Aktivkohle, die gemäss Beispiel 1 erhalten worden war, wurde Versuchen zur Ermittlung von deren Eigenschaften unterworfen.
Die beschichtete Kokosnuss-Aktivkohle, die als Kontrolle in diesem Versuch herangezogen worden war, wurde durch Beschichtung handelsüblicher Kokosnuss-Aktivkohle mit Pyroxilin nach dem Phasentrennverfahren erzeugt. Die beschichtete granuläre Aktivkohle (A) und (B) wurde jeweils
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durch Beschichtung zweier granulärer Aktivkohlen (A) und (B), die unter den handelsüblichen ausgewählt worden waren, mit Pyroxilin nach der Methodik des vorhergehenden Beispiels 1 erzeugt.
1. Menge an freiem Kohlenstaub
10 g beschichteter kugelförmiger Aktivkohle wurden in ein konisches 200 ml-Gefäss eingebracht. In das Gefäss wurde physiologische Kochsalzlösung hinzugegeben, die zuvor zweimal mit einem Milliporenfilter mit 0,45 .u filtriert worden war. Der Inhalt wurde unter verringertem Druck entgast und zur Entfernung überschüssigen Wassers dekantiert. Sodann wurden 150 ml filtrierter, physiologischer Kochsalzlösung hinzugegeben und das Gemisch wurde während 45 Minuten bei 130 Upm in einem Inkubator geschüttelt. Nach der Schüttelung wurde die Zahl bzw. das Ausmass an freiem Kohlenstaub mit einer Grosse von mehr als 1,2 ,u durch einen Coolter-Zähler bestimmt. Als Kontrolle wurde herkömmliche, beschichtete, zerkleinerte Kokosnuss-Aktivkohle herangezogen. Das Ergebnis ist nachstehend aufgeführt.
Zahl an freiem Kohlenstaub pro ml
beschichtete, kugelförmige Aktivkohle
beschichtete, zerkleinerte Kokosnuss-Aktivkohle
0 - 200 3000 - 5000
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2. Adsorptionskapazität
Jeweils 2 g beschichteter, kugelförmiger Aktivkohle wurden in Gefässe eingebracht. Es wurden in die Gefässe jeweils 200 ml physiologischer Phosphorsäurepufferlösung, die 20 mg/ml Materialien verschiedenartigen Molekulargewichtes jeweils enthielten, eingebracht und die jeweiligen Gemische wurden bei 115 Upm während 2 Stunden in einem Inkubator geschüttelt. Sodann wurde jeweils die Adsorptionskapazitat bestimmt. Die beschichtete, zerkleinerte Kokosnuss-Aktivkohle und die beschichtete granuläre Aktivkohle (A) und (B) wurden als Kontrollen herangezogen. Die Ergebnisse der Bestimmung sind in dem grafischen Schema der beigefügten Zeichnung wiedergegeben, wobei das Molekulargewicht auf der horizontalen Achse und die Adsorptionskonzentration (mg/dl) auf der vertikalen Achse wiedergegeben sind. Wie aus dem Diagramm klar hervorgeht, besitzt die beschichtete kugelförmige Aktivkohle gemäss der Erfindung nicht nur eine hohe Adsorptionskapazität im Hinblick auf Materialien niedrigen Molekulargewichtes, sondern auch hinsichtlich von Materialien mit mittlerem Molekulargewicht. Andererseits zeigt die beschichtete, zerkleinerte Kokosnuss-Aktivkohle eine erheblich höhere Adsorptionskapazität für die erstgenannten Materialien, jedoch nicht für die zuletzt genannten Materialien. Die beschichtete, granuläre Aktivkohle (A) und (B) zeigt eine niedrige Adsorptionskapazität der ersteren Materialien und kaum eine Adsorptionskapazität für das letztere Material.
In dem Nierentoxin, das bei Patienten, die an einer
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Nierenfehlfunktion leiden, vorliegt, spielen die Substanzen mittleren Molekulargewichtes mit unbekannter chemischer Struktur die wesentliche Rolle, gegenüber den Substanzen mit relativ niedrigem Molekulargewicht, wie beispielsweise Harnstoff, Kreatin, Harnsäure und dergleichen. Es wird angenommen, dass die bemerkenswerte Nervours-Verletzung hauptsächlich durch Substanzen mittleren Molekulargewichtes hervorgerufen wird. Daher ist es ein grosser Vorteil der beschichteten, kugelförmigen Aktivkohle gemäss der Erfindung, dass diese Aktivkohle eine hohe Adsorptionskapazität für Materialien mittleren Molekulargewichtes bei der Blutreinigung aufweist.
3. Verklebung der Blutkomponenten
Jeweils 10 g beschichteter, kugelförmiger Aktivkohle und anderer beschichteter, kugelförmiger Aktivkohle, welche weiter mit Albumin überzogen worden war, wurden jeweils in Säulen eingebracht. Durch diese Säulen wurden jeweils 25 ml des Blutes mit einer Geschwindigkeit von 25 ml/min, hindurchgeführt. Der gleiche Vorgang wurde 25 mal wiederholt. 100 ml physiologischer Kochsalzlösung und hiernach jeweils 100 ml destillierten Wassers wurden hindurchgeführt. Die jeweiligen Aktivkohlen wurden aus den Säulen herausgenommen und lyophilisiert. Die Verklebung der Blutkomponenten wurde durch Untersuchung der Oberfläche mit einem Elektronenmikroskop untersucht. Sowohl beschichtete zerkleinerte Kokosnuss-Aktivkohle und andere beschichtete, zerkleinerte Koskosnuss-Aktivkohle, die weiter mit Albumin überzogen worden war, wurden als Kontrollen herangezogen.
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Verklebung der Verklebung der Blutplättchen Blutkorpuskeln
Beschichtete, kugelförmige Aktivkohle + -
Ditto, jedoch weiter mit
Albumin überzogen - -
Beschichtete, zerkleinerte Kokosnuss-Aktiv- , , kohle
Ditto, jedoch weiter mit
Albumin überzogen -
In dieser Tabelle bedeutet: - keine Verklebung, + eine geringe Verklebung, + beträchtliche Verklebung und ++ gibt eine Verklebung in einem Ausmass wieder,dass die Oberfläche bedeckt ist.
4. Rückständiges Lösungsmittel
Lediglich eine Menge von etwa 150 bis etwa 200ppm Äthanol war in der beschichteten, kugelförmigen Aktivkohle des vorhergehenden Beispiels 1 verblieben. Das Äthanol konnte in dem Blut nicht festgestellt werden, nachdem das Blut mit dieser beschichteten, kugelförmigen Aktivkohle behandelt worden war. Andererseits, im Fall der beschichteten, zerkleinerten, Kokosnuss-Aktivkohle, welche durch das Phasentrennverfahren unter Einsatz von Dioxan als Lösungsmittel hergestellt worden ist, betrug das rückständige Dioxan bis
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zu etwa 50.000 ppm, ungeachtet erheblicher Anstrengungen zur Entfernung des Dioxans durch beispielsweise Vakuumtrocknung oder Gefriertrocknung. Selbst wenn die Aktivkohle bei hoher Temperatur im Bereich von 80 bis 120°C während 10 Tagen getrocknet worden war, verblieben etwa 20.000 ppm Dioxan. Dieses Dioxan wird allmählich in das Blut abgegeben, wenn das Blut mit einer solchen beschichteten, zerkleinerten Kokosnuss-Aktivkohle behandelt wird.
5. Beladungsvolumen
Je grosser das Volumen der Beladung ist, um so grosser .ist die Menge des Blutes, die aus dem Körper herausgeführt wird, und das Risiko wird dementsprechend erhöht. Das Beladungsvolumen kann einen so kleinen Wert wie etwa 60 bis 100 ml darstellen, wenn die beschichtete, kugelförmige Aktivkohle gemäss der Erfindung als Adsorbens verwendet wird, während die Menge etwa 400 ml bei Verwendung einer künstlichen Niere des herkömmlichen Dialysetypus beträgt.
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Claims (6)

  1. - 15 -
    PATENTANSPRÜCHE
    Beschichtete, kugelförmige Aktivkohle zur Blutreinigung, dadurch gekennzeichnet , dass sie durch Beschichtung von kugelförmiger Aktivkohle mit einem fumbildenden Material erhalten worden ist, die aus Pech als Ausgangsmaterial durch Schmelzverformung erzeugt worden ist.
  2. 2. Beschichtete, kugelförmige Aktivkohle nach Anspruch
    1, dadurch gekennzeichnet , dass das filmbildende Material semipermeabel ist.
  3. 3. Beschichtete, kugelförmige Aktivkohle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das semipermeable Material unter Pyroxilin, Polypropylen, Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Copolymeren, Äthylenglykol-polymethacrylat und Collagen ausgewählt worden ist.
  4. 4. Beschichtete, kugelförmige Aktivkohle nach Anspruch
    2, dadurch gekennzeichnet , dass das semipermeable Material Pyroxilin darstellt.
  5. 5. Beschichtete, kugelförmige Aktivkohle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass auf die Oberfläche des Films der beschichteten kugelförmigen Aktivkohle zusätzlich
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    eine Beschichtung bzw. ein Überzug aus Albumin aufgebracht ist.
  6. 6. Beschichtete, kugelförmige Aktivkohle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmige Aktivkohle durch Zerteilung von Pech im Schmelzzustand in Wasser unter Ausbildung von Kugeln, deren Überführung in den nicht schmelzbaren Zustand und Carbonisierung hergestellt worden ist.
    6098·-:? / 1 0B6
DE2627824A 1975-06-23 1976-06-22 Beschichtete, kugelförmige aus Pech durch Schmelzverformung erzeugte Aktivkohle Expired DE2627824C3 (de)

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