DE2645605A1

DE2645605A1 - Gepraegtes, langgestrecktes stuetz- bzw. tragelement fuer einen wickeldialysator

Info

Publication number: DE2645605A1
Application number: DE19762645605
Authority: DE
Inventors: Ferris E Newman
Original assignee: Baxter Travenol Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1975-10-08
Filing date: 1976-10-08
Publication date: 1977-04-21
Also published as: JPS5279599A; FR2326960A1; BE847114A; NL7611065A; ZA765969B; IL50624A0; AU1845976A; US4053417A; ES452243A1; GB1538878A

Description

Baxter Travenol Laboratories, Inc. Deerfield, 111.,

8. Oktober 1976

Geprägtes, langgestrecktes Stütz- bzw. Tragelement für einen Wickeldialysator

Die Erfindung bezieht sich auf Wickel(blut)dialysatoren oder Membrandiffusionsvorrichtungen zur Verwendung bei künstlichen Nierensystemen und betrifft insbesondere ein geprägtes Membran-Trage leinen t zur Verwendung bei solchen Geräten.

WickeIdialysatoren für künstliche Nieren, z.B. derjenige gemäß der US-PS 3 743 o98, weisen eine langgestreckte, schlauchförmige, halbdurchlässige Membran und ein Membran-Stütz- oder Tragelement auf, die gemeinsam um einen zylindrischen Kern herumgewickelt sind. Das von einem Patienten stammende Blut fließt dabei innerhalb der Membran durch den Dialys^ator hindurch, während die Dialyselösung den Dialysator in Querrichtung dazu durchströmt. Die Dialyselösung strömt hierbei zwischen den Windungen oder Wicklungslagen der Membran und des Tragelementes hindurch, so daß sie mit der Membran in Berührung steht und die Körper-Abfall- oder Ausscheidungsprodukte aus dem Blut aufnimmt.

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Der Membranträger gemäß US-PS 3 743 o98 ist ein durchlöchertes bzw. perforiertes Sieb. In jüngster Zeit sind dagegen weniger aufwendig geprägte Tragelemente entwickelt worden, die eine unperforierte Mittellage bzw. einen Mittelsteg aufweisen, welche(r) auf beiden Seiten Stützrippen jeweils gleicher Höhe trägt. Die Rippen liegen an der Membran an und richten diese im Dialysator aus, wobei sie gleichzeitig zwischen Tragelement und Membran Strömungskanäle für die Dialyselösung bilden.

Die Membran besteht aus Zellophan (d.h. Zellglas) oder einem Zellulosederivat, beispielsweise dem unter der Handelsbezeichnung Cuprophan vertriebenen Material. Derartige Werkstoffe besitzen die Eigenart, sich in Querrichtung ungefähr dreimal so stark zu dehnen wie in Längsrichtung. Bei Verwendung der geprägten Tragelemente kann angenommen werden, daß infolge der Querdehnung der Membran deren Seiten- und Längskanten mit dem Lagenmaterial bzw. Steg des Tragelementes in Berührung kommen können, wodurch die Wirksamkeit des Dialysators wegen der Behinderung der Strömung der Dialyselösung herabgesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten geprägten Tragelementes, das die Seiten- und Längskanten oder Membran an einer Berührung mit dem Tragelement-Steg hindert.

Diese Aufgabe wird bei einem geprägten, langgestreckten, flexiblen Tragelement zur Verwendung bei einem Wickel-

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dialysator zur Unterstützung einer langgestreckten, halbdurchlässigen Membran, die sich durch größere Dehnung in Querrichtung als in Längsrichtung auszeichnet, erfindungsgemäß gelöst durch eine langgestreckte, unperforierte und undurchlässige Lage bzw. Steg, durch an der einen Seite des Stegs vorgesehene Mittel in Form einer Vielzahl von abgewinkelten bzw. schrägen Rippen, die an der Membran angreifen und sie unterstützen und zusammen mit ihr eine Vielzahl von schräg verlaufenden Strömungskanälen bilden, und durch an der anderen Seite des Stegs vorgesehene Mittel in Form einer Vielzahl von höheren unterbrochenen Rippen und einer Vielzahl von flacheren unterbrochenen Rippen, die in längsverlaufenden Reihen und in jeder Reihe auf Abstand voneinander angeordnet sind, wobei sich die Reihen der flacheren unterbrochenen Rippen zwischen den Reihen der höheren unterbrochenen Rippen befinden und durch die Abstände zwischen den Rippen einer Reihe gemeinsam sinusförmige bzw. gewundene Strömungskanäle durch die Rppenreihen hindurch gebildet sind und wobei die Höhen der unterbrochenen Rippen und der schrägen Rippen so gewählt sind, daß eine Berührung zwischen der Membran und dem Steg effektiv verhindert wird.

Mit der Erfindung wird also ein geprägtes Tragelement geschaffen, das so ausgebildet ist, daß die Seiten und Längskanten der Membran an einer Berührung seines Stegs gehindert werden.

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Neben dem Steg weist das Tragelement an dessen einer Seite längsverlaufende Reihen von hohen und flachen unterbrochenen (skip) Rippen und an der anderen Seite des Stegs unter einem Winkel verlaufende bzw. schräge Rippen auf. Membran und Tragelement sind zu einem Wickel gerollt, wobei die unterbrochenen Rippen zahlreiche sinusförmige bzw. gewundene Strömungskanäle für den Durchfluß der Dialyselösung längs der einen Seite der Membran festlegen, während die schrägen Rippen abgewinkelte Strömungskanäle für den Durchfluß der Dialyselösung an der anderen Seite der Membran bilden.

Die höheren unterbrochenen Rippen besitzen eine größere Höhe als die schrägen Rippen, so daß sie die Dehnung der Membran auffangen und deren Seiten an einer Berührung mit dem Steg hindern. Die niedrigeren oder flacheren unterbrochenen Rippen sind dabei kürzer als die höheren unterbrochenen 2ippen und jeweils in Reihen angeordnet, die zwischen den Reihen der höheren unterbrochenen Rippen liegen. Diese kürzeren Rippen hindern die oberen und unteren Längskanten oder -ränder der Membran an einer Berührung mit dem Steg und somit an einer Blockierung der gewundenen Strömungskanäle .

Durch die Festlegung der Höhe aller Rippen wird also eine Berührung zwischen Membran und Tragelement-Steg verhindert. Zudem besitzen alle Rippen abgerundete Spitzen, so daß sie mit sanftem übergang an der Membran anliegen und eine Beschädigung derselben weitgehend vermeiden.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

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Es zeigen :

Fig. 1 eine auseinandergeζogene perspektivische Teilansicht eines Wickeldialysators zur Veranschaulichung der schlauchform!gen, halbdurchlässigen Membran und des geprägten Tragelementes, die gemeinsam um einen zylindrischen Kern herumgewickelt sind,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen

Teilschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, welcher den Oberteil der an der einen Seite durch die unterbrochenen Rippen und an der anderen Seite durch die schrägen Rippen unterstützten Membran veranschaulicht, und

Fig. 3 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Aufsicht auf einen Teil der die unterbrochenen Rippen tragenden Seite des Tragelements «

In den Figuren ist eine Membrandiffusionsvorrichtung 1o, etwa ein Wickeldialysator, der bei künstlichen Nierensystemen verwendeten Art dargestellt. Der Dialysator weist einen hohlen zylindrischen Kern 12 auf, auf den ein langgestrecktes, flexibles Tragelement 14 und eine flache, schlauchform!ge, halbdurchlässige Membran 16 aufgewickelt sind. Tragelement und Membran sind dabei gemeinsam in der Weise gewickelt, daß beide Seiten der Membran vom Tragelement 14 unterstützt werden und mit diesem in Berührung stehen.

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Die aus Zellophan bzw. Zellglas oder einem Zellulosederivat (etwa dem unter der Handelsbezeichnung Cuprophan vertriebenen Material) bestehende Membran 16 dient als Leitung für das den Dialysator durchströmende Blut. Zellglas-Membranen besitzen die Eigenart, daß sie sich in mit Flüssigkeit gefülltem Zustand in Querrichtung etwa dreimal stärker dehnen als in Längs- oder Blutströmungsrichtung. Beim dargestellten Dialysator ist die Membran schlauchförmig und zu einem länglichen Querschnitt zusammengelegt, der lotrechte Seitenwände 16a und 16b sowie längsverlaufende Ober- und Unterkanten 16 c bzw. 16d besitzt. Das Einlaßende 18 der Membran ist am Kern 12 befestigt, und ein das Blut vom Patienten führender Bluteinlaßschlauch 2o durchsetzt die Wand des Kerns 12 und ist mit seinem einen Ende mit dem Membran-Einlaßende 18 verbunden. Das nicht dargestellte Auslaßende der Membran liegt radial auswärts vom Kern 12 entfernt und ist mit einem nicht gezeigten Auslaßschlauch verbunden, über den das behandelte Blut zum Patienten zurückgefördert wird.

Das Tragelement 14 besteht aus einem flexiblen, geprägten bzw. gepressten Element aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material, wie Polypropylen oder mitteldichtem (medium density) Polyäthylen. Das Tragelement ist geringfügig breiter und länger als die Membran, so daß es eine vollständige Unterstützung der Membran gewährleistet.

Das Tragelement weist einen zentralen, unperforierten Steg bzw. eine Lage 22, zahlreiche an der einen Seite des Stegs vorgesehene, nach außen abstehende, abgewinkelte

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bzw. schräge Rippen, wie die Rippen 24 und 26, und zahlreiche an der anderen Seite des Stegs ausgebildete längsverlaufende Reihen von höheren unterbrochenen (skip) Rippen 28 und 3o sowie flacheren unterbrochenen Rippen und 34 auf, Das eine Ende des Tragelementes 14 ist am Kern 12 befestigt. Da hierbei das Tragelement zusammen mit der Membran um den Kern herumgewickelt ist, wird die Membran beidseitig vom Tragelement unterstützt.

Die mit abgerundeten Spitzen versehenen schrägen Rippen, z.B. die Rippen 24 und 26, verlaufen unter einem Winkel von 45 bis 6o und vorzugsweise von etwa 45 von der unteren Längskante des Stegs zu dessen Oberkante. Die praktisch parallel zueinander verlaufenden Rippen besitzen einen gegenseitigen Abstand von etwa 1,5 bis 2,5 mm und vorzugsweise von etwa 2,ο mm. Die Höhe der schrägen Rippen beträgt etwa o,25 bis o,5o mm und vorzugsweise etwa o,46 mm.

Bei dieser Anordnung bilden die schrägen Rippen zusammen mit der Membran eine Vielzahl von diagonal verlaufenden, schrägen oder abgewinkelten Strömungskanälen 36. Infolge der durchgehenden Ausbildung und der abgewinkelten Anordnung der schrägen Rippen wird eine durch Querdehnung hervorgerufene Berührung zwischen Membran und Steg verhindert, während durch die Höhe der Rippen bei einer Längsdehnung der Membran eine solche Berührung verhindert wird. Die schrägen Rippen dienen somit dazu, eine Be-

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rührung zwischen Membran und Tragelement-Steg zu verhindern und die Membran auf Abstand vom Steg zu halten.

Jede Reihe der höheren unterbrochenen Rippen umfaßt eine Vielzahl von intermittierend auf Abstände verteilten, längs ausgerichteten und einen dreieckigen Querschnitt besitzenden Rippen oder Segmenten, wie sie bei 28a, 28b, 3oa, 3ob angedeutet sind.

Diese Reihen sind derart gegeneinander versetzt, daß die Rippe 28b der einen Reihe der Lücke zwischen den Enden von zwei Rippen 3ob und 3oa einer anderen Reihe gegenüberliegt. Durch diese Längsreihenanordnung wird der Blutstrom in Längsrichtung verbessert, während durch die Abstandsverteilung und die gegeneinander versetzte Anordnung der Rippen zahlreiche lotrecht verlaufende, sinusförmige bzw. gewundene Strömungsbahnen oder -kanäle, wie der Kanal 38, durch die Rippenreihen hindurch festgelegt werden. Der Abstand zwischen den Längsreihen der höheren unterbrochenen Rippen liegt bei etwa 3,o5 bis 3,56 mm und vorzugsweise bei etwa 3,2o mm. Dieser Abstand ist größer als derjenige zwischen den schrägen Rippen.

Jede höhere unterbrochene Rippe besitzt eine Länge von etwa 4,ο mm und an der Basis eine Breite von etwa 1,6 mm.

Die höheren unterbrochenen Rippen sind höher als die schrägen Rippen, d.h. ihre Höhe beträgt etwa o,71 bis o,97 mm und vorzugsweise etwa o,86 mm. Der Abstand zwischen den Enden dieser höheren Rippen beträgt etwa 1,52 bis 2,54 mm und vorzugsweise etwa 2,ο mm. Bei der dargestellten

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Ausführungsform sind die höheren unterbrochenen Rippen so angeordnet, daß sie die einwärts weisende Seitenwand 16a der Membran berühren. Dabei wird eine Längsdehnung der Membran durch die Länge der unterbrochenen Rippen und durch den Abstand zwischen benachbarten unterbrochenen Rippen derselben Reihe aufgefangen. Andererseits könnte eine Querdehnung der Membran zu einem Durchsacken derselben zwischen den Rippenreihen führen, doch reicht hierbei die Höhe der unterbrochenen Rippen aus, eine Berührung der Membran mit dem Steg zu verhindern. Die höheren unterbrochenen Rippen sind höher als die schrägen Rippen, weil der Durchhang bzw. das Durchsacken der Membran zwischen den Reihen der unterbrochenen Rippen in stärkerem Maß auftritt als zwischen den Reihen der schrägen Rippen.

Jede Reihe der flacheren unterbrochenen Rippen umfaßt eine Vielzahl von intermittierend bzw. gleichmäßig auf Abstand verteilten, längsverlaufenden und einen dreieckigen Querschnitt besitzenden Rippen bzw. Segmenten 32a, 32b, 32c, 34a, 34b und 34c. Jede Reihe dieser Rippen ist dabei in der Mitte zwischen zwei Reihen der höheren unterbrochenen Rippen angeordnet. Die flacheren Rippenreihen verlaufen im wesentlichen parallel zu den Reihen der höheren unterbrochenen Rippen, und diese flacheren Rippen sind zudem so angeordnet, daß sie jeweils einer Lücke zwischen den Rippen einer der beiden benachbarten Reihen höherer unterbrochener Rippen

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gegenüberliegen. Beispielsweise liegt das flachere Rippensegment 32a der zwischen den höheren Rippen 3oa und 3ob gebildeten Lücke gegenüber, während das flachere Rippensegment 32b der Lücke zwischen den höheren Rippen 28b und 28a gegenüberliegt. Die Anordnung der flacheren unterbrochenen Rippensegmente in Gegenüberstellung zu den Lücken in den Reihen der höheren Rippen trägt ebenfalls zur Bildung der gewundenen Strömungskanäle für die Dialyselösung bei.

Die flacheren unterbrochenen Rippen sind kürzer als die schrägen Rippen und als die höheren unterbrochenen Rippen; ihre Höhe beträgt dabei etwa o,25 bis o,5o mm und vorzugsweise etwa o,38 mm. Jede flachere Rippe ist etwa 1,57 mm lang und an der Basis etwa o,64 mm breit. Der Abstand zwischen aneinander angrenzenden flacheren unterbrochenen Rippen beträgt etwa o,97 mm.

Die flacheren unterbrochenen Rippen, wie die Rippe 32b, vermögen besonders wirkungsvoll die obere oder untere Längskante, z.B. 16c, der Membran an einer Berührung mit dem Steg zwischen benachbarten Reihen der höheren unterbrochenen Rippen zu hindern, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. In bevorzugter Ausführungsform ist die Lage bzw. der Steg etwa o,1 mm dick, und die schrägen Rippen sind etwa o,46 mm und die höheren unterbrochenen Rippen etwa o,86 mm hoch/ so daß die Gesamtdicke des Tragelements etwa 1,42 mm beträgt. Bei dieser Konstruktion wird zwischen dem Steg und der Membran ein Zwischenraum von etwa o,13 mm aufrechterhalten.

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Es hat sich herausgestellt, daß durch die so festgelegte Höhe der höheren und flacheren unterbrochenen Rippen und der schrägen Rippen die Seitenwände bzw. -flächen sowie die Längskanten der Membran effektiv an einer Berührung mit dem Steg des Tragelements gehindert werden können. Außerdem hat es sich gezeigt, daß der Abstand zwischen den Reihen der unterbrochenen Rippen dem Abstand zwischen den schrägen Rippen proportional angepaßt sein muß, damit auf beiden Seiten der Membran effektiv jeweils eine praktisch gleich große Dialyselösungsströmung aufrechterhalten wird und die Drücke des Bluts und dieser Lösung gesteuert werden können.

Selbstverständlich sind dem Fachmann zahlreiche Änderungen und Abwandlungen der vorstehend offenbarten Ausführungsform der Erfindung möglich, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.

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Claims

Baxter Travenol Laboratories, Inc. Deerfield, 111.,

8. Oktober 1976

Patentansprüche

Geprägtes, langgestrecktes, flexibles Tragelement, zur Verwendung bei einem Wickeldialysator zur Unterstützung einer langgestreckten, halbdurchlässigen Membran, die sich durch größere Dehnung in Querrichtung als in Längsrichtung auszeichnet, gekennzeichnet durch eine langgestreckte,, unperforierte und undurchlässige Lage bzw. Steg (22), durch an der einen Seite des Stegs vorgesehene Mittel in Form einer Vielzahl von abgewinkelten bzw. schrägen Rippen (z.B. 24, 26), die an der Membran (16) angreifen und sie unterstützen und zusammen mit ihr eine Vielzahl von schräg verlaufenden Strömungskanälen (36) bilden, und durch an der anderen Seite des Stegs vorgesehene Mittel in Form einer Vielzahl von höheren unterbrochenen Rippen (z.B. 28a, 28b, 3oa, 3ob) und einer Vielzahl von flacheren unterbrochenen Rippen (z.B. 32a-c, 34a-c), die in längsverlaufenden Reihen (28 - 34) und in jeder Reihe auf Abstand voneinander angeordnet sind, wobei sich die Reihen der flacheren unterbrochenen Rippen zwischen den Reihen der höheren unterbrochenen Rippen

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befinden und durch die Abstände zwischen den Rippen einer Reihe gemeinsam sinusförmige bzw. gewundene Strömungskanäle durch die Rippenreihen hindurch gebildet sind, und wobei die Höhen der unterbrochenen Rippen und der schrägen Rippen so gewählt sind, daß eine Berührung zwischen der Membran und dem Steg effektiv verhindert wird.
2. Tragelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran obere und untere Längskanten aufweist und daß die flacheren unterbrochenen Rippen so angeordnet sind, daß sie eine Berührung dieser Kanten oder Ränder mit dem Steg verhindern.
3. Tragelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die höheren unterbrochenen Rippen eine größere Höhe besitzen als die schrägen Rippen und daß die flacheren unterbrochenen Rippen niedriger ,sind als die höheren unterbrochenen Rippen.
4. Tragelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede flachere unterbrochene Rippe jeweils einer Lücke zwischen zwei höheren unterbrochenen Rippen in einer benachbarten Reihe gegenüberliegt.
5. Tragelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen eine solche Größe und eine solche Form besitzen, daß sie zusammen mit der Membran Strömungskanäle festlegen, die praktisch gleich große Durchsatzmengen gewährleisten.

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