DE2848601C2

DE2848601C2 - Dialysemembranhohlfaden mit stabilisierter Wanddicke

Info

Publication number: DE2848601C2
Application number: DE2848601A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Bandel; Gustav 5600 Wuppertal Dünweg; Werner Dipl.-Chem. Dr. Henne
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo Patente 5600 Wuppertal De GmbH
Priority date: 1978-10-02
Filing date: 1978-11-09
Publication date: 1990-09-13
Also published as: DE2848601A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Hohlfadens mit durchgehendem Hohlraum.

Aus der DE-PS 7 36 321 ist ein Hohlfaden aus regenerierter Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, mit einem durchgehenden Hohlraum bekannt.

Aus der US-PS 32 28 877 ist es bekannt, daß die nach der genannten DE-PS 7 36 321 hergestellten Hohlfäden als Dialysemembranen und als Membranen zur umgekehrten Osmose geeignet sind.

Aus der US-PS 38 88 771 sind Hohlfäden aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, bekannt, die eine definierte Membranstruktur aufweisen und entlang der gesamten Achse der Faser eine gleichmäßige Wandstärke und einen genau kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Die Effektivität einer Dialysemembran hängt unter anderem bei der Hämodialyse von dem Verhältnis Austauschfläche zum Volumen und von der Konzentrationsdifferenz zwischen den Membranwandseiten ab.

Es hat sich erwiesen, daß die Clearance der Stoffwechselmetabolite in erheblichem Maß von der Wanddicke abhängt, so daß man sich bereits bemühte,

über möglichst dünne Membranen zu verfugen. Der

Verringerung der Wanddicke sind jedoch Grenzen

gesetzt, weil die notwendige Stabilität bei geringen

Wanddicken äußerst unsicher wird und die Hohlfäden

zur Flachlegung neigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine

ίο Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Hohlfadens mit durchgehendem Hohlraum so zu gestalten, daß bei ausreichender Stabilität und gleicher Cellulosemenge im Hohlfadenquerschnitt die Clearance für Stoffwechsel metabolite gesteigert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Hohlfadendialysemembran der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Fadenquerschnitt senkrecht zur Fadenachse so ausgebildet ist, daß die Wand der Hohlfaser längs ihres Umfangs mindestens einmal kontinuierlich bis zu einer Maximaldicke zunimmt und bis zu einer Minimaldicke abnimmt

Überraschend war es festzustellen, daß die erfindungsgemäßen Hohlfäden gegenüber Hohlfäden nach dem Stande der Technik bei unveränderter Austauschfläche und Cellulosemenge im Hohlfadenquerschnitt lediglich durch die erfindungsgemäße Verteilung der Cellulosemassen über den Querschnitt eine deutlich erhöhte Clearance für Stoffwechselmetabolite ergaben.

Die dickeren Stellen der Hohlfadenmembran ergeben ein stabilisierendes Gerüst für die dünneren Membranteile, ohne auf deren Permeabilität verzichten zu müssen. Das Lumen kann vielgestaltig geformt sein, beispiels weise kreisförmig, elliptisch, dreieckig, viereckig oder auch vieleckig, wobei die Ecken herstellungsbedingt mehr oder weniger abgerundet sind. In Ausgestaltung der Erfindung weisen bei mehrfacher Zu- und Abnahme der Wanddicke die Bereiche mit Maximaldicke bzw. mit Minimaldicke jeweils etwa gleiche Abstände auf dem Umfang auf. Insbesondere erhält man dadurch hervorragend stabilisierte Hohlfaden bei drei-, vier- und vieleckigen Lumenausbildungen. Die entstehenden Querschnittsformen können symmetrisch oder asymme trisch ausgebildet sein.

Für die Ausbildung einer guten Stabilisierung ist es besonders vorteilhaft, daß alle Bereiche mit Maximaldicke bzw. mit Minimaldicke untereinander gleich dick sind.

so Bei der Hämodialyse werden besonders gern Hohlfäden mit kreisförmigen Querschnitten eingesetzt. Hier lassen sich in bevorzugter Weise Dialysehohlfäden realisieren, die so gestaltet sind, daß die Wanddicke des Hohlfadens so zu- und abnimmt, daß Fadenumfang und Hohlraumumfang im wesentlichen kreisförmig vorliegen und die Mittelpunkte dieser beiden Kreise einen Abstand voneinander aufweisen. Der Abstand der Mittelpunkte entspricht 20 bis 80% der Radiendifferenz beider Kreise, vorzugsweise 40 bis 60%.

Bei den bekannten Dialysehohlfäden, insbesondere bei solchen, deren Querschnittsform als kreisförmig bezeichnet wird, läßt sich die Wanddicke nur dann reduzieren, wenn auch der Durchmesser des Hohlfadens entsprechend verringert wird. Oberhalb eines Verhält nisses von Hohlraumdurchmesser zu Wanddicke von etwa 10, insbesondere ab einem Verhältnis von 25, ist der Hohlfaden instabil und neigt dazu, sich flachzulegen, was bei der Hämodialyse zur Störung des Blutdurchflus-

sesführt

In Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Verhältnis von Hohlraumdurchmesser zur Minimaldicke der Wand 25 bis 80, vorzugsweise 40 bis 60. Die Minimaldicke der erfindungsgemäßen Hohlfaden beträgt in bevorzugter Weise 3 bis 9 um. Das Verhältnis von Maximaldicke zu Minimaldicke der Hohlfadenwand beträgt in bevorzugter Ausführungsform der Erfindung 2 bis 6.

In den F i g. 1 bis 3 sind erfindungsgemäße Dialysehohlfäden dargestellt, wobei darauf hingewiesen wird, daß die Maßverhältnisse bewußt übertrieben gezeichnet wurden, um die wesentlichen Merkmale der Erfindung zu verdeutlichen.

F i g. 1 zeigt einen Hohlfaden mit kreisförmigem Hohlraum und kreisförmigem Fadenquerschnitt. Die Mittelpunkte beider Kreise sind im Abstand voneinander angeordnet, so daß deutlich sichtbar ein Bereich von meximaler Wanddicke kontinuierlich in einen Bereich minimaler Wanddicke übergeht 1 ist die aur regenerierter Cellulose bestehende Hohlfadenwand, während 2 den Hohlraum darstellt

F i g. 2 zeigt einen Hohlfaden mit dreieckigem Lumen, wobei die Ecken abgerundet sind. Maximaldicken und Minimaldicken sind in etwa gleichen Abständen voneinander angeordnet, wobei alle drei Bereiche mit Maximaldicke bzw. mit Minimaldicke untereinander gleich dick sind. Auch hier ist 1 die aus regenerierter Cellulose bestehende Hohlfadenwand, während 2 den Hohlraum darstellt

F i g. 3 zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Dialysemembranhohlfadens mit viereckigem Lumen, bei dem die Wanddicke des Hohlfadens längs ihres Umfangs zweimal kontinuierlich bis zu einer Maximaldicke zunimmt und dann zweimal bis zu einer Minimaldicke abnimmt Die Maximaldicke ist an dem Punkt erreicht, an dem die kontinuierliche Zunahme in eine kontinuierliche Abnahme übergeht Die Minimaldicke ist bei dieser Membran nicht nur auf einen Punkt begrenzt, sondern bleibt in einem Bereich minimaler Wanddicke konstant Auch hier ist 1 die aus regenerierter Cellulose bestehende Hohlfadenwand, während 2 den Hohlraum darstellt

Erfindungsgemäß lassen sich eine Vielzahl von Querschnittsformen für erfindungsgemäße Dialysemembranhohlfäden darstellen. In den F i g. 1 bis 3 sind nur einige typische Formen dargestellt Beispielsweise werden auch entsprechende Querschnitte, deren Lumen Fünfecke oder Videcke bilden, durch Bereiche maximaler Wanddicke so stabilisiert, daß ein beachtlicher Anteil der Austauschfläche mit deutlich geringerer Wandstärke gestaltet werden kann und eine Verbesserung der Effektivität der Membran bei der Hämodialyse mit sich bringt Analog wie in F i g. 3 gezeigt wird, kann auch der Punkt maximaler Wanddicke zu einem Bereich konstanter maximaler Wanddicke ausgedehnt sein. Die Bereiche konstanter Wanddicken sollen dabei im Höchstfalle weniger als die Hälfte des Umfangs betragen.

Hergestellt werden die erfindungsgemäßen Hohlfäden durch Koagulation einer aus einer Hohlfadendüse extrudieren Cellulose-Cuoxamlösung in verdünnter Natronlauge, wobei die Spinnlösung unmittelbar nach Verlassen der Spinndüse in das Koagulationsbad geleitet wird. Zur Ausbildung des durchgehenden Hohlraums wird durch die zentrale Bohrung in bekannter Weise eine hohlraumbildende Flüssigkeit geleitet, beispielsweise Halogenkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe und Ester, wobei Isopropylmyristat sich als vorteilhaft erwiesen hat Es hat sich aber auch gezeigt, daß Wasser und wäßrige Lösungen, beispielsweise Lösungen von Carboxymethylcellulosesalzen, hervorragend als hohlraumbildende Flüssigkeiten geeignet sind.

Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Hohlfadenform wird durch Verwendung einer Hohlfadendüse mit entsprechend angeordneten Spinnschlitzen und einer zentralen Bohrung für die Zuführung der hohlraumbildenden Flüssigkeit erreicht So können erfindungsgemäße Hohlfaden mit dem in F i g. 1 dargestellten Querschnitt mit einer Spinndüse mit einem exzentrischen Spinnschlitz und exzentrisch angeordneter Bohrung für die Zuführung der hohlraumbildenden Flüssigkeit hergestellt werden. Für anders geformte Querschnitte kann man Spinndüsen mit geeigneten Spinnschlitzen und Zentralbohrungsanordnungen herstellen, die sich aufgrund des gewünschten Querschnitts ohne weiteres ergeben.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert

Beispiel 1
Herstellung einer erfindungsgemäßen Dialysemembran

Aus einer Hohlfadendüse, wie sie oben für einen Querschnitt gemäß F i g. 1 beschrieben ist, wurde eine Cuoxam-Cellulose-Lösung mit einer Cellulose-Konzentration von 8,9 Gew.-% ausgepreßt Durch die Innenbohrung wurde als hohlraumbildende Flüssigkeit Isopropylmyristat gepreßt Die extrudierte Spinnlösung trat unmittelbar nach Verlassen der Spinndüse in ein Fällbad ein, welches 135 g/l Natriumhydroxid, 6 g/l Ammoniak und 4 g/l Kupfer enthielt Die Temperatur des Fällbades betrug 23° C. Nach der Umwandlung in den Normanncellulosekomplex wurde der erhaltene Faden durch die üblichen Bäder zur Nachbehandlung geführt Er wurde auf einem Trommeltrockner getrocknet und trocken auf eine Kreuzspule gewickelt.

Es wurden Hohlfäden mit exzentrischem Querschnitt erhalten, deren Querschnitt in F i g. 1 dargestellt ist Die minimale Wanddicke betrug 6 μηπ, während die maximale Wanddicke 26 μπι betrug. Der Innendurchmesser des Hohlraums betrug 215 μπι.

Beispiel 2

Verwendung der erfindungsgemäßen
Dialysemembran zur Hämodialyse

Aus diesen Hohlfaden mit exzentrischem Querschnitt wurden Hohlfadenbündel hergestellt, die in einen Hohlfadentestdialysator eingebaut und unter Standardbedingungen geprüft wurden.

Die Testmethode ist beschrieben in »Evaluation of Hemodialysers and Dialysis Membranes«, Report of a study group for the artificial kidney — chronic uremia program 1977; Elias Klein et al, US-Department of Health Education and Welfare, Bethesda, Maryland 20014, Publication No. NIH 77-1294.

Verglichen wurden die nach Beispiel 1 hergestellten erfindungsgemäßen Dialysemembranen mit handelsüblichen Dialysehohlfäden aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde. Der Innendurchmesser der handelsüblichen Dialysehohlfäden betrug 215 μηι, die Wandstärke 16 μηι. Der Lösungsfluß betrug 200 ml/ min · m², der Dialysatfluß 500 ml/min · m². Die Ultrafiltrationsrate betrug bei handelsüblichen Hohlfäden

2,8 ml/h · m² · mm Hg, die Harnstoffclearance 140 ml/ min. Bei erfindungsgemäßen Dialysehohlfäden wurden ermittelt: Ultrafiltrationsrate 4,0 ml/h · m² · mm Hg. Harnstoffclearance 165 ml/min. Die Fäden sind formstabil und zeigen keinen Ansatz zur Flachlegung. Die Querschnittsfäden der handelsüblichen und der erfindungsgemäßen Hohlfäden sind untereinander gleich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Hohlfadens mit durchgehendem Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenquerschnitt senkrecht zur Fadenachse so ausgebildet ist, daß die Wand der Hohlfaden längs ihres Umfangs mindestens einmal kontinuierlich bis zu einer Maximaldikke zunimmt und bis zu einer Minimaldicke abnimmt.

2. Dialysemembran aus Cellulose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrfacher Zu- und Abnahme der Wanddicke die Bereiche mit Maximaldicke und die Bereiche mit Minimaldicke jeweils etwa gleiche Abstände auf dem Umfang aufweisen.

3. Dialysemembran aus Cellulose nacn den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bereiche mit Maximaldicke bzw. mit Minimaldicke untereinander gleich dick sind.

4. Dialysemembran aus Cellulose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Hohlfadens so zu- und abnimmt, daß Fadenumfang und Hohlraumumfang im wesentlichen kreisförmig vorliegen und die Mittelpunkte dieser beiden Kreise einen Abstand voneinander aufweisen.

5. Dialysemembran aus Cellulose nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Mittelpunkte 20 bis 80% der Radiendifferenz beider Kreise entspricht

6. Dialysemembran aus Cellulose nach den Ansprüchen 1 bis_o5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hohlraumdurc.hmesser zur Minimaldicke der Wand 25 bis 80 beträgt

7. Dialysemembran aus Cellulose nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Minimaldicke 3 bis 9 μπι beträgt

8. Dialysemembran aus Cellulose nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Maximaldicke zu Minimaldicke 2 bis 6 beträgt.